Brevet FR2807117A1 — publié le 20011005

La présente invention concerne un ventilateur centrifuge à haute vi- tesse, du type comportant un carter définissant intérieurement une volute de guidage du flux gazeux, une roue à aubes d'entraînement du flux gazeux montée rotative dans la volute, et des moyens d'entraînement de la roue à aubes à une vitesse supérieure à 25.000 tours par minute, la roue à aubes présentant, autour de son axe, une bouche d'aspiration du flux gazeux s'étendant en regard d'une entrée d'aspiration ménagée dans le carter et, à sa périphérie, un passage de refoulement du flux gazeux de manière cen- trifuge suivant un plan de sortie de la roue, le carter présentant en outre une sortie de refoulement du flux gazeux en dehors de la volute. Pour les malades souffrant d'insuffisance respiratoire, il est connu des machines d'assistance respiratoire permettant d'insuffler aux malades de l'air ambiant au travers d'un masque maintenu en regard des voies respira- toires du patient. Une telle machine d'assistance respiratoire comporte un ventilateur de mise en mouvement du flux d'air. Ce flux d'air est acheminé jusqu'au masque appliqué sur le visage du patient par des tuyauteries adaptées. Les ventilateurs utilisés dans les machines d'assistance respiratoire sont des ventilateurs de petite taille ayant un coût de fabrication réduit. Ils fonctionnent généralement à une vitesse de rotation de l'ordre de 10.000 à 20.000 tours par minute. On constate que les machines d'assistance respiratoire émettent, en fonctionnement, un bruit important qui occasionne des nuisances sonores pour le patient. Le bruit émis provient essentiellement du ventilateur utilisé pour met- tre l'air en mouvement. L'invention a pour but de proposer un ventilateur de taille très réduite pouvant être implanté dans une machine d'assistance respiratoire et dont les émissions sonores sont réduites. A cet effet, I'invention a pour objet un ventilateur centrifuge à haute vitesse du type précité, caractérisé en ce que la volute définit, à sa périphé- rie, un canal de guidage du flux gazeux qui est essentiellement symétrique en section par rapport au plan de sortie de ladite roue. Suivant des modes particuliers de réalisation, le ventilateur comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la roue comporte, des aubes de part et d'autre desquelles sont mé- nagées des parois pleines annulaires, les parois pleines annulaires et les aubes définissant des conduits disjoints de guidage du flux gazeux; - chaque aube définit une surface gauche dont la normale varie sui- vant trois directions orthogonales le long de la longueur de l'aube; - le taux de compression est compris entre 1,05 et 1,12; - la section du canal périphérique de guidage du flux gazeux défini à la périphérie de la volute est progressivement croissante en direction de la sortie de refoulement du flux gazeux en dehors de la volute; - le canal périphérique de guidage du flux gazeux défini à la périphé- rie de la volute décrit extérieurement un contour essentiellement circulaire dans le plan de sortie de la roue, lequel contour circulaire est centré sur l'axe de rotation de la roue; - le canal périphérique de guidage du flux gazeux défini à la périphé- rie de la volute comporte, à sa base, une région sensiblement circulaire en section, et symétrique par rapport au plan de sortie de la roue; - la région sensiblement circulaire en section s'étend sur une plage angulaire supérieure à 180 ; - le bord périphérique de la roue s'étend en dehors de la région sen- siblement circulaire en section définie à la base du canal périphérique de guidage du flux gazeux; et - I'espace entre le canal périphérique de guidage du flux gazeux et le passage périphérique de refoulement du flux gazeux est dépourvu de tout obstacle pour l'écoulement libre du flux gazeux. L'invention a également pour objet un dispositif d'assistance respira- toire comportant un bâti dans lequel est monté un ventilateur centrifuge tel que défini ci-dessus et un flexible dont une extrémité est reliée en sortie dudit ventilateur et dont l'autre extrémité est adaptée pour recevoir un mas- que de ventilation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux des- sins, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du ventilateur centri- fuge selon l'invention; - la figure 2 est une vue en bout du ventilateur selon l'invention - la figure 3 est une vue en perspective de la roue à aubes du venti- lateur des figures 1 et 2; - la figure 4 est une vue en élévation de la roue à aubes de la figure 3 dont le flasque a été retiré; et - la figure 5 est une vue en coupe du carter du ventilateur de la figure i suivant son plan médian dans lequel tourne la roue à aubes. Le ventilateur représenté sur la figure 1 comporte essentiellement un moteur électrique 12, une roue à aubes 14 entraînée par le moteur électri- que et un carter 16 délimitant une volute 17 dans laquelle la roue à aubes 14 est montée rotative. Le carter 16 présente en son centre, suivant l'axe de la roue à aubes 14, une entrée d'aspiration d'air 18. Il présente également à sa périphérie une sortie de refoulement d'air 20 s'étendant tangentiellement à la roue 14. Le moteur 12 est un moteur électrique de tout type adapté comportant un arbre de sortie 22 d'axe X-X. Le moteur est choisi pour que son arbre de sortie tourne à une vitesse supérieure à 25.000 tours par minute. Cette vi- tesse est de préférence comprise entre 47.000 et 56.000 tours par minute. La roue à aubes 14 est fixée directement sur l'arbre de sortie du mo- teur à l'aide d'une vis 24. Elle est généralement d'axe X-X et est montée ro- tative autour de cet axe. Ainsi la roue est entraînée à la même vitesse que le moteur 12. Comme illustré sur la figure 3, la roue à aubes 14 est une roue fer- mée comportant une bouche d'aspiration axiale 30 ouverte autour de son axe X-X de rotation et un passage périphérique 32 de refoulement centrifuge du flux gazeux ménagé à la périphérie de la roue suivant un plan P dans lequel la roue est entraînée en rotation par le moteur 12. Le passage 32 est ménagé dans l'épaisseur de la roue. La roue à aubes 14 est formée d'un corps de roue 34 représenté seul sur la figure 4 et d'un flasque annulaire 36 rapporté coaxialement sur le corps de roue. Le corps de roue 34 et le flasque 36 sont assemblés par exemple par collage ou ultrasons. Le corps de roue 34 comporte un moyeu 38 traversé axialement par un alésage de réception de l'arbre 22. L'alésage présente à une extrémité un suralésage de réception d'une rondelle d'appui de la tête de vis 24 pour le montage de la roue sur l'arbre 22 du moteur. Le moyeu 38 est de révolution d'axe X-X. Il présente un diamètre pro- gressivement croissant depuis son extrémité avant délimitant la bouche d'aspiration 30 jusqu'à son extrémité arrière présentant une forme générale de disque et délimitant le passage périphérique de refoulement 32. Ainsi, le moyeu 34 présente une surface latérale 44 de révolution dont le profil s'évase continûment de la bouche d'aspiration 30 au passage périphérique de refoulement 32. Cette surface latérale 44 définit la veine fluide. Elle est constituée par exemple par un tronçon d'hyperboloïde de révolution d'axe X- X. A son extrémité arrière délimitant le passage périphérique de refou- lement 32, la surface 44 présente une plage annulaire plane 46 s'étendant parallèlement au plan P de sortie de la roue. Comme illustré sur la figure 4, des aubes principales 48 et des aubes secondaires 50 font saillie à la surface latérale 44 de la roue. Ces aubes sont venues de matière avec le moyeu 38 et sont adaptées pour assurer un guidage du flux gazeux de la bouche d'aspiration 30 vers le passage péri- phérique de refoulement 32. Les aubes primaires et secondaires sont de hauteur progressivement décroissante depuis la bouche d'aspiration 30 jusqu'au passage périphéri- que de refoulement 32, la hauteur étant mesurée suivant l'axe X-X. Les aubes principales 48 présentent un bord d'attaque 52 s'étendant radialement dans la bouche d'aspiration 30 de la roue. Au contraire, les au- bes secondaires 50 ont un bord d'attaque 54 disposé en retrait de la bouche d'aspiration 30. Au-delà de leur bord d'attaque respectif, les profils des aubes 48 et 50 sont identiques jusqu'au passage périphérique de refoulement 32. Ces au- bes définissent des surfaces gauches tri-dimensionnelles, c'est-à-dire que la normale à la surface de chaque aube varie continûment dans trois directions orthogonales suivant la longueur de chaque aube. Le flasque 36 présente une forme extérieure et intérieure générale- ment tronconique. Sa surface intérieure, notée 56, est adaptée pour s'appli- quer exactement sur la surface longitudinale libre des aubes primaires et secondaires. Ainsi, les aubes délimitent entre elles, entre la surface latérale 44 du moyeu et la surface intérieure 56 du flasque rapporté, des canaux in- dépendants de guidage du flux gazeux. Ces canaux ont une section pro- gressivement croissante de la bouche d'aspiration 30 jusqu'au passage pé- riphérique de refoulement 32. Le flasque 36 présente, en son centre, un tronçon cylindrique 58 défi- nissant, avec l'extrémité avant du moyeu, la bouche d'aspiration 30. Les bords d'attaque 52 des aubes principales sont entourés par ce tronçon cy- lindrique 58. A son extrémité libre, la surface extérieure du tronçon cylindrique 58 présente une surface cylindrique 62 adaptée pour être disposée avec un jeu faible en regard d'un lamage correspondant ménagé dans le carter. A sa périphérie extérieure, dans la région délimitant le passage péri- phérique de refoulement 32 de la roue, le flasque 36 présente une plage annulaire plane 64 s'étendant sensiblement parallèlement au plan de sortie P de la roue. Ainsi, le passage périphérique de refoulement 32 est délimité par les deux plages annulaires 46 et 64 s'étendant presque parallèlement l'une à l'autre. La plage 46 est perpendiculaire à l'axe X-X, alors que la plage 64 est légèrement conique. Ces deux plages assurent le guidage du flux gazeux pour sa sortie de la roue suivant le plan P perpendiculaire à l'axe X-X de rotation. Le carter 16 comporte deux demi-coquilles 72, 74 reliées l'une à l'au- tre suivant un plan médian correspondant au plan P de sortie de la roue 14. Les deux demi-coquilles 72 et 74 sont réalisées en matière plastique injec- tée. Elles sont reliées l'une à l'autre par des agrafes métalliques 76 réparties suivant la périphérie du carter. La demi-coquille 72 est reliée à la partie fixe du moteur électrique 12 par une plaque 78 qui est vissée à la partie fixe du moteur et sur laquelle est boulonnée la demi-coquille 72. L'entrée d'aspiration 18 est définie dans la demi-coquille 74 repré- sentée seule sur la figure 5. Cette entrée 18 est délimitée par un tronçon convergent 90 s'étendant de l'extrémité ouverte de la demi-coquille 74 jus- qu'à la bouche d'aspiration 30 de la roue. En arrière du tronçon d'aspiration 90, la surface intérieure de la demi-coquille 74 comporte un lamage axial 92 qui est appliqué avec un jeu faible en regard de la surface cylindrique 62 de la roue, assurant ainsi l'étanchéité entre le tronçon convergent d'entrée 90 et la volute 17 définie par le carter. La volute 17 est définie, entre les demi-coquilles 72 et 74. Elle com- porte, à la périphérie de la roue 14, en regard du passage périphérique de refoulement 32, un canal circulaire 100 de guidage du flux gazeux. Comme illustré sur la figure 5, le canal périphérique 100 de guidage du flux gazeux est intérieurement évolutif dans le plan de rotation de la roue. Il définit une spirale centrée sur l'axe X-X de la roue. Le canal 100 s'ouvre sur l'espace médian défini entre les deux demi-coquilles et dans lequel s'étend la roue à aubes 14. Le canal 100 est relié à la sortie de refoulement par un conduit rectili- gne 101 divergeant délimité par les deux demi-coquilles 72, 74. Ce conduit 101 s'étend suivant une direction tangentielle au canal 100. Son diamètre est progressivement croissant du canal 100 vers la sortie de refoulement 20. Selon l'invention, et comme illustré sur la figure 1, le canal 100 est symétrique en section par rapport au plan P de sortie de la roue. Ce canal présente à sa base une région 102 sensiblement circulaire en section. Cette région sensiblement circulaire est centrée suivant un point du plan P de sor- tie de la roue. La section de la région sensiblement circulaire 102 augmente progressivement en direction de la sortie de refoulement 20. Elle est crois- sante sur l'essentiel de la périphérie du carter. Cette région 102 sensible- ment circulaire en section s'enroule suivant un contour extérieur 103 circu- laire centré sur l'axe X-X. Ainsi, la volute 17 a extérieurement un contour circulaire et intérieurement un contour en spirale. La région 102 s'étend en section sur une plage angulaire supérieure à 180 . De part et d'autre, la région sensiblement circulaire 102 prévue à la base du canal est prolongée par deux surfaces planes parallèles 104, 106 ménagées respectivement sur les faces intérieures des demi-coquilles 72 et 74. Ces surfaces s'étendent parallèlement au plan P de sortie de la roue. Le bord extérieur de la roue, dans l'épaisseur duquel est ménagé le passage périphérique de refoulement 32 s'étend en dehors de la région sensiblement circulaire 102 du canal périphérique. Ainsi, le bord extérieur s'étend entre les deux surfaces planes annulaires 104 et 106. Le canal périphérique 100 de guidage du flux gazeux défini à la péri- phérie de la volute 17 présente une surface essentiellement lisse et l'espace délimité entre cette surface lisse et le passage périphérique de refoulement 32 de la roue est exempt de tout diffuseur, cet espace étant maintenu libre pour l'écoulement du flux gazeux. Avantageusement, la roue à aubes 14 est dimensionnée, et notam- ment ses aubes 48 et 50, de sorte que le taux de compression du ventilateur soit compris entre 1,05 et 1,12. Dans un tel ventilateur centrifuge, l'air est aspiré par l'entrée d'aspira- tion 18 et est rejeté par la sortie de refoulement 20. La vitesse élevée de rotation de la roue 14 et la symétrie du canal pé- riphérique 100 par rapport au plan de sortie des gaz issus de la roue per- mettent un fonctionnement avec des émissions sonores très réduites, tout en permettant d'assurer un débit satisfaisant de l'ordre de 2,5 I/s avec une élévation de la pression à 70 mbars. Pour un tel débit, le niveau de pression sonore à l'aspiration est de 64 dBA. De plus, les caractéristiques du ventilateur permettent d'obtenir un fonctionnement stable de celui-ci sur toute la plage de débits. Un tel ventilateur centrifuge convient ainsi parfaitement pour un dis- positif d'assistance respiratoire. Dans un tel dispositif, le ventilateur est monté dans un bâti. La sortie du ventilateur est reliée à une extrémité d'un flexible, I'autre extrémité du flexible étant adaptée pour recevoir un masque de ventilation. Un dispositif d'assistance respiratoire équipé d'un tel ventilateur ne crée que de faibles nuisances sonores, améliorant ainsi le confort de l'utili- sateur. REVENDICATIONS 1.- Ventilateur centrifuge à haute vitesse, du type comportant un car- ter (16) définissant intérieurement une volute (17) de guidage du flux ga- zeux, une roue à aubes (14) d'entraînement du flux gazeux montée rotative dans la volute (17), et des moyens (12) d'entraînement de la roue à aubes (14) à une vitesse supérieure à 25.000 tours par minute, la roue à aubes présentant, autour de son axe (X-X), une bouche (30) d'aspiration du flux gazeux s'étendant en regard d'une entrée d'aspiration (18) ménagée dans le carter (16) et, à sa périphérie, un passage (32) de refoulement du flux ga- zeux de manière centrifuge suivant un plan (P) de sortie de la roue, le carter (16) présentant en outre une sortie (20) de refoulement du flux gazeux en dehors de la volute (17), caractérisé en ce que la volute (17) définit, à sa périphérie, un canal (100) de guidage du flux gazeux qui est essentiellement symétrique en section par rapport au plan (P) de sortie de ladite roue. 2.- Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue comporte, des aubes (48, 50) de part et d'autre desquelles sont ménagées des parois pleines (36, 38) annulaires, les parois pleines annulaires et les aubes définissant des conduits disjoints de guidage du flux gazeux. 3.- Ventilateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque aube (48, 50) définit une surface gauche dont la normale varie sui- vant trois directions orthogonales le long de la longueur de l'aube. 4.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le taux de compression est compris entre 1,05 et 1,12. 5.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que la section du canal périphérique (100) de guidage du flux gazeux défini à la périphérie de la volute (17) est progressivement croissante en direction de la sortie (20) de refoulement du flux gazeux en dehors de la volute (17). 6.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le canal périphérique (100) de guidage du flux gazeux défini à la périphérie de la volute (17) décrit extérieurement un con- tour essentiellement circulaire (103) dans le plan de sortie de la roue (14), lequel contour circulaire (103) est centré sur l'axe (X-X) de rotation de la roue. 7.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le canal périphérique (100) de guidage du flux gazeux défini à la périphérie de la volute (17) comporte, à sa base, une ré- gion (102) sensiblement circulaire en section et, symétrique par rapport au plan P de sortie de la roue. 8.- Ventilateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la ré- gion (102) sensiblement circulaire en section s'étend sur une plage angulaire supérieure à 1800. 9.- Ventilateur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le bord périphérique de la roue s'étend en dehors de la région (102) sensible- ment circulaire en section définie à la base du canal périphérique de gui- dage du flux gazeux. 10.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'espace entre le canal périphérique (100) de guidage du flux gazeux et le passage périphérique de refoulement du flux gazeux (32) est dépourvu de tout obstacle pour l'écoulement libre du flux gazeux. 11.- Dispositif d'assistance respiratoire comportant un bâti dans lequel est monté un ventilateur centrifuge selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes et un flexible dont une extrémité est reliée en sortie dudit ventilateur et dont l'autre extrémité est adaptée pour recevoir un masque de ventilation.