Brevet FR2790795A1 — publié le 20000915

BREVET TITRE: VENTILATEUR MIXTE OU CENTRIFUGE A FAIBLE NIVEAU SONORE ET A FORT RENDEMENT 0. A ETAT DE LA TECHNIQUE Les ventilateurs industriels actuels non axiaux sont en majorité constitués de pales en tôle pliée, présentant des chocs et générant du bruit à leur bord d'attaque. La totalité des ventilateurs industriels utilisent un pavillon d'entrée ayant un diamètre d'ouïe sensiblement plus faible que le diamètre de la virole tournante qui ferme 5. l'extrémité des pales. C'est le jeu entre ouïe et virole tournante qui définit l'étanchéité du ventilateur (zone 16) entre l'amont à basse pression et l'aval (à la pression de refoulement). Typiquement, pour un ventilateur de 250mm de diamètre, un jeu de 5mm au rayon est courant. 10. Ceci abouti à une fuite importante qui fait chuter le rendement du ventilateur et provoque un sifflement générateur du bruit. De plus, le jet issu de ce jeu perturbe le débit d'admission et tout le sommet des pales se trouve mal alimenté à cause de ce phénomène. B. PRINCIPE DE L 'INVENTION. 15. Il s'agit d'utiliser un ventilateur sur lequel un très grand soin aura été accordé aux conditions d'écoulement d'admission, de manière à favoriser une alimentation la plus équilibrée possible, entre le pied et la tête de pale. Ceci passe par un dessin optimisé du canal d'admission. Il s'agit de définir un ventilateur ayant un taux de fuite quasi-nul. De plus, le débit de 20. fuite émergera en 16, dans une zone en compression (et non en détente). Cela permettant "d'écraser" les perturbations liées à ce débit par le flot de l'écoulement d'admission. 0. Préférentiellement, ce ventilateur sera doté d'un diffuseur 10, permettant de récupérer de la pression dynamique et de la convertir en pression statique, ce qui permet d'améliorer le rendement global et de réduire le niveau sonore de la machine. Le débit de fuite étant extrêmement dépendant du jeu entre partie tournante et partie fixe, le moteur 1 préférentiellement à rotor extérieur sera supporté par une structure 6, I7, 8. Le rôle de cette structure est double: À minimiser le jeu entre les pièces fixes et la pièce tournante 12; * rectifier et équilibrer l'écoulement amont de façon à ce que les pales reçoivent un écoulement de bonne qualité à très faible turbulence et faible angularité. Ceci est obtenu grâce au pavillon 9 et à la forme de la grille 8 et 17, constituée de structures 1o. profilées. C DESCRIPTJON DES COMPOSANTS. 1) moteur 2) roue 2') bord de fuite de la roue 15. 3) virole tournante 4) pales ) virole fixe 6) tube support moteur 7) axe statique moteur 20. 8) anneaux de la grille carénée 9) pavillon d'admission ) diffuseur rotatif (optionnel), fig. 4 et 5 11) bord de fuite de la virole fixe 12) bord de fuite de la virole tournante 25. 13) cavité ménagée entre la virole fixe et la tôle de plénumrn 14) tôle de plénum, séparant la zone basse pression et la zone haute pression ) labyrinthe porté par la virole fixe 0. 15') labyrinthe porté par la virole tournante ") cavité de détente 16) passage étroit entre virole fixe et virole tournante 17) rayons de supportage de l'axe moteur formant grille 18) rondelle de réglage et écrou 5. 19) point d'arrêt en amont du convergent 20 de la virole tournante 3 ) et 21) profil aérodynamique sans discontinué constituant un convergent 20 suivi d'un divergent 21, ayant pour rôle de garantir par effet coanda, une bonne alimentation de la tête des pales 4 (grâce à une loi de courbure ellipsoidale ou linthéaire préférentiellement). 10. 22) col du divergent statique optionnel 23) début du divergent statique optionnel (fg. 6) 24) diffuseur statique intérieur et extérieur optionnel (fig.6). D. FONCTION ETANCHEITE. Entre la virole fixe 5 et la virole tournante, elle est assurée par la présence de 2 bords de fuite taillés en pointe 1 1l et 12, coopérant avec la cavité 13, située entre le virole fixe et la tôle 14: * par un ou plusieurs labyrinthes constitués d'une cavité de détente, des chicanes 15, '. t par un passage étroit 16, débouchant dans une zone ou le débit principal arrive à 20. contre courant du débit de fuite potentiel. Idéalement, 16 est au "point d'arrêt" 19 de l'écoulement, sur le bord d'attaque de convergent 20 de la virole tournante 3. Le débit principal a donc tendance à refouler dans le passage étroit 16 et à lutter ainsi contre une fuite venant de la haute pression vers la basse pression. E FONCTION RENDEMENT. 25. Préférentiellement, le bord de fuite des pales 4 est situé sur un diamètre sensiblement plus petit que le diamètre de la virole tournante 3 (et de la roue 2). La zone 10 ainsi ménagée, constituée de deux couronnes circulaires (fig. 4), ou de deux troncs de cône (fig. 5), fait fonction de diffuseur rotatif. (Les parois, après les pales, dans la zone 10 sont soit parallèles entre elles (fig. 4), soit forment un angle tel que la section s'agrandit latéralement lorsque l'on s'écarte du bord de fuite des-pales (fig. 5). REMARQUE: Par linthéaire, l'on désigne une courbe dont le rayon de courbure varie progressivement avec son abscisse. E. FONCTION QUALITE DE L 'ECOULEMENT. iD La qualité de l'écoulement est assurée préférentiellement par la présence de la 5. grille (17 et 8) amont coopérant avec un pavillon optimisée 9 qui dépasse de la surface du plénum basse pression (surface limitée par la tôle 14). ) La qualité est assurée par l'organisation des positions passage étroit 16, convergent important 20 et divergent progressif 21, alimentant les pales. ) L'usage de pales à profil optimisé style NACA, est indispensable notamment 10. pour limiter les chocs et donc le niveau sonore. i Dans le cas de la fig. 6, les cols 23 sont à une distance l'un de l'autre légèrement plus courte que celle qui sépare la pointe 12 de la pointe 2'. Optionnellement, la fonction diffuseur peut être prise ne compte par des pièces statiques (pièces 24), comme le montre la fig. 6. Les pièces fixes 24 intérieur et 15. extérieur présentant un col 22 suivi d'un diffuseur 23. On note que les bords de fuites 12 et 2' des parties tournantes sont ici, sur la face, tangentes à l'écoulement principal. Le sillage lâché par le bord de fuite 12 doit percuter le col 22 en amont de celui-ci, de manière à garantir l'attachement du jet sur les parois statiques. Ceci impose l'usage d'un col plus étroit que la distance séparant les bords de fuite 12 et 2'. 20. ( Dans le ventilateur, le passage étroit 16 est situé entre la virole tournante et la virole fixe 5 en amont du convergent 20 et de la virole tournante 3. Le diffuseur 10 est constitué d'un couple de couronnes obtenues par une extension radiale de la roue 2 et de la virole tournante 3 au delà du périmètre de bord de fuite des pales 4. 25. @) Les bords de fuitel2 et 12' de la virole tournante 3 et de la roue 2 coopèrent avec une paire de pièces statiques 24, présentant un col 22 suivi d'un diffuseur 23 (fig. 6). REVENDICATIONS 0. 1- Ventilateur centrifuge ou mixte à fort rendement, faible bruit, caractérisé par l'usage d'un convergent 20 suivi d'un divergent 21, sans discontinuité, ni coupure, ayant une loi de courbure des surfaces ellipsoidale ou progressivement variable. 2- Ventilateur centrifuge ou mixte à fort rendement, faible bruit selon la revendication 1 caractérisé par la présence d'un " passage étroit " 16 entre virole tournante et virole fixe 5, situé en amont du convergent 20 de la virole tournante 3. 3* Ventilateur centrifuge ou mixte à fort rendement, faible bruit selon les revendications I et 2, caractérisé par le fait que le passage étroit I6 débouche à proximité immédiate du point d'arrêt 19. 4- Ventilateur centrifuge ou mixte à fort rendement, faible bruit selon les 10. revendications I à 3 caractérisé par l'usage d'une virole tournante 3 présentant des bords de fuite préférentiellement chanfreinés 2' et 12 (fig. 4 et 5). - Ventilateur centrifuge ou mixte à fort rendement, faible bruit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par l'usage d'un diffuseur 10, constitué d'un couple de couronnes obtenu par une extension radiale de la roue 2 et 15. de la virole tournante 3, au-delà du périmètre de bord de fuite des pales 4 (fig. 4). 6- Ventilateur centrifuge ou mixte à fort rendement, faible bruit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé par la présence d'une cavité 13 entre la virole fixe et la tôle de plénum 14. 7- Ventilateur centrifuge ou mixte à fort rendement, faible bruit selon les 20. revendications 1 à 4 caractérisé par l'usage de un ou plusieurs labyrinthes constitués d'une chambre de détente 15" et de 2 chicanes 15' et 15. 15 étant porté par la virole fixe 5 et 15' par la virole tournante 3. 8- Ventilateur centrifuge ou mixte à fort rendement, faible bruit selon les revendications 4 à 7 caractérisé par le fait que les surfaces des couronnes constituant 25. le diffuseur 10, ne sont pas parallèles, mais en forme de tronc de cône divergent, I'un par rapport à l'autre (fig. 5). 9- Ventilateur centrifuge ou. mixte à fort rendement, faible bruit selon les revendications 4 à 7 caractérisé 'par le fait que les bords de fuite 12 et 2' de la virole tournante 3 et de la roue 2 coopèrent avec une paire de pièces statiques 24, 30. présentant un col 22 suivi d'un diffuseur 23 (fig. 6). - Ventilateur centrifuge ou mixte à fort rendement, faible bruit selon les revendications 1 à 3 caractérisé par l'usage d'un pavillon d'admission 9 et d'une grille de rectification de l'écoulement 8, 17.