Tolérance - Multi-Wing

POWERTRAIN
POWERTRAIN
ANDREW HARRISSON
ANDREW
Tolérance
ZERO
Zéro
TOLERANCE
Tipjeu
clearances
marginally
moresupérieur
than required
Un
en bout de only
pale même
légèrement
à celui can
demandé peut réduire de façon importante le niveau de refroidisgreatlydureduce
seemingly
sement
moteur.engine
D’autrescooling.
facteursOther,
également,
à priori insignificant,
insignifiants,
montrent que le montage des hélices est un sujet à prendre au sérieux.
factors make impeller mounting a matter not to be taken lightly
LV
es véhicules
deviennent
de and
plus
ehicles
are growing
more
en plus
techniques,
les engineerprogrès
more
advanced,
with
technologiques
de plus
en plus
ing
breakthroughs
becoming
courants ; encommonplace,
conséquence nous
increasingly
demandons
beaucoup
aux
and,
as a result,
a greatplus
deal
systèmes
de
refroidissement
des
more is being expected of the
engine
cooling
system.
In àorder
to meet
moteurs.
m
oteurs. Afi
n de bien
répondre
ces nouvelexpectations,
it is important
to
lesthese
demandes
il est important
de comprendre
leshave
effetsandeunderstanding
système qui peuvent
inflsystem
uencer la
of the
performance
Des an
choses
simples,
effects thatd’une
can hélice.
influence
impeller’s
comme
le
jeu
en
bout
de
pale,
l’emplacement
performance. Simple things such as et
laimpeller
géométrietip
d’arrivée
ont une
grande and
influence
clearance,
location
sur
la performance
de l’hélice.
Chacun
inlet
geometry have
a huge
effectdeonces
an
paramètres
réduire le débit
de 15 %, ce qui
performance.
Individually,
impeller’speut
peut
mener
une réduction
de débit
40 %
each
can àreduce
the airflow
by de
15%,
dans des applications courantes.
leading to a potential total drop in airflow of 40% in common applications.
Afin de mieux comprendre les facteurs qui inTo get
a greater understanding
of une
the
fluencent
la performance
d’une hélice dans
factorsapplication,
affecting an
impeller
perforcertaine
Multi-Wing
a commencé
mance
within
ananalyser
application,
une
série de
tests such
pour les
un par un.
Multi-Wing
has
initiated
series of
tests
Les analyses suivantes de cesafacteurs
sont
to
analyse
them
individually.
The
foltirées des résultats de cinq rapports de tests
lowing menés
discussions
thesed’essai
factorsdedraw
différents
dans leofcentre
Multiresults
from five
separate reports conWing
à Vedbaek
au Danemark.
ducted in-house at its test facilities in
Vedbæk, Denmark.
Effects
of de
inletlageometry
Les
Effets
Géométrie d’Entrée
There are three commonly used inlet
Ilgeometries,
existe trois sortes
de géométrie d’entrée utilinamely:
sées
couramment,
soitcone;
:
• Venturi,
or inlet
· • Venturi,
ou cône d’aspiration
Short, sharp-edged
duct;
· • Gaine
courte
en paroi
Circular
cut-out,
ormince
orifice plate.
· Découpe
circulaire,
ou most
diaphragme
à
The venturi
is the
favourable
orifi
ce
with regard to performance, efficiency
and noise. The best venturi can provide
Du point de vue du débit, de la performance et
20% more airflow while maintaining a
du niveau sonore, le venturi est le meilleur. Le
noise level of 3-4dB(A) below the other
meilleur venturi peut donner un débit supérieur de
geometries,
particularly
applica20inlet
% tout
en conservant
un niveauin
sonore
de 3-4
tions
where
tight
tip
clearances
can
be
dB(A) de moins que les autres types de géométrie
maintained.
is, however,
the most
d’entrée,
surtoutItdans
des applications
où un jeu
expensive
of
the
options
to
manufacture,
en bout de pale serré peut être maintenu. Par
and requires
venturiet est
contre,
le venturithe
estmost
le plusspace.
cher àAproduire
radius of 10%
of theavec
impeller
lewith
plus aencombrant.
Un venturi
un rayon de
can effectively
the avail10diameter
% du diamètre
de l’hélice reduce
peut réduire
effectivement
l’espace
réservé
à l’hélice de
%.
able area
to house
an impeller
by20
20%.
The short, sharp-edged duct is the
Lasecond
gaine courte
paroi mince
est la deuxième
most en
favourable
option.
It is less
option
la plusto
favorable.
Elle coûte
cher
expensive
manufacture
andmoins
requires
que
le
venturi
et
est
moins
encombrante.
Le
less space than the venturi. Noise can be
niveau
sonore
peut toutefois
poser problème,
an issue,
however,
particularly
when the
surtout lorsque l’air est aspiré par-dessus la paroi
air is drawn over the sharp edge. When
mince. Lors de la fabrication d’une gaine courte
manufacturing a short, sharp-edged duct,
en paroi mince, le bord d’aspiration doit être au
iVT INTERNATIONAL 2004
57
POWERTRAIN
POWERTRAIN
TABLEAU
1 : Différences
de Débit pour
différentstip
jeuxclearances
en bout de pale
TABLE 1: Airflow
differences
for various
Jeu en
Bout de Pale Réduction
duof
débit
en configuration
de refouleTip
clearance
Reduction
airflow
of the blowing
conment
par rapport
figuration
overà l’aspiration
the sucking configuration
0.5%
-4%
0.5 %
-4%
1.0%
-5%
1.0 %
-5%
1.5%
-10%
1.5 %
- 10%
INAVEC
VENTURI:
The optimum
UN VENTURI:
position
is with
theest
leading
La position
optimale
avec
edge
of
the
impeller
just
le bord d’attaque de l’hélice
within
bell mouth,
with
juste à the
l’intérieur
du pavillon
the
of the
impeller
et lamajority
plus grande
partie
out
of the bell
mouth du
on the
de l’hélice
à l’extérieur
downstream
side
pavillon côté aval.
IN SHORT
DUCT: COURTE:
The
AVEC
UNE GAINE
positionest
is avec le
Laoptimum
position optimale
with
the
leading
edgealigné
bord d’attaque de l’hélice
of the
impeller
lined
avec
le premier
bord
(en amont)
beginning
deuplawith
gainethe
courte.
(upstream) edge of the
short duct
IN
ORIFICE
PLATE:
AVEC
UN DIAPHRAGME
The
optimum
A ORIFICE:
position
is
with
theest
La position optimale
leading
edge
of the
avec le bord
d’attaque
impeller
lined
up
de l’hélice aligné avec le
with
the orifice
diaphragme
à orifiplate
ce.
FIGURES
1 & 2:
placement
for 4Zpour
andles
6Z
SCHEMAS
1 &Optimum
2 : L’emplacement
optimal
impellers
(topenand
abovedurespectively)
to
hélices varie
fonction
sens de l’air etaccording
de la
airflow
direction
and blade geometry
géométrie
des pales
the inlet edge should be level with the
même niveau
que to
la plaque
montage
afin
mounting
plate
ensuredethe
air cannot
d’assurer
que l’airmore
ne passe
à plus
de are,
90°.
travel
through
thanpas
90°.
There
Toutefois, iloccasions
existe des when
cas où the
le débit
turbulent
however,
turbulent
produit par des conditions non idéales peut
flow produced in non-ideal conditions
avoir pour conséquence un débit plus régulier
can result in a more even flow through
sur toute la surface du radiateur, avec comme
the entire surface area of a radiator,
résultat un meilleur refroidissement.
resulting in better cooling.
general,
theleorifice
plateàisorifi
the
En In
règle
générale,
diaphragme
ce est
least
favourable,
is far cheaper
and
la solution
la moinsbut
favorable,
mais il coûte
requires
least
amount
ofencombrant.
space. The
bien moinsthe
cher
et est
le moins
unfavourable
effects
of
this
inlet
Les effets négatifs de cette géométriegeomed’entrée
try
can be
reduced
by selectpeuvent
êtredrastically
réduits de façon
drastique
en sélectionnant
des géométries
de palesforconçues
ing
blade geometries
designed
these
pour ces conditions,
par(6H
exemple
la
conditions
like thecomme
6 series
and 6Z)
gamme
6 (6H et 6Z)
d’hélice Multi-Wing.
of
Multi-Wing
impellers.
Jeuclearances
en Bout de Pale
Tip
An impeller will always perform better
Une hélice
toujours une
when
the aura
gap between
themeilleure
blade tips
performance lorsque l’espace entre le bout des
and housing is as small as possible.
pales et son coffrage est le plus petit possible.
Traditionally, in engine-mounted applications,
a large gap
the impeller
Traditionnellement
pouraround
des applications
was
required
in
order
to
ensure
the
avec un montage sur moteur, une grande
blades
never
come
contactafin
espace would
autour de
l’hélice
étaitinto
nécessaire
with
the que
housing
in which
it sat.jamais
This is
d’assurer
les pales
ne rentraient
due
to theavec
difficulties
in machining
peren contact
leur coffrage.
Ceci était dû
fectly
round
housings
and
movement
aux difficultés liées à la fabrication d’un cof-of
the
in relation
to mouvement
its housing.de
frageimpeller
parfaitement
rond et au
l’hélice
à l’intérieur
son coffrage.
L’hélice
The
impeller
wasde
commonly
mounted
était généralement
directly
onto the montée
enginedirectement
which wassur
le moteur qui,
était monté
sur deswhile
plots
mounted
on lui,
vibration
isolators,
58
58
iVT INTERNATIONAL2004
INTERNATIONAL 2004
IVT
anti-vibratiles, alors que le coffrage était monté
the housing
mounted
directly puisque
onto
directement
surwas
le châssis.
Cependant,
theplus
chassis.
because
more and
de
en plusHowever,
d’applications
de refroidissement
more cooling
applications
now using
utilisent
désormais
des moteursare
électriques
ou
electric
or
hydraulic
motors
to
the
hydrauliques pour faire tourner leursrotate
hélices,
et
impellers,
or have
the housing
rigidly
que
leur coffrage
est monté
solidement
sur le
mounted
to theque
same
même
ensemble
leur body
hélice,asunthe
jeu en bout
de
pale aussi
largeisn’est
mise.
impeller,
there
oftenplus
node
requirement
for such conservative tip clearances.
Un jeu
en clearance
bout de pale
0.5 of
% du
A tip
of de
0.5%
thediamètre de
l’hélice
(c’est
à
dire
5
mm
d’espace
pour une héimpeller’s diameter (i.e. 5mm clearance
lice
diamètre 1impeller)
000 mm) représente
un jeu en
on de
a 1,000mm
is an optimum
bout
de pale optimal.
jeu en bout
de pale de
tip clearance.
A tipUn
clearance
of 2%
2(20mm
% (20 mm
d’espace
une hélice de 1 000
clearance
onpour
a 1,000mm
mm de diamètre) peut amener une réduction de
impeller) can result in a reduction of
débit de l’hélice de plus de 10 %.
over 10% of an impeller’s airflow.
clearances
DansInlethe
casevent
ou un that
jeu entight
bout tip
de pale
serré ne
cannot
be
maintained,
selection
the
peut pas être obtenu, la sélection de laofgéométrie
most
blade
de
paleappropriate
la plus adaptée
peutgeometry
beaucoupcan
réduire
greatly
of de
les
effetsreduce
négatifsthe
d’unnegative
mauvais effects
jeu en bout
poor
tip
clearance.
pale.
Thebonne
correctgéométrie
blade geometry
location
La
de paleand
et l’emplacement
With the advent of advanced technolAvec
l’arrivéethe
dansair-moving
l’industrie deindustry,
distribution d’air
ogy within
de
technologies
avancées
telles
que
la modélisasuch as 3D modelling, computational
tion
en
3D,
la
dynamique
des
fl
uides
numérique,
fluid dynamics, rapid prototyping
and
leaccurate
prototypage
rapide ainsimeasuring
que les techniques
performance
techprécises
mesures impellers
des performances,
des héliniques, de
advanced
are being
ces avancées sont mises au point pour répondre
developed to suit specific requirements.
à des besoins spécifiques.
An airfoil impeller will provide greatest efficiency; a low-noise fan can achieve
Une hélice à profil d’aile donnera le meilleur
a reduction
noise byà3-4db(A);
and
rendement
; unonventilateur
faible niveau
sonore
an impeller
ned to run
in poor
peut
atteindre desig
une réduction
du niveau
sonore de
conditions
reducepour
the foncnega3-4
DB (A) ; etwill
unegreatly
hélice conçue
tive effects
of those
conditions.
tionner
dans des
mauvaises
conditions réduira
It is important
to consider
inlet
beaucoup
les effets négatifs
de cesthe
conditions.
geometry and tip clearances your system
Ilcan
est maintain,
important deand
prendre
compte layour
géométhenen
knowing
trie
d’entrée
et le jeu en bout
de the
pale most
que votre
system
requirements,
select
système
peut supporter,
et puis en
appropriate
blade geometry
forfonction
your des
besoins
de
votre
système,
sélectionner
la géoapplications. To achieve this, Multimétrie
de
pale
la
plus
adaptée
à
vos
applications.
Wing offers the Optimiser software,
Le
logiciel
Optimiser
de Multi-Wing vous
which
takes
into consideration
the aide
inletà le
faire : il prend en considération la géométrie d’engeometries and tip clearances when
trée et le jeu en bout de pale lorsque vous faites
making a selection. This will help to
une sélection. Ceci aide à assurer que l’hélice la
ensure that the most appropriate
mieux adaptée est sélectionnée par rapport à vos
impeller is selected for any requirements.
besoins.
The actual placement of an impeller
within the inlet
cande
also
havedans
an enorL’emplacement
même
l’hélice
la gaine
mous
effect
on theinfl
system’s
peut
aussi
beaucoup
uencer lacooling
capacitéabilde
ity. Traditional
rules
of placing
an traditionrefroidissement
d’un
système.
La règle
impeller
and
nelle
qui dit1/3
quewithin
l’hélicethe
doit housing
être placée
1/32/3
à
l’intérieur
de always
son coffrage
2/3with
à l’extérieur
out do not
hold et
true
modern
n’est
pas toujours
applicable
avec les géométries
impeller
geometries
and applications.
d’hélices
et les
A series
of applications
recent tests modernes.
performed within Multi-Wing’s wind tunnel facilities
Une série récente de tests effectuée dans la
have
that the optimum
impeller
soufflshown
erie de Multi-Wing
a montré que
l’emplaplacement
varies
airflow
cement optimal
defor
l’hélice
variedirection
selon le sens
and
impeller
geometry.
summary
of
de l’air
et la géométrie
de A
l’hélice.
Les schémas
optimum
placements
for
impellers
in
a
n° 1 et 2 montrent un résumé des emplacepushing
configuration
beguration
seen inde
ments optimaux
dans unecan
confi
Figures
1 andCes
2. These
foundque
that
refoulement.
essais tests
ont montré
le jeu
enclearances
bout de palehad
a peu
d’infl
uenceon
surthe
l’emplacetip
little
effect
ment optimal
de l’hélice.
optimum
impeller
placement.
Sens de
l’air
Airflow
direction
Commonly referred to as pushing or
Appelé communément
pousser
ou tirer,
pulling,
or blowing and
sucking,
testsaspirer
ou
refouler,
les
tests
ont
montré
que
la configuhave shown that the sucking configuraration d’aspiration est la meilleure installation
tion is the optimum setup under
dans des conditions d’essai en laboratoire à
laboratory conditions at constant temtempérature constante (Tableau 1).
perature (Table 1).
is not
in dans
this laboratory
CeWhat
qui n’est
passhown
démontré
ce test en labotest
is that
ratoire
est the
que temperature
la températureof
dethe
l’airair
qui passe
moving
through
theconfi
impeller
ind’aspiration
a suckpar l’hélice
dans une
guration
ing
configuration
will beduhigher
due
sera
plus élevée à cause
radiateur
quitoaugthe
radiator
raising the
air temperature.
mente
la température
de l’air
ambiant.
It is estimated that an increase in air
Il est estimé qu’une
augmentation
temperature
of 50°C
from 25°C de
to la
75°C
température
de l’air
de 50°C,
de 25°C à 75°C
will
reduce the
airflow
by approximately
par negating
exemple, réduira
le débit d’airofd’environ
4%,
any advantages
the
4%,
inversant
ainsi
tous
sucking configuration. les avantages de la
configuration d’aspiration.
Conclusions
Conclusions
The above discussion highlights the
need for an understanding of the instalL’analyse ci-dessus souligne le besoin de
lation effects on an impeller’s perforcomprendre les effets de l’emplacement sur la
mance,
as a poor
choicepuisque
in each
the
performance
de l’hélice,
le of
mauvais
above-mentioned
couldci-dessus
result inpeut
choix de chacun descriteria
paramètres
a résulter
total reduction
of 40%totale
less airflow
en une réduction
de 40%than
de débit
optimum,
increases
noise
par rapportasauwell
débitasoptimal,
maisinpeut
égalepoint.
and
lowering
an augmentation
impeller’s stall
ment
entraînerofune
du niveau
Understanding
thedu
engineering
sonore
et la diminution
point de décrochage
de l’hélice.
aspects
of these factors, and being able
to quantify them will enable a more effiComprendre
les aspects
techniques
de ces
cient
and desirable
system
to be develfacteurs,
et
être
capable
de
les
quantifi
oped for any application. Make use er,
of c’est
assurer
le
développement
d’un
système
plus
the engineering expertise of your
efficace et
souhaitable
pour
impeller
supplier
if you
don’importe
not havequelle
the
application. Si vous ne possédez pas cette
expertise within your organisation.
expertise dans votre propre structure, profitez
Your local Multi-Wing distributor will
de l’expertise technique de votre fournisseur
be able to advise you of these factors
d’hélice. Votre fournisseur Multi-Wing pourra
and
free tools
such as
thefacteurs
Multivousoffer
conseiller
par rapport
à ces
Wing
Optimiser
software
to
assist
in
et vous proposer des outils gratuits, comme
your
selections.
Optimiser
de Multi-Wing, pour vous aider à faire
Copies
of any of these reports can be
vos
sélections.
made available by contacting your local
Multi-Wing
by requesting
Vous pouvezdistributor
obtenir des or
copies
de ces rapports
d’essai
en prenant
contact avec
votre
fournisthem
from
the Multi-Wing
Web
site
at
seur Multi-Wing ou en faisant
iVT la demande sur le
www.multi-wing.com.
www.multi-wing.com.IVT
✎site
Andrew
Harrisson is an application engineer at
- Andrew Harrison
est ingénieur
Multi-Wing
International
a.s. en applications à
Multi-Wing International a.s