Brevet FR2628154A1 — publié le 19890908

RÉPUBLIQUE FRAN AISE ( N de publication: 2 628 154 (à n'utiliser que pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction) DE LA PROPRIf=TI INDUSTRIELLE DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE N d'enregistrement national: 89 02895 PARIS ( Int CI4: F 04 D 29/44. @ DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1 Date de dépôt: 6 mars 1989. ( Demandeur(s): HOOVER pic. - GB. ( Priorité: US, 7 mars 1988, n 164980. ) Inventeur(s): William S. Houston. 3 Date de la mise à disposition du public de la demande: BOPI " Brevets " n 36 du 8 septembre 1989. ( Références à d'autres documents nationaux appa- rentéSs (r s Titulaire(s): ( Mandataire(s): Cabinet Regimbeau, Martin, Schrimpf, Warcoin et Ahner. ( Stator de ventilateur. t L'invention concerne un stator de ventilateur 46 pour un étage intermédiaire ou un étage aval d'un ventilateur centri- fuge. Ce stator comporte des aubes de guidage en spirale 80 et des bouts d'aubes 88 formés unitairement, les aubes s'éten- dent axialement et les bouts radialement par rapport à l'axe du, ventilateur; une zone de transition uniforme est formée entre chaque aube et le bout correspondant; le bord avant 89 du bout est biseauté et, dans une réalisation, le bout est égale- de ventilateur centrifuge comportant un étage intermédiai- re et/ou un étage aval ou de décharge. Des dispositifs à étage intermédiaireet àéta- ge aval pour des systèmes de ventilation centrifuge sont connus et ont été utilisés avec des ventilateurs et des systèmes de ventilation depuis de nombreuses années. Il est également connu de prévoir pour ces dispositifs des aubages ou éléments directeurs qui ont tendance à dévier l'écoulement sortant de l'étage de décharge du ventilateur centrifuge. Dans de nombreux cas, une tentative a été faite, lors de la conception de l'aubage ou dispositif directeur, pour obtenir une transition uniforme à la décharge du ventilateur centrifuge. Cela s'est présenté, généralement, sous la forme d'une structure séparée servant à définir le passage désiré d'écoulement d'air, en permettant d'obtenir pour l'écoulement de décharge du ventilateur centrifuge une voie de guidage intermittente ou disconti- nue. Cependant, cela crée des pertes et des baisses de rendement d'une certaine ampleur pour l'écoulement des décharges du système de ventilation. En conséquence, un objet de l'invention est de créer un dispositif de guidage pour l'écoulement d'air déchargé d'un ventilateur de manière à obtenir une amélioration de la récupération statique et du rendement. Un autre objet de l'invention est de créer un aubage de guidage opérant de façon à guider uniformé- ment l'air axialement en direction d'un orifice de décharge ou d'une sortie dus ventilateur centrifuge. Un autre objet de l'invention est de créer un aubage continu pour un étage intermédiaire ou un étage aval, qui dévie l'écoulement de décharge du ventilateur d'une direction orientée tangentiellement vers l'extérieur jusque dans une direction radiale et axiale. Un autre objet de l'invention est d'incliner les extrémités extérieures des aubes d'étage dans une direction axiale de façon à assurer un guidage de l'écoulement de décharge du ventilateur à mesure qu'il progresse vers un point de sortie ou de décharge centrale du ventilateur. Un autre objet de l'invention est d'incliner axialement lesbouts extrêmesd'aubes continues pourétablir un écoulement aérodynamique pour un ensemble moteur- ventilateur. Un autre objet de l'invention est d'incliner les bouts extrêmes d'aubes d'uncertain angle axialement en vue d'une adaptation au point de fonctionnement de l'ensemble moteur-ventilateur. Selon un aspect de l'invention, il est créé un stator pour un ventilateur comportant une direction d'écoulement axialedans l'ensemble, le stator comportant plusieurs reliefs de guidage en spirale qui sont centrés sur un centre du stator et qui sont adaptés pour diriger l'écoulement, ainsi qu'un bout de guidage formant un bord d'attaque à une extrémité de chaque relief de guidage, ledit bout de guidage comportant une face biseautée, la tangente de l'angle de la face biseautée par rapport à un plan perpendiculaire à la direction axiale d'écoulement étant sensiblement proportionnelle au rapport entre' la vitesse axiale moyenne et la vitesse tangentielle moyenne de l'écoulement d'air passant dans le ventilateur. Selon un second aspect de l'invention, il est créé un stator pour un ventilateur comportant une direction d'écoulement axiale dans l'ensemble, le stator comprenant plusieurs premiers reliefs en spirale formant des aubes disposées autour d'un centre du stator, un bout d'aube lié unitairement avec chaque aube et s'étendant avec un profil curviligne et, dans l'ensemble, selon un certain angle par rapport à l'axe du stator, chaque bout, à une extrémité éloi- gnée de sa zone de liaison avec l'aube s'étendant radialement au-delà de la circonférence et étant biseauté radialement vers l'intérieur à partir de ladite extrémité pour rejoindre uniformément la circonférence du stator, ladite circonférence définissant la limite radialement extérieure de chaque aube. Ainsi, l'invention concerne un stator pour un ventilateur comportant un ou plusieurs étages de ventilateur centrifuge ainsi qu'un étage intermédiaire de stator et/ou un étage aval de stator. Le ou les étages de ventilateur centrifuge peuvent se présenter sous la forme d'une série d'aubes curvilignes qui sont montées entre deux flasques extrêmes et qui sont centrées sur le centre de rotation du ventilateur. Ces ventilateurs sont entraînés pour tourner à grande vitesse en étant montés sur un arbre entraîné en rotation par un moteur électrique ou analogue. Il est prévu en aval ou en arrière de chaque ventilateur l'étage de stator comportant également des aubes curvilignes qui ont tendance à guider l'air déchargé tangentiellement et périphériquement du ventilateur radialement vers l'intérieur afin qu'il soit déchargé axialement et centralement vers l'étage suivant ou bien qu'il soit déchargé du système de ventilation. Pour que cette fonction soit remplie uniformé- ment, les aubes d'étage de stator ont un profil curviligne dirigé vers l'intérieur et aboutissant à un point central de décharge tandis que, à leurs bouts, elles sont inclinées avec un profil curviligne dans une direction axiale afin de contribuer à faire tourner l'air, déchargé tangentiellement à partir des bouts du ventilateur. Ces parties d'aubes, inclinées différem- ment, rejoignenten outre uniformément de façon à créer un système continu de guidage généralement non-turbulent de l'air sortant du ventilateur. Les bouts d'aubes peuvent être avantageusement spécifiquement inclinés pour s'adapter au point de fonctionnement de l'ensemble moteur-ventilateur selon ce quiest spécifié. La présente invention peut être mise en oeuvre de plusieurs manières et une réalisation de cette invention va maintenant être décrite, à titre d'exemple, en référence aux dessins ci-joints dans lesquels: la Figure 1 est une vue latérale, en partie en coupe, d'un ensemble moteurventilateur mettant en oeuvre l'invention; la Figure 2 est une vue en perspective éclatée du système de ventilation de la Figure 1; la Figure 3 est une vue en élévation et en bout d'une plaque de retenue de palier du moteur du système de la Figure 1; la Figure 4 est une vue en perspective éclatée d'un ventilateur centrifuge utilisé dans la structure des Figures 1 et 2; la Figure 5 est une vue en perspective du stator d'étage intermédiaire; la Figure 6 est une vue en élévation d'arrière du stator de la Figure 5; la Figure 7 est une vue en élévation de face du stator de la Figure 5; la Figure 8 est une vue en coupe du stator d'étage intermédiaire, faite selon la ligne 8-8 de la Figure 6; la Figure 9 est une vue faite selon la ligne 9-9 de la Figure 7 et montrant un bout incliné axialement; la Figure 10 est une vue en élévation de l'étage aval du système de ventilation; et la Figure 11 est une vue en perspective de l'étage aval de la Figure 10. Sur la Figure 1 est représenté un ensemble- moteur ventilateur 10 comprenant un moteur électrique 12 et un système de ventilation 14 à étages. Le moteur 12 comporte un stator 16 et un induit 18 fixé sur un arbre d'entraînement 20. L'arbre 20 est monté de - façon à tourner dans des paliers 22 et 24 afin d'assurer l'entraînement en rotation du système de ventilation 14 à étages. Ce système de ventilation comprend deux ventilateurs 26, 28. Le ventilateur 26 est maintenu bloqué sur l'arbre d'entraînement 20 en compression entre un anneau d'équilibrage 32 et une rondelle 34, qui sont placés sur des côtés opposés du ventilateur 26; un organe d'espacement allongé 36 est disposé entre les ventilateurs 26 et 28 sur l'arbre 20; deux rondelles 38, 40 sont placées sur des côtés opposes du ventilateur 28, tandis qu'un organe d'espacement de palier 42 est disposé entre la rondelle 40 et le palier 22. Un ensemble de ventilateurs 44 est ainsi formé et est fixé avec l'arbre 20 de façon à tourner avec lui quand il est entraîné par le moteur électrique 12, cet ensemble étant maintenu entre un écrou de compression 30 et le palier 22. Un étage intermédiaire 46 et un étage aval ou de décharge 48 font partie, du système de ventilation 14 à étages et sont montés de façon non-tournante. L'étage intermédiaire 46est fixé sur un couvercle de ventilateur 50 tandis que l'étage a val 48 est monté sur un flasque 52 de retenue de palier de moteur. Le flasque 52 de retenue de palier est pourvu de deux trous filetés 54 dans lesquels sont vissés des boulons 56, les têtes des boulons 56 coo- pérant avec un carter 58 du moteur électrique 12. L'étage aval ou de décharge 48 est monté à l'aide de rivets 60 (dont un seulement est visible) sur le flasque 52 de retenue de palier, ces rivets passant dans des trous 55 ménagés dans le flasque 52. Cette liaison empêche l'étage postérieur 48 de tourner avec les ventilateurs 26et 28. L'etageintermédiaire 46 est également empêché de tourner en étant fixé sur un second couvercle de ventilateur 62 au moyen de pattes recourbées qui assurent la fixation de cet étage intermnédiaire 46 sur le couvercle précité. Le couvercle de ventilateur 62 est à son tour emmanché par sa partie intérieure 64 sur une paroi extérieure 66 du flasque 52 de retenue de palier. L'écoulement de l'air 68 propulsé par le ventilateur s'effectue dans l'ensemble de la gauche vers la droite sur la Figure 1, en passant par une ouverture 70 ménagée dans le couvercle 50, puis au travers du ventilateur 26, de l'étage intermédiaire 46, du venti- lateur 28, de l'étage aval48 et du flasque 52 de retenue de palier, pour parvenir ensuite, par l'intermédiaire d'orifices 72, dans le moteur électrique 12 afin d'assurer son refroidissement. L'air est déchargé de l'extrémité du moteur par l'intermédiaire de fentes classiques (nonreprésentées). Il est également à noter que le système de ventilation 14 à étages n'est pas prévu principalement pour assurer le refroidissement d'un moteur mais sert à propulser un écoulement d'air substan- 3,0 tiel, comme ce qui est nécessaire lors de son utilisation dans la boîte filtrante d'un système d'air propreouanalogue. Cependant, son utilisation n'est pas limitée à cette fonction puisqu'il est d'une utilité générale dans le domaine des ventilateurs entraînés par moteurs. Les ventilateurs et les étages intermédiaire et aval 46 et 48 vont maintenant être décrits. L'étage intermédiaire46 estreprésenté plus spécifiquement sur les Figures 5 à 9. Comme on peut le voir, il est d'une configuration moulée et comprend une plaque arrière 74 pourvue d'un moyeu central 76 permettant un montage sur l'arbre 70, comme précédemment décrit. Il est prévu sur un côté intérieur 78 de l'étage intérieur 46 une série de huit aubes 80, ayant un profil curviligne en spirale, réparties radialement à intervalles égaux et qui s'étendent dans une direction axiale vers l'intérieur sur une distance limitée de manière à leur donner de la profondeur. Ces aubes se terminent sur une circonférence extérieure82 de l'étage intérieur 46. Une bordure de renforcement 84, s'étendant circonfé- rentiellement et axialement, est également prévue sur cette circonférence sur le côté extérieur 86 de la plaque arrière 74 de l'étage intérieur 46. Les aubes en spirale 80 se terminent defaçon in- clinée (dansune direction axiale) à leurs extrémités extérieures de façon à former desbouts curvilignes d'unseul tenant 88, inclinés axialement et qui sont, en vue en plan, curvilignes par rapport au côté intérieur 78 de l'étage intermédiaire 46. Chaque bout rejoint uniformément une extrémité inclinée 90 des aubes en spirale 80 et chacun constitue un prolongemement de la spirale de son aube 80. Le bord d'attaque de ces bouts d'aubes présente un biseau 89 assurant une transition uniforme pour l'écoulement d'air provenant du ventilateur 26. Les bouts curvilignes 88 sont tronqués de manière à empêcher leur chevauchement radial mutuel dans la direction horizontale de telle sorte que le bord d'éttaque (biseau 89) d'un bout soit décalé d'un angle 95 par rapport à un bord defuite 91 de l'aube suivante 80. Cet angle est choisi au moins égal à 5 afin de permettre un moulage relativement aisé de l'étage intermédiaire 46.Le bordde fuite 91 de chacune des aubes 80 est également biseauté de manière à assurer unetransion régulière d'unbout 88 avec un bord plat tronqué 93 de son aube spirale respective 80. Les bouts des aubes 88 sont également inclinés par rapport à la direction axiale déel'étage intermédiaire 46, d'un angle 97, la tangente de cet angle étant choisie de façon à être aussi proche que possible du rapport entre la vitesse axiale moyenne et la vitesse tangentielle moyenne de l'écoulement d'air passant dans le système dans sagamme defonctionnement. Celapermetd'avoirpourlesystème d'écoulement d'air un plus haut rendement que ce qui serait autrement possible d'obtenir. Dans un autre ordre d'idées, la tangente du demi-angle au sommet 97 du bout, défini par le bord d'attaque de chaque aube 88 par rapport au plan perpendiculaire à l'axe passant par le centre de l'étage 46, est choisie de façon à être aussi proche que possible du rapport précité. Chacune des aubes 80 comporte une nervure 92, espacée le long de sa spirale, qui s'étend axialement et est insérée dans des fentes (non-désignées) ménagées dans le second couvercle de ventilateur 62 et des nervures sont ensuite rabattues de façon à fixer sans possibilité de rotation l'étage intermédiaire 46 avec l'ensemble moteur-ventilateur 10. Le premier couvercle de ventilateur 50 est ensuite mis en place et il est engagé sur l'extrémité du second couvexcle de ventilateur 62 afin de le placer également dans une condition' non-tournante. L'étage aval 48 est tout à fait semblable à l'étaqe intermédiaire 46 par le fait qu'il comporte une série de six aubes en spirale 94, une plaque arrière 96, une bordure (non-représentée) et des bouts en spirale 98, inclinés axialement et chacun solidaires d'une aube 94. Cependant, les bouts 98 ne sont pas tronqués de sorte qu'ils se rétrécissent radialement graduellement etrejoignent uniformément selonun profil en spirale, une circonférence 100 de l'étage aval 48. Cela augmente la récupération de pression statique après ce qui a été provoqué par l'étage intermédiaire 46,sans agir autant qu'un étranglement de limitation. Cela réduit également fortement le bruit par comparaison à ce qui est engendré par l'étage intermédiaire 46.Celaestimportant du fait de sa position dans le système. Une partie biseautée 102 située entre les extrémités des bouts 98 contribue à cette réduction du bruit. Le prolongement non-tronqué des bouts 98 ré- duit lenombre d'aubes munies debouts quipeuvent être moulées dans l'étage aval, ce qui augmente la largeur des canaux d'air entre elles. En conséquence, pour obtenir un écoulement d'air aérodynamique mieux dirigé, six aubes de division 104 sont interposées entre les aubes 94. Chacune des aubes de division 104 est curviligne et a un profil en spirale uniforme par rapport aux aubes 94, mais elle ne comporte pas de bout incliné angulairement mais s'étend avec son profil en spirale pratiquement jusqu'à la circonférence de l'étage aval 48. A son extrémité extérieure, elle comporte une partie inclinée en spirale 106, dont la projection axiale est un peu symétrique de la surface 102, afin de limiter le bruit. Toutes les aubes 94, 104 sont étagées vers le bas à leurs extrémités intérieures de façon à créer sur les aubes 94 des parties 108 dirigées vers l'intérieur et sur les aubes 104 des parties dirigées vers l'intérieur. Cela permet avantageusement de créerun espace pour l'assemblage de la plaque 52 de retenue de palier avec l'étage aval 48. Chacun des ventilateurs 26, 28 comporte des flasques intérieur et extérieur 112, 114, le flasque 112 étant pourvu d'une ouverture 116 permettant le passage de l'air vers l'intérieur en direction d'une série d'aubes 118. Les aubes 118 comportent des taquets de positionnement 120 permettant la fixation sur les flasques 112, 114. La description de l'invention étant pratique- ment terminée, on se rend compte qu'on obtient un système de ventilation qui comprend au moins un étage de stator dans lequel l'aubage est continu afin de guider l'air à la fois dans une direction axiale et dans une direction radiale et que des aubes et des bouts d'aubes ayant un profil curviligne et en spirale ont été adaptées dans ce but, cet agencement créant un écoulement d'air aérodynamique, tout en augmentant le rendement et en réduisant simultanément le bruit par création d'une zone de transition uniforme entre les faces des aubes qui sont orientées dans l'ensemble perpendiculairement à l'axe du ventilateur et les faces des bouts d'aubes qui sont parallèles à l'axe. La tangente de l'angle du bout d'aube par rapport au système de ventilation est exprimée par rapport entre la vitesse axiale moyenne et la vitesse tangentielle moyenne de l'écoulement d'air passant dans le système de ventilation. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. ili REVENDICATIONS 1. Stator pour un ventilateur comportant une direction d'écoulement axiale dans l'ensemble, le stator comportant plusieurs reliefs de guidage en spirale (80) qui sont centrés sur un centre du stator (46) et qui sont adaptés pour diriger l'écoulement, ainsi qu'un bout de guidage (88) formant un bord d'attaque à une extrémité de chaque relief de guidage (80) , ledit bout comportant une face biseautée, caractérisé en ce que la tangente de l'angle de la face biseautée par rapport à un plan perpendiculaire à la direction axiale d'écoulement est sensiblement proportionnelle au rapport entre la vitesse axiale moyenne et la vitesse tangentielle moyenne de l'écoulement d'airpassantdans le ventilateur. 2. Stator pour un ventilateur comportant une direction d'écoulement axiale dans l'ensemble, le stator comprenant plusieurs premiers reliefs en spirale (80) formant des aubes disposées autour d'un centre du stator, un bout d'aube (88) lié unitaire- ment avec chaque aube (80) et s'étendant avec un profil curviligne et, dans l'ensemble, selon un certain angle par rapport à l'axe du stator (46) , caractérisé en ce que chaque bout, à une extrémité éloignée de sa zone de liaison avec l'aube s'étend radialement au-delà de la circonférence et est biseauté radialement vers l'intérieur (91) à partir de ladite extrémité pour rejoindre uniformément la circonférence (42) du stator (46) , ladite circonférence définissant la limite radialement extérieure de chaque aube (80). 3. Stator selon la revendication 2, caracté- risé en ce que plusieurs seconds reliefs formant des aubes en spirale (104) sont disposs autour du centre du stator (46), entre les premiers reliefs formant des aubes en spirale (94), chacun des seconds reliefs formant des aubes en spirale (104) se terminant radialement vers l'extérieur à l'extrémité radialement intérieure d'un biseau correspondant. 4. Stator pour un ventilateur, comprenant plusieurs aubes en spirale (80) s'étendant radialement, par rapport au centre du stator (46), dans la direction longitudinale et axialement dans la direction latérale, caractérisé en ce qu'un bout de guidage (88) est associé à chaque aube de guidage (80), ce bout s'étendant radialement, par rapport audit centre, dans la direction latérale et chaque bout rejoignant uniformément une aube correspondante (80) par une paroi incurvée qui crée une zone de transition entre l'écoulement généralement radial passant sur l'aube (80) et l'écoulement généralement angulaire passant sur le bout (88). 5. Stator selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le bout (88) forme un bordd'attaque (89) pour une aube correspondante (80). 6. Ventilateur centrifuge comportant au moins un stator tel que revendiqué dans une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5. PL. 1/4 * *:.-'*- È. "r * -., 36 46 5 2B.62,64 -4 26 M( -(48)- 52 566,2 --6 -' FIG I \@;1141 r -F,..,... ?:'// 26,28 4 8 :,,IFIG.11' -,,"-..oo 1 *50 o Co tA PL. III/4 P2628154 FI4 -72F FIG. 3 98F 102. 102 FIG. 10 9eA 9OLt ZB-. -tP99t-. 9LL I, V0 -1. i,'" - "": ';l '-.P- ?- :E'(; l ''.iuI'9 -V -- 91?,,.