EP0242248B1 - Ventilateur radial destiné notamment à la climatisation de véhicule automobile - Google Patents

Ventilateur radial destiné notamment à la climatisation de véhicule automobile Download PDF

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EP0242248B1
EP0242248B1 EP87400555A EP87400555A EP0242248B1 EP 0242248 B1 EP0242248 B1 EP 0242248B1 EP 87400555 A EP87400555 A EP 87400555A EP 87400555 A EP87400555 A EP 87400555A EP 0242248 B1 EP0242248 B1 EP 0242248B1
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bowl
edge
vanes
fan according
circle
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Jean-Claude Vera
Maurice Bertot
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ECIA Equipements et Composants pour lIndustrie Automobile SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/16—Centrifugal pumps for displacing without appreciable compression
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/281—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers
    • F04D29/282—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers the leading edge of each vane being substantially parallel to the rotation axis

Definitions

  • the present invention relates to a radial fan, intended in particular for air conditioning of a motor vehicle.
  • a radial fan comprising a scroll casing in which a ventilation propeller is arranged connected to drive means.
  • the propeller comprises a series of blades each having an outer rim and an inner rim and extending approximately parallel to the axis of rotation of this propeller, from a bowl connecting these to the means of drive, towards an edge of an air intake, defining with the bowl a space for a fluid vein.
  • the drive means are constituted by bipolar electric motors making it possible to drive the ventilation propeller at a relatively high speed of rotation so as to compensate for this low efficiency while keeping the same size.
  • These bipolar motors have a relatively large axial length, which means that in order to limit the total size of the fan, the use of very domed impeller bowls. This results in a further drop in the efficiency of the assembly.
  • the object of the invention is therefore to solve the problems mentioned above.
  • the subject of the invention is a radial fan intended in particular for the air conditioning of a motor vehicle, of the type indicated in the preamble to the main claim and the features of which are set out in particular in the characterizing part thereof.
  • a radial fan of the prior art comprises a casing 1 in volute in which is arranged a ventilation propeller 2 connected to drive means 3 constituted by an electric motor, for example bipolar,
  • the propeller 2 comprises a series of blades 4 each having an outer rim and an inner rim and extending approximately parallel to the axis of rotation of the propeller, from a bowl 5 connecting these to the drive means 3 , towards a rim 6 of an air inlet 7, delimiting with the bowl a space for a fluid stream.
  • this fan has a certain number of drawbacks due in particular to the size of the electric motor which requires the use of a very domed bowl and therefore reduces the useful height of the blades.
  • a radial fan according to the invention also comprises a scroll casing 10 in which is arranged a ventilation propeller 11 molded and connected to drive means 12 which are constituted by an electric motor with four blades, the axial length of which is less than its diameter.
  • the motor 12 can be fixed to the housing 10 by means of projecting parts 12a on either side of this motor.
  • the propeller also includes a number of blades 13 each having an outer rim 13a delimiting a circle of diameter D and an inner rim 13Q delimiting a circle of diameter d.
  • These blades extend roughly parallel to the axis of rotation XX of the ventilation propeller, from a bowl 14 connecting these blades to the electric motor, towards a flange 15 of an air inlet 16, delimiting with the bowl a space for a fluid vein.
  • the facing surfaces of the bowl and of the edge of the air inlet, at least up to the inner edges of the blades, are formed by rotation around said axis of rotation, of sections of parallel curves and more particularly, in the example shown, of arcs of concentric circles.
  • the height H of the blades is less than or equal to D / 2 with D representing the diameter of the circle delimited by the outer edges of the blades.
  • the center O of the circles C1 and C2 whose arcs delimit the parts opposite the bowl 14 and the rim 15 of the air intake, is located at the point of intersection of a straight line YY passing through the outer rim of a dawn and the perpendicular bisector ZZ of a line segment extending between the point of intersection A of said line YY with a plane defined by the base of the bowl 14 and a point B located on the axis of rotation XX of the propeller, at a height between 0.5 and 0.6 times the height H of the blades, from said plane.
  • the top of the bowl advantageously has a flat 17.
  • the height of the top of the bowl, and therefore for example of this flat, is between 0.28 and 0.47 times the height H of the blades from the plane defined by the base of the bowl.
  • a stiffening ring 18 comprising an outer rim and an inner rim is provided at the free end of the blades. As shown in this Fig.3, this stiffening ring can be arranged above the blades. However, and as shown in Fig.4, this stiffening ring can also be embedded between the blades.
  • the outer rim of this ridification ring delimits a circle of diameter D
  • its inner rim delimits a circle of diameter da ⁇ (D + d) / 2 with D: diameter of the delimited circle by the outer edges of the blades; and d: diameter of the circle delimited by the inner edges of the blades.
  • the circle C2 an arc of which delimits the part of the rim 15 of the air inlet facing the bowl, can pass through several points of this stiffening ring.
  • this circle can pass through a point Da of the edge of the outer rim of the stiffening ring 18, opposite the base of the bowl.
  • this circle can also pass through a point Db of the edge of the inner rim of the stiffening ring, opposite the base of the bowl.
  • this circle can also pass through a point De of the edge of the inner rim of the stiffening ring, opposite the rim 15 of the air inlet.
  • the arc of a circle C1 defining the part of the bowl opposite the corresponding part of the rim of the air inlet can extend from the top of the bowl to the outer edges 13a of the blades 13.
  • the arc of a circle C1 defining this part of a bowl 19 opposite the corresponding part of the rim of the air inlet extends from the top of the bowl up to the inner edges 20a of vanes 20 and the bowl 19 has a peripheral portion 19a approximately parallel to the plane defined by the base of the bowl and on which the vanes 20 are fixed.
  • stiffening ring advantageously has a rectangular section and a thickness determined in a manner known per se and which can vary for example from 1 to 3 mm depending on the size of the propeller.
  • the facing surfaces of the bowl and the rim of the air inlet can be generated by rotation around said axis of rotation, other shapes of sections of curves provided that these are parallel so as to delimit a fluid vein of constant section around the axis of rotation of the propeller.
  • the clearances between the ventilation propeller and the walls of the housing are reduced to the current operating clearances so as to take into account any geometric defects of the ventilation propeller, of the housing itself, and deviations due to the accumulation of manufacturing tolerances.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un ventilateur radial, destiné notamment à la climatisation de véhicule automobile.
  • On connait dans l'état de la technique un certain nombre de ventilateurs de ce type.
  • Ainsi par exemple, on connait d'après le document FR-2 471 503, un ventilateur radial comprenant un boîtier en volute dans lequel est disposée une hélice de ventilation reliée à des moyens d'entraînement. L'hélice comporte une série d'aubes présentant chacune un rebord extérieur et un rebord intérieur et s'étendant à peu près parallèlement à l'axe de rotation de cette hélice, à partir d'un bol reliant celles-ci aux moyens d'entraînement, vers un rebord d'une entrée d'air, délimitant avec le bol un espace pour une veine fluide.
  • Cependant, tous ces dispositifs présentent un certain nombre d'inconvénients.
  • En effet, le rendement de tels ventilateurs étant relativement faible, les moyens d'entraînement sont constitués par des moteurs électriques bipolaires permettant d'entraîner l'hélice de ventilation à une vitesse de rotation relativement élevée de manière à compenser ce rendement faible tout en gardant le même encombrement. Ces moteurs bipolaires ont une longueur axiale relativement grande, ce qui oblige pour limiter l'encombrement total du ventilateur, à utiliser des bols d'impulseur très bombés. Ceci se traduit par une baisse supplémentaire du rendement de l'ensemble.
  • Enfin, le rendement de ce type de moteur est relativement faible et il a tendance a chauffer de sorte qu'il est nécessaire de prévoir un dispositif de refroidissement pour ce moteur. Un exemple d'un tel dispositif de refroidissement est décrit dans le document mentionné précédemment.
  • Le but de l'invention est donc de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un ventilateur radial destiné notamment à la climatisation de véhicule automobile, du type indiqué dans le préambule de la revendication principale et dont les particularités sont exposées notamment dans la partie carac- térisante de celle-ci.
  • L'invention sera mieux comprise a l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement a titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels:
    • - la Fig. 1 représente une vue en coupe d'un ventilateur radial de l'état de la technique;
    • - la Fig. 2 représente une vue en coupe d'un ventilateur selon l'invention;
    • - la Fig. 3 représente une vue partielle d'une hélice de ventilation entrant dans la constitution d'un ventilateur selon l'invention; et
    • - les Fig. 4, 5 et 6 représentent des détails de réalisation de l'hélice représentée sur la Fig. 3.
  • Ainsi qu'on peut le voir sur la Fig. 1 un ventilateur radial de l'état de la technique comporte un boîtier 1 en volute dans lequel est disposée une hélice de ventilation 2 reliée a des moyens d'entraînement 3 constitués par un moteur électrique, par exemple bipolaire, L'hélice 2 comporte une série d'aubes 4 présentant chacune un rebord extérieur et un rebord intérieur et s'étendant à peu près parallèlement à l'axe de rotation de l'hélice, à partir d'un bol 5 reliant celles-ci aux moyens d'entraînement 3, vers un rebord 6 d'une entrée d'air 7, délimitant avec le bol un espace pour une veine fluide.
  • Ainsi qu'il a été mentionné précédemment, ce ventilateur présente un certain nombre d'inconvénients en raison notamment de l'encombrement du moteur électrique qui impose d'utiliser un bol très bombé et donc réduit la hauteur utile des aubes.
  • Ainsi qu'on peut le voir sur la Fig.2, un ventilateur radial selon l'invention comporte également un boîtier en volute 10 dans lequel est disposée une hélice de ventilation 11 venue de moulage et reliée à des moyens d'entraînement 12 qui sont constitués par un moteur électrique à quatre pâles dont la longueur axiale est inférieure à son diamètre. L'utilisation de ce moteur est rendue possible grâce à l'augmentation du rendement de l'ensemble et notamment de l'hélice de ventilation dont la structure sera décrite plus en détail par la suite. Le moteur 12 peut être fixé sur le boîtier 10 par l'intermédiaire de parties en saillie 12a de part et d'autre de ce moteur. L'hélice comporte également un certain nombre d'aubes 13 présentant chacune un rebord extérieur 13a délimitant un cercle de diamètre D et un rebord intérieur 13Q délimitant un cercle de diamètre d.
  • Ces aubes s'étendent à peu près parallèlement à l'axe de rotation X-X de l'hélice de ventilation, à partir d'un bol 14 reliant ces aubes au moteur électrique, vers un rebord 15 d'une entrée d'air 16, délimitant avec le bol un espace pour une veine fluide. Les surfaces en regard du bol et du rebord de l'entrée d'air, au moins jusqu'aux rebords intérieurs des aubes, sont engrendrées par rotation autour dudit axe de rotation, de tronçons de courbes parallèles et plus particulièrement, dans l'exemple représenté, d'arcs de cercles concentriques.
  • Ainsi qu'on peut le voir plus clairement sur la Fig. 3, la hauteur H des aubes est inférieure ou égale à D/2 avec D représentant le diamètre du cercle délimité par les rebords extérieurs des aubes. Le centre O des cercles C1 et C2 dont des arcs délimitent les parties en regard du bol 14 et du rebord 15 de l'entrée d'air, est situé au point d'intersection d'une droite Y-Y passant par le rebord extérieur d'une aube et de la médiatrice Z-Z d'un segment de droite s'étendant entre le point d'intersection A de ladite droite Y-Y avec un plan défini par la base du bol 14 et un point B situé sur l'axe de rotation X-X de l'hélice, à une hauteur comprise entre 0,5 et 0,6 fois la hauteur H des aubes, à partir dudit plan.
  • Il est à noter que le sommet du bol présente avantageusement un méplat 17. La hauteur du sommet du bol, et donc par exemple de ce méplat, est comprise entre 0,28 et 0,47 fois la hauteur H des aubes à partir du plan défini par la base du bol.
  • Un anneau de rigidification 18 comportant un rebord extérieur et un rebord intérieur, est prévu à l'extrémité libre des aubes. Ainsi qu'il est représenté sur cette Fig.3, cet anneau de rigidification peut être disposé au-dessus des aubes. Cependant, et comme il est représenté sur la Fig.4, cet anneau de rigidification peut également être encastré entre les aubes.
  • Dans un cas comme dans l'autre, le rebord extérieur de cet anneau de ridification délimite un cercle de diamètre D, et son rebord intérieur de délimite un cercle de diamètre da ≥ (D + d)/2 avec D : diamètre du cercle délimité par les rebords extérieurs des aubes; et d : diamètre du cercle délimité par les rebords intérieurs des aubes.
  • Le cercle C2 dont un arc délimite la partie du rebord 15 de l'entrée d'air en regard du bol, peut passer par plusieurs points de cet anneau de rigidification. Ainsi par exemple, ce cercle peut passer par un point Da de l'arête du rebord extérieur de l'anneau de rigidification 18, en regard de la base du bol.
  • Cependant, et comme il est représenté sur cette Fig.3, ce cercle peut également passer par un point Db de l'arête du rebord intérieur de l'anneau de rigidification, en regard de la base du bol.
  • Enfin, ce cercle peut également passer par un point De de l'arête du rebord intérieur de l'anneau de rigidification, en regard du rebord 15 de l'entrée d'air.
  • Ainsi qu'on peut le voir plus en détail sur la Fig.5, l'arc de cercle C1 définissant la partie du bol en regard de la partie correspondante du rebord de l'entrée d'air, peut s'étendre du sommet du bol jusqu'aux rebords extérieurs 13a des aubes 13.
  • Selon un autre mode de réalisation représenté sur la Fig.6, l'arc de cercle C1 définissant cette partie d'un bol 19 en regard de la partie correspondante du rebord de l'entrée d'air, s'étend du sommet du bol jusqu'aux rebords intérieurs 20a d'aubes 20 et le bol 19 présente une portion périphérique 19a à peu près parallèle au plan défini par la base du bol et sur laquelle sont fixées les aubes 20.
  • Si l'on revient à la Fig.2, on constate que les parois internes du boîtier 10, parallèles à la base du bol 14, présentent chacune une portion d'épaisseur progressivement décroissante à peu près à partir du rebord extérieur des aubes de manière à éviter un décollement des filets d'air en sortie de l'hélice.
  • Il est également à noter que l'anneau de rigidification présente avantageusement une section rectangulaire et une épaisseur déterminée de manière connue en soi et pouvant varier par exemple de 1 à 3 mm suivant la taille de l'hélice.
  • Il va de soi que les surfaces en regard du bol et du rebord de l'entrée d'air peuvent être engendrées par rotation autour dudit axe de rotation, d'autres formes de tronçons de courbes pourvu que celles-ci soient parallèles de manière à délimiter une veine fluide de section constante autour de l'axe de rotation de l'hélice.
  • L'utilisation d'un moteur à quatre pôles présente un certain nombre d'avantages. En effet, ces moteurs présentent un rendement relativement élevé et donc un échauffement faible de sorte qu'il n'est plus nécessaire de prévoir de dispositifs de refroidissement. Par ailleurs, ces moteurs présentent également une bonne stabilité aux fluctuations éventuelles du couple résistant propre à l'hélice.
  • La vitesse de rotation de l'hélice étant réduite grâce à l'augmentation de son rendement, le bruit engendré par l'ensemble de ventilation est également réduit par rapport aux ensembles de ventilation de la technique antérieure.
  • Enfin, il est à noter que les jeux entre l'hélice de ventilation et les parois du boîtier sont réduits aux jeux de fonctionnement courants de manière à prendre en compte les éventuels défauts géométriques de l'hélice de ventilation, du boîtier lui-même, et des écarts dus au cumul des tolérances de fabrication .
  • Ceci est relativement important notamment au niveau du jeu entre le rebord de l'entrée d'air et la portion correspondante de l'hélice, car il peut se produire des phénomènes de recirculation d'air par cet espace, lorsque par exemple la pression de refoulement augmente lors d'une augmentation des pertes de charge en aval du ventilateur.

Claims (17)

1. Ventilateur radial destiné notamment à la climatisation de véhicule automobile, comprenant un boîtier en volute (10) dans lequel est disposée une hélice (11) de ventilation reliée à des moyens d'entraine- ment (12), ladite hélice comportant une série d'aubes (13; 20) présentant chacune un rebord radialement extérieur (13a) et un rebord radialement intérieur (13b; 20a) et s'étendant à peu près parallèlement à l'axe de rotation (X-X) de ladite hélice, à partir d'un bol (14; 19) reliant celles-ci aux moyens d'entraine- ment (12), vers un rebord (15) d'une entrée d'air (16) sur le boîtier délimitant avec le bol un espace pour une veine fluide, les rebords extérieurs des aubes délimitant un cercle de diamètre D et les rebords intérieurs un cercle de diamètre d, où chacun de ces bol (14) et rebord (15) de l'entrée d'air sur le boîtier au moins jusqu'aux rebords intérieurs des aubes, présente une surface qui lui est propre et où ces surfaces sont placées en vis-à-vis et sont engendrées par rotation autour dudit axe de rotation (X-X) de tronçons de courbes caractérisé en ce que les traces de ces surfaces sur un plan méridien passant par l'axe de rotation (X-X) sont des courbes parallèles.
2. Ventilateur radial selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tronçons de courbes sont constitués par des arcs de cercles concentriques.
3. Ventilateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la hauteur (H) des aubes (13) est inférieure ou égale à D/2.
4. Ventilateur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le centre des cercles (C1, C2) dont des arcs délimitent les parties en regard du bol (14) et du rebord (15) de l'entrée d'air, est situé au point d'intersection (O) d'une droite (Y-Y) passant par le rebord extérieur (13a) d'une aube et de la médiatrice (Z-Z) d'un segment de droite s'étendant entre le point d'intersection (A) de ladite droite (Y-Y) avec un plan défini par la base du bol et un point (B) situé sur l'axe de rotation (X-X) de ladite hélice, à une hauteur comprise entre 0,5 et 0,6 fois la hauteur des aubes, à partir dudit plan.
5. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sommet du bol (14) présente un méplat (17).
6. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur du sommet du bol est comprise entre 0,28 et 0,47 fois la hauteur des aubes à partir du plan défini par la base du bol.
7. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arc de cercle (C1) définissant la partie du bol en regard de la partie correspondante du rebord (15) de l'entrée d'air s'étend du sommet du bol jusqu'aux rebords extérieurs (13a) des aubes (13).
8. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'arc de cercle (C1) définissant la partie du bol en regard de la partie correspondante du rebord (15) de l'entrée d'air, s'étend du sommet du bol jusqu'aux rebords intérieurs (20a) des aubes (20) et en ce que le bol (19) présente une portion périphérique (19a) à peu près parallèle au plan défini par la base du bol, et sur laquelle sont fixées les aubes (20).
9. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un anneau de rigidification (18) comportant un rebord extérieur et un rebord intérieur, est prévu à l'extrémité libre des aubes (13).
10. Ventilateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'anneau de rigidification est disposé au-dessus des aubes.
11. Ventilateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'anneau de rigidification est encastré entre les aubes.
12. Ventilateur selon la revendication 9, 10 ou 11, caractérisé en ce que le rebord intérieur de l'anneau de rigidification délimite un cercle de diamètre da avec :
daa; (D + d)/2
13. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arc de cercle (C2) délimitant la partie du rebord (15) de l'entrée d'air en regard du bol, passe par un point (Da) de l'arête du rebord extérieur de l'anneau de rigidification (18), en regard de la base du bol.
14. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'arc de cercle (C2) délimitant la partie du rebord (15) de l'entrée d'air en regard du bol, passe par un point (Db) de l'arête du rebord intérieur de l'anneau de rigidification, en regard de la base du bol.
15. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'arc de cercle (C2) délimitant la partie du rebord (15) de l'entrée d'air en regard du bol, passe par un point (Dc) de l'arête du regard du rebord intérieur de l'anneau de rigidification, en regard du rebord de l'entrée d'air.
16. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois internes du boîtier (10) parallèles à la base du bol (14), présentent chacune une portion d'épaisseur progressivement décroissante, à peu près à partir du rebord extérieur des aubes (13).
17. Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement (12) sont constitués par un moteur électrique à quatre pôles dont la longueur axiale est inférieure au diamètre.
EP87400555A 1986-03-17 1987-03-12 Ventilateur radial destiné notamment à la climatisation de véhicule automobile Expired - Lifetime EP0242248B1 (fr)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8603742 1986-03-17
FR8603742A FR2595767B1 (fr) 1986-03-17 1986-03-17 Ventilateur radial destine notamment a la climatisation de vehicule automobile

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EP0242248A1 EP0242248A1 (fr) 1987-10-21
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EP87400555A Expired - Lifetime EP0242248B1 (fr) 1986-03-17 1987-03-12 Ventilateur radial destiné notamment à la climatisation de véhicule automobile

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EP (1) EP0242248B1 (fr)
JP (1) JPS62265498A (fr)
DE (1) DE3764693D1 (fr)
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FR (1) FR2595767B1 (fr)

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