Roue motorisée incurvée vers l'avant
Lorsque nous avons défini le débit volumique dont nous avons besoin, qu'il s'agisse de fournir de l'air frais ou de refroidir un processus, nous devons le combiner avec la résistance au débit que le ventilateur rencontrera dans l'application. Le débit volumique (en m3/h) et la pression (en Pascals - Pa) sont combinés pour devenir le point de service par rapport auquel le ventilateur doit fonctionner. Il est important que nous sélectionnions un ventilateur dont les caractéristiques de performance répondent au point de service requis sur ou près du point d'efficacité maximale. L'utilisation du ventilateur à son efficacité maximale minimise la consommation d'énergie et le bruit émis par le ventilateur tout en offrant les performances requises.
Comment fonctionne le ventilateur centrifuge incurvé vers l'avant ?
Le nom « ventilateur centrifuge » est dérivé de la direction du flux et de la manière dont l'air pénètre dans la turbine dans une direction axiale, puis est propulsé vers l'extérieur depuis la circonférence extérieure du ventilateur. La différence de direction d'écoulement entre un ventilateur centrifuge incurvé vers l'avant et vers l'arrière est la direction dans laquelle l'air sort de la circonférence de la turbine. Avec une roue incurvée vers l'arrière, l'air sort dans une direction radiale tandis qu'avec une roue incurvée vers l'avant, l'air sort tangentiellement de la circonférence du ventilateur.
Un ventilateur centrifuge courbé vers l'avant se caractérise par sa forme cylindrique et ses nombreuses petites pales sur la circonférence de la roue. Dans l'exemple ci-dessous, le ventilateur tourne dans le sens des aiguilles d'une montre.
Contrairement à la turbine incurvée vers l'arrière, la turbine incurvée vers l'avant nécessite un boîtier qui convertit l'air à grande vitesse sortant des extrémités de la pale de la turbine en une force statique à faible vitesse. La forme du boîtier dirige également le flux d’air vers la sortie. Ce type de boîtier de ventilateur est communément appelé volute ; cependant, il peut également être appelé boîtier à volute ou à sirocco. En installant la turbine incurvée vers l'avant dans un boîtier à volutes, nous l'appelons généralement un ventilateur incurvé vers l'avant.
Il existe deux types de ventilateurs qui utilisent une turbine motorisée incurvée vers l'avant, comme indiqué ci-dessous…
Le ventilateur à entrée unique sur la gauche aspire l'air d'un côté du boîtier à travers l'entrée ronde et le dirige vers la sortie carrée (vu ici avec une bride de montage). Le ventilateur à double entrée est doté d'un boîtier à volute plus large qui aspire l'air des deux côtés de la volute et l'achemine vers la sortie carrée plus large.
Comme pour le ventilateur centrifuge courbé vers l'arrière, le côté aspiration de la pale de la turbine aspire l'air du centre du ventilateur, ce qui entraîne un changement directionnel du flux d'air entre l'entrée et l'échappement de 90°.
Caractéristique du ventilateur
La zone de fonctionnement optimale pour un ventilateur centrifuge courbé vers l’avant est lorsqu’il fonctionne à une pression plus élevée. Un ventilateur centrifuge incurvé vers l'avant fonctionne mieux lorsque des pressions élevées contre des débits plus faibles sont nécessaires. Le graphique ci-dessous illustre la zone de travail optimale…
Le débit volumique est tracé le long de l’axe X et la pression du système est tracée sur l’axe Y. Lorsqu’il n’y a pas de pression dans le système (le ventilateur souffle librement), un ventilateur centrifuge courbé vers l’avant produira le plus grand débit volumique. Lorsqu’une résistance au débit est appliquée du côté aspiration ou échappement du ventilateur, le débit volumique diminue.
Il convient de faire preuve de prudence lors de la sélection d'un ventilateur courbé vers l'avant pour fonctionner à basse pression et au débit volumique le plus élevé. À ce stade, la turbine fonctionne dans un décrochage aérodynamique de la même manière qu’un ventilateur axial fonctionnant au point selle de sa courbe. À ce stade, le bruit et la consommation d’énergie seront à leur maximum en raison des turbulences.
Le rendement maximal se situe à un point appelé genou de la courbe caractéristique. À ce stade, le rapport entre la puissance de sortie du ventilateur (débit volumique (m3/s) x développement de la pression statique (Pa) et la puissance électrique absorbée (W) est à son maximum et la pression sonore produite par le ventilateur sera à son niveau le plus silencieux, au-dessus et en dessous de la plage de fonctionnement optimale, le débit à travers le ventilateur devient plus bruyant et l'efficacité du système de ventilation diminue.
L’avantage de l’utilisation d’une turbine motorisée courbée vers l’avant à une seule entrée est qu’elle présente une caractéristique de ventilateur abrupte. Ceci est particulièrement utile dans les systèmes qui nécessitent des niveaux de filtration constants. Lorsque l'air passe à travers un filtre à particules, le filtre arrête la poussière et le pollen en suspension dans l'air. Plus le niveau de filtration est fin, plus les particules arrêtées par le filtre sont petites. Au fil du temps, le filtre deviendra de plus en plus obstrué par de la saleté et des débris, ce qui aura pour effet de nécessiter davantage de pression pour fournir le même volume d'air. Dans ce cas, l'utilisation d'une roue avec une courbe caractéristique raide signifie qu'à mesure que le filtre s'encrasse de plus en plus, le débit volumique reste constant tandis que la pression à travers le filtre augmente.
L’avantage de l’utilisation d’une turbine incurvée vers l’avant à double entrée est qu’à partir d’un ventilateur de taille relativement petite, elle peut fournir un débit élevé. Le compromis avec l’utilisation d’un surpresseur à double entrée est qu’il développe une pression plus faible, ce qui signifie qu’il ne peut fonctionner qu’avec des systèmes à plus faible pression.
Options de montage
Comme mentionné précédemment, la turbine motorisée incurvée vers l'avant produit de l'air à grande vitesse aux extrémités de la pale qui doit être dirigé et ralenti pour convertir la pression dynamique en pression statique. Pour faciliter cela, nous construisons une volute autour de la roue. La forme est créée par un rapport des distances entre le centre de la roue et la sortie du ventilateur. Comme pour le ventilateur courbé vers l'arrière, il est également recommandé d'avoir un petit chevauchement entre la bague d'entrée et l'embouchure de la turbine. Les deux considérations de montage sont illustrées dans le schéma ci-dessous…
Le diamètre de la bague d'entrée ne doit laisser qu'un petit espace entre la roue et la bague pour éviter la recirculation de l'air.
Considérations de montage - Dégagements
Il est important de prévoir un dégagement suffisant à l’aspiration et sur le côté du ventilateur…
Un jeu insuffisant du côté aspiration du ventilateur augmentera la vitesse d’entrée, ce qui entraînera des turbulences. Cette turbulence augmentera à mesure que l'air traverse la turbine, ce qui rend le transfert d'énergie de la pale du ventilateur vers l'air moins efficace, provoque la création de plus de bruit et réduit l'efficacité du ventilateur.
Les recommandations générales concernant les conditions d’entrée et d’échappement sont :
Côté entrée
- Aucune obstruction ou changement de direction d'écoulement dans un rayon de 1/3 du diamètre du ventilateur à partir de l'entrée du ventilateur.
Résumé – Pourquoi choisir un ventilateur centrifuge courbé vers l'avant ?
Lorsque le point de service requis se situe dans la zone de pressions de système plus élevées par rapport à un débit volumique plus faible sur les caractéristiques du ventilateur, un ventilateur centrifuge courbé vers l'avant à une seule entrée doit être envisagé. Si l'exigence pour l'application concerne un débit de volume élevé dans une enveloppe d'espace restreint, un ventilateur centrifuge incurvé vers l'avant à double entrée doit être envisagé.
Le ventilateur doit être sélectionné dans sa plage optimale, qui se situe au niveau de ce que l'on appelle le genou de sa courbe caractéristique. Le point d'efficacité maximale se situe le plus près de la limite de pression la plus élevée sur la courbe caractéristique du ventilateur, là où il fonctionne également à son niveau le plus silencieux. Un fonctionnement en dehors de la plage optimale (aux extrêmes de débit volumique élevé) doit être évité car la turbulence et l'efficacité aérodynamique de la pale de la turbine à ces points créeront du bruit et la turbine fonctionnera également dans un décrochage aérodynamique. À de faibles pressions et à des débits élevés, il convient de tenir compte de la température de fonctionnement du moteur sous charge, car il existe un risque de surchauffe du moteur.
L’air du côté entrée de la turbine doit être maintenu aussi lisse et laminaire que possible. Pour maximiser l'efficacité, au moins un dégagement d'1/3 du diamètre de la roue doit être autorisé à l'entrée du ventilateur. L'utilisation d'un anneau d'entrée (buse d'entrée) chevauchant l'entrée de la turbine aidera à éliminer les perturbations du débit avant que l'air ne soit aspiré à travers le ventilateur, à réduire le bruit induit par les turbulences, à maintenir la consommation d'énergie au point de fonctionnement au minimum et à maximiser l'efficacité.
Les caractéristiques de fonctionnement abruptes, la capacité de pression plus élevée des soufflantes à simple ouïe et la capacité de débit élevé des soufflantes à double ouïe signifient que le ventilateur incurvé vers l'avant est une option utile à considérer dans une large gamme d'installations.
Heure de publication : 16 août 2023