WO2011076583A1 - Helice de ventilateur et buse de ventilateur associee, en particulier pour vehicule automobile - Google Patents

Helice de ventilateur et buse de ventilateur associee, en particulier pour vehicule automobile Download PDF

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annular
axis
fan
annular wall
nozzle
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Manuel Henner
Bruno Demory
Antoine Levasseur
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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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
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/325—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow fans
    • F04D29/326—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow fans comprising a rotating shroud

Definitions

  • Fan propeller and associated fan nozzle in particular for a motor vehicle
  • the invention relates to ventilation devices, in particular for motor vehicles.
  • a motor vehicle usually comprises a fan, also called motor-fan unit, consisting of a clean electric motor to rotate a propeller for accelerating a flow of air for cooling purposes.
  • the propeller is generally associated with a fan nozzle which has the function of channeling the air flow so that it passes through one or more heat exchangers, mainly the engine cooling radiator of the vehicle, forming a cooling module .
  • the nozzle comprises for this purpose a wall provided with a circular opening disposed opposite the helix to be traversed by the air flow under the effect of the movement of the propeller and / or the speed of the vehicle.
  • a fan impeller usually comprises a hub adapted to be driven about an axis of rotation, blades extending radially outwardly from the hub and a profiled ring connecting the outer ends of the blades.
  • This profiled ring has an annular wall intended to come opposite an annular edge of a fan nozzle.
  • the fan nozzle comprises a wall provided with an opening surrounded by an annular border of given axis, which annular edge is intended to come opposite a profiled ring of a propeller suitable for circulating a flow of air through the opening of the nozzle.
  • the ring of the helix which is also called “ferrule”
  • the ring of the helix has a generally tubular shape, that is to say it has a cylindrical wall around the liner. axis of the propeller.
  • This cylindrical wall may possibly extend by a flange on the upstream or downstream side, that is to say vis-à-vis the flow of air which is set in motion by the propeller.
  • the annular edge of the nozzle which surrounds the opening for entry of the air flow, is generally cylindrical and arranged coaxially with the profiled ring of the helix. In this way, a tubular annular space is created between the profiled ring of the helix and the annular edge of the fan nozzle.
  • the flow air that is set in motion by the propeller tends to be guided in a direction generally parallel to the axis of the propeller.
  • the vehicle engine and its accessories are located just behind the propeller and sometimes very close to the latter.
  • the object of the invention is in particular to overcome this drawback.
  • a fan propeller of the type defined above wherein the annular wall of the profiled ring has a flat or frustoconical shape forming in radial section, with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation of the helix, an acute angle between 0 and 60 °.
  • the annular wall of the profiled ring has a flat shape and is therefore contained in a plane perpendicular to the axis of rotation of the helix.
  • this annular wall has a frustoconical shape.
  • the invention relates, in a second aspect, a fan nozzle of the type defined in introduction, in which the annular edge of the nozzle is of flat or frustoconical shape, forming in radial section, with respect to a plane perpendicular to the axis of the opening, an acute angle between 0 ° and 60 °.
  • the circular border may have a flat shape or frustoconical shape.
  • the invention relates, in a third aspect, to a ventilation device comprising a fan impeller as defined above and a fan nozzle as defined above, the annular wall of the profiled ring and the annular edge of the nozzle. being arranged facing each other by making the axis of rotation of the helix coincide with the axis of the opening of the nozzle.
  • the annular wall and the annular border are substantially the same acute angle in radial section relative to a plane perpendicular to the axis, which allows to provide a substantially constant clearance over the entire radial extent.
  • the clearance defined by the space between the annular wall of the helix and the annular edge of the nozzle is, for example, 2 to 5 mm, to define a satisfactory air gap between rotating and fixed part.
  • This clearance also contributes to forming a duct, in cross section, which must limit the effects of recirculation between the downstream zone and the upstream zone, the latter being at lower pressure.
  • the peripheral air flow which passes in the gap between the annular wall of the profiled ring and the annular edge of the nozzle is directed radially outwardly, in a direction perpendicular to the axis of the helix, or in a direction slightly inclined relative to this axis, this with a solution having a limited axial size.
  • Figure 1 is a half-view in axial and partial section of a fan propeller and an associated fan nozzle;
  • Figure 2 is an enlarged detail of Figure 1;
  • FIG. 3 is a view similar to Figure 2 in an alternative embodiment
  • FIG. 4 is a front perspective view of a propeller according to the invention
  • FIG. 5 is a rear perspective view of the helix of FIG. 4.
  • the propeller 10 comprises a hub 14, also called “bowl”, adapted to be rotated about an axis of rotation XX.
  • the hub 14 is keyed on a motor shaft 16 forming part of an electric motor (not shown) for driving the rotating propeller.
  • Blades 18 extend radially outwardly from the hub 14 and are connected at their outer ends 20 by a profiled ring 22.
  • This profiled ring 22 has an annular wall 24 which has a flat or frustoconical shape forming in radial section, relative to a plane perpendicular to the axis of rotation XX, an acute angle between 0 ° and 60 °, for example 45 °.
  • this angle is 0 °, that is to say that the profiled ring 22 is made flat, its wall 24 extending in a plane perpendicular to the axis of rotation XX.
  • the nozzle 12 comprises a wall 26 (shown partially) through which is formed a circular opening 28 whose axis coincides with the axis XX of the helix.
  • This opening is surrounded by an annular border 30, having a shape of that of the annular wall 24.
  • This annular edge 30 is intended to come opposite the profiled ring 22, that is to say more particularly of its annular wall 24.
  • this angle is 0 °, that is to say that the annular edge 30 is formed flat and that it extends in a plane perpendicular to the axis of rotation XX .
  • this annular border 30 can be made flat or frustoconical forming in radial section, by a plane perpendicular to the axis XX, an acute angle between 0 and 60 °, for example 45 °.
  • the angular value chosen is the same for the annular wall of the profiled ring and the annular edge of the nozzle, which allows to provide a space or gap with a substantially constant clearance over the entire radial extent.
  • the peripheral air flow that passes in the above-mentioned range extends radially outwards in the direction of the arrow F1, so that it can not block the flow of air passing through the propeller as shown by the arrow F2.
  • this peripheral air flow is sent here in a generally radial direction.
  • the main air flow which is set in motion by the propeller and which passes through the blades can be guided in a direction not parallel to the axis XX, which allows this flow of air to be deflected immediately. at the exit of the propeller to be able to circumvent the engine of the vehicle and / or its accessories, if the particular implementation of these requires it in the considered application.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment in which the annular wall 24 of the profiled ring 22 has a frustoconical shape, as well as the annular edge 30 of the nozzle 12.
  • the angle A thus formed is, in the example, neighbor of 30 °. However, it is possible to have different values, the angular range being between 0 and 60 °, for example 45 °.
  • the propeller is advantageously made by molding in one piece, preferably plastic.
  • a suitable plastics material is a polyamide filled with fibers or glass beads.
  • the outer ends 20 of the blades 18 are each connected to an inner edge 32 of the annular wall 24 of the profiled ring 22 as shown in FIGS. 4 and 5.
  • the ring is made flat, its annular wall 24 extending in a plane perpendicular to the axis XX.
  • the outer ends 20 of the blades 18 are each connected to the inner edge 32 of the annular wall 24 by a connecting wall 34 which forms a spacer.
  • These connecting walls 34 are molded and have a substantially triangular shape. They constitute cylindrical wall portions centered on the axis XX at the connection of the outer ends 20 of the blades 18 with the inner edge 32 of the profiled ring. Thus forms of bonding with reinforcement.
  • the invention finds a particular application to the cooling fans of motor vehicles, without being limited to this particular application.

Landscapes

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

Abstract

Une hélice (10) de ventilateur comprend un moyeu (14) propre à être entraîné autour d'un axe de rotation (XX), des pales (18) s'étendant radialement vers l'extérieur à partir du moyeu et un anneau profilé (22) reliant les extrémités extérieures (20) des pales (18), cet anneau profilé présentant une paroi annulaire (24) destinée à venir en vis-à-vis d'une bordure annulaire (30) d'une buse (26) de ventilateur. La paroi annulaire (24) de l'anneau profilé (22) possède une forme plate ou tronconique en formant en coupe radiale, par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de rotation (XX), un angle aigu compris entre 0° et 60°. Application notamment aux véhicules automobiles.

Description

Hélice de ventilateur et buse de ventilateur associée, en particulier pour véhicule automobile
L'invention se rapporte aux dispositifs de ventilation, en particulier pour les véhicules automobiles.
Un véhicule automobile comporte habituellement un ventilateur, appelé aussi groupe moto-ventilateur, constitué d'un moteur électrique propre à entraîner en rotation une hélice destinée à accélérer un flux d'air à des fins de refroidissement. L'hélice est généralement associée à une buse de ventilateur qui a pour fonction de canaliser le flux d'air pour qu' il traverse un ou plusieurs échangeurs de chaleur, principalement le radiateur de refroidissement du moteur du véhicule, en formant un module de refroidissement.
La buse comporte à cet effet une paroi munie d'une ouverture circulaire disposée en regard de l'hélice pour être traversée par le flux d'air sous l'effet du mouvement de l'hélice et/ou de la vitesse du véhicule.
La buse de ventilateur est placée soit devant, soit derrière le module de refroidissement, par référence au sens d'avancement du véhicule automobile. La conception de tels ventilateurs pose de nombreuses difficultés en pratique, notamment pour ce qui concerne l'hélice et la buse qui doivent coopérer étroitement entre elles pour assurer le guidage du flux d'air destiné à refroidir le ou les échangeurs de chaleur du module de refroidissement. Une hélice de ventilateur comprend habituellement un moyeu propre à être entraîné autour d'un axe de rotation, des pales s ' étendant radialement vers l'extérieur à partir du moyeu et un anneau profilé reliant les extrémités extérieures des pales.
Cet anneau profilé présente une paroi annulaire destinée à venir en vis-à-vis d'une bordure annulaire d'une buse de ventilateur .
A son tour, la buse de ventilateur comprend une paroi munie d'une ouverture entourée par une bordure annulaire d'axe donné, laquelle bordure annulaire est destinée à venir en vis-à-vis d'un anneau profilé d'une hélice propre à faire circuler un flux d'air au travers de l'ouverture de la buse .
Dans les solutions connues jusqu'à présent, l'anneau de l'hélice, que l'on appelle aussi "virole", a une forme généralement tubulaire, c'est-à-dire qu'il comporte une paroi cylindrique autour de l'axe de l'hélice.
Cette paroi cylindrique peut éventuellement se prolonger par une collerette du côté amont ou aval, c'est-à-dire en vis-à-vis du flux d'air qui est mis en mouvement par 1 ' hélice .
De façon correspondante, la bordure annulaire de la buse, qui entoure l'ouverture destinée à l'entrée du flux d'air, est généralement cylindrique et disposée coaxialement avec l'anneau profilé de l'hélice. De cette manière, on crée un espace annulaire de forme tubulaire entre l'anneau profilé de l'hélice et la bordure annulaire de la buse de ventilateur .
Du fait de la conception particulière de l'anneau profilé de l'hélice et de la bordure annulaire de la buse, le flux d'air qui est mis en mouvement par l'hélice a tendance à être guidé dans une direction généralement parallèle à l'axe de l'hélice. Cependant, dans certaines situations particulières, dues aux aménagements particuliers du véhicule dans le compartiment moteur, le moteur du véhicule et ses accessoires sont situés juste derrière l'hélice et quelquefois à très faible distance de cette dernière.
Il en résulte qu'il est alors nécessaire de modifier la direction d'écoulement d'air rapidement vers une direction radiale, ou sensiblement radiale, de manière à ce que cet écoulement d'air puisse être évacué sur les côtés et en dessous du moteur.
Ce changement de direction peut être difficile à gérer, aboutissant à des pertes de performance et à un blocage du flux d'air.
L'invention a notamment pour but de surmonter cet inconvénient .
Elle propose à cet effet, selon un premier aspect, une hélice de ventilateur du type défini précédemment, dans laquelle la paroi annulaire de l'anneau profilé possède une forme plate ou tronconique en formant en coupe radiale, par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de l'hélice, un angle aigu compris entre 0 et 60°.
Il en résulte que le changement de direction du flux d'air n'est pas bloqué par l'anneau profilé de l'hélice et peut être effectué sur la pale elle-même. II en résulte une amélioration significative des performances tout particulièrement lorsqu'un obstacle au flux d'air se situe en aval de l'hélice et à proximité du ventilateur .
Dans une première forme de réalisation de l'invention, la paroi annulaire de l'anneau profilé a une forme plate et est donc contenue dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de l'hélice.
Dans une deuxième forme de réalisation, cette paroi annulaire a une forme tronconique.
L'invention concerne, sous un deuxième aspect, une buse de ventilateur du type défini en introduction, dans laquelle la bordure annulaire de la buse est de forme plate ou tronconique, en formant en coupe radiale, par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de l'ouverture, un angle aigu compris entre 0° et 60° .
Là aussi, la bordure circulaire peut avoir une forme plate ou une forme tronconique .
Enfin, l'invention concerne, sous un troisième aspect, un dispositif de ventilation comprenant une hélice de ventilateur telle que définie précédemment et une buse de ventilateur telle que définie précédemment, la paroi annulaire de l'anneau profilé et la bordure annulaire de la buse étant disposées en vis-à-vis en faisant coïncider l'axe de rotation de l'hélice avec l'axe de l'ouverture de la buse.
Ainsi, la paroi annulaire et la bordure annulaire font sensiblement le même angle aigu en coupe radiale par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe, ce qui permet de ménager un jeu sensiblement constant sur toute l'étendue radiale . Le jeu défini par l'espace existant entre la paroi annulaire de l'hélice et la bordure annulaire de la buse est, par exemple, de 2 à 5 mm, pour définir un l'entrefer satisfaisant entre partie tournante et fixe. Ce jeu contribue aussi à former un conduit, en section transverse, qui doit limiter les effets de recirculation entre la zone aval et la zone amont, cette dernière étant à plus faible pression .
Grâce aux caractéristiques précitées, le flux d'air périphérique, qui passe dans l'intervalle compris entre la paroi annulaire de l'anneau profilé et la bordure annulaire de la buse est dirigé radialement vers l'extérieur, soit dans une direction perpendiculaire à l'axe de l'hélice, soit dans une direction faiblement inclinée par rapport à cet axe, ceci avec une solution présentant un encombrement axial limité.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une demi-vue en coupe axiale et partielle d'une hélice de ventilateur et d'une buse de ventilateur associée ; la figure 2 est un détail à échelle agrandie de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 dans une variante de réalisation ;
- la figure 4 est une vue en perspective avant d'une hélice selon l'invention ; et la figure 5 est une vue en perspective arrière de l'hélice de la figure 4. On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre une hélice de ventilateur 10 et une buse de ventilateur 12 associée. L'hélice 10 comprend un moyeu 14, encore appelé "bol", propre à être entraîné en rotation autour d'un axe de rotation XX. Le moyeu 14 est calé sur un arbre moteur 16 faisant partie d'un moteur électrique (non représenté) destiné à entraîner l'hélice en rotation.
Des pales 18 s'étendent radialement vers l'extérieur à partir du moyeu 14 et elles sont reliées à leurs extrémités extérieures 20 par un anneau profilé 22. Cet anneau profilé 22 présente une paroi annulaire 24 qui possède une forme plate ou tronconique en formant en coupe radiale, par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de rotation XX, un angle aigu compris entre 0° et 60°, par exemple 45°.
Dans la forme de réalisation de la figure 1, cet angle est de 0°, c'est-à-dire que l'anneau profilé 22 est réalisé plat, sa paroi 24 s ' étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation XX.
La buse 12 comprend une paroi 26 (représentée partiellement) au travers de laquelle est ménagée une ouverture circulaire 28 dont l'axe coïncide avec l'axe XX de l'hélice. Cette ouverture est entourée par une bordure annulaire 30, ayant une forme de celle de la paroi annulaire 24. Cette bordure annulaire 30 est destinée à venir en vis-à-vis de l'anneau profilé 22, c'est-à-dire plus particulièrement de sa paroi annulaire 24.
Dans la forme de réalisation de la figure 1, cet angle est de 0°, c'est-à-dire que la bordure annulaire 30 est réalisée plat et qu'elle s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation XX.
Comme pour la paroi annulaire 24 de l'anneau profilé, cette bordure annulaire 30 peut être réalisée plate ou tronconique en formant en coupe radiale, par un plan perpendiculaire à l'axe XX, un angle aigu compris entre 0 et 60°, par exemple 45°.
La valeur angulaire choisie est la même pour la paroi annulaire de l'anneau profilé et pour la bordure annulaire de la buse, ce qui permet de ménager un espace ou intervalle avec un jeu sensiblement constant sur toute l'étendue radiale.
Comme on peut le voir sur le détail de la figure 2, le flux d'air périphérique qui passe dans l'intervalle précité s'étend radialement vers l'extérieur dans la direction de la flèche Fl, si bien qu'il ne peut bloquer le flux d'air qui passe au travers de l'hélice comme montré par la flèche F2. Ainsi, à la différence de la technique antérieure où le flux d'air périphérique était guidé dans une direction généralement parallèle à l'axe de rotation XX, ce flux d'air périphérique est envoyé ici dans une direction généralement radiale. Le flux d'air principal qui est mis en mouvement par l'hélice et qui passe au travers des pales peut être guidé dans une direction non parallèle à l'axe XX, ce qui permet à ce flux d'air d'être dévié immédiatement à la sortie de l'hélice pour pouvoir contourner le moteur du véhicule et/ou ses accessoires, si l'implantation particulière de ces derniers l'exige dans l'application considérée.
La figure 3 montre une variante de réalisation dans laquelle la paroi annulaire 24 de l'anneau profilé 22 a une forme tronconique, de même que la bordure annulaire 30 de la buse 12. L'angle A ainsi formé est, dans l'exemple, voisin de 30°. Toutefois, il est possible d'avoir des valeurs différentes, l'intervalle angulaire étant situé entre 0 et 60°, par exemple 45°. L'hélice est avantageusement réalisée par moulage en une seule pièce, de préférence en matière plastique. Une matière plastique appropriée est un polyamide chargé de fibres ou de billes de verre.
Les extrémités extérieures 20 des pales 18 sont reliées chacune à un bord intérieur 32 de la paroi annulaire 24 de l'anneau profilé 22 comme le montrent les figures 4 et 5.
Dans la forme de réalisation de ces deux figures, l'anneau est réalisé plat, sa paroi annulaire 24 s 'étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe XX.
Les extrémités extérieures 20 des pales 18 sont reliées chacune au bord intérieurs 32 de la paroi annulaire 24 par une paroi de liaison 34 qui forme entretoise. Ces parois de liaison 34 sont venues de moulage et possèdent une forme sensiblement triangulaire. Elles constituent des portions de paroi cylindriques centrées sur l'axe XX au niveau du raccordement des extrémités extérieures 20 des pales 18 avec le bord intérieur 32 de l'anneau profilé. On réalise ainsi des formes de liaison avec renfort.
L'invention trouve une application particulière aux ventilateurs de refroidissement des véhicules automobiles, sans toutefois être limitée à cette application particulière .

Claims

Revendications
1. Hélice de ventilateur comprenant un moyeu (14) propre à être entraîné autour d'un axe de rotation (XX), des pales (18) s 'étendant radialement vers l'extérieur à partir du moyeu et un anneau profilé (22) reliant les extrémités extérieures (20) des pales (18), cet anneau profilé présentant une paroi annulaire (24) destinée à venir en vis-à-vis d'une bordure annulaire (30) d'une buse (26) de ventilateur, caractérisée en ce que la paroi annulaire (24) de l'anneau profilé (22) possède une forme plate ou tronconique en formant en coupe radiale, par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de rotation (XX), un angle aigu compris entre 0° et 60° et en ce que le flux d'air périphérique qui passe dans l'intervalle compris entre la paroi annulaire (24) et la bordure annulaire (30) est dirigé radialement vers l'extérieur.
2. Hélice de ventilateur selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi annulaire (24) de l'anneau profilé (22) a une forme plate et est contenue dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation (XX).
3. Hélice de ventilateur selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi annulaire (24) de l'anneau profilé (22) a une forme tronconique.
4. Hélice de ventilateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les extrémités extérieures (20) des pales (18) sont reliées chacune à un bord intérieur (32) de la paroi annulaire (24) de l'anneau profilé (22) .
5. Hélice de ventilateur selon la revendication 4, caractérisée en ce que les extrémités extérieures (20) des pales (18) sont reliées chacune au bord intérieur (32) de la paroi annulaire (24) par une paroi de liaison (34) .
6. Hélice de ventilateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle est réalisée d'une seule pièce par moulage d'une matière plastique.
7 . Buse de ventilateur comprenant une paroi (26) munie d'une ouverture (28) entourée par une bordure annulaire (30) d'axe (XX), laquelle est destinée à venir en vis-à-vis de la paroi annulaire (24) d'un anneau profilé (22) d'une hélice (10) propre à faire circuler un flux d'air au travers de l'ouverture (28) de la buse, caractérisée en ce que la bordure annulaire (30) de la buse est de forme plate ou tronconique en formant en coupe radiale, par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe (XX) , un angle aigu compris entre 0° et 60° et en ce que le flux d'air périphérique qui passe dans l'intervalle compris entre la paroi annulaire (24) et la bordure annulaire (30) est dirigé radialement vers l'extérieur.
8. Buse de ventilateur selon la revendication 7 , caractérisée en ce que la bordure annulaire (30) a une forme plate et est contenue dans un plan perpendiculaire à 1 ' axe (XX) .
9. Buse de ventilateur selon la revendication 7 , caractérisée en ce que la bordure annulaire (30) a une forme tronconique.
10. Dispositif de ventilation comprenant une hélice de ventilateur (10) selon l'une des revendications 1 à 6 en combinaison avec une buse de ventilateur (12) selon l'une des revendications 7 à 9, la paroi annulaire (24) de l'anneau profilé (22) et la bordure annulaire (30) de la buse (12) étant disposées en vis-à-vis en faisant coïncider l'axe de rotation de l'hélice avec l'axe de l'ouverture (28) de la buse, la paroi annulaire (24) et la bordure annulaire (30) faisant sensiblement le même angle (A) en coupe radiale par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe (XX), de manière à ménager entre elles un jeu sensiblement constant sur toute l'étendue radiale.
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