EP1008761A2 - Stator de ventilateur - Google Patents
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Classifications
-
- 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
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/542—Bladed diffusers
- F04D29/544—Blade shapes
Definitions
- the present invention relates to axial flow fans and in particular at a stator device to modify the air flow coming of the fan.
- stator devices in association with such axial flow fans, which stator are intended to straighten the air flow coming from the fan.
- Such stator devices are static arrangements of blades or other elements which "break” the rotation components of the movement of the air and which deflect the air towards a path of more axial flow.
- Axial flow fans are available in engine cooling systems inside of what is called a nozzle which guides the air from or towards a vehicle heat exchanger such as a radiator and which can also guide air towards or from a condenser of a system of vehicle air conditioning.
- the movement of the vehicle causes the air to pass to through the radiator and / or the condenser of the air conditioning but under certain circumstances it is necessary to cause air movement extra and it's the movement of the fan that do that. It is desirable to use a fan high efficiency because of the need to reduce fuel consumption as much as possible and also because of the lack of fan efficiency tend to increase noise ambient, which is not desirable in vehicles modern.
- Modern motor fans are driven by electric motors, and these motors themselves are supported inside an opening the nozzle by a number of arms, usually three, which come from the peripheral wall of the nozzle up to a support ring which is used to support engine.
- such supports include a number of elements additional radially extending which are of curved cross section, or otherwise configured as axial direction so as to straighten in a way general movement of air from the fan.
- a first object of the present invention is at least partially remedy the disadvantages of the prior art.
- Another object of the present invention is increase the total efficiency of a ventilator using a stator device improved, thereby allowing the use of a smaller motor to provide the same level of cooling from the fan system.
- Another object of the present invention is to reduce the weight of the fan assembly.
- a stator device for an axial flow fan comprising a plurality of stator arms from a peripheral wall defining an opening for the air flow from the fan, said arms extending radially inward to a fan motor support member, wherein the stator device has one end axially rear as well as one end axially front, the rear end, in use, being disposed further from the fan, and the front end being closer to the fan, the plurality of arms stator comprising a plurality of first elements of stator arms and a corresponding plurality of second stator arm elements, the first stator arm elements being arranged axially towards the rear of the second stator arm elements, a front edge region of the first arm elements stator and a rear edge region of the second stator arm elements thereby defining a slot between these.
- the first and second stator arm elements have a cross section curve.
- the first and the second stator arm elements exhibit greater thickness in their respective front regions than in their respective back regions.
- a flow fan device comprising an axial flow fan arranged in a fan nozzle in spaced relationship with a vehicle heat exchanger, the nozzle having a internal peripheral wall defining an opening for the air flow from the fan and the motor fan being attached to a support portion of fan, the system further comprising a stator device from said wall and extending up to said support portion, the stator comprising a plurality of first elements of stator arm and a corresponding plurality of second stator arm elements, the first stator arm elements being arranged axially in rear of the second stator arm elements, one front edge region of the first arm elements of stator and a rear edge region of the second stator arm elements thereby defining a slot between these.
- the first and second stator arm elements have a cross section curve.
- the first and the second stator arm elements exhibit greater thickness in their respective front regions than in their respective back regions.
- a stator device for an axial flow fan having one end axially rear as well as one end axially front, the rear end, in use, being disposed further from the fan and the front end being closer to the fan, the stator comprising a plurality of first elements of stator arm, a plurality of second elements of stator arm, and a plurality of third elements of stator arms, the first arms of stator being arranged axially behind the second stator arm elements and the third stator arm elements being arranged axially in front of the second stator arm elements, slots being thereby defined so much between the first and the second than between the second and the third stator arm elements.
- an outer ring 1 of a fan support device has an inner peripheral wall 2 which defines an opening 3 for an air flow coming from a fan axial flow (see Figure 2).
- the support ring 1 can be part of a fan nozzle or can be a separate structure attached to a nozzle. Rings of supports of this type are well known in the art and are usually made of plastic molded.
- the support ring is generally circular.
- a fan motor support ring 5 is found inside the ring.
- the support ring of fan motor is attached to the support ring exterior 1 via a plurality (7 here) spacers 6 which fulfill the function additional to form stator arm elements used to straighten the air flow from the fan.
- the air flow is further rectified by rectifying elements of the air flow 8 interposed between the arm elements of stator 6.
- rectifying elements are good known in the art.
- the fan motor support ring 5 is represented as C-shaped, but it could form a complete circle. It is used to hire and supporting a fan motor (not shown) on the shaft from which the hub of a fan is fixed - see Figure 2.
- a fan 100 consists of a hub portion generally circular 110 having an outer wall on which is fixed a plurality of blades 120. Counter-clockwise rotation of the hub (shown by arrow B) forces the air to move in the general direction indicated by arrow A. However, the movement of the fan blades causes the air and also forces him to adopt a movement going generally counterclockwise.
- a stator 50 is made up of a plurality of stator arm elements 10.11.
- each of the stator arm elements 10, 11 is generally of curved cross-section and that each of the stator arm elements 10, 11 tapers to from a respective front edge region 13, 14 to a respective axially rear edge region 15, 16.
- the first stator arm element 10 is arranged axially behind the second element of stator arm 11 so that the edge region front 13 of the first stator arm element defines a slot in cooperation with the axially rear edge of the second stator element 11.
- the slot has a substantial circumferential extent B, but, as this is shown to have little or no axial extent C.
- each pair of stator arm elements 10.11 forms a substantial lift plan configuration
- the slots 12, which are located near the edge of leak (in the last 50% of the rope length of the stator) create a space in the cross section of the lift plan so as to inject some air flow from the pressure side D of the stator to the suction side E.
- the slot could have a width of at most 20% of the length of the rope.
- the overall direction of the slot should form an angle between 0 and 90 ° relative to the inclination profile section local.
- the total effect of injecting an air flow at from the pressure side to the suction side is to reduce drag by preventing flow to separate too soon from the profiled surface. This therefore allows a more pronounced curvature, and therefore a better re-direction of the air flow. Energy kinetics of the rotating fan acting on the air that is moved by the fan is so more efficiently transformed into static pressure.
- FIG. 5 a second variant of the stator is shown, in which three stator arm elements 21,22,23 are provided for each stator arm.
- Each of the elements of stator arm defines a respective slot 24, 25 with the element which precedes it axially in order to create an effect similar to that shown in Figure 3.
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Abstract
Un dispositif de stator pour un ventilateur à flux axial présente une pluralité de premiers éléments de bras de stator (10) et une pluralité correspondante de deuxièmes éléments de bras de stator (11), les premiers éléments de bras de stator (10) étant disposés axialement vers l'arrière des deuxièmes éléments de bras de stator (11) de manière à définir une fente (12) de flux d'air entre ceux-ci. <IMAGE>
Description
La présente invention est relative à des
ventilateurs à flux axial et en particulier à un
dispositif de stator pour modifier le flux d'air venant
du ventilateur.
On utilise couramment des ventilateurs à flux
axial dans des systèmes de refroidissement pour des
moteurs de véhicules. De tels ventilateurs consistent en
un moyeu avec un certain nombre de pales s'étendant
substantiellement radialement à partir dudit moyeu
jusqu'à une zone de sommet. La configuration des pales
est telle que tandis que le ventilateur lui-même tourne,
de l'air est entraíné à se déplacer axialement selon la
direction de la rotation du ventilateur. Les
spécialistes de la technique comprendront que des
ventilateurs à flux axial impriment des composantes de
rotation à l'air qu'ils déplacent, et que ceci crée des
effets de turbulence qui peuvent à la fois réduire le
rendement du ventilateur et augmenter le bruit dû à son
utilisation.
Il est connu d'utiliser ce que l'on appelle des
"dispositifs de stator" en association avec de tels
ventilateurs à flux axial, lesquels dispositifs de
stator sont destinés à redresser le flux d'air venant du
ventilateur. De tels dispositifs de stator sont des
arrangements statiques de pales ou d'autres éléments qui
"cassent" les composantes de rotation du mouvement de
l'air et qui dévient l'air en direction d'un chemin de
flux plus axial.
On dispose des ventilateurs à flux axial dans
des systèmes de refroidissement de moteurs à l'intérieur
de ce que l'on appelle une buse qui guide l'air à partir
ou en direction d'un échangeur de chaleur d'un véhicule
tel qu'un radiateur et qui peut également guider l'air
en direction ou à partir d'un condenseur d'un système de
conditionnement d'air pour véhicule.
Le mouvement du véhicule amène l'air à passer à
travers le radiateur et/ou le condenseur du
conditionnement d'air mais dans certaines circonstances
il est nécessaire de provoquer un mouvement d'air
supplémentaire et c'est le mouvement du ventilateur qui
effectue cela. Il est souhaitable d'utiliser un ventilateur
à haute efficacité à cause de la nécessité de
réduire autant que possible la consommation de carburant
et également à cause du fait que des manques
d'efficacité du ventilateur tendent à accroítre le bruit
ambiant, ce qui n'est pas souhaitable dans les véhicules
modernes.
Des ventilateurs modernes pour moteur sont
entraínés par des moteurs électriques, et ces moteurs
eux-mêmes sont supportés à l'intérieur d'une ouverture
de la buse par un certain nombre de bras, généralement
trois, qui sont issues de la paroi périphérique de la
buse jusqu'à une bague de support qui sert à supporter
le moteur. Dans des arrangements connus de stator, de
tels supports comportent un certain nombre d'éléments
supplémentaires s'étendant radialement qui sont de
section transversale courbe, ou autrement configurés en
direction axiale de manière à redresser d'une manière
générale le mouvement de l'air venant du ventilateur. On
a découvert l'existence d'un certain nombre de problèmes
dans la technique antérieure. Spécifiquement, à cause
des contraintes dues à l'encombrement axial, la corde
axiale des éléments de stator est trop petite pour
pouvoir assurer un redressement efficace du flux d'air.
En outre, une séparation précoce du flux peut se
produire sur les stators, ce qui augmente
substantiellement la traínée et réduit donc l'efficacité
aérodynamique du stator lui-même.
Il serait possible de remédier à ces limitations
en augmentant la courbure du profil du stator, mais cela
limiterait l'étendue du fonctionnement du système de
ventilateur dans une mesure non souhaitable.
Un premier objet de la présente invention est
d'au moins remédier en partie aux inconvénients de la
technique antérieure.
Un autre objet de la présente invention est
d'accroítre l'efficacité totale d'un système de
ventilateur à l'aide d'un dispositif de stator
perfectionné, permettant de ce fait l'utilisation d'un
moteur plus petit afin de procurer le même niveau de
refroidissement à partir du système de ventilateur.
Un autre objet de la présente invention est de
réduire le poids de l'assemblage de ventilateur.
Suivant la présente invention, il est proposé un
dispositif de stator pour un ventilateur à flux axial
comprenant une pluralité de bras de stator issus d' une
paroi périphérique définissant une ouverture pour le
flux d'air émanant du ventilateur, lesdits bras
s'étendant radialement vers l'intérieur jusqu'à un
élément de support de moteur de ventilateur, dans lequel
le dispositif de stator présente une extrémité
axialement arrière ainsi qu'une extrémité axialement
avant, l'extrémité arrière, en service, étant disposée
plus loin du ventilateur, et l'extrémité avant étant
disposée plus près du ventilateur, la pluralité de bras
de stator comprenant une pluralité de premiers éléments
de bras de stator et une pluralité correspondante de
deuxièmes éléments de bras de stator, les premiers
éléments de bras de stator étant disposés axialement
vers l'arrière des deuxièmes éléments de bras de stator,
une région de bord avant des premiers éléments de bras
de stator et une région de bord arrière des deuxièmes
éléments de bras de stator définissant de ce fait une
fente entre ceux-ci.
De préférence, les premiers et les deuxièmes
éléments de bras de stator ont une section transversale
courbe.
Avantageusement, les premiers et les deuxièmes
éléments de bras de stator présentent une plus grande
épaisseur dans leurs régions avant respectives que dans
leurs régions arrière respectives.
Suivant un deuxième aspect de la présente invention,
il est proposé un dispositif de ventilateur à flux
axial comprenant un ventilateur à flux axial disposé
dans une buse de ventilateur en relation espacée avec un
échangeur de chaleur de véhicule, la buse présentant une
paroi périphérique interne définissant une ouverture
pour le flux d'air venant du ventilateur et le moteur du
ventilateur étant fixé à une portion de support de
ventilateur, le système comprenant en outre un
dispositif de stator issue de ladite paroi et s'étendant
jusqu'à ladite portion de support, le dispositif de
stator comprenant une pluralité de premiers éléments de
bras de stator et une pluralité correspondante de
deuxièmes éléments de bras de stator, les premiers
éléments de bras de stator étant disposés axialement en
arrière des deuxièmes éléments de bras de stator, une
région de bord avant des premiers éléments de bras de
stator et une région de bord arrière des deuxièmes
éléments de de bras de stator définissant de ce fait une
fente entre ceux-ci.
De préférence, les premiers et les deuxièmes
éléments de bras de stator ont une section transversale
courbe.
Avantageusement, les premiers et les deuxièmes
éléments de bras de stator présentent une plus grande
épaisseur dans leurs régions avant respectives que dans
leurs régions arrière respectives.
Suivant un troisième aspect de la présente
invention, il est proposé un dispositif de stator pour
un ventilateur à flux axial, présentant une extrémité
axialement arrière ainsi qu'une extrémité axialement
avant, l'extrémité arrière, en service, étant disposée
plus loin du ventilateur et l'extrémité avant étant
disposée plus près du ventilateur, le dispositif de
stator comprenant une pluralité de premiers éléments de
bras de stator, une pluralité de deuxièmes éléments de
bras de stator, et une pluralité de troisièmes éléments
de bras de stator, les premiers éléments de bras de
stator étant disposés axialement en arrière des
deuxièmes éléments de bras de stator et les troisièmes
éléments de bras de stator étant disposés axialement en
avant des deuxièmes éléments de bras de stator, des
fentes étant de ce fait définies tant entre les premiers
et les deuxièmes qu'entre les deuxièmes et les
troisièmes éléments de bras de stator.
Dans un souci d'illustrer l'invention, des
exemples de réalisation vont maintenant être décrites en
se référant aux dessins annexés dans lesquels
Dans les figures, des repères numériques identiques
désignent des éléments identiques.
En se référant à la Figure 1, un anneau extérieur
1 d'un dispositif de support de ventilateur
présente une paroi périphérique intérieure 2 qui définit
une ouverture 3 pour un flux d'air venant d'un ventilateur
à flux axial (voir la Figure 2). Comme le savent
les spécialistes de la technique, l'anneau de support 1
peut faire partie d'une buse de ventilateur ou peut être
une structure séparée fixée à une buse. Des anneaux de
support de ce type sont bien connues dans la technique
et sont habituellement fabriquées en matière plastique
moulée.
L'anneau de support est généralement circulaire.
Une bague de support de moteur de ventilateur 5 se
trouve à l'intérieur de l'anneau. La bague de support de
moteur de ventilateur est fixée à l'anneau de support
extérieure 1 par l'intermédiaire d'une pluralité (7 ici)
d'entretoises 6 qui remplissent la fonction
supplémentaire de former des éléments de bras de stator
servant à redresser le flux d'air émanant du
ventilateur. Dans le présent dispositif, le flux d'air
est en outre redressé par des éléments de redressement
du flux d'air 8 intercalés entre les éléments de bras de
stator 6. De tels éléments de redressement sont bien
connus dans la technique. On pourrait prévoir des
entretoises supplémentaires qui rempliraient une stricte
fonction de soutien: ces entretoises n'assumeraient donc
pas la fonction de redressement du flux d'air des
entretoises 6.
La bague de support de moteur de ventilateur 5
est représentée comme étant en forme de C, mais elle
pourrait former un cercle complet. Elle sert à engager
et à supporter un moteur de ventilateur (non montré) sur
l'arbre duquel est fixé le moyeu d'un ventilateur - voir
la Figure 2.
En se référant maintenant à la Figure 2, un
ventilateur 100 est constitué d'une portion de moyeu
généralement circulaire 110 présentant une paroi extérieure
sur laquelle est fixée une pluralité de pale 120.
La rotation du moyeu dans le sens anti-horaire (montré
par la flèche B) oblige l'air à se déplacer dans la
direction générale désignée par la flèche A. Toutefois,
le mouvement des pales du ventilateur entraíne l'air et
le force aussi à adopter un mouvement allant
généralement dans le sens anti-horaire.
Un stator 50 est constitué d'une pluralité
d'éléments de bras de stator 10,11.
En se référant maintenant aux Figures 3 et 4, on
verra que chacun des éléments de bras de stator 10, 11
est généralement de section transversale courbe et que
chacun des éléments de bras de stator 10, 11 s'effile à
partir d'une région de bord avant respective 13, 14
jusqu'à une région de bord axialement arrière respective
15, 16.
Le premier élément de bras de stator 10 est
disposé axialement en arrière du deuxième élément de
bras de stator 11 de telle sorte que la région de bord
avant 13 du premier élément de bras de stator définisse
une fente en coopération avec le bord axialement arrière
du deuxième élément de stator 11. La fente présente une
étendue circonférentielle substantielle B, mais, comme
cela est montré, a peu, voire pas, d'étendue axiale C.
L'arrangement est cependant illustratif et
d'autres conceptions pourraient être choisies en
fonction du rendement souhaité du ventilateur.
En service, la combinaison de chaque paire
d'éléments de bras de stator 10,11 forme une
configuration substantielle de plan de sustentation, et
les fentes 12, qui sont situées à proximité du bord de
fuite (dans les derniers 50% de la longueur de corde du
stator), créent un espace dans la section transversale
du plan de sustentation de manière à injecter un certain
flux d'air à partir de la face de pression D du stator
jusqu'à la face d'aspiration E.
L'expérimentation a montré que la fente pourrait
avoir une largeur d'au maximum 20% de la longueur de la
corde. La direction globale de la fente devrait former
un angle compris entre 0 et 90° par rapport à l'inclinaison
locale de la section du profil.
L'effet total de l'injection d'un flux d'air à
partir de la face de pression jusqu'à la face d'aspiration
consiste à réduire la traínée en empêchant le flux
de se séparer trop tôt de la surface profilée. Ceci
permet par conséquent une courbure plus accentuée, et
donc une meilleure re-direction du flux d'air. L'énergie
cinétique du ventilateur en train de tourner qui agit
sur l'air qui est déplacé par le ventilateur est ainsi
transformée plus efficacement en une pression statique.
En se référant maintenant aux Figures 5 et 6,
une deuxième variante du stator est représentée, dans
laquelle trois éléments de bras de stator 21,22,23 sont
prévus pour chaque bras de stator. Chacun des éléments
de bras de stator définit une fente respective 24, 25
avec l'élément qui le précède axialement afin de créer
un effet similaire à celui montré dans la Figure 3.
Les spécialistes de la technique comprendront
que l'on peut prévoir plus de trois éléments de bras de
stator, en fonction des effets désirés.
Bien que des variantes de l'invention aient été
décrites, celles-ci n'ont pas pour but d'être limitatives.
Les spécialistes de la technique comprendront que
diverses modifications de forme et de détail peuvent
être apportées à celles-ci sans s'éloigner de l'esprit
et de la portée de l'invention tels qu'ils sont définis
dans les revendications jointes.
Claims (9)
- Dispositif de stator pour un ventilateur à flux axial comprenant une pluralité de bras de stator (6) issus d'une paroi périphérique définissant une ouverture pour le flux d'air émanant du ventilateur (100), lesdits bras s'étendant radialement vers l'intérieur jusqu'à un élément de support de moteur de ventilateur (5), dans lequel le dispositif de stator présente une extrémité axialement arrière ainsi qu'une extrémité axialement avant, l'extrémité arrière, en service, étant disposée plus loin du ventilateur, et l'extrémité avant étant disposée plus près du ventilateur, caractérisé en ce que la pluralité de bras de stator comprenant une pluralité de premiers éléments de bras de stator et une pluralité correspondante de deuxièmes éléments de bras de stator, les premiers éléments de bras de stator étant disposés axialement vers l'arrière des deuxièmes éléments de bras de stator, une région de bord avant des premiers éléments de bras de stator et une région de bord arrière des deuxièmes éléments de bras de stator définissant de ce fait une fente (12)entre ceux-ci.
- Dispositif de stator de la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers et les deuxièmes éléments de bras de stator (10,11) ont une section transversale courbe.
- Dispositif de stator de la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers et les deuxièmes éléments de bras de stator (10,11) présentent une plus grande épaisseur dans leurs régions avant respectives que dans leurs régions arrière respectives.
- Dispositif de ventilateur à flux axial comprenant un ventilateur à flux axial (100) disposé dans une buse de ventilateur en relation espacée avec un échangeur de chaleur de véhicule, la buse présentant une paroi périphérique interne (2) définissant une ouverture (3) pour le flux d'air venant du ventilateur et le moteur du ventilateur étant fixé à une portion de support du ventilateur (5), le système comprenant en outre un dispositif de stator (6) issu de ladite paroi et s'étendant jusqu'à ladite portion de support, caractérisé en ce que le dispositif de stator comprend une pluralité de premiers éléments de bras de stator et une pluralité correspondante de deuxièmes éléments de bras de stator, les premiers éléments de bras de stator étant disposés axialement en arrière des deuxièmes éléments de bras de stator, une région de bord avant des premiers éléments de stator et une région de bord arrière des deuxièmes éléments de stator définissant de ce fait une fente (12) entre ceux-ci.
- Dispositif de ventilateur de la revendication 4, caractérisé en ce que les premiers et les deuxièmes éléments de bras de stator (10,11) ont une section transversale courbe.
- Dispositif de ventilateur de la revendication 4, caractérisé en ce que les premiers et les deuxièmes éléments de bras de stator (10,11) présentent une plus grande épaisseur dans leurs régions avant respectives que dans leurs régions arrière respectives.
- Dispositif de stator pour un ventilateur à flux axial, présentant une extrémité axialement arrière ainsi qu'une extrémité axialement avant, l'extrémité arrière, en service, étant disposée plus loin du ventilateur et l'extrémité avant étant disposée plus près du ventilateur, caractérisé en ce que le dispositif de stator comprend une pluralité de premiers éléments de bras de stator, une pluralité de deuxièmes éléments de bras de stator, et une pluralité de troisièmes éléments de bras de stator, les premiers éléments de bras de stator étant disposés axialement en arrière des deuxièmes éléments de bras de stator et les troisièmes éléments de bras de stator étant disposés axialement en avant des deuxièmes éléments de bras de stator, des fentes (24,25) étant de ce fait définies tant entre les premiers et les deuxièmes qu'entre les deuxièmes et les troisièmes éléments de bras de stator.
- Dispositif de stator de la revendication 7, caractérisé en ce que chacun desdits éléments de bras de stator (21,22,23) a une section transversale courbe.
- Dispositif de stator de la revendication 7, caractérisé en ce que chacun desdits éléments de bras de stator (21,22,23) présente une plus grande épaisseur dans ses régions avant respectives que dans ses régions arrière respectives.
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