EP1316731A1 - Ventilateur helicoide avec un moyen réducteur de bruit - Google Patents
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- EP1316731A1 EP1316731A1 EP20020356249 EP02356249A EP1316731A1 EP 1316731 A1 EP1316731 A1 EP 1316731A1 EP 20020356249 EP20020356249 EP 20020356249 EP 02356249 A EP02356249 A EP 02356249A EP 1316731 A1 EP1316731 A1 EP 1316731A1
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- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
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- F04D29/161—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
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- F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
- F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/666—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps by means of rotor construction or layout, e.g. unequal distribution of blades or vanes
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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- F05D2240/20—Rotors
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- F05D2240/307—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the tip of a rotor blade
Definitions
- the present invention relates to the general technical field of helical type fans, comprising a wheel composed of a series blades rotatably mounted inside and at a distance from a ferrule forming the fan housing.
- the present invention relates to a helical fan comprising a wheel composed of a series of blades mounted for rotation inside and at distance from a ferrule, each blade being provided with a noise reduction means acoustics arranged in the vicinity of the shell.
- Helical fans are widely known and include a wheel ventilation formed by a series of blades, fixed or variable pitch, fixed on a hub, the wheel being supported and driven by a shaft drive integral with a motor intended to supply the energy necessary for the rotation of the axis.
- the wheel and the blades are arranged inside a casing or ferrule, and mounted at a precise distance, of the order of a few millimeters, from the inner face of the ferrule.
- Fluid circulation due to the pressure difference generates significant turbulences which are sources of noise and which contribute significantly significant to the genesis of the acoustic power of the axial fan.
- ferrule of the fan in the form of two independent ferrules assembled between them, one of the ferrules comprising and supporting the assembly of the arms and the support of the drive motor on the end of the shaft which is fixed the fan wheel.
- the use of two ferrules has the advantage of facilitating the centering of the second ferrule, while also facilitating its mode assembly.
- the object of the invention therefore aims to resolve all of the problems mentioned previously and to propose a new fan helicoid which is particularly simplified in design and construction, and which makes an effective contribution to the reduction of power acoustics of such fans.
- Another object of the invention is to propose a new helical fan whose overall performance is also improved.
- Another object of the invention is to propose a new helical fan particularly economical to produce.
- Another object of the invention is to propose a new helical fan whose manufacture is particularly simplified.
- a fan helical comprising a wheel composed of a series of blades mounted at rotation inside and at a distance of at least one ferrule, each blade being fitted with an acoustic noise reduction means in the vicinity of the shell, characterized in that the noise reducing means are arranged on the side lower surface of the blades and formed by a bead of material forming protrusion relative to the surface of each blade and the face of which outer forming the outline substantially tangent the end of each blade at its upper part.
- FIG. 1 represents a blade 1 of a helical fan (not shown in all) according to the invention, made for example from a material metallic or plastic, for example by injection, the blade being fixed, by all means known to those skilled in the art, on a hub 2, itself integral with a drive shaft of which only the geometric axis 3 has been shown for convenience.
- the drive shaft is connected to a electric or thermal motor (not shown in the figures) intended for ensure the fan drive.
- the axial fan according to the invention is a industrial fan and has a wheel composed or formed of a series blades 1, fixed or variable pitch, star-shaped on the hub 2 to regular intervals or not according to the chosen configurations.
- the blades are rotatably mounted inside and at least at least one ferrule 4, in general cylindrical, forming the housing of the helical fan.
- the blades have a solid structure, as well as a thin trailing edge.
- the direction of rotation R of the axial fan defines at each a so-called lower surface I and a so-called upper surface E, as illustrated in figure 1.
- each blade is provided with a noise reduction means acoustics 10 arranged in the vicinity of the ferrule 4, and therefore of the determined clearance J by the mounting distance of the upper end 1A of each blade 1, the noise reduction means 10 being arranged on the lower side I of the blades 1, and formed by a bead 10A of material forming protuberance by relative to the surface of each blade 1 and whose outer face 12 forming the contour substantially tangent to the upper end 1A of each blade 1, so as to obtain a flow continuity zone for the fluid or gas.
- bead is meant here a full, massive prominence, the section of which extends substantially equivalent or comparable in two directions of space, which is not the case for the section of a fin by example.
- tangent is meant here the fact that the contour creates a converging path to the end 1A of each blade.
- the bead of material 10A forming the noise reducing means 10 will present at its lower part a blocking face 11 of the air leakage, this face 11 extending substantially radially from the lower surface I.
- Such main interest is not to significantly reduce the performance of such a fan, but on the contrary to keep it acceptable performance, or even improve it.
- the bead 10A has a section substantially in a quarter circle, of which the curved part 12 comes tangent the blade end 1A which corresponds to the trailing edge, and the lower free face forms the blocking face 11.
- the bead 10A is placed against the lower surface I, its center O is locating in the joint plane of the blade 1 and the bead 10A, the point of meeting M (FIG. 1A) of the bead with the upper end 1A forming a tangent T.
- the blocking face 11 extends substantially perpendicular to the pressure surface I.
- the section of the bead 10A is substantially constant.
- the section of the bead 10A can nevertheless vary regularly or not over its entire length.
- the bead 10A can follow the blade end 1A over a length l shorter than the length extreme L of each blade, without departing from the scope of the invention.
- the bead 10A follows the blade end over at least 50% of its width L, and preferably over its entire width L.
- the bead 10A can start at a distance from the leading edge 1C and stop at a distance from the edge of 1D leak.
- the thickness of the bead 10A will be between 0.5 and 3 times the thickness of each blade, and preferably between 0.5 and 2 times blade thickness 1.
- the fixing of the bead 10A on the lower surface of the blades 1 can be obtained from various ways, the bead 10A can for example be attached to each blade by any known means, and for example by heat sealing, bonding, screwing or other.
- bead 10A has come integrally with blade 1, for example of a plastic injection or molding step aluminum.
- step 3 the full (or massive) character of the bead makes it possible to standardize step 1 of blade manufacturing. Adapting the shape of the trailing edge at the wedging angle and the shape of the ferrule is indeed performed only at the end of the process (step 3) for example).
- the helical fan has a single ferrule 4, it being understood that the helical fan conforms to the invention may include a greater number of ferrules.
- FIG. 3 illustrates an alternative embodiment according to the invention, in which the curved part 12 forming the contour of the section of the bead 10A, defines any convex curve, from the moment it presents a tangent T at the meeting point M with the terminal section or the end upper 1A of the blade 1, by determining an angle ⁇ less than or equal to example at 30 °.
- the graph illustrated in Figure 5 shows the results particularly interesting in terms of noise reduction obtained with a fan helical equipped with blades according to the invention.
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Abstract
L'invention concerne un ventilateur hélicoïde comprenant une roue composée d'une série de pales (1) montées à rotation à l'intérieur et à distance d'au moins une virole (4), chaque pale (1) étant munie d'un moyen réducteur de bruit acoustique (10) au voisinage de la virole (4), caractérisé en ce que les moyens réducteurs de bruit (10) sont disposés du côté intrados (I) des pales (1) et formés par un bourrelet de matière (10A) formant excroissance par rapport à la surface de chaque pale (1) et dont la face extérieure (12) formant le contour vient sensiblement tangenter l'extrémité de chaque pale à sa partie supérieure. Ventilateurs industriels. <IMAGE>
Description
La présente invention se rapporte au domaine technique général des
ventilateurs de type hélicoïde, comprenant une roue composée d'une série
de pales montées à rotation à l'intérieur et à distance d'une virole formant le
carter du ventilateur.
La présente invention concerne un ventilateur hélicoïde comprenant une
roue composée d'une série de pales montées à rotation à l'intérieur et à
distance d'une virole, chaque pale étant munie d'un moyen réducteur de bruit
acoustique disposé au voisinage de la virole.
Les ventilateurs hélicoïdes sont largement connus et comprennent une roue
de ventilation formée par une série de pales, à pas fixe ou variable, fixées
sur un moyeu, la roue étant supportée et entraínée par un arbre
d'entraínement solidaire d'un moteur destiné à fournir l'énergie nécessaire à
la rotation de l'axe.
La roue et les pales sont disposées à l'intérieur d'un carter ou virole, et
montées à une distance précise, de l'ordre de quelques millimètres, de la
face interne de la virole.
En vue de réduire la puissance acoustique du ventilateur, il est déjà connu
de réduire autant que possible le jeu périphérique existant entre l'extrémité
des pales et la surface interne de la virole. En effet, la mise en rotation de la
roue crée une différence de pression entre l'intrados et l'extrados de chaque
pale, ce qui génère une circulation de fluide autour des extrémités des pales,
à travers la surface annulaire correspondant au jeu périphérique entre
l'extrémité des pales et la face interne de la virole.
La circulation de fluide due à la différence de pression génère des
turbulences importantes qui sont sources de bruit et qui contribuent de façon
significative à la genèse de la puissance acoustique du ventilateur hélicoïde.
Pour réduire la puissance acoustique de ce type de ventilateur, il est déjà
connu de réduire autant que possible le jeu périphérique précédemment
mentionné, en essayant d'obtenir une virole suffisamment rigide et
parfaitement ronde. Pour résoudre ce problème, il est déjà connu d'avoir
recours, pour les matériaux constituant la virole, à des matériaux rigides et
de réaliser une virole de forte épaisseur, dont la face interne est
généralement usinée à l'aide d'un tour pour tenter de lui assurer une forme
parfaitement cylindrique. De la même façon, pour réduire le jeu périphérique,
la roue est elle-même usinée autour de son axe, après assemblage des
pales sur le moyeu. Dans certains cas, on prévoit même de réaliser la virole
du ventilateur sous la forme de deux viroles indépendantes assemblées
entre elles, l'une des viroles comportant et supportant l'assemblage des bras
et du support du moteur d'entraínement sur le bout d'arbre duquel est fixée la
roue du ventilateur. Le recours à deux viroles présente l'avantage de faciliter
le centrage de la seconde virole, tout en facilitant également son mode
d'assemblage.
Néanmoins, il s'avère que toutes les formes de réalisation précédemment
évoquées présentent l'inconvénient d'être coûteuses, dans la mesure où leur
réalisation requiert de nombreuses étapes industrielles successives, incluant
notamment des étapes d'usinage, d'assemblage, ainsi que le recours à une
consommation de matériaux relativement importante. De plus, les dispositifs
connus présentent toujours le désavantage de produire des turbulences
relativement importantes, ces turbulences générant un bruit acoustique
conséquent.
L'objet de l'invention vise en conséquence à résoudre l'ensemble des
problèmes évoqués précédemment et à proposer un nouveau ventilateur
hélicoïde qui soit de conception et de réalisation particulièrement simplifiées,
et qui apporte une contribution efficace à la réduction de la puissance
acoustique de tels ventilateurs.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau ventilateur hélicoïde
dont le rendement global est également amélioré.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau ventilateur hélicoïde
particulièrement économique à réaliser.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau ventilateur hélicoïde
dont la fabrication est particulièrement simplifiée.
Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un ventilateur
hélicoïde comprenant une roue composée d'une série de pales montées à
rotation à l'intérieur et à distance d'au moins une virole, chaque pale étant
munie d'un moyen réducteur de bruit acoustique au voisinage de la virole,
caractérisé en ce que les moyens réducteurs de bruit sont disposés du côté
intrados des pales et formés par un bourrelet de matière formant
excroissance par rapport à la surface de chaque pale et dont la face
extérieure formant le contour vient sensiblement tangenter l'extrémité de
chaque pale à sa partie supérieure.
D'autres particularités et avantages de l'invention seront mieux compris à la
lumière de la description qui suit et des dessins annexés, donnés à titre
purement illustratif et non limitatif, dans lesquels :
- La figure 1 illustre, selon une vue en coupe transversale partielle, un mode de réalisation préférentielle d'une pale de ventilateur hélicoïde conforme à l'invention.
- La figure 1A illustre une vue et une variante de réalisation identique à la variante de la figure 1, sur laquelle des références complémentaires ont été introduites pour plus de clarté.
- La figure 2 illustre, selon une vue en perspective partielle, une pale de ventilateur hélicoïde selon l'invention présentant un moyen de réduction de bruit s'étendant sur toute la largeur de la pale.
- La figure 3 illustre, selon une vue en coupe transversale partielle, une autre variante de réalisation d'une pale d'un ventilateur hélicoïde conforme à l'invention.
- La figure 4 illustre, selon une vue latérale partielle, une variante complémentaire de réalisation d'une pale de ventilateur hélicoïde selon l'invention.
- La figure 5 montre un graphe représentant, de manière comparative, le gain de puissance acoustique d'un ventilateur hélicoïde équipé de pales conformes à l'invention, par rapport à un ventilateur hélicoïde équipé de pales classiques sans moyen réducteur de bruit.
La figure 1 représente une pale 1 de ventilateur hélicoïde (non représenté en
totalité) selon l'invention, réalisée par exemple à partir d'un matériau
métallique ou plastique, par exemple par injection, la pale étant fixée, par
tous moyens connus de l'homme du métier, sur un moyeu 2, lui-même
solidaire d'un arbre de transmission dont seul l'axe géométrique 3 a été
représenté pour plus de commodité. L'arbre de transmission est relié à un
moteur électrique ou thermique (non représenté aux figures) destiné à
assurer l'entraínement du ventilateur.
De manière connue, le ventilateur hélicoïde conforme à l'invention est un
ventilateur industriel et comporte une roue composée ou formée d'une série
de pales 1, à pas fixe ou variable, montées en étoile sur le moyeu 2 à
intervalles réguliers ou non selon les configurations choisies. Les pales sont
montées à rotation à l'intérieur et à distance d'au moins une virole 4, en
général cylindrique, formant le carter du ventilateur hélicoïde.
Préférentiellement, les pales présentent une structure pleine, ainsi qu'un
bord de fuite mince.
Le sens de rotation R du ventilateur hélicoïde définit au niveau de chaque
pale une face dite intrados I et une face dite extrados E, tel qu'illustré à la
figure 1.
Selon l'invention, chaque pale est munie d'un moyen réducteur de bruit
acoustique 10 disposé au voisinage de la virole 4, et donc du jeu J déterminé
par la distance de montage de l'extrémité supérieure 1A de chaque pale 1,
les moyens réducteurs de bruit 10 étant disposés du côté intrados I des
pales 1, et formés par un bourrelet 10A de matière formant excroissance par
rapport à la surface de chaque pale 1 et dont la face extérieure 12 formant le
contour vient sensiblement tangenter l'extrémité supérieure 1A de chaque
pale 1, de manière à obtenir une zone de continuité d'écoulement pour le
fluide ou gaz.
Par « bourrelet », on désigne ici une proéminence pleine, massive, dont la
section s'étend de manière sensiblement équivalente ou comparable selon
deux directions de l'espace, ce qui n'est pas le cas pour la section d'un
aileron par exemple.
Grâce à cette disposition particulière, on évite de recourir à des étapes
additionnelles de finition industrielle tendant à réduire le jeu J, tout en
conservant un niveau de puissance acoustique significativement diminué.
En effet, la réalisation d'une excroissance en bout de pale venant tangenter
l'extrémité 1A de chaque pale à sa partie supérieure permet au fluide ou gaz
de s'écouler régulièrement et sans turbulence significative autour de
l'extrémité 1A des pales, ce qui explique la diminution du niveau de
puissance acoustique constaté du ventilateur.
Par « tangenter », on désigne ici le fait que le contour crée un chemin
convergent jusqu'à l'extrémité 1A de chaque pale.
De manière particulièrement avantageuse, tel qu'illustré aux figures, le
bourrelet de matière 10A formant le moyen réducteur de bruit 10 présentera
à sa partie inférieure une face de blocage 11 de la fuite d'air, cette face 11
s'étendant sensiblement radialement à partir de l'intrados I. Une telle
disposition a pour principal intérêt de ne pas réduire de manière significative
le rendement d'un tel ventilateur, mais au contraire de lui conserver un
rendement acceptable, voire même de l'améliorer.
De manière particulièrement avantageuse, le bourrelet 10A présente une
section sensiblement en quart de cercle, dont la partie courbe 12 vient
tangenter l'extrémité 1A de pale qui correspond au bord de fuite, et dont la
face libre inférieure forme la face de blocage 11. Selon cette réalisation
préférentielle, le bourrelet 10A est accolé contre l'intrados I, son centre O se
situant dans le plan de joint de la pale 1 et du bourrelet 10A, le point de
rencontre M (figure 1A) du bourrelet avec l'extrémité supérieure 1A formant
une tangente T. Selon cette configuration, la face de blocage 11 s'étend
sensiblement perpendiculairement de façon plane à l'intrados I.
Tel qu'illustré à la figure 2 en particulier, la section du bourrelet 10A est
sensiblement constante. A titre de variante, la section du bourrelet 10A peut
néanmoins varier de manière régulière ou non sur toute sa longueur.
La variante de réalisation illustrée à la figure 4 montre que le bourrelet 10A
peut suivre l'extrémité 1A de pale sur une longueur ℓ inférieure à la longueur
extrême L de chaque pale, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. A
titre préférentiel, le bourrelet 10A suit l'extrémité de pale sur au moins 50%
de sa largeur L, et de préférence sur toute sa largeur L. Le bourrelet 10A
peut partir à distance du bord d'attaque 1C et s'arrêter à distance du bord de
fuite 1D.
Avantageusement, l'épaisseur du bourrelet 10A sera comprise entre 0,5 et
3 fois l'épaisseur de chaque pale, et de préférence entre 0,5 et 2 fois
l'épaisseur de pale 1.
La fixation du bourrelet 10A sur l'intrados des pales 1 pourra être obtenue de
diverses manières, le bourrelet 10A pouvant par exemple être rapporté sur
chaque pale par tous moyens connus, et par exemple par thermosoudage,
collage, vissage ou autre.
Il est également envisageable que le bourrelet 10A soit venu de matière avec
la pale 1, par exemple d'une étape d'injection plastique, ou de moulage
aluminium.
La fabrication d'un ventilateur hélicoïde conforme à l'invention est par ailleurs
particulièrement simple et bon marché, puisqu'il suffit de mettre en oeuvre
notamment les opérations suivantes :
On notera que le caractère plein (ou massif) du bourrelet permet de
standardiser l'étape 1 de fabrication des pales. L'adaptation de la forme du
bord de fuite à l'angle de calage et à la forme de la virole n'est en effet
effectuée qu'en fin de processus (étape 3) par exemple).
Dans l'exemple de réalisation montré, le ventilateur hélicoïde comporte une
virole unique 4, étant entendu que le ventilateur hélicoïde conforme à
l'invention peut comporter un nombre supérieur de viroles.
La figure 3 illustre une variante de réalisation conforme à l'invention, dans
laquelle la partie courbe 12 formant le contour de la section du bourrelet 10A,
définit une courbe convexe quelconque, dès l'instant où elle présente une
tangente T au point de rencontre M avec la section terminale ou l'extrémité
supérieure 1A de la pale 1, en déterminant un angle α inférieur ou égal par
exemple à 30°.
Le graphe illustré à la figure 5 montre les résultats particulièrement
intéressants en matière de réduction de bruit obtenu avec un ventilateur
hélicoïde équipé de pales conformes à l'invention.
On peut en effet constater à la lecture de ce graphe une diminution
conséquente du bruit acoustique, en particulier à partir des bruits larges
bandes du ventilateur, cette diminution croissant régulièrement avec
l'augmentation de la fréquence du bruit. La réduction peut atteindre 10 dB
pour le tiers d'octave 10 000 Hz.
Claims (12)
- Ventilateur hélicoïde comprenant une roue composée d'une série de pales (1) montées à rotation à l'intérieur et à distance d'au moins une virole (4), chaque pale (1) étant munie d'un moyen réducteur de bruit acoustique (10) au voisinage de la virole (4), caractérisé en ce que les moyens réducteurs de bruit (10) sont disposés du côté intrados (I) des pales (1) et formés par un bourrelet de matière (10A) formant excroissance par rapport à la surface de chaque pale (1) et dont la face extérieure (12) formant le contour vient sensiblement tangenter l'extrémité (1A) de chaque pale à sa partie supérieure.
- Ventilateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le contour (12) définit une courbe convexe présentant une tangente (T) au point de rencontre avec l'extrémité (1A) en déterminant un angle α inférieur ou égal à 30°.
- Ventilateur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le bourrelet (10A) présente à sa partie inférieure une face de blocage (11) de la fuite d'air.
- Ventilateur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le bourrelet (10A) présente une section sensiblement en quart de cercle, dont la partie courbe (12) vient tangenter l'extrémité (1A) de pale (1), et dont la face libre inférieure (11) forme la face de blocage.
- Ventilateur selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la section du bourrelet (10A) est sensiblement constante.
- Ventilateur selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le bourrelet (10A) suit l'extrémité (1A) de pale (1) sur au moins 50% de sa largeur.
- Ventilateur selon la revendication 6 caractérisé en ce que le bourrelet (10A) suit l'extrémité (1A) de pale (1) sur toute sa largeur.
- Ventilateur selon la revendication 6 caractérisé en ce que le bourrelet (10A) part à distance du bord d'attaque (1C) de la pale (1) et s'arrête à distance du bord de fuite (1D) de chaque pale (1).
- Ventilateur selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l'épaisseur du bourrelet (10A) est comprise entre 0,5 et 3 fois l'épaisseur de chaque pale (1), de préférence entre 0,5 et 2 fois l'épaisseur de pale.
- Ventilateur selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le bourrelet (10A) est rapporté sur chaque pale (1).
- Ventilateur selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le bourrelet (10A) est venu de matière avec la pale (1), par exemple par injection.
- Ventilateur selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce qu'il comporte une virole unique (4).
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