Brevet FR3012851A1 — publié le 20150508

Ventilateur axial ; dispositif de ventilation axiale associé; local équipé d'un tel ventilateur ou d'un tel dispositif. La présente invention concerne un ventilateur axial et ses applications. Un ventilateur est une turbomachine qui transfère à un gaz qui le traverse de l'énergie afin de véhiculer ce gaz, par exemple à travers une paroi, dans un ou plusieurs conduits, ou bien afin de permettre de balayer un espace, notamment pour assurer son homogénéité; un ventilateur est composé d'aubes fixées à un moyeu, l'ensemble formant une roue, où ledit moyeu est entrainé par un moteur ; on définit usuellement les classes de ventilateurs en fonction du type de roue qui se distinguent les unes des autres en fonction de la forme des aubes. On entend par « ventilateur axial » un ventilateur où les pales sont de forme hélicoïde et où la direction d'écoulement du gaz est essentiellement axiale ; on dénomme également ces ventilateurs « ventilateurs hélicoïdes ». Les ventilateurs axiaux sont notamment adaptés pour brasser un gaz dans des locaux de grand volume ou pour extraire des gaz à travers des parois ; ils peuvent également être montés à l'intérieur d'une gaine. Un ventilateur axial comprend une virole qui est une partie statique, fixée directement ou au moyen de pièces intermédiaires à un bâtiment ou à une installation ; la virole est de forme de révolution s'étendant selon un axe longitudinal. On dénommera par la suite cet axe « axe du ventilateur ». La virole peut être de forme sensiblement cylindrique ou sensiblement tronconique; une partie de gaine peut constituer la virole d'un ventilateur axial ; les deux extrémités de la virole, sensiblement perpendiculaires à l'axe du ventilateur, comprennent une ouverture pour permettre le passage du gaz. Un ventilateur axial comprend aussi des aubes, également appelées pales, fixées à un moyeu s'étendant selon l'axe du ventilateur. Ledit moyeu est entrainé par un moteur. Le gaz est ainsi entrainé essentiellement selon l'axe du ventilateur, à l'intérieur de la virole. De manière usuelle, le moteur d'un ventilateur axial est disposé à l'intérieur de la virole, selon l'axe du ventilateur. Le gaz se déplace ainsi dans l'espace situé entre la paroi interne de la virole et la paroi externe du moteur. Il en résulte une perte de charge liée à l'encombrement du moteur au sein de la virole. Par ailleurs, les besoins de sécurisation des installations industrielles sont croissants et les risques liés au contact entre des installations électriques et des gaz, notamment des gaz explosifs, doivent être soigneusement pris en compte. Il convient alors de disposer des moteurs spéciaux, désignés comme antidéflagrants. Il en résulte un surcout important. La présente invention vise à apporter une solution aux inconvénients et exigences précités. A cette fin, elle propose un ventilateur axial comprenant une virole de forme de révolution s'étendant longitudinalement selon un axe du ventilateur, des aubes disposées à l'intérieur de la virole et fixées à un moyeu, un arbre du ventilateur axial auquel est solidarisé le moyeu, ledit arbre s'étendant selon l'axe du ventilateur axial, au moins un moteur adapté pour entrainer en rotation un arbre moteur selon l'axe de rotation dudit moteur, où le (ou les) moteur(s) est (sont) situé(s) à l'extérieur de la virole et le (les) arbre(s) moteur est (sont) relié(s) à l'arbre du ventilateur axial par un dispositif de couplage de manière à assurer l'entrainement rotatif de l'arbre du ventilateur axial. L'encombrement du moteur est ainsi reporté hors de la virole. Il est ainsi possible de réduire la taille d'un ventilateur axial et/ou d'augmenter son efficacité 25 de ventilation en comparaison avec un ventilateur axial disposé à l'intérieur de la virole. Par ailleurs, un tel ventilateur permet de s'affranchir, au moins pour partie, de contraintes liées à l'utilisation de gaz susceptibles d'exploser, connus notamment sous l'appellation « ATEX » (pour ATmosphères EXplosibles), car le 30 gaz ne rencontre plus de dispositif électrique sur son chemin. On peut ainsi utiliser des moteurs moins couteux que les moteurs antidéflagrants. La présente invention vise également un ventilateur axial comprenant en outre les caractéristiques énoncées dans les modes de réalisations suivants, qui peuvent se combiner selon tous les configurations techniquement envisageables : - le dispositif de couplage comprend un dispositif d'engrenage entre l'arbre du ventilateur axial et un arbre du (ou de chacun des) moteur(s) ; selon un mode de réalisation, le dispositif d'engrenage entre l'arbre du ventilateur axial et l'arbre d'un moteur est un engrenage conique formant un renvoi d'angle, par exemple un renvoi d'angle à 90° ; - le (les) moteur(s) est (sont) disposé(s) de manière à ce que l'angle entre l'axe du ventilateur axial et l'axe de rotation du moteur est sensiblement de 90° ou de 270° ; - le moyeu du ventilateur axial est entrainé par deux moteurs dont les axes de rotation sont disposés dans un même plan perpendiculaire à l'axe du ventilateur axial ; il est ainsi possible d'augmenter la sécurité pendant l'utilisation du ventilateur et de procéder à un changement de moteur sans arrêter le ventilateur ; - le moyeu est en aluminium et l'arbre du ventilateur axial est en acier ; - les aubes sont disposées à l'intérieur de la virole selon deux rangées situées chacune dans un plan perpendiculaire à l'axe du ventilateur axial et les deux rangées d'aubes tournent dans un sens opposé grâce à deux arbres coaxiaux du ventilateur axial ; selon un mode de réalisation, les extrémités externes des deux arbres coaxiaux du ventilateur axial sont disposées respectivement dans un cône d'entrée et dans un cône de sortie et les extrémités internes des deux arbres coaxiaux sont reliés au dispositif de couplage de manière à permettre leur rotation selon deux sens opposés. La présente invention vise également un dispositif de ventilation axiale comprenant une pluralité de ventilateurs axiaux selon l'un quelconque des modes de réalisation de la présente invention, où un même arbre moteur est adapté pour entrainer en rotation au moins les arbres de deux ventilateurs axiaux. On peut ainsi créer un réseau de ventilateurs solidaires entre eux ; ceci permet par exemple d'augmenter la sécurité d'un dispositif de ventilation. La présente invention vise également un dispositif de ventilation axiale comprenant en outre les caractéristiques énoncées dans les modes de réalisations suivants, qui peuvent se combiner selon tous les configurations techniquement envisageables : - l'arbre moteur traverse le moteur longitudinalement et s'étend pour rejoindre à la fois un premier ventilateur axial et un second ventilateur axial. - le dispositif de ventilation axiale comprend au moins trois ventilateurs axiaux où lesdits ventilateurs axiaux sont disposés aux extrémités d'un polygone ; selon un mode de réalisation, le polygone est choisi parmi la liste constituée d'un triangle, d'un carré, d'un rectangle, d'un hexagone, d'un octogone ; - chaque ventilateur axial comprend deux moteurs et chacun de ces moteurs est relié avec un autre ventilateur axial de manière à former un réseau. La présente invention vise également un local équipé d'au moins un ventilateur axial selon l'un quelconque des modes de réalisation de la présente invention ou d'un dispositif de ventilation axiale selon l'un quelconque des 20 modes de réalisation de la présente invention énoncés ci-dessus. La présente invention vise également un l'utilisation d'au moins un ventilateur axial, selon l'un quelconque des modes de réalisation de la présente invention, ou d'un dispositif de ventilation axiale, selon l'un quelconque des 25 modes de réalisation de la présente invention énoncés ci-dessus, pour transférer à un gaz qui le (les) traverse de l'énergie dans des conditions de grand froid. On entend par « grand froid » des conditions où les températures extérieures sont inférieures ou égales à - 40 °C, notamment inférieure ou égale à - 50 °C. Ces conditions se rencontrent notamment en milieu arctique. 30 Les exemples qui suivent illustrent la présente invention. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 et 2 représentent schématiquement un même mode de réalisation d'un ventilateur axial selon la présente invention, respectivement selon une vue en perspective et selon une vue de face partiellement éclatée; - la figure 3 représente schématiquement un dispositif de 5 ventilation axiale selon la présente invention. Il convient de noter que les proportions des composants des modes de réalisation représentés ne sont pas nécessairement respectées et que les figures ont pour seule fonction de faciliter la compréhension de la présente invention. Les mêmes références numériques correspondent aux mêmes 10 composants sur l'ensemble des figures. Les figures 1 et 2 représentent schématiquement un ventilateur axial 1 comprenant une virole 10 (également dénommée usuellement « volute ») de forme de révolution s'étendant longitudinalement selon un axe 20. Dans le cas 15 représenté, la virole est cylindrique, de la forme d'un cylindre de révolution. La virole est destinée à être fixée directement ou par l'intermédiaire de pièces adaptées à une structure, notamment à une partie d'un bâtiment, par exemple à un mur ou à un toit. Selon un mode de réalisation, le ventilateur axial 1 est situé à l'intérieur 20 d'un bâtiment et permet le déplacement de flux gazeux au sein de ce bâtiment. Selon un autre mode de réalisation, le ventilateur axial 1 est situé dans une partie d'un bâtiment à l'interface entre l'intérieur du bâtiment et l'extérieur du bâtiment ; il permet ainsi le déplacement de flux gazeux de l'intérieur de ce bâtiment vers l'extérieur de ce bâtiment. 25 Dans le cadre de la présente invention, on qualifiera d' « intérieur » au ventilateur axial un composant situé entre l'axe 20 et virole 10 et on qualifiera d' « extérieur » au ventilateur axial un composant situé au-delà de la virole 10 en considérant un axe passant par l'axe 20 et situé dans un plan perpendiculaire à l'axe 20. 30 On entend par « entrée » la zone située en amont du ventilateur axial dans le sens de la direction d'écoulement du gaz, et par « sortie » la zone située en aval du ventilateur axial dans le sens de la direction d'écoulement du gaz. Sur le schéma de la figure 2, l'entrée se situe à droite du ventilateur axial et la sortie se situe à gauche du ventilateur axial. Il convient de noter que la virole 10 n'est représentée que partiellement sur la figure 2 de manière notamment à faire distinctement apparaitre des composants, situés à l'intérieur du ventilateur axial, décrits ci-après. Le ventilateur axial comprend des aubes 30 disposées à l'intérieur de la virole et fixées à un moyeu 40. Un arbre 50 est solidarisé au moyeu 40 du ventilateur axial ; cet arbre 50 s'étend selon l'axe 20 du ventilateur axial. Selon un mode de réalisation, le moyeu 40 est en aluminium et l'arbre 50 du ventilateur axial est en acier. Les aubes sont mobiles en rotation par rapport à la virole et entrainées par l'arbre 50. Le ventilateur axial représenté comprend deux moteurs 60 adaptés pour entrainer en rotation chacun un arbre moteur 65 selon l'axe de rotation dudit moteur ; les moteurs sont situés à l'extérieur de la virole et les deux arbres moteur sont reliés à l'arbre 50 du ventilateur axial par un dispositif de couplage 70 de manière à assurer l'entrainement rotatif de l'arbre du ventilateur axial. Les deux moteurs 60 sont disposés de manière à ce que l'angle entre l'axe du ventilateur axial et l'axe de rotation du moteur soit de 90°; les axes de rotation de ces deux moteurs 60 sont disposés dans un même plan perpendiculaire à l'axe du ventilateur axial. Le dispositif de couplage représenté est un dispositif d'engrenage 70 entre l'arbre 50 du ventilateur axial et chaque arbre 65 des moteurs 60, constitué d'un engrenage conique formant un renvoi d'angle à 90°. Cet engrenage conique comprend deux cônes d'engrènement fixés sur l'arbre 50 du ventilateur axial et disposées à 90°; chaque arbre moteur 65 comprend un cône d'engrènement destiné à engrener un cône d'engrènement fixé sur l'arbre 50 du ventilateur axial. Chaque arbre 65 des moteurs 60 peut être accouplé ou désaccouplés des cônes d'engrènement fixés sur l'arbre 50. En conséquence, l'arbre 50 du ventilateur axial peut être entrainé par soit par l'un des deux moteurs 60, soit par les deux moteurs 60 simultanément. Le ventilateur axial représenté comprend deux rangées d'aubes situées 30 chacune dans un plan perpendiculaire à l'axe 20 du ventilateur axial ; ces deux rangées d'aubes tournent dans un sens opposé grâce à deux arbres coaxiaux du ventilateur axial. On obtient ainsi un ventilateur dit « contrarotatif ». Les extrémités externes des deux arbres coaxiaux du ventilateur axial sont disposées respectivement dans un cône d'entrée 81 et dans un cône de sortie 82 et les extrémités internes des deux arbres coaxiaux sont reliés au dispositif de couplage de manière à permettre leur rotation selon deux sens opposés. Le cône d'entrée 81 et le cône de sortie 82 sont chacun reliés et 5 solidarisés à la virole 10 par trois pylônes 85. Le ventilateur axial représenté comprend en outre un convergent profilé 90 situé en entrée. La virole 10 est entourée d'une pluralité de plaques annulaires 66, solidarisées à ladite virole, disposées dans un plan perpendiculaire à l'axe 20 et 10 permettant de supporter deux plaques 64 sur lesquelles sont disposés les deux moteurs 60 ; des éléments de fixation 62 permettent de maintenir chacun de ces moteurs aux plaques 64. La figure 3 représente schématiquement un dispositif de ventilation axiale 15 2 selon la présente invention, comprenant une pluralité de ventilateurs axiaux 1 selon la présente invention, par exemple tels qu'illustrés dans les figures 1 et 2 et décrits ci-dessus, où un même arbre moteur 65 est adapté pour entrainer en rotation les arbres de deux ventilateurs axiaux 1. L'arbre moteur 65 traverse le moteur longitudinalement et s'étend pour rejoindre à la fois un premier 20 ventilateur axial et un second ventilateur axial. Les axes des moteurs sont situés dans un même plan perpendiculaire à l'axe 20 représenté en figure 2. Dans l'exemple représenté, le dispositif de ventilation axiale comprend quatre ventilateurs axiaux 1 disposés aux extrémités d'un polygone de forme carrée. Chaque ventilateur axial comprend deux moteurs 60 et chacun de ces 25 moteurs 60 est relié avec un autre ventilateur axial de manière à former un réseau carré. Cette disposition est avantageuse en termes de sécurité du dispositif. En effet, si un moteur d'un ventilateur axial vient à être défaillant, il est possible d'entrainer ce ventilateur axial avec un autre moteur d'un autre ventilateur axial 30 et de continuer à faire fonctionner le dispositif de ventilation axiale. On peut également ainsi aisément changer un moteur sans arrêter le dispositif. Par ailleurs, les inventeurs ont pu montrer qu'il est possible de remplacer l'ensemble des 32 ventilateurs présentés dans un mode de réalisation décrit dans la demande de brevet W02011/089578 (exemple mentionné en pages 11 à 13 et correspondant aux figures 1 à 3) par un dispositif de ventilation axiale selon le mode de réalisation précédemment décrit et correspondant à la figure 3. Il en résulte des économies très significatives. Un tel dispositif de ventilation axiale peut équiper des locaux comprenant des installations industrielles, par exemple comprenant pour transférer à un gaz qui le (les) traverse de l'énergie dans des conditions de grand froid. 10 REVENDICATIONS1. Ventilateur axial (1) comprenant une virole (10) de forme de révolution s'étendant longitudinalement selon un axe (20) du ventilateur, des 5 aubes (30) disposées à l'intérieur de la virole et fixées à un moyeu (40), un arbre (50) du ventilateur axial auquel est solidarisé le moyeu, ledit arbre s'étendant selon l'axe du ventilateur axial, au moins un moteur (60) adapté pour entrainer en rotation un arbre moteur (65) selon l'axe de rotation dudit moteur, où le (ou les) moteur(s) est (sont) situé(s) à l'extérieur de la virole et le (les) arbre(s) moteur est 10 (sont) relié(s) à l'arbre du ventilateur axial par un dispositif de couplage (70) de manière à assurer l'entrainement rotatif de l'arbre du ventilateur axial. 2. Ventilateur axial selon la revendication 1, où le dispositif de couplage comprend un dispositif d'engrenage (70) entre l'arbre du ventilateur axial 15 et un arbre du (ou de chacun des) moteur(s). 3. Ventilateur axial selon la revendication précédente, où le dispositif d'engrenage entre l'arbre du ventilateur axial et l'arbre d'un moteur est un engrenage conique formant un renvoi d'angle, par exemple un renvoi d'angle à 20 90°. 4. Ventilateur axial selon l'une quelconque des revendications précédentes, où le (les) moteur(s) est (sont) disposé(s) de manière à ce que l'angle entre l'axe du ventilateur axial et l'axe de rotation du moteur est 25 sensiblement de 90° ou de 270°. 5. Ventilateur axial selon l'une quelconque des revendications précédentes, où le moyeu du ventilateur axial est entrainé par deux moteurs dont les axes de rotation sont disposés dans un même plan perpendiculaire à 30 l'axe du ventilateur axial. 6. Ventilateur axial selon l'une quelconque des revendications précédentes, où le moyeu est en aluminium et l'arbre du ventilateur axial est en acier. 7. Ventilateur axial selon l'une quelconque des revendications précédentes, où les aubes sont disposées à l'intérieur de la virole selon deux rangées situées chacune dans un plan perpendiculaire à l'axe du ventilateur axial et où les deux rangées d'aubes tournent dans un sens opposé grâce à deux arbres coaxiaux du ventilateur axial. 8. Ventilateur axial selon la revendication précédente, où les extrémités externes des deux arbres coaxiaux du ventilateur axial sont disposées respectivement dans un cône d'entrée et dans un cône de sortie et les extrémités internes des deux arbres coaxiaux sont reliés au dispositif de couplage de manière à permettre leur rotation selon deux sens opposés. 9. Dispositif de ventilation axiale (2) comprenant une pluralité de 15 ventilateurs axiaux (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, où un même arbre moteur est adapté pour entrainer en rotation au moins les arbres de deux ventilateurs axiaux. 10. Dispositif de ventilation axiale selon la revendication précédente, 20 où l'arbre moteur traverse le moteur longitudinalement et s'étend pour rejoindre à la fois un premier ventilateur axial et un second ventilateur axial. 11. Dispositif de ventilation axiale selon l'une des revendications 9 ou 10, comprenant au moins trois ventilateurs axiaux où lesdits ventilateurs axiaux 25 sont disposés aux extrémités d'un polygone. 12. Dispositif de ventilation axiale selon la revendication précédente, où le polygone est choisi parmi la liste constituée d'un triangle, d'un carré, d'un rectangle, d'un hexagone, d'un octogone. 30 13. Dispositif de ventilation axiale selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, où chaque ventilateur axial comprend deux moteurs et chacun de ces moteurs est relié avec un autre ventilateur axial de manière à former un réseau. 14. Local équipé d'au moins un ventilateur axial selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou d'un dispositif de ventilation axiale selon l'une des revendications 9 ou 13. 15. Utilisation d'au moins un ventilateur axial selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou d'un dispositif de ventilation axiale selon l'une des revendications 9 ou 13 pour transférer à un gaz qui le (les) traverse de l'énergie dans des conditions de grand froid. 10