Brevet FR2605684A1 — publié le 19880429

Dans le domaine des roues ou organes d'impul- sion, et plus particulièrement dans le domaine des roues de ventilateurs ou de soufflantes, il est connu de faire tourner une roue à l'intérieur d'une enveloppe pour générer un écoulement d'air à partir de l'enveloppe afin d'exécuter diverses fonctions. Par exemple, il est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 017 982 une soufflante à air qui est utilisée pour produire un volume élevé d'écoulement d'air, pou- vant être chauffé ou non, pour le séchage de cartes de circuits imprimés, souvent dans une atmosphère quel- que peu corrosive. Dans les cas o une soufflante ou un ventilateur risque de rencontrer des substances corrosives, ses éléments, ainsi que la roue elle-même et, plus particulièrement, les aubes de la roue, peuvent être réalisés en diverses matières conçues pour résister à des milieux corrosifs. Ces matières peuvent être des métaux tels que l'acier inoxydable, ou des matières synthétiques telles que du polychlorure de vinyle. Il est également connu de pouvoir réaliser des organes d'impulsion, des ventilateurs, des roues à hélice et analogues dans des matières plus tendres, telles que du caoutchouc, afin d'éviter toutes blessures de la main d'un utilisateur, comme c'est le cas d'un ventilateur brasseur d'air, tel que décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 2 123 146 et N 2 182 161. Il est en outre connu que des pales de ven- tilateurs peuvent changer de forme en tournant, comme décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 3 759 630 et N 4 177 012, ou peuvent changer de pas, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amé- rique N 4 187 055. En outre, on sait que des roues d'impulsion, des pales et d'autres organes analogues peuvent s'allonger radialement vers l'extérieur en tournant sous l'effet de divers phénomènes mécaniques, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 2 079 942 et N 3 814 351. La présente invention vise à augmenter le rendement d'une roue de ventilateur ou de soufflante, ainsi que du ventilateur, de la soufflante ou autre appareil utilisant cette roue, en réalisant cette der- nière en une matière suffisamment flexible et élastique, dans la limite d'élasticité de cette matière, pour que la roue s'étire radialement vers l'extérieur sous l'effet d'une vitesse de rotation plus élevée afin de délivrer un volume d'écoulement accru, par unité de temps, et/ou une pression d'écoulement de sortie plus élevée, par rapport à une roue non étirable ayant globalement le même diamètre au repos. L'invention a donc pour objet principal une roue perfectionnée de ventilateur ou de soufflante. L'invention a également pour objet un venti- lateur, une soufflante ou autre appareil perfectionné utilisant une telle roue perfectionnée. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une élévation d'un groupe moteur-ventilateur, vu depuis le côté de droite sur la figure 2, utilisant une roue selon l'invention, une partie de l'enveloppe du ventilateur étant repré- sentée avec arrachement partiel afin de montrer plus clairement le "bombement" d'une pale de roue lorsqu'elle tourne à une vitesse suffisante; et la figure 2 est une coupe vermticale suivant la ligne IIII de la figure 1, traversant l'enveloppe du ventilateur, dans laquelle la roue est représentée en trait plein dans sa configuration au repos et, en trait mixte, dans sa configuration "étirée", cette vue montrant aussi schématiquement certains instruments de mesure. En référence à présent en détail au dessin, on considèrera d'abord la figure 1 sur laquelle un groupe moteur-ventilateur est désigné globalement par la référence numérique 10 et comprend un ventilateur 11 et un moteur 12, ce dernier étant relié à l'enveloppe 13 du ventilateur 11 d'une manière classique et le rotor (non représenté) du moteur 12 étant relié à la roue 14 du ventilateur 11, également d'une manière classique, afin de la faire tourner dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre comme indiqué par la flèche 15 sur la figure 2. L'enveloppe 13 présente classiquement des entrées d'air, telles que des ouvertures convenables, non représentées, ménagées dans sa paroi 16, et une extrémité de décharge pour la sortie de l'air en 17. La roue 14 comporte d'une manière générale un moyeu central 20 autour duquel plusieurs aubes ou pales 21 sont disposées, ces aubes s'étendant d'une manière générale radialement vers l'extérieur, d'une partie globalement centrale de la roue située à ou à proximité du moyeu 20, jusqu'à leurs extrémités 22, bien qu'elles soientavantageusement de configuration incurvée comme montré pour les aubes de la figure 2. Les pales sont en général reliées entre elles par des voiles convenables 23, en général disposés dans un plan, les pales 21 s'étendant vers l'extérieur de chaque côté des voiles 23 comme, par exemple, dans l'agencement général illustré sur la figure 1, dans la partie ouverte de l'enveloppe, les pales s'étendant axialement vers la droite et vers la gauche telles que vues sur la figure 1. Il convient de noter que le terme "roue" est utilisé ici dans le sens générique le plus large pour désigner divers organes d'impulsion, rotors et analogues. De façon similaire, le terme "pale" est utilisé ici pour englober des aubes et des organes analogues conçus pour travailler sur un milieu fluide. La roue, et en particulier ses pales ainsi que, d'une manière générale, ses divers voiles, sont réalisés en une matière pouvant s'étirer lors de l'uti- lisation, puis revenir vers sa configuration initiale. Autrement dit, la matière est une matière élastomérique généralement flexible, qui est suffisamment extensible, dans ses limites d'élasticité, pour que, lors de l'uti- lisation, la roue puisse être tournée à une vitesse telle qu'elle génère une force centrifuge suffisante pour amener la roue, et en particulier ses pales, à "croftre" suivant les lignes illustrées sur la figure 2 à partir de leurs positions dans lesquelles elles sont représentées en trait plein jusqu'à leurs positions en trait mixte, de manière que la roue croisse globale- ment d'un diamètre initial D1 jusqu'à un diamètre D2 à l'état étiré, comme illustré sur la figure 2. Bien que cette roue 14 soit décrite comme étant réalisée en une matière élastomérique flexible étirable, il est bien entendu que certaines parties telles que, par exemple, les parties situées radialement le plus à l'intérieur comme le moyeu, peuvent être réalisées en d'autres matières, par exemple en métal ou en matière plastique, qui peuvent être utilisées pour assujettir fixement la roue au rotor d'un moteur, ces parties de la roue n'ayant pas à s'étirer pour se comporter conformément à l'invention. Les parties étirables de la roue (telles que les pales et les voiles) se sont avéré fonctionner de façon souhaitable lorsqu'elles sont réalisées en polyuréthanne. Il est également apparu que plus l'uré- thanne est tendre, plus grande est la croissance élasti- que sous l'effet de la force centrifuge de la rotation. Par exemple, une matière du type polyuréthanne ayant une dureté de 80A, mesurée au duromètre Shore, subit un étirement ou une croissance d'environ 50,4 mm de diamètre, sur et au-dessus du diamètre D1 de 35,56 cm au repos, pour atteindre un diamètre final D2 de 40,64 cm, à une vitesse de rotation de 3450 tours/minute. Dans des conditions similaires, une autre matière du type polyuréthanne, quelque peu plus dure, ayant une dureté de 90 mesurée au duromètre Shore A, a donné un accroissement de dia- mètre d'environ 2,85 cm, par ailleurs dans les mêmes conditions générales. Une autre matière du type poly- uréthanne, encore plus dure, ayant une dureté de 55 mesurée au duromètre Shore D, a subi un accroissement de diamètre de 4,8 mm, comme précédemment dans les mêmes conditions générales. La roue en polyuréthanne décrite ci-dessus, ayant une dureté Shore 80A, avait une densité de 1,13, une tension de rupture de 38,5 MPa, un allongement à la rupture de 550 % et un module de traction, en MPa, de 3,85, 4,90 et 11,20 à des allongements, respec- tivement, de 50 %, 100 % et 300 %. La roue en poly- uréthanne décrite ci-dessus, ayant une dureté Shore A, avait une densité de 1,14, une tension de rupture de 43,4 MPa, un allongement à la rupture de 430 % et un module de traction, en MPa, de 7,7, 10,7 et 23,8 à des allongements respectifs de 50 %, 100 % et 300%. La roue en polyuréthanne décrite ci-dessus, ayant une dureté Shore 55D, avait une densité de 1,15, une tension à la rupture de 45,5 MPa, un allongement à la rupture de 400 % et un module de traction en MPa de 13, 65, 18,2 et 34,3 à des allongements respectifs de 50 %, % et 300 %. On a procédé à des essais comparatifs entre une roue Grdinaire non dtirable à 12 pales de 35,56 cm, moulée en polychlorure de vinyle, et une roue à 12 pales de ,56 cm, moulée en polyuréthanne, les résultats de la comparaison portant sur le rendement, exprimés en particulier par la mesure de la pression de travail en sortie, et le débit d'écoulement volumique en m3/min, étant donnés dans les tableaux ci-dessous. Dans chaque cas, on a fait varier l'aire de la section transversale de l'extrémité de décharge de 0 à 0,449 dm2 pour obtenir une pression de travail et un volume de sortie optimaux par unité de temps, comme indiqué. La pression de tra- vail à l'extrémité de décharge est mesurée par un mano- mètre ou par tout autre moyen convenable. La vitesse est la vitesse de pointe de l'air à l'extrémité de décharge. ROUE NON ETIRABLE ORDINAIRE 1 2 3 4 5 6 7 8 Section (dm2) 0 0,064 0,128 0,192 0,256 0,320 0,385 0,449 Pression stati- que (Pa) 2926 Pression de travail (Pa) 2926 2988 3112 3112 2988 2926 2863 Vitesse (m/min) 4186,4 4230,6 4317,9 4317,9 4230,6 4186,4 4141,6 Volume (m3/min) 2,68 5,42 8,30 11,06 11,55 16,09 18,57 ROUE ETIRABLE (DURETE SHORE 80A) 1 2 3 4 5 6 7 8 Section (dm2) 0 0,064 0,128 0,192 0,256 0,320 0,385 0,449 Pression stati- que (Pa) 3610 Pression de travail (Pa) 3610 3673 3797 3859 3735 3673 3610 Vitesse (m/min) 4650,6 4690,6 4769,47 4808,3 4729,9 4690,6 4650,6 Volume (m3/min) 2,98 6,01 9,15 12,32 15,15 18,03 20,86 ro oC tn os Comme les tableaux ci-dessus le démontrent, la puissance utile ou de sortie, exprimée par le débit d'écoulement, et la pression de travail associée à cette puissance, sont sensiblement supérieures pour la roue étirable selon l'invention par rapport à une roue ordinaire non étirable. De plus, il est apparu que les roues confor- mes à l'invention présentaient une excellente durée de vie en flexion, une très bonne résistance aux substances chimiques, une résistance physique élevée, une résistance aux températures meilleure que celle des roues classiques en polychlorure de vinyle, et une large gamme de duretés. En référence de nouveau aux figures 1 et 2, on voit que, lorsque le moteur 12 est mis en rota- tion par des connexions électriques convenables, telles que celles indiquées en 25, sur une source d'énergie électrique, une rotation du moteur produit une rotation qui permet à la force centrifuge engendrée de faire croître la roue. Lors d'essais du type décrit ci- dessus, on a pu contrôler la vitesse du moteur au moyen d'un tachymètre convenable tel que celui montré schématiquement en 26. De plus, la pression de sortie de l'air fourni par la roue 14 dans un conduit 17 de refoulement a pu être mesurée au moyen d'un mano- mètre convenable 29, disposé dans le flux d'air comme illustré sur la figure 2, d'une manière classique ou par tout autre dispositif classique de mesure de pression. De plus, le débit d'écoulement volumique, par exemple exprimé en m3/min, a pu être mesuré au moyen d'un dispositif convenable 27 de mesure de volume, disposé de la même manière dans le flux d'air vers le refoulement 17, comme illustré. La vitesse de l'air a pu être mesurée au moyen d'un dispositif convenable 29 de détermination de vitesse. On notera sur la figure 1 que les pales "se bombent" dans une direction (vers le haut) opposée à celle que l'on aurait pu prévoir en considérant la résistance que leur oppose le milieu fluide dans lequel elles travaillent, à savoir l'air. Ceci est dû à l'effet de la force centrifuge sur leurs bords opposés 19, laquelle force surmonte sensiblement la résistance de l'air. Il est évident que les roues et en particu- lier les pales des roues selon l'invention peuvent être réalisées en diverses matières élastomériques flexibles aptes à s'étirer pendant l'utilisation, comme décrit ci-dessus, et pouvant reprendre leur forme et leur dimension initiales par la suite. De plus, il est évident que diverses formes de réalisation de pales ou d'aubes pour roues, organes d'impulsion, hélices, rotors et analogues entrent également dans le cadre de l'invention. De façon similaire, les roues peuvent être utilisées avec ou sans diverses enveloppes et peuvent travailler avec de l'air, un liquide ou divers milieux fluides suivant les conditions d'utilisation, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Roue de ventilateur ou de soufflante conçue pour être menée en rotation et comportant un moyeu globalement central (20) et au moins une pale (21) s'étendant radialement vers l'extérieur et portée par le moyeu, caractérisée en ce que la pale est réa- lisée en matière élastomérique globalement flexible qui est suffisamment extensible, dans sa limite d'élas- ticité, pour que la pale s'étire radialement vers l'exté- rieur sous l'effet de la force centrifuge de la rota- tion de la roue (14). 2. Roue selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la pale est globalement parallèle à l'axe du moyeu auquel elle est reliée par un voile (23), la pale pouvant fléchir élastiquement suffisam- ment pour prendre une configuration bombée en coupelle sous l'effet de la force centrifuge de la rotation de la roue. 3. Roue de ventilateur ou de soufflante conçue pour être menée en rotation à partir d'un moyeu globalement central (20), cette roue comportant, outre le moyeu, plusieurs pales (21) qui s'étendent radiale- ment vers l'extérieur du moyeu qui les porte et qui se terminent par des extrémités de pale (22), la roue étant caractérisée en ce que les pales sont réalisées d'une façon générale en matière élastomérique flexible qui est suffisamment extensible, dans sa limite d'élas- ticité, pour que (a) une surface de révolution définie par les extrémités des pales, lorsque la roue (14) est menée en rotation, ait un diamètre supérieur à celui de la surface de révolution définie par les extré- mités des pales lorsque la roue est à l'arrêt, et (b) pour que le rendement de la roue augmente avec l'accrois- sement de diamètre de la surface de révolution des extrémités des pales lorsque la roue est menée en rota- tion. 4. Roue selon la revendication 3, carac- térisée en ce qu'elle est disposée dans une enveloppe (13) qui présente une sortie (17) de refoulement, la matière des pales étant suffisamment extensible pour que le rendement croisse, en débit d'écoulement volumique par la sortie de refoulement, avec l'augmentation de diamètre de la surface de révolution. 5. Roue selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce qu'elle est disposée à l'inté- rieur d'une enveloppe (13) présentant une sortie de refoulement (17), et en ce que la matière des pales est suffisamment extensible pour que le rendement, exprimé par la pression d'écoulement de sortie au refou- lement, augmente avec l'acccroissement de diamètre de la surface de révolution. 6. Roue selon la revendication 3, carac- térisée en ce que les pales sont disposées à peu près parallèlement à l'axe du moyeu auquel elles sont reliées par des parties convenables (23) de liaison. 7. Roue selon la revendication 3, carac- térisée en ce qu'au moins ses pales sont réalisées en une matière du type polyuréthanne.