Brevet FR2868813A1 — publié le 20051014

Domaine technique de l'invention. La présente invention est du domaine des dispositifs de pompage des fluides par pompes rotatives, notamment appliqués aux installations de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation pour habitacle des véhicules. Elle a pour objet un organe de propulsion centrifuge d'air associant une turbine à ailettes montée tournante à l'intérieur d'un boîtier conformé en volute. Etat de la technique. On rappelle qu'une installation de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation pour habitacle de véhicule comprend un organe de propulsion centrifuge d'air, pour acheminer cet air à travers un circuit de distribution vers l'habitacle du véhicule. De manière courante, un tel organe de propulsion associe une turbine à ailettes, qui est montée axialement tournante à l'intérieur d'un boîtier conformé en volute. L'air est prélevé par la turbine axialement depuis l'extérieur du boîtier et est entraîné le long d'un couloir globalement conformé en couronne évoluant radialement en volute, vers un orifice d'évacuation en communication avec le circuit de distribution. Plus particulièrement, ce couloir est délimité entre la surface de révolution extérieure de la turbine, définie par la tranche extérieure des ailettes, et la face interne d'une paroi périphérique du boîtier enveloppant à distance les ailettes de la turbine. Le profil axial de cette face du boîtier est subdivisée en une zone principale à extension axiale, notamment bordée par des retours orientés radialement vers les ailettes. Son profil radial quant à lui évolue en volute de manière à faire varier progressivement la distance de séparation entre la tranche des ailettes et la face interne de la paroi périphérique du boîtier. Pour favoriser l'entraînement de l'air par les ailettes depuis l'admission axiale vers la paroi périphérique du boîtier, il est commun de les incurver dans un plan radial de la turbine. Le problème posé dans le domaine réside dans la dynamique hétérogène du fluide entraîné à l'intérieur du couloir, avec en corollaire la formation de turbulences génératrices de nuisances sonores et une perte de rendement de la turbine. Plus particulièrement dans le domaine de l'aménagement des véhicules et des organes propulseur d'air d'une installation de ventilation ou analogue, il est recherché de réduire non seulement de telles nuisances sonores pour des raisons de confort, mais aussi de réduire l'encombrement global de l'organe de propulsion et l'énergie nécessaire au fonctionnement de la turbine. Par ailleurs il doit être pris en compte la destination de l'organe de propulsion pour une installation de ventilation donnée, dont le circuit de distribution d'air comporte ses propres contraintes et pertes de charge au regard de la dynamique de l'air qu'il véhicule, et dont les modalités de fonctionnement sont susceptibles de provoquer des variations brutales du débit d'air souhaité par le passager. Il en ressort pour les concepteurs un compromis à trouver entre d'une part l'efficacité, le rendement et le débit d'air offert par l'organe de propulsion au regard des modalités de son fonctionnement, et d'autre part l'agencement de cet organe vis à vis de son encombrement global, des dimensions relatives entre la turbine à ailettes et le boîtier conformé en volute, et des nuisances sonores générées. Par exemple, les efforts des concepteurs se sont notamment portés sur l'organisation du boîtier, et plus particulièrement sur la conformation de son évolution en volute, pour définir un couloir de circulation d'air offrant un volume satisfaisant pour une puissance donnée de la turbine, et donc un débit d'air acceptable. Une telle démarche vise notamment à concilier un encombrement du boîtier, souhaité le plus faible possible pour optimiser l'espace disponible, avec un volume de la turbine à ailettes néanmoins le plus important possible, et vise aussi à éviter au mieux la création de zones de turbulence génératrices de nuisances sonores. Par exemple encore, il a plus particulièrement été proposé par l'art antérieur de réguler et d'optimiser le volume d'air délivré par l'organe de propulsion, à partir d'une variation de l'extension axiale du boîtier selon l'évolution de son profil en volute. Pour connaître un environnement technologique proche de la présente invention, on pourra se reporter aux documents FR2801941 (VALEO CLIMATISATION), EP1178215 (CALSONIC KANSEI CORPORATION) et EPO444551 (Adam OPEL). Objet de l'invention. Le but de la présente invention s'inscrit dans la démarche susvisée d'agencer un organe de propulsion d'air pour une installation de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation d'un habitacle de véhicule, qui tend à réduire les nuisances sonores générées et à optimiser l'exploitation des capacités de la turbine à ailettes qu'il comporte. La démarche inventive de la présente invention a consisté dans sa globalité à faire varier le diamètre de la surface de révolution extérieure de la turbine, définie par les tranches extérieures des ailettes qui sont rendues axialement courbes, et à conformer en correspondance, préférentiellement de façon homothétique dans sa majeure partie, la zone d'extension axiale de la face intérieure de la paroi périphérique du boîtier. On comprendra par conformation homothétique de ladite zone d'extension axiale correspondante, dans sa majeure partie en regard sur les ailettes, par une conformation proportionnelle à celle des tranches extérieures des ailettes. A partir de cette démarche, il est finalement apparu qu'une conformation globalement en croissant du profil axial du couloir en couronne à travers lequel circule l'air à l'intérieur de l'organe de propulsion donnait des résultats satisfaisants. Notamment, il est préférentiellement proposé de définir le profil axial des tranches extérieures des ailettes à partir d'un plan radial médian de symétrie, et de conformer ce profil de part et d'autre de ce plan pour le faire varier suivant une inflexion constante répondant à une règle prenant en compte le diamètre et la hauteur nominaux de la turbine, auxquels sont affectés un coefficient trigonométrique. Poursuivant cette démarche, il est proposé d'agencer la tranche des ailettes, notamment au regard de leur angle de fuite et de leur épaisseur, en fonction de la variation incurvée de leur profil axial, selon des règles prenant en compte la variation du rayon de la surface de révolution extérieure de la turbine. Plus particulièrement, en ce qui concerne l'angle de fuite, cette règle est un polynôme d'ordre 3, tandis que pour l'épaisseur des tranches, cette règle est linéaire. Description des figures. La présente invention sera mieux comprise, et des détails en relevant apparaîtront, à la lecture de la description qui va en être faite d'une forme préférée de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées dans lesquelles: La fig.1 est un schéma de dessus illustrant les principaux composants d'un organe de propulsion de la présente invention. La fig.2 est un schéma en coupe axiale d'un organe de propulsion de la présente invention. La fig.3 est une vue partielle de la périphérie d'une turbine à ailettes de l'organe de propulsion illustré sur la fig.2. La fig.4 est une vue en perspective illustrant une ailette de la turbine représentée partiellement sur la fig.3. Sur la fig.1, un organe de propulsion centrifuge d'air pour une installation de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation d'un habitacle de véhicule, comprend une turbine 1 à ailettes 2, qui est montée tournante à l'intérieur d'un boîtier 3 radialement conformé en volute. La surface de révolution extérieure S de la turbine 1, définie par la tranche extérieure des ailettes 2, délimite conjointement avec la face interne 4 d'une paroi périphérique 5 du boîtier 3 un couloir de circulation de l'air. On notera que ce couloir est plus particulièrement sur l'exemple illustré globalement conformé en couronne, pour acheminer l'air entre un orifice axial d'admission 6 et un orifice radial d'évacuation 7 de l'organe de propulsion. En se reportant par ailleurs sur la fig.2, ladite face interne 4 comprend principalement une zone 8 à extension axiale, qui est notamment bordée sur l'exemple illustrée par des retours 9,10, pour envelopper à distance la surface de révolution extérieure S de la turbine 1. Selon la présente invention, les tranches extérieures des ailettes 2 sont axialement concaves tandis que la zone 8 à extension axiale de ladite face interne est axialement convexe. Les incurvations axiales des tranches extérieures des ailettes 2 et de la zone 8 à extension axiale de ladite face interne 4 sont préférentiellement homothétiques dans sa majeure partie. On notera dans la description qui va suivre relative à cette variante préférée, que les caractéristiques de ces incurvations des tranches extérieures des ailettes 2 d'une part, et de ladite face interne 4 d'autre part, sont notamment définies par un profil déterminé en fonction des caractéristiques relatives aux ailettes 2 de la turbine 1. L'incurvation axiale des tranches extérieures des ailettes 2 comporte une zone d'inflexion 11, plus particulièrement située sur la variante préférée de réalisation illustrée à une distance h2 de la base des ailettes 2 comprise entre un tiers et la moitié de leur hauteur h1. On notera que sans déroger aux règles de l'invention précédemment énoncées, ladite incurvation est susceptible de comporter une pluralité de zones d'inflexion. On notera aussi que selon une variante de réalisation non représentée, et dans le cas où la distance h2 est de l'ordre du tiers de la distance h1, la tranche extérieure des ailettes 2 présente une conformation globalement ventrue à leurs bases. II est toutefois préféré la variante illustrée, dans laquelle la distance h2 correspond à la moitié de la distance h1, et dans laquelle le profil axial des tranches extérieures des ailettes 2 comporte de préférence un plan radial médian de symétrie. La variation radiale V de l'incurvation du profil axial des tranches extérieures des ailettes 2, prise entre un rayon minimum RO et un rayon maximum R1 de la surface de révolution extérieure S de la turbine, est notamment comprise entre 0,05 et 0,15 fois ledit rayon extérieur maximum RI, et est comprise entre 0,1 et 0,35 fois la hauteur H1 des ailettes 2. On comprendra que la valeur de cette variation V est dépendante des dimensions RI et H1 nominales de la turbine 1, et est évaluée dans les fourchettes de valeurs indiquées en fonction du choix de cette dernière. Par exemple et à titre indicatif, il est apparu que pour une turbine 1 d'un rayon maximal RI de l'ordre de 80 mm et d'une hauteur h1 de l'ordre de 70 mm, les rapports satisfaisants de la variation radiale V de l'incurvation du profil axial des tranches extérieures des ailettes 2 étaient de l'ordre de 0,1 fois le rayon extérieur maximum RI de la surface de révolution extérieure de la turbine 1 et de 0,25 fois sa hauteur h1. Dans laquelle: *) RO est le rayon minimum de la surface de révolution extérieure de la turbine, *) RI est le rayon maximum de la surface de révolution extérieure de la turbine, 30 *) h1 est la hauteur des ailettes, *) h est la distance séparant la base des ailettes et le point correspondant au rayon R pris sur le profil axial de la tranche extérieure des ailettes. Plus précisément, la variation du rayon R de la surface de révolution extérieure S de la turbine 1, prise depuis la base de cette dernière 1 en aval d'un plan 25 radialement médian de symétrie, est conforme à la relation suivante: R=RO+(R1 RO).sin{(h.(n12))/((h1)/2)} En se reportant par ailleurs aux fig.3 et fig.4, les ailettes 2 sont en outre préférentiellement incurvées dans leur plan général. Dans ce cas, il est avantageusement proposé de faire varier l'angle de fuite A des ailettes 2, déterminé entre la tangente de l'incurvation des ailettes 2 dans un plan radial de la turbine 1 et la perpendiculaire à la tangente de la surface de révolution extérieure S de la turbine 1, selon la variation radiale V de l'incurvation axiale de la tranche extérieure des ailettes 2. Par exemple et à titre indicatif, il est apparu que pour un rayon R variant entre 70 mm et 80 mm, une variation satisfaisante de l'angle A de fuite des ailettes 2 est comprise entre 40 et 80 le long du profil axial de leur tranche extérieure. Plus précisément, la variation de l'angle de fuite A des ailettes 2 est conforme à la relation polynomiale d'ordre 3 suivante: A = a.R3 + b.R2 + c.R + d Dans laquelle: *) R est le rayon de la surface de révolution extérieure de la turbine en un point du profil axial des ailettes auquel correspond l'angle de fuite A. *) a est compris entre 0,045 et 0,05 *) b est compris entre -10 et -11 *) c est compris entre 750 et 760 *) d est compris entre -1820 et -1860 Par ailleurs, l'épaisseur e des tranches extérieures des ailettes 2 est de préférence variable selon la variation radiale V de l'incurvation axiale de ces dernières 2. Par exemple et à titre indicatif, il est apparu que pour un rayon R variant entre 70 mm et 80 mm, une variation satisfaisante de l'épaisseur e des tranches extérieures des ailettes 2 est comprise entre 1 mm et 4 mm. Plus précisément, la variation de l'épaisseur e des tranches extérieures des 30 ailettes 2, est conforme à la relation suivante: e=(10.e0+2.R 2.R0) /10 Dans laquelle: *) eO est l'épaisseur minimal des tranches extérieures des ailettes, notamment prise à leurs extrémités. *) R est le rayon de la surface de révolution extérieure de la turbine en un point du profil axial des ailettes auquel correspond épaisseur e. *) RO est le rayon minimum de la surface de révolution extérieure de la turbine, et plus particulièrement le rayon considéré au point du profil axial des ailettes auquel correspond épaisseur eO, à leurs extrémités notamment. Selon la forme préférée de réalisation illustrée, les retours 9,10 bordant la zone 8 à extension axiale de la face interne 4 de la paroi périphérique 5 du boîtier 3 sont globalement convexes à au moins deux zones d'inflexion 12, 13. En outre, la profondeur L du retour inférieur 10 augmente proportionnellement avec l'évolution de la volute, jusqu'à tendre à confondre ces deux zones d'inflexion correspondants 12,13 en une zone d'inflexion unique 14. Revendications 1.- Organe de propulsion centrifuge d'air pour une installation de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation d'un habitacle de véhicule, cet organe comprenant une turbine (1) à ailettes (2) montée tournante à l'intérieur d'un boîtier (3) radialement conformé en volute, la surface de révolution extérieure S de la turbine, définie par la tranche extérieure des ailettes (2), délimitant conjointement avec la face interne (4) d'une paroi périphérique (5) du boîtier (3) un couloir de circulation d'air, ladite face interne (4) étant principalement composée d'une zone (8) à extension axiale, caractérisé en ce que les tranches extérieures des ailettes (2) sont axialement concaves tandis que la zone (8) à extension axiale de ladite face interne (4) est axialement convexe. 2.- Organe de propulsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tranches extérieures des ailettes (2) et la zone (8) à extension axiale de la face interne (4) sont homothétiques dans leur majeure partie. 3.- Organe de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'incurvation axiale des tranches extérieures des ailettes (2) comporte au moins une zone d'inflexion (11) située à une distance h2 de la base des ailettes (2) comprise entre un tiers et la moitié de leur hauteur h1. 4.- Organe de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profil axial des tranches extérieures des ailettes (2) comporte un plan radial médian de symétrie. 5.- Organe de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la variation radiale V de l'incurvation du profil axial des tranches extérieures des ailettes (2), prise entre un rayon minimum RO et un rayon maximum RI de la surface de révolution extérieure S de la turbine, est comprise entre 0,05 et 0,15 fois ledit rayon extérieur maximum RI, et est comprise entre 0,1 et 0,35 fois la hauteur H1 des ailettes (2). 6.- Organe de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la variation du rayon R de la surface de révolution extérieure S de la turbine (1), prise depuis la base de cette dernière (1) en aval d'un plan radialement médian de symétrie, est conforme à la relation suivante: R=RO+(RI R0).sin{(h.(rr/2))/((hl)/2)} Dans laquelle: RO est le rayon minimum de la surface de révolution extérieure de la turbine, R1 est le rayon maximum de la surface de révolution extérieure de la turbine, h1 est la hauteur des ailettes, h est la distance séparant la base des ailettes et le point correspondant au rayon R pris sur le profil axial de la tranche extérieure des ailettes. 7.- Organe de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ailettes (2) étant en outre incurvées dans un plan radial de la turbine (1), l'angle de fuite A des ailettes (2) varie selon la variation radiale V de l'incurvation axiale de la tranche extérieure des ailettes (2). 8.- Organe de propulsion selon la revendication 7, caractérisé en ce que la 25 variation de l'angle de fuite A des ailettes (2) est conforme à la relation polynomiale d'ordre 3 suivante: A = a.R3 + b.R2 + c.R + d Dans laquelle: R est le rayon de la surface de révolution extérieure de la turbine en un point 30 du profil axial des ailettes auquel correspond l'angle de fuite A. a est compris entre 0,045 et 0,05 b est compris entre -10 et -11 c est compris entre 750 et 760 d est compris entre -1820 et 1860 9.- Organe de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur e des tranches extérieures 5 des ailettes (2) varie selon la variation radiale V de l'incurvation axiale de ces dernières (2). 10.- Organe de propulsion selon la revendication 9, caractérisé en ce que la variation de l'épaisseur e des tranches extérieures des ailettes (2), est 10 conforme à la relation suivante: e=(10.e0+2.R 2.RO)/10 Dans laquelle: e0 est l'épaisseur minimal des tranches extérieures des ailettes. R est le rayon de la surface de révolution extérieure de la turbine en un point 15 du profil axial des ailettes auquel correspond épaisseur e. RO est le rayon minimum de la surface de révolution extérieure de la turbine. 11.- Organe de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, la zone (8) à extension axiale étant bordée par des retours (9,10) pour envelopper à distance la surface de révolution extérieure S de la turbine (1), caractérisé en ce que les retours (9,10) sont globalement convexes à au moins deux zones d'inflexion (12,13), la profondeur L du retour inférieur (10) augmentant proportionnellement avec l'évolution de la volute jusqu'à tendre à confondre ces deux zones d'inflexion correspondants (12,13) en une zone d'inflexion unique (14).