FR2588925A1 - FAN EQUIPPED WITH MEANS TO REDUCE THE NOISE GENERATED BY THE ROTATION OF ITS BLADES - Google Patents
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Abstract
LE VENTILATEUR COMPORTE UNE SERIE DE PALES RADIALES 3 MONTEES AUTOUR D'UN MOYEU 5 MOBILE EN ROTATION AUTOUR D'UN AXE X1-X2 POUR DEPLACER UN FLUIDE TEL QUE L'AIR SUIVANT UNE DIRECTION SENSIBLEMENT PARALLELE AUDIT AXE, CHAQUE PALE 3 PRESENTANT DANS LE SENS DE DEPLACEMENT DU FLUIDE UN BORD D'ATTAQUE 8 ET UN BORD DE FUITE 9. LES MOYENS POUR REDUIRE LE BRUIT DU VENTILATEUR COMPRENNENT UNE DISCONTINUITE 4 MENAGEE SUR L'EXTRADOS 10 DE CHAQUE PALE 3 ET S'ETENDANT SUR UNE PARTIE AU MOINS DE L'ENVERGURE DE CELLE-CI ET AYANT UNE DIMENSION TRANSVERSALE PAR RAPPORT A L'EXTRADOS DE LA PALE 3 AU PLUS EGALE A L'EPAISSEUR DE LA COUCHE LIMITE DE L'ECOULEMENT DU FLUIDE LE LONG DE L'EXTRADOS 10 DE LA PALE 3. APPLICATION NOTAMMENT AUX VENTILATEURS DU TYPE AXIAL PLAT UTILISES POUR LE REFROIDISSEMENT D'APPAREILS ELECTRONIQUES.THE FAN INCLUDES A SERIES OF 3 RADIAL BLADES MOUNTED AROUND A 5 MOBILE HUB IN ROTATION AROUND AN X1-X2 AXIS TO MOVE A FLUID SUCH AS AIR FOLLOWING A SENSITIVELY PARALLEL DIRECTION THE AUDIT AXIS, EACH BLADE 3 PRESENT IN THE DIRECTION OF FLUID MOVEMENT A LEAKING EDGE 8 AND A LEAKING EDGE 9. THE MEANS TO REDUCE THE FAN NOISE INCLUDE A DISCONTINUITY 4 ON THE EXTRADOS 10 OF EACH BLADE 3 AND EXTENDING OVER A PART OF AT LEAST OF THE SPAN OF THIS AND HAVING A TRANSVERSAL DIMENSION WITH RESPECT TO THE EXTRADOS OF THE PALE 3 AT MOST EQUAL TO THE THICKNESS OF THE LIMIT LAYER OF THE FLUID FLOW ALONG THE EXTRADOS 10 OF THE PALE 3 APPLICATION ESPECIALLY TO FLAT AXIAL TYPE FANS USED FOR COOLING ELECTRONIC APPLIANCES.
Description
La présente invention concerne un ventila-The present invention relates to a ventilator
teur équipé de moyens pour réduire le bruit engendré equipped with means to reduce the noise generated
par la rotation de ses pales. L'invention est appli- by the rotation of its blades. The invention is
cable à tout type de ventilateur mais vise plus parti- cable to any type of fan but aims more particularly
culièrement les ventilateurs du type axial plat utili- In particular, fans of the axial axial type
sés pour le refroidissement d'appareils électroniques. for the cooling of electronic devices.
Dans les installations électroniques qui fonctionnent dans des locaux o du personnel travaille de façon permanente, tels que les salles d'ordinateurs, le bruit émis par les ventilateurs indispensables au refroidissement des divers composants électroniques contenus dans les appareils constitutifs desdites In electronic installations that operate in premises where personnel work permanently, such as computer rooms, the noise emitted by the fans essential for the cooling of the various electronic components contained in the apparatus constituting said
installations, représente une source de nuisance nota- installations, represents a significant source of
ble pour ce personnel dont les conditions de travail for those staff whose working conditions
se trouvent considérablement affectées. are significantly affected.
L'origine des bruits émis par un ventilateur The origin of noise emitted by a fan
est double. Ces bruits proviennent d'une part du dispo- is double. These noises come on the one hand from the
sitif d'entraînement des pales du ventilateur, c'est-à- fan blade drive system, that is,
dire du moteur et des paliers supportant l'arbre por- engine and bearings supporting the propeller shaft.
tant ces pales et d'autre part du mouvement imprimé à both these blades and on the other hand the movement printed to
l'air ou autre fluide par la rotation de ces pales. air or other fluid by the rotation of these blades.
Dans le premier cas, le bruit est principalement engendré par des chocs ou des mouvements relatifs d'organes mécaniques. On sait assez aisément réduire un tel bruit d'origine mécanique à un niveau tolérable en respectant des tolérances strictes au montage de l'appareil, ce qui limite au minimum nécessaire les In the first case, the noise is mainly generated by shocks or relative movements of mechanical organs. It is quite easy to reduce such a noise of mechanical origin to a tolerable level while respecting strict tolerances in the mounting of the apparatus, which limits to the minimum necessary the
jeux entre les divers organes mécaniques. games between the various mechanical organs.
Dans le second cas, le bruit d'origine In the second case, the original noise
aéraulique présente classiquement un spectre de fré- aeraulic classically presents a frequency spectrum of
quences de large bande lié à la turbulence auquel se broadband related to the turbulence
superpose un spectre de raies, d'origine instation- superimposes a spectrum of lines, of origin instation-
naire, dont la fréquence est reliée à la vitesse de whose frequency is related to the speed of
rotation et au nombre de pales du ventilateur. Il est possi- rotation and the number of fan blades. It is possible
ble de ramener ce bruit à un niveau tolérable en to bring this noise back to a tolerable level in
réglant de façon appropriée ces deux paramètres. adjusting these two parameters appropriately.
Toutefois, lorsque le ventilateur fonctionne à un débit supérieur à celui pour lequel il est aérodynamiquement calculé, il apparait parfois une émission acoustique supplémentaire sous la forme d'une émergence de fréquences, que l'on nommera par la suite "bruitd'instabilités". Celle-ci est de largeur égale à 1 kHz environ et est généralement située dans une zone de fréquences comprises entre 1 et 4 kHz qui est However, when the fan operates at a rate higher than that for which it is aerodynamically calculated, it sometimes appears an additional acoustic emission in the form of an emergence of frequencies, which will be called "noise of instabilities". It is approximately 1 kHz wide and is generally located in a frequency range between 1 and 4 kHz which is
physiologiquement la plus gênante pour l'oreille humaine. physiologically the most embarrassing for the human ear.
Le niveau de cette émission est très élevé et compris entre + 10 dB et + 20 dB au-dessus de celui du spectre The level of this emission is very high and between + 10 dB and + 20 dB above that of the spectrum
large bande.broadband.
Ce bruit d'instabilitésest ainsi fréquemment émis par des ventilateurs fonctionnant au voisinage du débit maximum, pour lequel la pression totale est sensiblement nulle, ce qui est le cas de ceux destinés au refroidissement d'appareils électroniques. La normalisation actuelle est de plus pénalisante à cet égard car elle impose un tel point de fonctionnement pour qualifier la bruyance This noise of instabilities is thus frequently emitted by fans operating in the vicinity of the maximum flow rate, for which the total pressure is substantially zero, which is the case of those intended for the cooling of electronic devices. The current standardization is more penalizing in this respect because it imposes such a point of operation to qualify the noisiness
d'un ventilateur.a fan.
Une théorie admise jusqu'à présent, donnait pour origine du phénomène d'émergence de fréquences A theory accepted so far, gave origin to the phenomenon of emergence of frequencies
entre 1 et 4 kHz les fluctuations de pression engen- between 1 and 4 kHz the pressure fluctuations
drées sur le bord arrière des pales, par l'air ou autre fluide s'écoulant sous forme tourbillonnaire après avoir at the rear edge of the blades, by air or other fluid flowing in swirling form after
été cisaillé par celles-ci. On assimilait donc ce phéno- been sheared by them. This phenomenon was therefore
mène à un "bruit d'allée tourbillonnaire" appelé dans certains cas "son éolien". En conformité avec cette théorie, on a donc suggéré d'aménager des dentelures ou des stries le long du bord arrière ou bord de fuite de chaque pale,comme décrit dans le brevet français 2 277 257. De telles dentelures ou stries ménagées leads to a "swirling alley noise" called in some cases "its wind". In accordance with this theory, it has therefore been suggested to arrange serrations or ridges along the trailing edge or trailing edge of each blade, as described in French Patent 2,277,257. Such serrations or ridges
sur le bord de fuite des pales du ventilateur pré- on the trailing edge of the fan blades pre-
sentent, outre l'inconvénient de déformer le profil des pales et, par conséquent, de dégrader de façon très sensible les performances générales du ventilateur et, en particulier, ses performances aérodynamiques, celui de ne pas supprimer le bruit d'instabilités quel feel, besides the disadvantage of deforming the profile of the blades and, therefore, to degrade very significantly the general performance of the fan and, in particular, its aerodynamic performance, that of not to suppress the noise of instabilities which
que soit le régime de fonctionnement du venti- whatever the regime of operation of the venti-
lateur.freezer.
En réalité, il semble que l'origine du bruit d'ins- In reality, it seems that the origin of the noise of
tabilités se trouve dans la couche de fluide de très faible épaisseur, située directement au contact de l'extrados des pales et dans laquelle la vitesse du fluide est voisine de zéro, que l'on appelle "couche limite". It is located in the thin layer of fluid, directly in contact with the upper surface of the blades, and in which the velocity of the fluid is close to zero, which is called the "boundary layer".
La demanderesse a constaté que le bruit d'insta- The plaintiff found that the noise of insta-
bilités n'est perçu que lorsque le débit du ventilateur est supérieur au débit nominal pour lequel il a été calculé et que si la couche limite de l'écoulement du fluide le long de l'extrados des pales est de nature laminaire, ce qui se produit si le profil aérodynamique des pales est optimisé. On obtient ainsi de très bonnes performances de fonctionnement lorsque le débit du ventilateur est voisin du débit nominal pour the flow rate of the fan is higher than the nominal flow rate for which it has been calculated and if the boundary layer of the fluid flow along the extrados of the blades is of a laminar nature, which produced if the aerodynamic profile of the blades is optimized. Thus, very good operating performance is obtained when the fan flow rate is close to the nominal flow rate for
lequel il est calculé mais paradoxalement un bruitd'insta- which it is calculated but paradoxically a noise of insta-
bilités apparait aux débits supérieurs. This appears at higher flows.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus, c'est-à-dire réduire à néant le bruit d'instabilités, d'origine aéraulique, émis par un ventilateur quel que soit le régime de fonctionnement choisi et sans altérer aucunement les performances The present invention aims to overcome the above drawbacks, that is to say, to negate the noise of instabilities, aeraulic origin, emitted by a fan regardless of the selected operating regime and without altering no performance at all
aérodynamiques dudit ventilateur.aerodynamic effects of said fan.
Suivant l'invention, un ventilateur à niveau de bruit réduit, en particulier du type axial plat According to the invention, a fan with reduced noise level, in particular of the flat axial type
tel que ceux utilisés pour le refroidissement d'appa- such as those used for the cooling of
reils électroniques, comportant une série de pales radiales, montées sur un moyeu axial, mobile en rotation autour d'un axe pour déplacer electronic wires, comprising a series of radial blades, mounted on an axial hub, rotatable about an axis to move
un fluide tel que de l'air suivant une direction sensi- a fluid such as air in a direction sensi-
blement parallèle audit axe, chaque pale présentant dans le sens de déplacement du fluide un bord d'attaque et un bord de fuite et des moyens pour réduire le bruit engendré lors de la rotation des pales, est caractérisé en ce que les moyens pour réduire ce bruit comprennent une discontinuité ménagée sur l'extrados de chaque pale, s'étendant sur une partie au moins de la hauteur de celle-ci et ayant une dimension transversale par parallel to said axis, each blade having in the direction of displacement of the fluid a leading edge and a trailing edge and means for reducing the noise generated during the rotation of the blades, is characterized in that the means for reducing this noise comprise a discontinuity formed on the upper surface of each blade, extending over at least part of the height thereof and having a transverse dimension
rapport à l'extrados de la pale au plus égale à l'épais- relative to the extrados of the blade at most equal to the thickness
seur de la couche limite de l'écoulement du fluide le of the boundary layer of fluid flow on
long de l'extrados de la pale.along the upper surface of the blade.
Ainsi la discontinuité n'agit que sur le comportement intime de la couche limite en transformant Thus the discontinuity only acts on the intimate behavior of the boundary layer by transforming
celle-ci de laminaire en turbulente. this one of laminar turbulent.
On supprime alors de façon surprenante le phénomène d'émergence de fréquences comprises entre 1 et 4 kHz sans altérer les qualités aérodynamiques The phenomenon of emergence of frequencies between 1 and 4 kHz is then surprisingly suppressed without altering the aerodynamic qualities.
du ventilateur quel que soit le débit de fonctionnement. of the fan regardless of the operating flow.
Selon une version préférée de réalisation, la discontinuité ménagée sur l'extrados de chaque pale du ventilateur est formée par une protubérance qui peut être soit un élément rapporté tel qu'un fil métallique rigide fixé-par exemple par collage sur l'extrados de According to a preferred embodiment, the discontinuity formed on the extrados of each blade of the fan is formed by a protuberance which may be either an attached element such as a rigid metal wire fixed-for example by gluing on the upper surface of the fan.
la pale soit venir de matière avec la pale, c'est-à- the blade is coming from material with the blade, that is to say
dire moulée d'une seule pièce avec celle-ci. Il a été prouvé empiriquement que, selon les caractéristiques géométriques des pales et la vitesse de rotation du ventilateur,on obtenait une réduction optimale du bruit d'instabilités lorsque la discontinuité était-placée à une distance comprise entre 20% et 60% de la longueur de la corde de la pale et lorsque la dimension transversale de cette discontinuité par rapport à l'extrados de la pale était comprise entre 0,5% et 1,5% say molded in one piece with it. It has been empirically proven that, depending on the geometrical characteristics of the blades and the rotational speed of the fan, an optimal reduction of the noise of instabilities was obtained when the discontinuity was placed at a distance between 20% and 60% of the length. of the rope of the blade and when the transverse dimension of this discontinuity with respect to the extrados of the blade was between 0.5% and 1.5%
de la longueur de la corde de la pale. the length of the rope of the blade.
De préférence, la discontinuité formée avan- Preferably, the formed discontinuity advances
tageusement par une protubérance, s'étend sur toute l'enver- tagently by a protuberance, extends over the entire
gure de la pale et est sensiblement parallèle au bord d'attaque de celleci. of the blade and is substantially parallel to the leading edge thereof.
Selon une variante de réalisation, la discon- According to an alternative embodiment, the discon-
tinuité est une rainure dont les caractéristiques sont de préférence identiques à celle de la protubérance précitée. On obtient de même, grace à cette rainure, Tinyness is a groove whose characteristics are preferably identical to that of the aforementioned protuberance. We get the same, thanks to this groove,
une réduction optimale du bruit d'instabilités. an optimal reduction of the noise of instabilities.
D'autres particularités de l'invention résul- Other features of the invention result from
teront encore de la description qui va suivre. will be further description that will follow.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exem- In the attached drawings, given as examples
ples non limitatifs: 15. la figure 1 est une vue de face d'un ventilateur selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de la figure 1, la pale ayant été extraite du cadre; 20. la figure 3 est une vue en coupe à échelle non-limiting plies: 15. Figure 1 is a front view of a fan according to the invention; Figure 2 is a sectional view along II-II of Figure 1, the blade having been extracted from the frame; 20. Figure 3 is a sectional scale view
agrandie suivant le plan III-III d'une pale du venti- enlarged according to plan III-III of a fan blade
lateur de la figure 2; les figures 4 et 5 sont des vues en coupe partielle d'une pale qui illustrent des variantes Figure 2; Figures 4 and 5 are partial sectional views of a blade that illustrate variants
selon l'invention.according to the invention.
Dans la réalisation des figures 1 et 2, le ventilateur de type axial plat comporte un cadre extérieur 2, à l'intérieur duquel une série de pales radiales 3 est montée sur un moyeu entraîné en rotation suivant la fleche F autour d'un axe X1-X2 par un moteur électrique 6 (voir figure 2)-pour In the embodiment of FIGS. 1 and 2, the flat axial-type fan comprises an outer frame 2, inside which a series of radial blades 3 is mounted on a hub driven in rotation according to the arrow F around an axis X1. -X2 by an electric motor 6 (see Figure 2) -for
déplacer un fluide tel que de l'air suivant une direc- move a fluid such as air in a direction
tion sensiblement parallèle audit axe. Chaque pale 3 présente dans le sens de déplacement du fluide un substantially parallel to said axis. Each blade 3 has in the direction of displacement of the fluid a
bord d'attaque 8 et un bord de fuite 9 et une disconti- leading edge 8 and a trailing edge 9 and a disconti-
nuité 4 ménagée sur l'extrados 10 de chaque pale 3, c'est à-dire la face tournée du côté de l'aspiration du fluide et s'étendant sur toute la hauteur de celle-ci de manière sensiblement parallèle au bord d'attaque 8 de la pale 3. Cette discontinuité 4 a pour but de réduire le bruit engendré lors de la night 4 formed on the upper surface 10 of each blade 3, that is to say the face turned towards the suction side of the fluid and extending over the entire height of the latter substantially parallel to the edge of attack 8 of the blade 3. This discontinuity 4 is intended to reduce the noise generated during the
rotation des pales 3.rotation of the blades 3.
Dans l'exemple illustré par les figures 1 à 3, la dis- In the example illustrated in Figures 1 to 3, the
continuité 4 est une protubérance de section semi-circulaire venue continuity 4 is a semicircular section protuberance
de matière par moulage avec la pale 3, située à une dis- of material by molding with the blade 3, located at a distance
tance d du bord d'attaque 8 de la pale 3 égale à environ 30% de la longueur de la corde 15 de la pale 3 et dont l'épaisseur est inférieure à l'épaisseur de la couche limite 7 (voir figure 3) de l'écoulement du fluide le long de l'extrados 10 de la pale 3. Suivant la forme, la structure et la vitesse des pales 3, la distance d peut varier entre 20 et 60% the leading edge 8 of the blade 3 is equal to about 30% of the length of the rope 15 of the blade 3 and whose thickness is less than the thickness of the boundary layer 7 (see FIG. the flow of the fluid along the extrados 10 of the blade 3. Depending on the shape, the structure and the speed of the blades 3, the distance d can vary between 20 and 60%
de la longueur de la corde 15 de chaque pale 3. the length of the rope 15 of each blade 3.
La demanderesse a constaté de manière sur- The plaintiff has established
prenante que la présence de la protubérance 4 permet- that the presence of the protuberance 4
tait de supprimer complètement le phénomène de bruit d'insta- to completely eliminate the noise phenomenon of insta-
bilités évoqué dans l'introduction de la présente mentioned in the introduction to this
description, en modifiant la nature de la couche limite 7 description, modifying the nature of the boundary layer 7
engendrée par l'écoulement du fluide le long de l'extra- generated by the flow of fluid along the extra-
dos 10 lors de la rotation de la pale 3. En effet, il a été constaté que ce bruit d'instabilités n'était perçu que lorsque cette couche limite 7 qui est une couche de fluide de faible épaisseur située directement au contact de l'extrados 10 de la pale 3 et dans laquelle la vitesse du fluide est presque nulle, est de nature laminaire. La protubérance 4 rend la couche limite 7 back 10 during the rotation of the blade 3. Indeed, it has been found that this noise of instabilities was perceived only when this boundary layer 7 which is a thin layer of fluid located directly in contact with the extrados 10 of the blade 3 and wherein the fluid velocity is almost zero, is laminar in nature. The protuberance 4 makes the boundary layer 7
de nature turbulente ce qui tend à supprimer le bruit d'ins- turbulent nature which tends to suppress the noise of
tabilités sans altérer les caractéristiques aérodyna- without altering the aerodynamic characteristics
miques du ventilateur, compte tenu des faibles dimen- of the fan, given the small dimensions
sions de cette protubérance.this protuberance.
On a constaté en outre que la position et l'épaisseur optimales de la protubérance 4 étaient fonction des caractéristiques de chaque pale 3, plus particulièrement de la longueur de leur corde 15. En effet, les meilleurs résultats sont obtenus lorsque l'épaisseur de la protubérance 4 est comprise entre It has further been found that the optimum position and thickness of the protuberance 4 depend on the characteristics of each blade 3, more particularly the length of their rope 15. In fact, the best results are obtained when the thickness of the protuberance 4 is between
0,5% et 1,5% de la longueur de la corde 15 de la pale 3. 0.5% and 1.5% of the length of the rope 15 of the blade 3.
Selon une variante illustrée par la figure 4, According to a variant illustrated in FIG.
deux discontinuités formées chacune par un fil métal- two discontinuities each formed by a metal wire
lique rigide 12 collé sur la pale 3 ou fixé par engage- rigid liquefed 12 bonded to the blade 3 or fixed by engagement
ment de l'une de ses extrémités dans le moyeu 5 portant les pales 3 du ventilateur sont ménagées respectivement one of its ends in the hub 5 carrying the blades 3 of the fan are arranged respectively
sur l'intrados 11 et sur l'extrados 10 de la pale 3. on the lower surface 11 and on the upper surface 10 of the blade 3.
Cette réalisation qui donne des résultats sensiblement This achievement which gives results substantially
identiques à celle décrite ci-dessus, quant à la réduc- identical to that described above, as regards the reduction
tion du bruit d'instabilités, présente l'avantage d'être simple à appliquer à des ventilateurs existants dont noise, has the advantage of being simple to apply to existing fans
les pales présentent une surface lisse. the blades have a smooth surface.
Selon une autre variante illustrée par la figure 5, la discontinuité ménagée sur l'extrados 10 de chaque pale 3 est formée par une rainure 13 de section semni-circulaire dont la situation gécmétrique sur la pale 3 et la dimension transversale par rapport à l'extrados de celle-ci sont de préférence les mêmes que celles de la protubérance According to another variant illustrated in FIG. 5, the discontinuity formed on the extrados 10 of each blade 3 is formed by a groove 13 of semicircular section whose geometrical position on the blade 3 and the transverse dimension with respect to the extrados thereof are preferably the same as those of the protuberance
décrite à la figure 3. Cette rainure 13 permet égale- described in Figure 3. This groove 13 also allows
ment de supprimer le bruit d'instabilités évoqué plus haut. to eliminate the noise of instabilities mentioned above.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et on peut y apporter des modifications sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi la discontinuité pourrait ne s'étendre que sur une partie de l'envergure de la pale 3. Elle pourrait également être inclinée par rapport au bord d'attaque 8 de chaque pale 3. Elle pourrait aussi avoir une forme quelconque pourvu que sa dimension Of course, the invention is not limited to the embodiments described above and modifications can be made without departing from the scope of the invention. Thus the discontinuity could extend only over part of the span of the blade 3. It could also be inclined relative to the leading edge 8 of each blade 3. It could also have any shape provided its size
transversale par rapport à l'extrados 10 de la pale 3 soit infé- transverse to the upper surface of the blade 3 is less than
rieure à l'épaisseur de la couche limite 7. than the thickness of the boundary layer 7.
Claims (11)
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Family Applications (1)
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