<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements aux aubes de ventilateurs
La présente invention se rapporte aux ventilateurs et l'objet principal de l'invention est d'améliorer le rendement de ces ventilateurs.
On sait, d'une façon générale que, pour obtenir le ren- dement le plus élevé possible dans les ventilateurs, il faut assurer une pression spécifique constante en tous les points de la totalité de la surface active. On peut définir la pression spécifique d'un ventilateur comme étant le rapport entre la poussée ou la traction lors de sa rotation et sa surface active.
De plus, des considérations théoriques montrent que la constance de la pression spécifique détermine également la constance des vitesses axiales du courant de sortie. La prin- cipals difficulté rencontrée pour obtenir cette constance de la pression spécifique est due aux vitesses périphériques variables de l'aube ou aile en des points de rayons diffé- rents, et pour surmonter cette difficulté, on a déjà proposé jusqu'ici beau-coup' de combinaisons pour distribuer la largeur
<Desc/Clms Page number 2>
et @e pas géométrique de l'aile ou. aube sur la longueur de cette aile ou aube.
Par "pas géométrique du côté de la surface de l'aile ou aube soumis à la pression", que l'on désignera ci-après par l'expression "pas géométrique", il faut entendre la dis- tance entre les filets d'une hélice ou la valeur du dépla- oement axial effectué sans glissement pendant une révolution par une surface inclinée par rapport au plan de rotation. Ce pas géométrique est donc déterminé également par la distance de la surface inclinée au centre de rotation, sa formule étant 2# # tg dans laquelle ? est la distance de cette surface à l'axe du moyeu, et # son angle d'inclinaison sur le plan de rotation.
Les procédés qui ont été proposés jusqu'ici, pour obtenir une pression spécifique constante le long d'une aube tra- vaillant dans un milieu, gazeux, peuvent être divisés en cinq classes, notamment:
1.- Diminuer la largeur des ailes ou aubes depuis le moyeu jusqu'à l'extrémité, lorsque le pas géométrique de la surface de l'aile ou aube est oonstant sur toute sa longueur ou/lorsque ce pas augmente du moyeu vers l'extrémité.
2.- employer des ailes ou aubes d'épaisseur constante ou variable, leur pas géométrique diminuant du moyeu vers l'extrémité, lorsque la largeur des ailes ou aubes est oons- tante sur toute leur longueur, ou lorsque cette largeur aug- mente du moyeu vers l'extrémité.
3.- employer des ailes ou aubes qui sont semblables aux ailes d'aéroplanes modernes et dont la largeur diminue du moyeu vers l'extrémité, tandis que le pas géométrique du côté de la surface de l'aile ou aube soumis à la pression augmente du moyeu vers l'extrémité.
4.- .Employer des ailes ou aubes dont les sections trans- versales sont construites comme les ailes d'avions modernes
<Desc/Clms Page number 3>
et dont la largeur est constante sur toute leur longueur, la profondeur de la aourbure des ailes ou amibes diminuant du moyeu vers l'extrémité, afin de compenser la plus grande for- ce ascensionnelle des extrémités qui est due à leur vitesse périphérique plus grande.
5.- Employer des ailes ou aubes dont les sections trans- versales ont la forme des ailes d'avions modernes, et qui coopèrent avec un appareil de guidage construit de telle façon que les vitesses du fluide ou milieu par rapport aux ailes ou aubes en mouvement changent de point en point tout le long des ailes ou aubes, afin d'égaliser les différentes vitesses périphériques.
On a également proposé d'employer, pour les propul- seurs marins et aériens, une aile ou aube dont les diverses seotions ont une largeur et un angle d'inclinaison qui aug- mentent vers le moyeu.
Des essais faits par les demandeurs ont montré qu'au- cune des cinq classes de procédés de construction ci-dessus ne tenait oompte de toutes les conditions requises pour as- surer une pression spécifique et une vitesse axiale oonstan- tes du fluide traversant le ventilateur.
Des considérations théoriques montrent que l'action de chaque partie de l'aile ou aube sur le fluide ou du fluide sur chaque partie de l'aile ou aube est déterminée par les vitesses périphériques des divers points de l'aile ou aube, par la vitesse axiale du fluide, par le pas géométrique de la surface de ltaîle ou aube, par la largèur de la section transversale de l'aile ou aube, et par les caractéristiques de l'aile d'avion utilisées, toutes ces valeurs étant ptises pour les parties correspondantes de l'aile ou aube.
Afin de déterminer le type d'aile ou aube, qui produit une pression spécifique et une vitesse axiale constantes sur
<Desc/Clms Page number 4>
la totalité de la surface active du ventilateur, les deman- deurs ont essayé très complètement l'influence de tous ces facteurs, indépendamment l'un de l'autre et dans leurs di- verses combinaisons, sur chaque partie de diverses ailes ou aubes ayant des formes différentes, en ce qui concerne les variations de largeur et de pas géométrique le long de l'aile ou aube et en ce qui concerne les différentes formes de sections transversales des ailes ou aubes.
Lors de ces essais, on a constaté qu'il était impossi- ble d'éviter une chute de pression près du moyeu., lorsque l'aile ou aube, quelle que fât sa largeur, avait une largeur constante et lorsque son pas géométrique était constant sur toute sa longueur.
On avait conservé un pas géométrique des ailes ou aubes oonstant sur toute leur longueur et on avait élargi les ai- les ou aubes dans le voisinage du moyeu à tel point que ces ailes ou aubes se recouvraient mutuellement de façon notable, et même dans ce cas, tout en employant près du moyeu @ex surfaces portantes d'avions ayant un coefficient ascension- nel très élevé, on nta pas pu obtenir une constance complète de la pression spécifique. Lorsqu'on essayait la distribu- tion des vitesses sur la surface active des ailes ou aubes dans les ventilateurs du type qui vient d'être mentionné, notamment celui qui donne une pression spécifique variant d'environ 20 pour cent le long de la totalité de l'aile ou aube, on remarquait que les vitesses périphériques du fluide ne correspondaient pas aux vitesses périphériques de l'aile ou aube.
La vitesse périphérique du fluide différait d'une valeur presque constante de la vitesse périphérique de l'aile ou aube et les différences allaient en diminuant légèrement vers le moyeu.
Il en résulte que les directions des vitesses relatives du fluide ne correspondent pas ux vitesses relatives déter-
<Desc/Clms Page number 5>
minées par les vitesses périphériques de l'aile ou aube et par la vitesse axiale du fluide. Il est tout-à-fait clair que, dans le dernier cas, les directions des vitesses relatives se trou- vent sur la surface de l'hélice à pas géométrique aonstant, si on suppose que les vitesses axiales sont constantes.
Comme on a déterminée par des essais réels, que les vites- ses périphériques vraies du fluide sont moindres que les vites- ses de l'aile oa aube pour des rayons correspondants et quelles diffèrent d'une valeur presque constante qui diminue légère- ment vers le moyeu; il en résulte que las vitesses relatives vraies se trouvent sur la surface d'hélice ayant un pas géomé- tr@que variable qui augmente graduellement de l'extrémité de l'aile ou aube vers le moyeu,
Lorsqu-'on a essayé des ailes on aubes ayant un pas géomé- trique oonstant, on a remarqué que les angles d'attaque étaient en réalité très petits et morne négatifs près du moyeu. On a par conséquent augmenté les angles d'attaque près du moyeu, à un degré tel que le recouvrement des ailes ou aubes était complé- tement supprimé.
On a obtenu finalement des pressions spéoifiè ques oonstantes et des vitesses axiales constantes, lorsqu'on donnait aux angles d'attaque près du moyen une valeur environ doable on. triple de celle des angles d'attaque au milieu de l'aile ou aube. On a alors mesuré la différence des vitesses relatives du fluide et de l'aile ou aube et on a oonstaté que oette différence était presque oonstante sur toute la longueur de l'aile ou aube.
Il en résulte par conséquent que l'augmenta- tion du pas géométrique de l'aile au aube vers le moyeu est déterminée par l'augmentation @u pas géométrique' des vitesses relatives et des angles d'attaque vers le moyeu,
Les indications très importantes obtenues en ce qui concer- ne la relation entre la différence des vitesses périphériques du.
fluide et de l'aile ou aube, et la pression spécifique cons- tante sur la surface active de l'aile ou aube, ont été vérifiées
<Desc/Clms Page number 6>
de façon précise dans les installations expérimentales de ventilateurs à hélice de volume et de pression, construits suivant les principes mentionnés ci-dessus, dans lesquels on a obtenu un rendement allant jusque 85 % contre un rendement de 35 % qui a été considéré jusqu'ici comme la plus haute limite pour des ventilateurs à hélice sana ap- pareil de guidage.
En construisant un ventilateur suivant la présente invention, on assure une pression spécifique et une vites- se axiale du fluide constantes le long de la totalité de la surface active de l'aile ou aube, même pour des condi- tions variables de charge et de vitesse, quelle que soit la forme de la section transversale de l'aile ou aube, soit en forme d'aile d'avion ou non, et quel que soit le rap- port entre les rayons du moyeu et de l'hélice, que l'on désignera ci-après par l'expression "rapport du moyeu".
Au. moyen de l'invention, on évite tous les tourbillons le long de l'aile ou aube, ainsi que les fuites de fluide ou une pression arrière près du moyeu, ce qui rend le ven- tilateur très efficace pour tous les usages.
Suivant la présente invention, la largeur des ailes ou aubes augmente vers le moyeu et le pas géométrique de la surface de l'aile ou aube du cote où s'exerce la pression augmente aussi graduellement vers le moyeu, de telle sorte que la largeur et ledit pas géométrique sont maximum pour les sections transversales des parties des ailes ou aubes se trouvant sur le moyeu lui-même.
On voit donc que; pour que le pas géométrique augmente vars le moyeu, il faut que la tangente de l'angle d'inclinaison augmente plus rapide- ment que le rayon ne diminue, vans la région des vitesses périphériques les plus faibles de l'aile ou aube, le flui- de se trouve ainsi sous l'influence combinée de la largeur et du pas géométrique, et lessais ont montré que cette
<Desc/Clms Page number 7>
influence est prédominante @is-à-vis de facteurs tels que la profondeur de la courbure et les ooëfficients ascension- nel et de dérive des ailes d'avion employés.
Afin d'assurer une pression spécifique et une vitesse constantes du milieu de l'aile ou aube au moyeu, il est par- tioulièrement important de faire augmenter la largeur et le pas géométrique depuis le milieu de l'aube jusqu'au moyeu. En ce qui oonoerne la partie de l'sube depuis le milieu. jusqu'à l'extrémite, cette partie peut être construi- te de différentes façons. Ainsi, elle peut être construite avec une largeur constante, mais dans es cas le pas géomé- trique de l'aube doit diminuer considérablement afin de contrarier l'effet produit sur les extrémités par l'augmen- tation des vitesses axiales du fluide.
Une diminution excessive du pas géométrique depuis le milieu de l'aile ou aube jusqu'à. l'extrémité produit un angle d'attaque faible ou. même négatif. Pour éviter cet in- convénient, on emploie de préférence des ailes ou aubes dont la largeur diminue graduellement mais notablement de- puis leur milieu, jusqu'à leur extrémité, le pas géométrique de l'aile ou aube devenant ainsi constant ou augmentant dans cette partie de l'aile ou aube.
Le choix du type de courbes de pas géométriques que l'on peut employer dépend des conditions dans lesquelles le ventilateur peut avoit à travailler.
Par exemple, pour des ventilateurs tournant à faible vitesse, on peut employer une courbe de pas géométrique qui diminue graduellement du moyeu, à l'extrémité. Dans les ventilateurs tournant plus vite, un second type de courbe de pas est préférable, notamment un type qui diminue gra- duellement depuis le moyeu jusqu'au milieu, de l'aile ou aube et qui reste alors constant depuis le milieu jusqu'à l'extrémité. Dans les ventilateurs tournant très vite, un
<Desc/Clms Page number 8>
troisième type de courbe de pas convient mieux, notamment un type qui diminue graduellement depuis le moyeu, jusqu'à. peu près au milieu de l'aile ou aube et qui augmente graduellement du milieu, à l'extrémité.
L'aile ou aube, suivant 1''invention, avec une largeur accrue et un pas géométrique des surfaces de l'aube qui aug- mente depuis le milieu, de l'aube jusqu'au, moyeu., présente un inconvénient de construction dans le cas de ventilateurstour- nant lentement ou de ventilateurs travaillant sous une grande différence de pression, ou particulièrement dans le cas de ventilateurs ayant un faible 'rapport de moysu", en tant que la longueur axiale du moyeu, devient excessive et par consé- quent impraticable.
Si l'on admet que la largeur de l'aile ou aube est 13 et que l'angle d'inclinaison de l'aile ou aube sur le plan de rotation est 0 , la longueur axiale du moyeu est alors égale ou ma peu. plus grande que ss sin 0, si les valeurs de ss et 0 sont prises pour la section transversale adjacente au moyeu..
On peut cependant surmonter facilement cet inconvénient en doublant le nombre des ailes ou. aubes, ce qui réduit la longueur axiale du. moyeu, d'environ la moitié. Comme dans ce cas oependant, les ailes ou aubes peuvent devenir trop étroi- tes à leurs extrémités, il est préférable d'employer des ventilateurs avec des ailes ou aubes de longueurs différentes disposées alternativement, ce qui présente davantage de ré- duire davantage le poids du ventilateur.
Suivant les principes généraux de construction des ai les ou aubes de l'invention, la somme des largeurs des ailes lon- gues et courtes à l'intérieur du. cercle passant par les extré- mités des ailes ou aubes courtes augmente graduellement de- puis ce cercle vers le moyeu, µ@'cette somme a une valeur maximum.
<Desc/Clms Page number 9>
On a déjà construit divers types de propulseurs aériens à ailes ou aubes courtes et longues disposées alternative- ment dans le but de vaincre la résistance due au sillage dans l'air mais, dans toutes ces constructions, la largeur totale des surfaces d'ailes ou. aubes a sa valeur maximum, non pas au moyeu comme pour l'invention, mais en d'utres points de la longueur de l'aile ou. aube.
Suivant l'in@ention, dans son application aux ventila- teurs à ailes ou aubes longues et oourtes disposées alterna- tivement, non seulement la somme des largeurs des surfaces d'aile ou d'aube augmente comme il a été indiqué ci-dessus, mais le pas géométrique de l'aile ou. aube augmente aussi gra- duellement depuis à peu près le milieu des longues ailes ou aubes ou depuis le cercle passant par les extrémités des ai- les ou aubes courtes vers le moyeu, soit pour toutes les ailes ou aubes, soit pour un groupe de ces ailes ou aubes, les longues ou les courtes.
La largeur totale des surfaces d'aile ou d'aube peut être distribuée entre les aile s ou aubes longues et cotâtes de beaucoup de façons différentes, suivant les exigences de construction.
En se reportant aux dessins annexés, qui représentent l'invention, à titre d'exemple: la figure 1 est un schéma montrant la relation ent.re la constance de la vitesse axiale du fluide et les différen- ces de vitesses relatives du fluide et de l'aile ou aube,ces différences étant à peu près constantes dans le cas d'an grand "rapport du moyea" et diminuant vers le moyeu dans le cas d'un petit 'rapport du moyeu";
la figure 2 est un schéma montrant la variation de lar- gour et de pas géométrique le long de l'aile ou. aube d'un ventilateur ayant des siles ou aubes d'une seule et maie lon- gueur; la figure 3 est un schéma montrant la variation de
<Desc/Clms Page number 10>
largeur et de pas géométrique le long de l'aile ou aube d'un ventilateur ayant des ailes ou aubes longues et courtes; la figure 4 est une élévation latérale avec coupes d'une aile ou aube de ventilateur ayant des ailes ou aubes d'une seule et même longueur; la figure 5 est une vue en plan d'un ventilateur ayant une aile ou aube comme celle représentée à la figure 4; la figure 6 est une élévation latérale d'ailes ou aubes de ventilateur à ailes ou aubes de longueurs différentes;
la figure7est une vue en plan du ventilateur ayant des aile s ou aubes comme celles représentées à la figure 6.
Dans lesschémas des figures 1, 2 et 3, les valeursle long de l'axe horizontal indiquent, en pourcentages de la longueur totale de l'aile ou aube, les distances des diver- ses sections transversales de l'aile ou aube à l'axe du moyeu..
A la figure 1, 0-A est proportionnel à la vitesse axia- le du fluide, laquelle est constante le long de l'aile ou aube. Les vitesses périphériques de l'aile ou aube sont proportionnelles aux rayons correspondants et sont indiquées par les valeurs 20, 40, 60,80 et 100 sur l'axe horizontal.
Les directions des vitesses périphériques de l'aile ou. aube sont tangentes aux circonférences de rotation.
Les lignes pointillées inclinées montrent les direc- tions des vitesses relatives du fluide aux divers points de l'aile ou aube, et la ligne OA est proportionnelle au pas géométrique constant des vitesses relatives du fluide par rapport à l'aile ou aube.
OB est une différence constante entre les vitesses périphériques de l'aile ou aube et du fluide, qu'on suppose oonstante pour la simplicité. Donc B-20; B-40 ; B-60, B-80 et B-100 représentent les vitesses périphériques du fluide et les lignes pleines inclinées sont les directions des
<Desc/Clms Page number 11>
vitesses relatives du fluide, et leurs prolongements jusqu'à l'axe OA donnent les lignes qui sont proportionnelles au pas géométrique des vitesses relatives du fluide.
Si l'on désigne par [alpha] les angles entre les direo- tions des vitesses relatives du fluide et le plan de rota- tion, par ss les angles d'attaque et par {} les angles d'in- olinaison de l'aile ou. aube sur le plan de rotation, on a o+/ = 0 et par conséquent les directions d'inclinaison de l'aile ou aube qui sont indiquées par des traits interrom- pas à la figure 1.
La courbe 1 représente les variations du pas gé@métri- que des vitesses relatives du fluide le long de l'aile ou. aube, et la courbe 2 montre les variations du pas géométri- que de la surface de l'aile ou aube elle-même.
Dans ce cas, la courbe du pas géométrique a une valeur minimum à peu près au milieu de la longueur active de l'aile ou aube et augmente vers l'extrémité et vers le moyeu..
A la figure 2, les courbes 3 et 4 représentent respeo- tivement la distribution de la largeur et du pas géométri- que le long des ailes ou. aubes représentées à la figure 4 et du ventilateur de la figure 5. Dans ce cas particulier, la largeur varie le long de l'aile ou aube suivant une loi re- présentée par une ligne droite, lorsque le pas géométrique est oonstant sur la partie de l'aile ou aube adjaoente à l'extrémité/et augmente graduellement du milieu vers le moyeu..
Les figures 3, 5 et 6 donnent des courbes représentant respeotivement la distribution de la largeur et du pas géo- métrique le long de l'aile ou aube d'un ventilateur muni d'ailes ou aubes de longueurs différentes, oomme le montrent les figures 6 et 7. Dans ce cas, la oourbe 5 représente la somme des largeurs des aile s ou aubes longues et courtes.
La courbe 6, qui représentele pas géométrique, lequel est
<Desc/Clms Page number 12>
le même pour les deux ailes ou aubes, o'est-à-dire pour les longues et pour les courtes, est semblable à la courbe 3 re- présentée à la figure 2. Il est entendu., cependant, que le pas géométrique peut aussi varier comme l'indique la courbe 2 à la figure 1 ou diminuer graduellement vers l'extrémité.
En se reportant à la figure 4, les lignes 7 et 8 repré- sentent en élévation latérale respectivement les arêtes de tête et de queue de l'aile ou aube. Le contour 9 du moyeu peut affecter différentes formes. Les sections transversales 10 de l'aile ou aube sont représentées dans le plan du dessin.
11 sont les tangentes au oôté de l'aile ou aube soumis à la pression, ces tangentes étant inclinées d'un angle 0 par rap- port au plan de rotation.
Ces tangentes coupent l'axe à des hauteurs indiquées par les lignes CD, CE, OF, qui sont proportionnelles au pas géo- métrique de la section transversale correspondante de l'aile ou aube. On voit aisément que ces hauteurs augmentent vers le moyeu et qu'en même temps la largeur de l'aile ou aube aug- mente également.
A la figure b, les lignes 12 et 13 sont les arêtes de tête et de queue de l'aile ou aube en vue en plan.
En se reportant aux figures 6 et 7, les lignes 14 et 15 sont respectivement les arêtes de tête et de queue de l'aile ou aube longue en élévation, et les lignes 17 et 18 sont respectivement les arêtes de tête et de queue de l'aile ou aube courte également en élévation. Les lignes 20, 21,22 et 23 sont respectivement les arêtes mentionnées ci-dessus et vues en plan.
L'augmentation du pas géométrique vers le moyeu, est re- présentée à la figure 6 par Zs s tangentes 19.
Dans ce cas, l'aile ou aube longue et l'aile ou aube courte ont le même pas géométrique pour des rayons correspon- dants, mais il est entendu que la distribution du pas géomé-
<Desc/Clms Page number 13>
trique dépend entièrement de la distribution de la charge entre les ailes ou aubes longues et courtes, que l'on petit effectuer de beaucoup de façons différentes.
REVENDICATIONS
1 -. Un ventilateur caractérisé en ce que la largeur et le pas géométrique, soit 2 # # tg 0, du côté des au- bes soumis à la pression augmentent graduellement vers le moyeu de telle façon que la largeur et le pas géométrique ont une valeur maximum pour la section transversale de l'au- be se trouvant sur le moyeu lui-même.