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" perfectionnements aux ventilateurs
La présente Invention concerne les ventilateurs et les modes de commande de ces appareils.
.Elle a pour objet un ventilateur et un procédé de mise en mouvement permettant de faire varier la puissance absorbée et la vitesse,d'une manière effective indépendamment l'une de 1' autre et de faire varier la puissance sous vitesse constante tout en conservant à l'appareil un rendement élevé.
Dans un ventilateur du type ordinaire,la puissance nécessai- re à son fonctionnement varie approximativement comme le cube de la vitesse. Cela résulte du fait que la force déployée par
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le ventilateur pour propulser le fluide est proportionnelle au carré de la vitesse et que la puissance absorbée varie comme le produit de la force par la vitesse.
L'interdépendance de la force et de la vitesse donne lieu à de nombreuses difficultés,particulièrement quand on demande au ventilateur un travail variable à vitesse constante ou quand ,pour une raison quelconque,on désire régler effec- tivement le volume de fluide débité indépendamment de la vites- se.
Les applications ordinaires à le ventilation des installa- tions de force motrice peuvent être considérées comme présentant un exemple caractéristique des circonstances dans lesquelles on exige du ventilateur un travail variable.
Le ventilation varie nécessairement avec le travail fourni par l'installation : par conséquent le ventilateur est appelé à débiter des volumes d'air variables. Cependant s'il est actionné par un moteur à vitesse constante,tel qu'un moteur élec- trique à courant alternatif,la force exigée pour l'actionner est pratiquement constante et reste à peu près la même pour de faibles charges qu'en pleine charge.
Le volume d'air débité par le ventilateur peut être réglé par étranglement de la veine fluide.Mais ce mode de régulation cause une perte considérable d'énergie,l'excès de force qui n'est pas nécessaire aux faibles charges étant absorbé à l'étran- glement .
En conséquence .le seul procédé pratique de régulation consiste à faire varier le vitesse : il est applicable aux ven- tilateurs commandés par turbine ou par moteur à courant continu, mais n'est pas applicable avec le courant alternatif. Etant donné que le moteur à courant alternatif induit offre la source la plus économique de force motrice,tant à l'égard du coût de pre- mier établissement qu'à celui du fonctionnement,11 est désirable de trouver le moyen de faire varier effectivement le volume du
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fluide débité indépendamment de la vitesse du ventilateur en permettant à celui-ci de n'absorber que peu de force quand on n'a besoin que d'une ventilation réduite.
conformément à la présente invention on règle le volume du fluide débité et la force nécessaire au mouvement du ventilateur en modifiant la force que le ventilateur exerce sur le fluide mis en mouvement.
Dans le dispositif le plus simple et le meilleur envisagé jusqu'ici ,le ventilateur est pourvu d'une chambre d'entrée munie d'un mécanisme servant à imprimer au fluide une vitesse circulatoire variable dans le sens de la rotation des aubes du ventilateur. La force que celui-ci exerce sur le fluide dé- pend du rapport entre la vitesse des aubes et la vitesse tangen- tielle du fluide et quand cette dernière approche de la vitesse des aubes,le ventilateur exerce une action de moins en moins appréciable sur le fluide.
Ce dispositif bien qu'utile dans tout genre d'installation où l'on recherche une régulation indépendante de la vitesse et de la force,est particulièrement avantageux dans son application à l'aération des Installations de force motrice.
Le ventilateur peut être commandé par un moteur à vitesse constante ; pour toute charge de l'installation inférieure à la pleine achage,on peut réduire la force nécessaire pour actionner le moteur en faisant varier la vitesse périphérique de l'air à l'entrée. Ce mode de réglage de la force par la variation du travail développé par les aubes procure une économie sensible dans le fonctionnement par comparaison avec le réglage par étra -glement de la vaine fluide; il dispense en outre de l'emploi d'appareils de réglage coûteux adaptés au moteur.
Dans les dessins annexés, 'qui représentent la forme don- née de préférence à l'invention,la fig, 1 est une élévation de face du ventilateur et du moteur.
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La fig. 2 eht une élévation, partiellement en coupe.à plus grande échelle, par la ligne 2-2 de la fig.l.
La fig. 3 est une coupe d'une partie de l'appareil par la ligne 3-3 de la fig. 2 à la même échelle agrandie .
L'invention,telle qu'elle est décrite et illustrée ci-après, comprend un ventilateur centrifuge commandé par un moteur à courant alternatif à vitesse constante. Le ventilateur se com- pose d'un rotor portant plusieurs aubes 4 fixées suivant le mode usuel aux moyeux 6 montés sur l'arbre 8.
L'arbre 8 est commandé par le moteur à courant induit 10 ; 11 est porté aur des paliers 12. Le rotor est renfermé dans une coquille 14 représentée en pointillé sur la fig. 2,la- quelle conduit le fluide dans 12 chambre de sortie 16. Les aubes tournent dans le sens indiqué par la flèche courbe de la fig. 2 Pour éviter les pertes d'air autour du rotor on munit celui-ci de rebords annulaires 18 qui tournent entre des brides 20 fixées à la paroi interne de l'enveloppe.
L'air est admis dans le ventilateur par les chambres d'en- trée 22 disposées de chaque coté du rotor et reliées à un canal d'adduction commun 24. Ces chambres d'entrée ont la forme d'une coquille comme le montre la fig.2.
Gomme les deux chambres d'entrée d'air sont semblables il suffira de décrire l'une d'elles.
Cette chambre d'entrée renferme des aubes courbes pivotan- tes 26 qui la traversent dans sa largeur; elles sont fixées sur les supports d'articulation 28 rangés en cercle autour de l'ori- fice du ventilateur. chacune des aubes est munie,aux deux bouts, d'oreilles 30 entre lesquelles sont pris les supports 28. Les supports situés aun bouts des aubes portent sur des cercles de sustentatlon 32 disposés contre les parois opposées de la cham- bre d'entrée.
Les extrémités des supports mobiles tournent dans des pa-
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liera 34 fixés sur les croies 32. Chaque aube est coupée à l'un de ses angles pour épouser la forme du cône d'entrée d'air 33. Les aubes sont à profil cylindrique, c'est-à-dire que les génératrices de ces surfaces sont parallèles à l'axe du rotor et parallèles entre elles.Toutes les aubes de chaque groupe sont articulas à des manivelles 36 reliées aux extrémités des supports,en dehors de la paroi de l'enveloppe. Ces manivelles sont reliées entre elles par des bielles 38 articulées par leurs extrémites à ces manivelles et formant un polygone arti- culé autour de l'enveloppe du ventilateur.
Un ressort spiral intercalé en un point entre deux bielles consécutives absorbe le jeu qui se produit entre ces organes.
A l'un des supports mobiles est reliée une vis sans fin 44 montée sur un arbre 46.Les deux arbres 46,aux deux diamètres opposés du ventilateur,sont simultanément mis en rotation par des roues d'angle 48.calées au bout des arbres 46 et engrenant avec d'autres roues d'angle semblables 50 fixées sur une tige de commande 52 qui traverse l'appareil. La tige 52 peut être mise en rotation,pour amener les aubes à la position voulue, par tout dispositif approprié,tel que la manence 54.représen- tée sur la fig. 1.
Toutefois ,dans les installations commerciales de force motrice,la tige 52 peut être actionnée par l'un des mécanismes automatiques qui fonctionnent sous l'influence des variations de charge.
Le fluide qui pénètre par la chambre d'admission circule autour de la coquille d'entrée en en passant entre les aubes 26,arrive à l'orifice d'aspiration du ventilateur à une vitesse dont la grandeur et la direction sont déterminées par la posi- tion des aubes. Par exemple quand les aubes sont dans la posi- tion figurée en traits pleins sur la fig.2,le fluide est amené au ventilateur à une vitesse résultant surtout des composantes
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radiale et axiale,avec un( composante de très petite grandeur dans la direction périphérique. On place les aubes dans cette position quand on exige du ventilateur un débit d'air considé- rable. A partir de cette position,les aubes peuvent être plus ouvertes ou partiellement refermées.
La position de fermeture partielle est indiquée,poux deux des aubes, en traits interrom- pus et pointillés; c'est la position qu'elles prennent quand la ventilation doit être considérablement réduite.
Le principe du fonctionnement de l'appareil est indiqué par les deux diagrammes vectoriels de la fig. 2 qui montrent, en grandeur et en direction,les composantes de la vitesse à l'entrée de l'air, projetées sur le plan de rote.tion du venti- lateur .Le diagramme pour la position des aubes, figurée en traite pleins,est tracé au point d'origine 0 et pour la position des aubes marquée en pointillé au point origine 0'.
Dans les conditions qui existent quand les aubes sont dans la position indiquée en traits pleine.,l'air en quittant les aubes aura une vitesse représentée par le vecteur OA.
Ce vecteur se résout en ses deux composantes,savoir une compo- sa,nte radiale OB et une composante OC perpendiculaire au rayon.
Il y a aussi une composante parallèle à l'axe qui n'apparaît pas en projection sur le diagramme. Le vecteur 00 représente la vitesse tangentielle dirigée dans le sens de rotation des aubes et qui constitue le facteur prépondérant pour déterminer la force du ventilateur.
Le diagramme vectoriel,pour la position de fermeture par- tielle de l'aube,est de même formé au point origine 0' et représente la vitesse absolue de l'air à l'entrée,par le vecteur O'A' qui se résout en composantes radiale et tangentielle O'B' et O'C' respectivement. On voit que la composante tangentielle est plus grande dans ce dernier ca que dans le premier,parce que la oomposante radiale a été réduite corrélativement.Dans
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les positions Intermédiaires entre les deux positions représentéef sur la fig. 2,la composante tangentielle changera progressive- ment de valeur.
La force exercée et,par suite,le travail développé par le ventilateur sur le fluide dépendent de la vitesse relative du -fluide par rapport aux aubes. On comprendra que,pour accomplir un'travail utile,le fluide doit posséder une composante de vi- tesse par rapport aux aubes dirigée dans le sens de la rotation ou dans le sens contraire. Si l'on pouvait réaliser des condi- tions pour lesquelles la vitesse tangentielle fût égale à la vitesse linéaire des aubes,la vitesse relative dans le sens de la rotation serait nulle et les aubes du ventilateur seraient incapables d'exercer aucun effort sur le fluide. Le travail développé par le ventilateur serait donc égal à 0 et la force requise pour le mettre en mouvement serait simplement celle qui est nécessaire pour compenser les pertes mécaniques.
Bien que cette limitation de la force soit de peu d'intérêt,même si de telles conditions pouvaient être réalisées,la présente inven- tion permet d'admettre l'air avec une composante tangentielle de la vitesse presqu'égale à la vitesse de translation des aubes.
Dans ces cas,la. vitesse relative dans le sens de la rotition est petite et par suite la force exercée est petite aussi. Cette condition est d'une grande importasse pratique en marche à vites- se constante quand .on n'a besoin que d'un volume d'air réduit.
Lorsqu'on à besoin d'une ventilation plus forte,on peut ouvrir davantage les aubes,et la vitesse tangentielle deoroit corréla- tivement en augmentant la force exercée par les aubes et le tra- vail produit par le ventilateur.
Quand les aubes sont ouvertes en grand et que la compo- sente tangentielle est négligeable,l'appareil fonctionne comme un ventilateur centrifuge ordinaire.Four toute position des aubes Intermédiaire entre la position de plus grande ouverture
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et la position de fermeture complète,c'est-à-dire depuis le débit maximum jusqu'aux très petites charges,le ventilateur tra vaille à grand rendement et sans la perte de puissance que com- porte le système ordinaire de réglage par étranglement de la veine fluide.
Bien que l'invention ait été représentée et décrite appli- quée à un ventilateur disposé pour fonctionner à puissance va- riable sous vitesse constante,on comprendra que l'invention ne doit pas être considérée comme se limitant à ce type particu- lier d'appareil mais qu'elle implique aussi les appareils dans lesquels la puissance et la vitesse peuvent être réglées indé- pendamment l'une de l'autre.
De plus,bien que les dessins montrent et la spécification décrive des aubes mobiles pour imprimer à l'air à son entrée la vitesse tangentielle voulue, on peut employer à cet effet d'autres méthodes et moyens sans s'écarter de l'esprit de 1'invention.
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Ayant ainsi décrit mon invention et me réservant d'y appor- ter tous perfectionnements ou toutes modifications qui me parai- traient nécessaires, je revendique comme ma propriété exclusive et privative:
1. Méthode de mise en mouvement d'un ventilateur caracté- risé par le fait que le fluide est admis dans l'appareil avec une composante tangentielle de vitesse dans le sens du mouvement du rotor et par le fait qu'on fait varier la force ou la vitesse indépendamment l'une de l'autre en agissant sur la grandeur de la composante tangentielle.