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BREVET D'INVENTION ------------------ PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS COMPRENANT DES HELICES TOURNANTES, TELS LES' VENTILATEURS, POMPES, COMPRESSEURS ET ANALOGUES.
L'invention est relative aux appareils comprenant des hélices tournantes, tels que les ventilateurs, pompes, compresseurs et analogues, dans lesquels le fluide mis en mouvement par la ou les hélices est amené à s'écouler dans une direction donnée.
Pour obtenir pareil écoulement, il est de pratique courante d'associer à ou aux hélices des aubes directrices,dont la fonction est de redresser dans la dite direction le fluide entrainé circulairement par l'hélice en rotation. Toutefois, on ne peut éviter que le fluide conserve un certain mouvement de giration sans accroître considérablement l'étendue axiale des aubes,ce qui dans la plupart des cas est absolument prohibitif.
. D'autre part lorsque le rotor ou hélice présente un moyeu développé par rapport à son diamètre, pour obtenir une détente progressive du fluide refoulé axialement, on est amené à prévoir
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une carène disposée derrière l'hélice, une détente satisfaisante sans tourbillons secondaires ou locaux et notamment sans décollement notable des veines fluides à la carène exigeant toutefois une carène axialement très développée,qui est alors très dispendieuse.
Dès lors en pratique l'étendue axiale du carénage est dans la majorité des cas limitée à une longueur bien inférieure à la longueur de carène théoriquement nécessaire pour assurer une détente satisfaisante.
Le mouvement tourbillonnaire de direction circulaire du fluide refoulé par l'hélice engendrera naturellement du décollement des veines fluides de la carène, même pour une carène de longueur théorique, et il amplifie nécessairement à ce point de vue les défauts d'un carénage de longueur axiale insuffisante, en affectant d'autant plus le rendement de l'appareil.
L'invention a pour but de remédier, par une solution simple et économique, aux inconvénients signalés.
A cet effet elle consiste, principalement, à s'opposer au mouvement tourbillonnaire du fluide refoulé par la ou les hélices, en disposant dans son courant des guides indépendants des aubes de redressement s'il en existe, et agencés suivant une direction en principe généralement axiale.
Ces guides qui peuvent être constitués par des organes très simples, et qui peuvent être en nombre relativement réduit, sont placés en aval de l'hélice, ou des aubes de redressement s'il y en a, en leur donnant de préférence une longueur axiale relativement importante.
Pour accroitre leur effet utile, on pourra au besoin les conformer, c'est à dire, par exemple les recourber plus ou moins à leur extrémité d'entrée afin d'amener plus progressivement les filets fluides à prendre la direction axiale.
Lorsque l'appareil comporte un carénage de fuite, les guides précités sont disposés dans l'espace intermédiaire entre la carène et l'enveloppe, et peuvent s'étendre radialement sur la totalité ou une portion seulement du dit espace; ils reçoivent de
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préférence une longueur égale ou supérieure à celle de la carène.
En utilisant les guides de l'invention, on constate uneamélio.- ration notable du rendement de l'appareil et principalement une uniformité beaucoup plus grande des vitesses axiales du fluide dans toute la section du conduit de refoulement, principalement lorsque les pressions de refoulement sont élevées.
Et afin que de toute façon l'invention puisse être bien compri- se, elle sera décrite ci-après plus en détail, conjointement à un mode simple de réalisation, dans l'application de l'invention à un ventilateur hélicoïde équipé d'une carène de fuite et en réfé- rence aux dessins annexés dans lesquels! Fig.l montre,partiellement en coupe longitudinale,un ventila- teur hélicoide à plusieurs étages comportant application de l'in- vention; Fig.2 est une vue en bout, du coté du refoulement, du ventila- teur de la fig.l; , @ Fig.3 sont les diagrammes d'essais montrant des résultats obtenus grâce aux' guides de l'invention;
Fig.4 montre en coupeet schématiquement, diverses variantes de guides.
En se référant aux figures 1 et 2, 1. désigne des rotors montés l'un derrière l'autre sur un arbre 2 entrainé par un moteur élec- trique 3.. 4 désigne des couronnes d'aubes directrices montées res- pectivement entre les rotors et en aval du second rotor. 5 désigne un carénage de profil connu et de construction appropriée, suppor- té dans l'enveloppe 6 du ventilateur par un croisillon ou une monture équivalente, 7.
Pour réaliser l'invention, on dispose, entre le carénage 5 et l'enveloppe 6, des guides 8,qui- dans l'exemple.. sont au nombre de quatre.et constitués par des tronçons de tôle plane, s'étendant radialement depuis le carénage 5 jusqu'à l'enveloppe 6. Ils sont fixés à l'un ou l'autre ou à ces deux organes de toute manière appropriée,'par exemple par des consoles 9.
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De préférence, comme il est représenté, les guides sont prolongés sur toute la longueur du carénage et même dépassent quelque peu ce dernier, mais il doit être entendu qu'ils peuvent être moins ou plus étendus axialement qu'il n'est représenté.
De même, radialement, les guides 8 peuvent occuper tout ou une partie seulement de l'espace intermédiaire entre le carénage 5 et l'enveloppe 6.
La figure 4 montre diverses dispositions pouvant être adoptées lorsque les guides ne règnent que sur une partie de l'intervalle.
Dans cette figure, le guide 10 a été assemblé à l'enveloppe 6, et s'étend radialement jusqu'en un point où le mouvement tourbil. lonnaire du fluide a une valeur suffisamment réduite que pour ne plus influencer notablement les remous ou autres décollements qui se produisent au voisinage du carénage proprement dit. Le guide 11 est monté à partir du carénage, et s'étend radialement jusqu'en un point où, par suite de l'influence de la paroi de l'enveloppe 6, le mouvement tourbillonnaire du fluide n'a plus une valeur excès. sive.
Enfin le guide 12 est monté entre la carène 5 et l'enveloppe 7 sans atteindre l'un ou l'autre de ces organes, tout en s'étendant suffisamment centralement pour atteindre la région où le mouvement tourbillonnaire ne possède qu'une intensité réduite et suffisamment vers l'enveloppe pour atteindre la région où l'influence des frottements dûs à cette enveloppe réduit notablement la valeur du mouvement tourbillonnaire.
Dans tous les cas indiqués, les guides pourront être conformée dans le sens de leur longueur, notamment en leur communiquant une courbure inverse du sens d'entrainement en rotation du fluide re- foulé par l'hélice, afin que ce fluide épouse progressivement la direction axiale, ou bien en leur donnant dans l'ensemble de leur longueur une conformation en hélice de pas croissant à mesure que l'on s'écarte de leur bord d'entrée, afin d'annuler pro gressive- ment le mouvement tourbillonnaire.
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Les diagrammes de la.fig.3 ont été obtenus à l'aide d'un ventilateur du type de celui illustré dans les figs. 1 et 2.
Dans le diagramme I, la courbe A se rapporte à un essai dans lequel la contre pression au refoulement est faible, l'appareil n'étant pas équipé de guides suivant l'invention.
Les vitesses indiquées sont mesurées le long d'un diamètre et l'on remarque,, qu'au centre ces vitesses sont notablement plus faibles.
La courbe B se rapporte à un essai effectué dans les mômes conditions de vitesse de rotation du ventilateur et de contre pres- sion de refoulement, mais en équipant l'appareil de guides tels que ceux décrits en référence aux figures 1 et 2.
On remarque que si les vitesses d'écoulement sont plus faibles vers la périphérie, elles sont notablement augmentées au centre.
On obtient dans l'ensemble un gain en principe minime, mais les vitesses sont remarquablement plus uniformes.
Dans le diagramme II, les courbes A et B sont obtenues dans les mêmes conditions d'essais que celles du diagramme I, mais avec une contre pression de refoulement très élevée. On remarquera très aisément que non seulement les vitesses sont remarquablement uni- formisées dans toute la section, mais que l'on obtient encore un accroissement considérable de rendement.
Bien que l'invention ait été particulièrement décrite en relation avec un ventilateur à aubes directrices et à carène de fuite, il est bien entendu qu'elle n'y est pas limitée mais qu'elle s'applique également aux ventilateurs ne comprenant pas de caré- nage, ni d'aubes directrices ; de même elle s'applique aux appareils analogues aux ventilateurs ou dans lesquels des conditions sembla- bles sont réalisées,telles les pompes et les compresseurs.
En outre, il va de soi que le nombre, le montage et les détails d'agencement des guides pourront varier sans s'écarter des limites de l'invention.
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PATENT OF INVENTION ------------------ IMPROVEMENTS TO APPLIANCES INCLUDING ROTATING PROPELLERS, SUCH AS FANS, PUMPS, COMPRESSORS AND THE LIKE.
The invention relates to devices comprising rotating propellers, such as fans, pumps, compressors and the like, in which the fluid set in motion by the propeller or propellers is caused to flow in a given direction.
To obtain such a flow, it is common practice to associate with or with the propellers guide vanes, the function of which is to straighten in said direction the fluid driven in a circular fashion by the rotating propeller. However, it is not possible to prevent the fluid from retaining a certain gyration movement without considerably increasing the axial extent of the blades, which in most cases is absolutely prohibitive.
. On the other hand, when the rotor or propeller has a hub developed relative to its diameter, to obtain a progressive expansion of the fluid discharged axially, it is necessary to provide
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a hull placed behind the propeller, satisfactory expansion without secondary or local vortices and in particular without noticeable detachment of the fluid veins in the hull, however requiring an axially highly developed hull, which is then very expensive.
Consequently, in practice, the axial extent of the fairing is in the majority of cases limited to a length much less than the length of the fairing theoretically necessary to ensure satisfactory relaxation.
The swirling movement in a circular direction of the fluid discharged by the propeller will naturally lead to separation of the fluid veins from the hull, even for a hull of theoretical length, and it necessarily amplifies from this point of view the defects of a fairing of axial length insufficient, affecting even more the performance of the device.
The object of the invention is to remedy, by a simple and economical solution, the noted drawbacks.
For this purpose it consists, mainly, in opposing the swirling movement of the fluid discharged by the propeller (s), by arranging in its current independent guides of the rectifying vanes if there are any, and arranged in a direction generally generally axial.
These guides which can be constituted by very simple members, and which can be relatively small in number, are placed downstream of the propeller, or of the straightening vanes if there is any, preferably giving them an axial length. relatively large.
To increase their useful effect, they can be shaped if necessary, that is to say, for example, curved them more or less at their inlet end in order to more gradually bring the fluid threads to take the axial direction.
When the apparatus comprises a leakage fairing, the aforementioned guides are arranged in the intermediate space between the fairing and the casing, and can extend radially over all or only a portion of said space; they receive from
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preferably a length equal to or greater than that of the hull.
By using the guides of the invention, there is a noticeable improvement in the efficiency of the apparatus and mainly a much greater uniformity of the axial velocities of the fluid throughout the section of the discharge duct, mainly when the discharge pressures are high.
And so that in any case the invention may be fully understood, it will be described below in more detail, together with a simple embodiment, in the application of the invention to a helical fan equipped with a propeller. leakage hull and with reference to the accompanying drawings in which! Fig. 1 shows, partially in longitudinal section, a helicoidal fan with several stages comprising the application of the invention; Fig.2 is an end view, from the delivery side, of the fan of fig.l; , @ Fig.3 are the test diagrams showing results obtained using the guides of the invention;
Fig. 4 shows in section and schematically, various variants of guides.
Referring to Figures 1 and 2, 1. denotes rotors mounted one behind the other on a shaft 2 driven by an electric motor 3 .. 4 denotes guide vane rings mounted respectively between the blades. rotors and downstream of the second rotor. 5 designates a fairing of known profile and of suitable construction, supported in the casing 6 of the fan by a cross member or an equivalent mount, 7.
To carry out the invention, there are, between the fairing 5 and the casing 6, guides 8, which- in the example .. are four in number. And consist of flat sheet metal sections extending radially. from the fairing 5 to the casing 6. They are fixed to one or the other or to these two members in any suitable manner, 'for example by consoles 9.
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Preferably, as shown, the guides are extended over the entire length of the fairing and even extend somewhat beyond the latter, but it should be understood that they may be less or more axially extended than is shown.
Likewise, radially, the guides 8 can occupy all or only part of the intermediate space between the fairing 5 and the casing 6.
FIG. 4 shows various arrangements which can be adopted when the guides only prevail over part of the interval.
In this figure, the guide 10 has been assembled to the casing 6, and extends radially to a point where the movement swirls. The length of the fluid has a sufficiently reduced value that it no longer significantly influences the eddies or other detachments which occur in the vicinity of the fairing itself. The guide 11 is mounted from the fairing, and extends radially to a point where, as a result of the influence of the wall of the casing 6, the swirling movement of the fluid no longer has an excess value. sive.
Finally, the guide 12 is mounted between the hull 5 and the casing 7 without reaching one or the other of these organs, while extending sufficiently centrally to reach the region where the vortex movement has only a reduced intensity. and sufficiently towards the envelope to reach the region where the influence of the friction due to this envelope considerably reduces the value of the vortex movement.
In all the cases indicated, the guides can be shaped in the direction of their length, in particular by imparting to them a curvature opposite to the direction of rotation of the fluid driven back by the propeller, so that this fluid gradually follows the direction. axial, or by giving them in the whole of their length a helical conformation of increasing pitch as one moves away from their entry edge, in order to progressively cancel out the vortex movement.
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The diagrams in fig. 3 were obtained using a fan of the type shown in figs. 1 and 2.
In diagram I, curve A relates to a test in which the back pressure at the outlet is low, the device not being equipped with guides according to the invention.
The speeds indicated are measured along a diameter and it is noted that at the center these speeds are notably lower.
Curve B relates to a test carried out under the same conditions of fan rotation speed and delivery back pressure, but by equipping the apparatus with guides such as those described with reference to Figures 1 and 2.
Note that if the flow velocities are lower towards the periphery, they are notably increased in the center.
The overall gain is minimal in principle, but the speeds are remarkably more uniform.
In diagram II, curves A and B are obtained under the same test conditions as those in diagram I, but with a very high back pressure. It will be readily seen that not only are the speeds remarkably uniform throughout the section, but a considerable increase in efficiency is also obtained.
Although the invention has been particularly described in relation to a fan with guide vanes and a leakage duct, it is understood that it is not limited thereto but that it also applies to fans not comprising fairing or guide vanes; it also applies to devices similar to fans or in which similar conditions are realized, such as pumps and compressors.
In addition, it goes without saying that the number, mounting and arrangement details of the guides may vary without departing from the limits of the invention.