Brevet FR2806759A1 — publié le 20010928

L'invention concerne une soufflante radiale à émissions sonores réduites, destinée à être utilisée en assistance respiratoire. Les soufflantes radiales offrent la possibilité, aussi bien dans des appareils mobiles, tels qu'ils sont utilisés par exemple dans les soins à domicile, que dans les appareils stationnaires, tels qu'on les trouve par exemple dans les établissements hospitaliers, de pratiquer une assistance respiratoire commandée en pression sur les patients. On utilise pour cela de petites soufflantes radiales à rotation rapide, présentant un faible moment d'inertie, afin que la soufflante radiale puisse suivre les besoins en pression effectifs du patient, grâce à une modification de la vitesse de rotation. Un dispositif de transport de gaz correspondant, destiné à des appareils d'assistance respiratoire et d'anesthésie, se présentant sous la forme d'une soufflante radiale à pales courbes dans le sens opposé à la marche, est décrit dans le document DE 197 14 644 C2. Les avantages apportés par cette soufflante radiale résident dans sa construction simple et compacte et également dans la possibilité, grâce à une commande rapide du moteur d'entraînement électrique, de couvrir une plage importante de vitesses de rotation et de pressions. Mais il présente l'inconvénient d'être désagréablement bruyant, du fait du bruit de structure généré par la rotation rapide du moteur et du fait du bruit aérien généré par les déviations et les séparations du courant gazeux dans la roue à aubes et dans le boîtier de la soufflante radiale. Un perfectionnement visant le bruit de structure généré par le moteur à rotation rapide est décrit dans le document DE 199 04 119 A1. Dans ce document, le gaz respiratoire proprement dit est utilisé comme lubrifiant entre les surfaces de glissement qui sont en contact. Grâce à la formation d'un palier glisseur gazeux aérodynamique, le rotor et le stator sont entièrement séparés l'un de l'autre, sans usure, ce qui réduit considérablement la formation de bruit. Le document WO 99/22794 décrit un autre dispositif réducteur de bruits utilisé dans des appareils d'assistance respiratoire. Le moteur qui assure le transport du gaz est, dans ce cas, monté dans un boîtier supplémentaire en matériau qui absorbe les sons. Tous les dispositifs évoqués ci-dessus présentent l'inconvénient de ne pas encore suffisamment réduire l'émission sonore, surtout le bruit transmis par l'air, mais aussi le bruit transmis par le corps, qui est émis par la soufflante radiale en particulier lorsque la vitesse de rotation est augmentée. La réduction du bruit transmis par l'air est surtout efficace lorsqu'elle est réalisée directement à la source du bruit, c'est-à-dire au niveau de la soufflante radiale. En particulier, une réduction du bruit pratiquée dans le cas o le courant volumique de gaz respiratoire acheminé à la soufflante radiale est dévié pour circuler non plus parallèlement à l'axe de rotation mais perpendiculairement à l'axe de rotation de l'aube du compresseur, à l'intérieur de la soufflante radiale, présente l'avantage de pouvoir être utilisée dans une large gamme d'utilisation de la soufflante radiale, indépendamment de la valeur d'alimentation, c'est-àdire du rapport vitesse de rotation de la roue à aubes du compresseur/vitesse du courant volumique. On obtient une réduction du bruit lorsqu'on dévie le courant volumique de gaz respiratoire, acheminé à la soufflante radiale, en donnant une forme particulière à l'ouverture formant passage, prévue pour le courant volumique, qui existe entre la roue à aubes du compresseur et le boîtier, forme qui est caractérisée par le fait que la roue à aubes du compresseur présente une lèvre étirée, annulaire, placée aux extrémités inférieures de l'aube; en conséquence, est formé, entre la lèvre située aux extrémités inférieures de l'aube de la roue à aubes du compresseur et le boîtier, un espace annulaire à travers lequel passe un courant de fuite circulant dans la direction opposée au courant volumique restant, ce qui empêche des séparations indésirables de ce courant volumique. Dans les petites soufflantes radiales utilisées ici, cet espace annulaire est très petit, ce qui rend la production et le réglage très compliqués. De plus, pour obtenir un effet stabilisateur du courant de fuite, la largeur de l'espace annulaire ne peut faire l'objet que de faibles tolérances. En outre, les soufflantes radiales employées en assistance respiratoire exigent un démontage et un échange fréquent de leurs différents composants, ce qui complique le respect, dans la durée, des faibles tolérances, et ceci représente un inconvénient supplémentaire. L'invention a donc pour but de proposer une soufflante radiale impliquant moins de bruits transmis par l'air, tout en présentant une construction simple. Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce au fait que I'ouverture formant passage, formée par la bouche d'aspiration, la roue à aubes de compresseur et la plaque de recouvrement, est tout d'abord rétrécie puis s'élargit à nouveau dans la direction du courant volumique acheminé. L'invention tire parti, pour la conformation de l'ouverture formant passage, formée par la bouche d'aspiration, la roue à aubes de compresseur et le boîtier de la soufflante radiale, du principe d'écoulement de Bernoulli. Etant donné que l'ouverture formant passage, dans la direction du courant volumique acheminé, se rétrécit d'abord puis s'élargit ensuite à nouveau, le courant volumique, dans la partie rétrécie de l'ouverture formant passage, circule à une vitesse plus importante. Ceci a un effet stabilisant et prévient des séparations indésirables dans le courant volumique au niveau de la déviation. De plus, les tolérances appliquées à la bouche d'aspiration, à la roue à aubes et au boîtier sont faibles, par rapport à leurs dimensions axiales et radiales, et ceci représente un avantage. La construction et l'échange des différents composants est donc nettement plus simple. Il est, en outre, possible, grâce à la conformation du moyeu de la roue à aubes de compresseur, de former une ouverture formant passage pour le courant volumique, présentant une variation de la section transversale pratiquement constante, ce qui réduit encore la tendance à former des séparations dans le courant volumique. L'avantage de réduire les séparations réside, d'une part, dans la réduction de l'émission sonore et, d'autre part, dans un meilleur degré d'efficacité de la soufflante radiale. Selon l'invention, le rétrécissement de l'ouverture formant passage, puis son élargissement, sont censés représenter, par rapport à la section transversale de l'ouverture formant passage, de 10 à 50 % à l'entrée de la bouche d'aspiration. Un rétrécissement moins prononcé n'a pas suffisamment d'effet, un rétrécissement trop important entraîne des complications techniques supplémentaires lorsqu'il faut garantir un courant volumique constamment suffisant pour l'assistance respiratoire du patient. Selon une forme de réalisation préférée, I'ouverture formant passage, vue dans la direction du courant volumique acheminé, présente, au début, une section transversale circulaire. Après le rétrécissement, elle s'élargit entre la roue à aubes et la paroi intérieure du boîtier. Le diamètre de la section circulaire représente tout d'abord 20 millimètres, puis se rétrécit régulièrement jusqu'à 14 millimètres et représente, après l'élargissement de l'ouverture formant passage, 20 mm, mesurés dans la section libre de la bouche d'aspiration. Outre les bruits transmis par l'air, générés par la déviation du courant gazeux, c'est surtout le moteur à rotation rapide qui entraîne une propagation de bruits de structure, qui augmente l'émission de bruits. Ce phénomène est causé par les défauts d'équilibrage et les désaxages des composants mobiles du moteur, ainsi que par les bruits de roulement des paliers dans le moteur. Jusqu'à présent, les moteurs à rotation rapide transmettant des forces étaient couplés au boîtier de la soufflante radiale de façon aussi souple que possible, à l'aide d'élastomères. Ce montage présente l'inconvénient que le couplage est très souple pour les basses fréquences, mais est de plus en plus rigide pour les fréquences plus élevées. Ainsi, lorsque le moteur et la soufflante sont couplés par un élastomère, I'amortissement dépend fortement des fréquences; dans ce cas, les basses fréquences sont bien amorties, et les fréquences élevées le sont mal. En cas d'amortissement à l'aide d'élastomères, si l'on souhaite notablement éliminer cette dépendance des fréquences en sélectionnant des élastomères très souples, qui amortissent suffisamment aussi bien les basses que les hautes fréquences, on rencontre des problèmes du fait du positionnement imprécis des composants de la soufflante radiale les uns par rapport aux autres, dont la position dans l'espace ne devrait varier que dans une plage de tolérance d'approximativement 0,2 millimètre. L'utilisation d'élastomères pour amortir le bruit de structure apparaissant avec les soufflantes radiales présente l'inconvénient supplémentaire qu'ils ont un comportement en longue durée critique, qui se manifeste par d'éventuels écoulements de matière et par une modification de la viscosité. Selon une forme de réalisation avantageuse, le moteur qui entraîne la roue à aubes de compresseur est couplé au boîtier avec peu d'amortissement, avec interposition d'une masse séparée. Pour réduire le bruit de structure généré par le moteur à rotation rapide, on utilisera avantageusement une forme d'exécution particulière à couplage rigide entre le moteur qui entraîne la roue à aubes de la soufflante radiale et le boîtier de la soufflante radiale, avec interposition d'une masse séparée, montée par l'intermédiaire d'un élément élastique. La réduction du bruit de structure généré par la rotation du moteur s'effectue alors par l'absorption de l'énergie vibratoire par une masse suffisamment grosse, qui vibre à la place du moteur et qui réduit l'amplitude du point de couplage. L'aluminium s'est avéré pouvoir être utilisé particulièrement avantageusement pour la masse séparée, car la réduction du bruit de structure, outre l'effet évoqué ci-dessus, est obtenue par l'autoamortissement, spécifique au matériau, de l'aluminium. Ceci implique une conversion énergétique amplifiée du bruit de structure, du fait de la friction interne de l'aluminium en cas de vibrations. Des avantages comparables peuvent être obtenus si l'on utilise du laiton pour fabriquer la masse séparée. Indépendamment d'autres propriétés spécifiques aux matériaux, il est cependant généralement avantageux d'utiliser un matériau à poids spécifique élevé. Le couplage selon l'invention du moteur et du boîtier de la soufflante radiale, avec interposition d'une masse séparée, ne comprend pas de liaisons élastiques, ce qui annule les problèmes créés par le positionnement imprécis des composants et le comportement en longue durée critique des élastomères. Le poids de la masse séparée doit représenter de un à quatre fois le poids du moteur. La masse séparée est avantageusement montée élastiquement et avec peu d'amortissement entre le moteur et le boîtier, par l'intermédiaire d'une fine bride métallique. Il existe une limite supérieure pour le poids de la masse séparée, dans la mesure o il faut que la bride par laquelle la masse séparée est couplée doit pouvoir transmettre les forces. C'est également pour cette raison qu'il est avantageux que la masse séparée présente un poids spécifique élevé car, ainsi, I'ensemble de la masse séparée est monté aussi près que possible du point de couplage entre le moteur et le boîtier. Selon un mode de réalisation préféré, la masse séparée pèse grammes, a une forme cylindrique avec un diamètre extérieur de millimètres, un diamètre intérieur de 24 millimètres et une hauteur de millimètres. La bride de couplage de la masse a une épaisseur de 1,5 millimètres. L'utilisation de la masse séparée non seulement pour assurer le couplage entre le moteur et le boîtier afin de réduire le bruit de structure, mais également comme élément de mesure de la température du moteur ou pour une meilleure évacuation de la chaleur produite par le moteur, représente un avantage supplémentaire. Selon une autre forme de réalisation avantageuse, on obtient une réduction de l'émission sonore encore meilleure en suspendant la soufflante radiale selon l'invention dans des membranes et en disposant la soufflante radiale selon l'invention dans une capsule fermée. La figure 1 est une vue en coupe d'une soufflante radiale selon l'invention, présentant une ouverture formant passage pour le courant volumique, la figure 2 représente le moteur et des parties du boîtier d'une soufflante radiale selon l'invention, avec une masse séparée interposée entre eux. La figure 1 est une vue en coupe de la conformation d'une soufflante radiale selon l'invention, symétrique par rapport à l'axe de rotation 7, avec une ouverture formant passage 4. La soufflante radiale est constituée d'une roue à aubes 2, tournant autour de l'axe de rotation 7, entraînée par le moteur 6, présentant des aubes 10, une plaque de recouvrement 12 et un moyeu 5, et comprend également un boîtier 3 stationnaire, entourant la roue à aubes 2, et une bouche d'aspiration 1 faisant saillie du boîtier 1 et s'étendant parallèlement à l'axe de rotation 7. Le courant volumique du gaz, qui est comprimé dans la soufflante radiale et qui est ensuite acheminé pour assurer l'assistance respiratoire d'un patient non représenté à la figure 1, est représenté par des flèches à la figure 1. Il pénètre dans la soufflante radiale par l'ouverture formant passage 4, qui va tout d'abord en rétrécissant puis qui s'élargit ensuite selon une forme annulaire. L'ouverture formant passage 4 est le canal délimité par la bouche d'aspiration 1, la roue à aubes 2 et la plaque de recouvrement 12, qui rétrécit régulièrement puis s'élargit à nouveau. En particulier le moyeu 5 qui s'étend, selon une forme concave, en direction de l'axe de rotation 7 et la transition 11 arrondie entre la bouche d'aspiration 1 et la paroi intérieure du boîtier 3, garantissent la courbure régulière aux points critiques de l'ouverture formant passage 4 auxquels le courant volumique est dévie sans perturbation de l'écoulement. La figure 2 représente le moteur 6 et des parties du boîtier 3 d'une soufflante radiale selon l'invention, avec une masse 8 séparée interposée entre eux. La masse séparée 8 présente une bride métallique 9 par laquelle elle est montée rigidement entre le moteur 6 et le boîtier 3 de la soufflante radiale; son poids est approximativement de 1,5 à 2 fois celui du moteur 6. La disposition des composants selon la figure 2 est symétrique par rapport à l'axe de rotation 7. REVENDICATIONS 1. Soufflante radiale, constituée d'une roue à aubes, entraînée par un moteur, tournant autour d'un axe de rotation, et d'un boîtier stationnaire entourant la roue à aubes, présentant un courant volumique, susceptible d'être acheminé parallèlement à l'axe de rotation, en passant par une bouche d'aspiration, courant qui quitte la roue à aubes perpendiculairement à l'axe de rotation, caractérisée en ce que l'ouverture formant passage (4), formée par la bouche d'aspiration (1), la roue à aubes (2) et la plaque de recouvrement (12), est tout d'abord rétrécie dans la direction du courant volumique acheminé puis s'élargit à nouveau. 2. Soufflante radiale selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyeu (5) de la roue à aubes (2) et la transition (11) entre la bouche d'aspiration (1) et la paroi intérieure du boîtier (3) sont formés de telle sorte que l'ouverture formant passage (4) formée entre la bouche d'aspiration (1), la roue à aubes (2) et la plaque de recouvrement (12) présente une variation régulière de sa section transversale. 3. Soufflante radiale selon la revendication I ou 2, caractérisée en ce que le rétrécissement de l'ouverture formant passage (4), par rapport à la superficie de section de l'ouverture formant passage (4) à l'entrée de la bouche d'aspiration (1), représente au moins 10 % et au plus 50 %. 4. Soufflante radiale selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le moteur (6) qui entraîne la roue à aubes (2) est couplé au boîtier (3) avec peu d'amortissement, avec interposition d'une masse séparée (8). 5. Soufflante radiale selon la revendication 4, caractérisée en ce que le matériau utilisé pour la masse séparée (8) est de l'aluminium. 6. Soufflante radiale selon la revendication 4, caractérisée en ce que le matériau utilisé pour la masse séparée (8) est du laiton. 7. Soufflante radiale selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que le poids de la masse séparée (8) représente de un à quatre fois le poids du moteur (6). 8. Soufflante radiale selon au moins l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la fixation de l'ensemble complet que forme la 9 soufflante radiale avec le moteur est réalisée par suspension dans des membranes. 9. Soufflante radiale selon au moins l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la soufflante radiale est disposée à l'intérieur d'une capsule fermée.