<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements aux ventilateurs Hélicoides, pompes et autres roues héliooldes enveloppées et non enveloppées.
L'invention concerne les ventilateurs hélicoides, les pompes et autres roues hélicoides enveloppées et non enveloppées,et elle a pour objet de procurer des ventilateurs,ou semblables, de ce genre,comportant des paies de construction telle que la "circulation" est accrue de la base à 1 ex- trémité, c'est à dire du moyeu ( la périphérie..
Un autre objet de l'invention est de proourer des pâles pour venti- lateurs hlicoides ou semblables,établies de manière à réduire les ef- forts sur la pâle dûs aux forcée centrifuge et de flexion.
Conformément à la présente invention,une roue hélicoide du genre dé- fini est pourvue de pales dans lesquelles la courbure relative des sec- tions droites successives croit de la base à l'extrémité.
La pale est de préférence de section en forme d'aile ou aérodynami- que,présentant une coubure relative croissante dé la base à l'extrémité, et des sections droites croissantes en étendue de l'extrémité à la base.
Le,pas géométrique de la pale est de préférence prévu croissant de l'extrémité à la base.
Les facteurs'fondamentaux dont dépendent le.rendement et le débit des roues héliooides sont les suivants:
1.- le diamètre relatif du moyeu;-
2.- le coefficient de chargea
3.- le module},
4.- la circulation relative.
Le diamètre relatif du moyeu est le rapport du diamètre du moyeu au diamètre de la roue aux extrémités des pales.
Le coefficient de charge est le rapport de la différence de pression produite par la roue héliooide au carré de la vitesse axiale d'écoule- ment.
Le module (introduit en 1909 par S.K. Drzewieckl dans sa "Théorie de l'hélice propulsive") est le rapport de'la vitesse axiale de déplacement principale à la vitesse périphérique.
Le terme "oiroulation" en aérodynamique et en hydrodynamique,est re- présenté par l'expression v cos de, dans laquelle est le signe d'inté-
<Desc/Clms Page number 2>
gration,V la vitesse autour d'une pâle aérienne ou d'une pile immergée; l'angle formé entre le trajet de la pâle et la direction de déplacement du fluide,et "ds" un élément de ce trajet.
La "circulation" relative est le rapport de la "circulation" à la
EMI2.1
quantité w R2, dans laquelle M est la vitesse angulaire et R le rayon de la roue h6licoîde.Ce rapport a été introduit par V.P.Vetohinkin en 191 dans son traité "Calcul des hélices propulsives".
Ces quatre fateur sont en relation intime l'un avec l'autre et par application aux ventilateurs et pompes hélicoides à. enveloppe,déterminent la valeur de l'énergie perdue en raison des frottements et de la rota-
EMI2.2
tion de sortie.? "i'éamr71?mmnt. On comprendra qu'en employant des enveloppes corvectement établies pour des ventilateurs et pompes héliooides, la perte à la contraction de sortie est pratiquement négligeable,mais constitue une perte inhérente
EMI2.3
dans toutes les hélices propulsives nolyenvelopp6es.
Ces quatre coefficients sont choisis sur la base de la théorie du tourbillon de l'hélice propulsive pour des coefficients requis de volume et de pression et une vitesse donnée de rotation.
EMI2.4
Lav coefficient de volume de Râteau o (delta) est représenté par 1 = --- , dans laquelle V est le volume de fluide, cu (oméga) la vitesse uj p3 angulaire et R le rayon de la nâle; le coefficient de preesior (mu) est le rapport de la différence de pression totale moyennne Pu à la hauteur opiirespondant à la vitesse due l'extrémité de la pâle :,/'- =;:t:-2' dans laquelle ( (rho) est la densité relative du fluide l. dans iaQU@iie 1<rh > St d"Sité 61ti Dans les brevets anglais N 312#748 et 513<S99,il est dit que le rendement maximum d'une roue hélicoide est obtenu lorsqu'une pression psécifique constante est maintenue dans toute la surface balayée par les @âles, ce qui équivaut à une vitesse axiale constante d'écoulement.
Comme il a été démontré par le Professeur N.E.Joukowski en 1912,dans sla "Théorie tourbillonnaire de l'hélice propulsive" la vitesse axiale
EMI2.5
constante dfécoulement est engendrée par des pales présentant une noir- culatien" constante le long de la. pâle.Il trouva également que la vitesse rotatoire oréée par la circulation,dénommée également interférence rotatoire,est proportionnelle à la "circulation" et inversément proportionnelle au rayer:.
Ainsi l'interférence rotatoire a son maximum au moyeu et son minimum à l'extrémité ou périphérie.
EMI2.6
La valeur de lanciroulation" est égale au produit de:
1. le coefficient de charge,
2, le carré du module,
3 le coefficient de correetion qui dépend dé quatre facteurs: (i) le diamètre relatif du moyeu, KD (ii) le coefficient de frottement vertical, égal à ---- (iii) le module (iv) la"ciroulation" même.
Le coefficient de charge peut être aisément déduit des coefficients de volume et de pression.Le module est déduit du coefficient de volume et de la vitesse donnée de rotation.Le coefficient de correction restobtenu par la méthode des approximations successives,et la valeur de la "oir- culation" peut ainsi être obtenue.
Lorsque la "circulation" est déterminée,les éléments de pale s'ob- tiennent par l'équation: @ dans laquelle:
EMI2.7
est la "circumion "relative, # est le coefficient alsolu de poussée; Y= --- # est la densité relative de l'air, f c est la corde relative d'une section (rapport de la longueur de la corde au diamètre,)
<Desc/Clms Page number 3>
est le rapport de la. vitesse relative à la vitesse périphérique, à l'emplacement d'un diamètre donné.
KD
EMI3.1
Le coefficient absolu de pougs4e et le rapport ::'""' sont déi?ermnés par des essais au tunnel pour un profil déterminé. KL
La vitesse relative est déduite des valeurs de la .vitesse axiale et de l'interférence rotatoire pour différentes sections le long de la pâle
Il est généralement accepté actuellement que pour des hélices propul- sives non enveloppées,une "circulation"variable,aérienne et immergée, le long de la pâle teut être avantageuse,et différents types de courbas de"circulation" le long de la pale ont été proposés; par exemple semi- elliptiques et, semi-ciroulaires, avec des points nuls au moyeu et aux extrémités.
Pour les hélices propulsives enveloppées,qui produisent une différen-
EMI3.2
ce de pression à l'entrée et la sortie,une pression spécifique constante dans 1 étendue des pales et par conséquent une "circulation" constante le long de la pâle est encore considérée comme une condition idéale,et des pales comportant une circulation variable n'ont pas été proposées.
En relation avec des recherches théoriques de ]'inventeur sur les
EMI3.3
ventilateurs h6licoldon qui possèdent des rendements beaucoup plus éle- vés et des valeurs de coefficients de volume et de pression égaux et,pour certains types, plus grands que ceux de ventilateurs centrifuges,on a trouvé que dans ce but il était nécessaire d'utiliser des valeurs plus élevées du module, qui est d'ordinale compris entre 0,3et 0,25 tandis que le diamètre de moyeu relatif devait être de valeur plus petite que ce que l'on considérait antérieurement comme désirable
Le pas relatif,qui est le rapport du pas géométrique de la section au diamètre du retor, dépend principalement du module.
Ainsi, le pas rela-
EMI3.4
tif d'une pâle est égal à77'5 tg6-(théta),dans laquelle n est le rayon relatif d'une section; +est l'angle e entre la corde et le plan de rotation.
Leaccroissement du module d'une pâle à. "circulation" constante accroc également le pas relatif,et ceci produit un grand accroissement dans la valeur de la "circulation".Par conséquent la largeur des pales près du moyeu augmente dans une mesure/telle qu'il se produit un recouvrement
EMI3.5
considérable.
Cette partie de la pale travaille dans la condition défavorable d'une vitesse relative plus petite et de déviation d'écoulement due au frotte- mont du moyeu; le recouvrement devient une source supplémentaire de per- te en raison de l'interférence d'une pâle avec l'autre.
On a trouvé qu'une réduction de l'étendue de la pâle dans cette ré- gion améliore tant le débit que le rendement.
EMI3.6
Dans 1µéfwnàoew l'étude de l'influence du jeu radial aux extrémités des pâles,on a trouvé que dans la plupart des cas la vitesse axiale dans cette région diminuait beaucoup plus que ce à quoi l'on devait s'attendre à raison de l'effet de frottement de paroi de l'enveloppe.
Dans la présente invention, ces pertes de débit et de rendement sort
EMI3.7
éliminées en ayant recours à une"o1roulatiôntt variable le long de la pâle,qui croit vers l'extrémité de celle-ci.
Le débit de la roue hélicoide est également accru en employant des valeurs de module beaucoup plus grandes que ce que l'on considérait antérieurement comme la limite.
On a constaté que les désavantages qui résultent du fait que la "oir-
EMI3.8
culation"varie le long des pales ne peuvent être évités que lorsque 7'ac- croisement de "circulation" à l'extrémité ou périphérie ne provoque peu une interférence rotatoire plus grande qu'au moyeu,le coefficient de per- te étant constant le long des pales.
EMI3.9
Ainsi,un large accroissement de"circulation" à l'extrémité ou périphé-
<Desc/Clms Page number 4>
rie peut s'obtenir avec une pèle de plus petit diamètre de moyeu relatif.
Comme le coefficient de charge est proportionnel au rapport p formule dans laquelle P est la différence de pression et W la vite' sse axiale d'écoulement,l'accroissement de volume,et de pression,le long de la pâle ee trouvent ainsi en relation réciproque.
Avec une plle de"ciroulation" constante,la charge est également dis- tribuée sur toute l'étendue de la pale.Ainsi le rendement aux sections do la base,où la pâle travaille dans des conditions aérodynamiques défa- vorables telles le frottement de moyeu et de l'interférence,doit être - sacrifié.
Une variation considérable de rendement le long de la pale devient inévitable.
Avec une "circulation" croissante cependant,la plus grande partie de la charge est prise par la portion de la pâle qui travaille dans les con- ditions aérodynamiques les plus favorables.
La charge réduite à la base permet aux sections de la base d'être choisies avec des caractéristiques aérodynamiques beaucoup plus éffica- ces que celles employées antérieurement,alors qu'il était nécessaire de charger de façon excessive ces sections pour obtenir une pression spéci- fique constante,(c'est à dire une "circulation"oonstante).
Malgré la charge et la "circulation" croissantes vers l'extrémité, les sections aux rayons relatifs accrus ont des efficacités qui ne tom- boit que légèrement en dessous de la valeur élevée choisie pour le moyeu.
Cette efficacité pratiquement constante eet due à la sélection d'an- gles d'attaque et de paramètres donnant des coefficients de frottement vertical réduits vers l'extrémité,en procurant ainsi une compensation pour la perte due à la rotation qui croit vers l'extrémité.
La forme de la courbe "circulation" en fonction des rayons relatifs de la pâle,dépend de la valeur de"circulation"au moyeu,des conditions limitatives d interférence rôtatoire mentionnée pins haut et du coeffi- cient de charge,qui est constant.
On a trouvé que la plus grande valeur de "circulation" pour laquelle l'écoulement reste régulier,est donnée par l'équation ci-après qui séa- lise les conditions ci-dessus et fixe la limite jusqu'à laquelle la "circulation" peut être augmentée.
La limite inférieure est déterminée par la condition que la "circula- tion" augmente du moyeu à la périphérie.
Equation limitative pour la "circulation" ( Y - JH) (X - ) JH, dans laquelle:
Y est la valeur variable pour la circulation," x est -la valeur variable de rayon relatif,
JH est la "circualtion" au moyeu, est le rayon relatif au moyeu.
La présente invention comprend également les roues héliooides non enveloppées avec les différences suivantes:
1. Il y a certaines pertes inévitables dues à la contraction de l'é- coulement.
2. Il y a une perte additionnelle provenant des angles vifs aux bords courbes et arrière des extrémités des pâles.
Alors que les pertes sub (1) sont inévitables,la perte sub(2) peut être réduite par arrondissement qui, cependant réduit la circulation; mais la réduction pour cent en circulation totale sera petite et peut, si c'est nécessaire,être totalement éliminée par accroissement dans la section voisine de la pâle.
Un avantage marqué de la présente invention est la tranquillité en
<Desc/Clms Page number 5>
fonctionnement.
Le bruit produit par un ventilateur est dépendant de trois facteurs principaux! (1) la vitesse à l'extrémité ou périphérie (2) la vitesse axiale du fluide à travers les pâles, (3) la longueur axiale sur laquelle se développe le bruit.
Le rendement en puissance de la présente roue hélicoïdale est grande- ment en excès par rapport à tout type comparable existant. La même diffé- rance de pression peut être obtenue à une vitesse de rotation moindre avec une réduction marquée,conséquente,de bruit.
La vitesse axiale d'écoulement,pour un volume et une pression donnés, est réduite dans une roue hélicoïdale conforme à l'invention,par l'emploi 'de petits diamètres relatifs de moyeu,avec un effet tranquilisant addi- tionnel
Le pas relatif plus grand au moyeu de la présente roue hélicoide) ac- croit l'étendue. axiale de la pâle, en réalisant ainsi un effet silencieux supplémentaire.
L'invention est illustrée à titre d'exemple dans le dessin annexé, sur lequel: Fig.1 est une élévation de face d'un rotor,vu par sont extrémité de sortie ; Fig.2 est une élévation latérale en coupe de la fig.1:
Fig.3 montre des sections droites,%, échelle agrandie,d'une pâle, à différentes distances radiales du centre du rotor; Fig4 est un diagramme des valeurs en pour cent des paramètres de la pâle le long de celle-ci.
En se référant à la fig1,1est un moyeu central,dont le diamètre peut varier considérablement,suivant le rapport requis du volume à la racine carrée de la pression.
Ce rapport donne la caractéristique d'écoulement requise,et est pro- portionnel à un orifice équivalent.Plus ce rapport est grand et plus le diamètre relatif du moyeu doit être petit,et vica-versa.
Dans la fig.l on a représenté un rotor ayant 0,55 de diamètre de moyea relatif,qui est ordinairement pris pour une pression moyenne. 2 est le bord d'entrée de la pale 21; 3 le bord de sortie. Le moyeu est pourvu d'un bossage 4,comportant une perforation centrale 5 pour recevoir le bout d'arbre 20 sur lequel le bossage 4 est claveté. est
Le rotor montré dans les fige.! et 2/en une seule pièce coulée,mais il peut être fabriqué avec des pâles séparées 21,fixées au moyeu centrall.
Dans la fig.3 on a montré des sections droites 6,7,8,9,10,11 de la pâle,correspondant respectivement aux distances radiales 1- 0,9- 0,P- 0,7- 0,6- 0,55 à partir du centre 22 (fig.1) du rotor*
Dans le diagramme de la fig.4, la courbe 12 montre les accroissements pour-cent respectifs de courbure relative des sections de la pâle,du moy- eu à l'extrémité ou périphérie; la courbe 13 montre la réduction pour cent de l'étendus des sections droites vers l'extrémité; la courbe 14 montre l'accroissement pour cent de "circulation" du moyeu vers l'extrémité ou périphérie, tandis que la courbe 15 donne la condition limitative pour l'accroissement de "circulation"..
REVENDICATIONS
1.- Une roue hélicoide pour ventilateurs,pompes et semblables,dans laquelle la courbure relative des sections droites croit de façon oonti- nue du moyeu à l'extrémité ou périphérie.