FR2507274A1 - ISOLATION AGAINST VIBRATION FOR ROTARY MACHINES, IN PARTICULAR CEILING FANS - Google Patents

The invention relates to a vibration insulation for gyroscopic machines, especially for roof fans of axial and radial construction, which by virtue of their design permit the use of light-weight structures in the case of roof fans of this type. According to the invention the drive arranged inside the support construction of a fan comprising the motor, the impeller and the mounting plate, which is preferably designed as a carrying grid, is supported so that it is free to oscillate on spring elements, so that no vibrations can be transmitted to the structure by way of the fan components.

L'invention concerne un dispositif d'isolement contre les vibrations pour des machines rotatives, en particulier pour des ventilateurs, de type de construction axial et également radial, dans lesquels le moteur et la roue du ventilateur sont montés de préférence avec un axe vertical. The invention relates to a vibration isolation device for rotating machines, in particular for fans, of axial and also radial type of construction, in which the motor and the fan wheel are preferably mounted with a vertical axis.

On connait déjà des ventilateurs de plafond des types de construction axiale et radiale dans lesquels le moteur est fixé sur une plaque de montage., laquelle est reliée rigidement à la construction qui la supporte et qui sert en même temps d'élént de montage pour la fixation au plafond. Ces ventilateurs sont habituellement fixés rigidement sur le plafond. Ceiling fans of the axial and radial construction types are already known in which the motor is fixed to a mounting plate, which is rigidly connected to the construction which supports it and which at the same time serves as a mounting element for the assembly. ceiling mounting. These fans are usually fixed rigidly to the ceiling.

L'inconvénient de ces ventilateurs.de plafond connus réside en ce que les forces agitatrices périodiquement provoquées par le moteur et le rotor du ventilateur en raison d'un balourd résiduel et de salissures sont transmises au ventilateur mentionné et au toit. Ces forces agitatrices doivent être absorbées en toute sureté, dans les ventilateurs importants, par les éléments de construction du ventilateur, en particulier par la plaque de montage et la construction support. Pour assurer la sécurité du fonctionnement, il est en conséquence nécessaire de réaliser le ventilateur de façon à éviter dans toute la mesure possible, les vibrations des éléments de construction du ventilateur.Ce résultat est habituellement obtenu en calculant les dimensions de la construction en se basant sur des points de vue non pas statiques, mais plutôt dynamiques, la fréquence propre des éléments de construction du ventilateur devant se situer essentiellement au-dessus ou en-dessous de la fréquence d'excitation de l'entratnement. Un ventilateur construit avec une fréquence propre élevée demande toutefois une construction extrême- ment stable et par suite coûteuse en matières, tandis que les ventilateurs construits avec des fréquences propres basses ne pourraient être rAalisés, en raison de la solidité limitée des matériaux, qu'avec des matériaux spéciaux de grande valeur et très onéreux ; ces derniers sont par suite peu courants. The disadvantage of these known ceiling fans is that the stirring forces periodically caused by the fan motor and rotor due to residual unbalance and dirt are transmitted to the mentioned fan and to the roof. These agitating forces must be safely absorbed in large fans by the fan construction elements, in particular the mounting plate and the support structure. To ensure safe operation, it is therefore necessary to construct the fan in such a way as to avoid, as far as possible, vibrations of the components of the ventilator's construction. This result is usually obtained by calculating the dimensions of the construction on the basis of on points of view not static, but rather dynamic, the natural frequency of the elements of construction of the ventilator having to be located essentially above or below the frequency of excitation of the drive. A fan constructed with a high natural frequency, however, requires an extremely stable construction and therefore expensive in materials, whereas fans constructed with low natural frequencies could only be realized, due to the limited strength of the materials, with high value and very expensive special materials; the latter are therefore not very common.

Indépendamment de la construction du ventilateur, les vibrations qui se produisent sont transmises à la construction du plafond et par suite à l'édifice, et provoquent, en fonction de la dimension du ventilateur, des détériorations qui peuvent aller de la destruction de la couverture jusqu'à la formation de crevasses sur des éléments de la construction. Irrespective of the construction of the fan, the vibrations which occur are transmitted to the construction of the ceiling and consequently to the building, and cause, depending on the size of the fan, deteriorations which can range from the destruction of the roof to 'the formation of crevices on construction elements.

I1 est également déjà connu de monter les ventilateurs importants engendrant des forces d'ébranlement élevées de façon à isoler les vibrations. A cet effet, suivant l'importance du ventilateur, on dispose, entre ce ventilateur et la structure du plafond des amortisseurs de vibrations appropriés, et le ventilateur est monté sur une semelle résistant aux vibrations, constituée par exemple par un cadre en béton armé stable posé sur des amortisseurs de vibrations. It is also already known to mount large fans generating high shaking forces so as to isolate vibrations. For this purpose, depending on the size of the fan, suitable vibration dampers are placed between this fan and the ceiling structure, and the fan is mounted on a vibration-resistant sole, consisting for example of a stable reinforced concrete frame. placed on vibration dampers.

Ces dispositifs d'isolement des vibrations connus pour les ventilateurs suppriment en effet la transmission des vibrations à l'édifice, mais ils présentent l'inconvénient que les vibrations, qui continuent à se produire dans le ventilateur lui-même, provoquent une transmission des sons par l'air. These known vibration isolation devices for fans in fact suppress the transmission of vibrations to the building, but they have the disadvantage that the vibrations, which continue to occur in the fan itself, cause sound transmission. through the air.

D'autre part, un montage isolé contre les vibrations exige dans l'édifice une dépense supplémentaire techniquement et économiquement importante. De plus, les possibilités d'installation de ces ventilateurs sont fortement affectées par ces conditions techniques d'installation, partiellement compliquées.On the other hand, an assembly isolated against vibrations requires a technically and economically important additional expense in the building. In addition, the installation possibilities of these fans are strongly affected by these technical installation conditions, which are partially complicated.

On connait en outre par le brevet DD 147 564 une disposition consistant à fixer le moteur sur la plaque de montage en intercalant une pièce moulée en matière élastique. Also known from patent DD 147 564 is an arrangement consisting in fixing the motor on the mounting plate by inserting a molded part of elastic material.

L'inconvénient de cette fixation connue du moteur réside en ce que son efficacité sur l'amortissement des bruits du moteur et sur l'elimination de la propagation du bruit causé par le corps du moteur est limitée à des ventilateurs de types de construction petits et moyens. Dans les ventilateurs importants, une telle fixation du moteur ne convient pas pour empêcher efficacement la transmission des vibrations aux pièces de construction du ventilateur et à l'édifice dans la zone des fréquences de rotation produites. The disadvantage of this known fixing of the motor is that its effectiveness in damping motor noise and in eliminating the propagation of noise caused by the motor body is limited to fans of small and small construction types. means. In large fans, such attachment of the motor is not suitable for effectively preventing the transmission of vibrations to the fan construction parts and to the building in the region of the rotational frequencies produced.

L'invention a pour but d'améliorer les possibilités d'emploi des machines à fonctionnement rotatif, et en particulier des ventilateurs de plafond importants, en diminuant les inconvénients indiqués avec une faible dépense technique. et économique, en prenant des mesures primaires d'isolement des vibrations, ce qui diminue en même temps la quantité de matières utilisées pour leur fabrication et leur montage, simplifie les conditions de mise en oeuvre dans la technique de la construction et améliore la protection de l'environnement et par suite les conditions de travail et d'existence des personnels des ateliers. The object of the invention is to improve the possibilities of employing machines with rotary operation, and in particular large ceiling fans, while reducing the drawbacks indicated with low technical expenditure. and economical, by taking primary measures of isolation of vibrations, which at the same time decreases the quantity of materials used for their manufacture and their assembly, simplifies the conditions of implementation in the technique of construction and improves the protection of the environment and consequently the working and living conditions of the workshop staff.

L'invention se propose de réaliser une solution constructive pour machines à fonctionnement rotatif, en particulier pour gros ventilateurs de plafond du type de construction axial ou radial dans laquelle, tout en garantissant l'existence d'une fente étroite, et par suite économique en énergie entre le rotor et la partie inférieure fixe, on supprime la transmission des vibrations du moteur et du rotor aux parties qui forment la construction du ventilateur, et, de ces pièces, à l'édifice qui les porte, Cette solution doit rendre en même temps possible l'utilisation d'un mode de construction léger, permettant d'économiser les matériaux destinés à ces pièces de construction du ventilateur, sans que l'on ait à mettre en oeuvre des matériaux spéciaux à haute résistance. The invention proposes to provide a constructive solution for machines with rotary operation, in particular for large ceiling fans of the axial or radial type of construction in which, while ensuring the existence of a narrow slot, and therefore economical in energy between the rotor and the fixed lower part, we suppress the transmission of vibrations from the motor and the rotor to the parts which form the construction of the fan, and, from these parts, to the building which carries them, This solution must render at the same possible time the use of a light construction method, saving the materials for these construction parts of the fan, without having to implement special high strength materials.

Dans ce but, l'invention est caractérisée en ce que, dans un ventilateur dont la partie inférieure présente d'une façon connue des colonnes supports sur les axes desquelles est fixé le moyeu, la plaque de montage, avec le moteur et le rotor, est posée sur des éléments élastiques à l'intérieur de la construction qui supporte le ventilateur. Cette plaque de montage comporte des évidements pour les axes des colonnes et est guidée sur ces axes. Les éléments élastiques entourent les axes des colonnes sans contact avec elles, et sont placés sur des ressorts cuvettes sur la plaque de montage et les colonnes supports. To this end, the invention is characterized in that, in a fan, the lower part of which has support columns in a known manner on the axes of which the hub, the mounting plate, with the motor and the rotor are fixed, is placed on elastic elements inside the construction that supports the fan. This mounting plate has recesses for the column axes and is guided on these axes. The elastic elements surround the axes of the columns without contact with them, and are placed on cup springs on the mounting plate and the support columns.

Dans une variante de réalisation de l'invention, la plaque de montage n'est plus constituée par une plaque fermée, mais par une grille de support faite de quatre supports isolés superposés par paires en une double croix qui sont reliés rigidement entre eux aux points de croisement. Le moteur est fixé seulement sur une des paires de supports, qui possède, de préférence, un moment d'inertie qui correspond à 1,5 fois le moment d'inertie de l'autre paire de supports. In an alternative embodiment of the invention, the mounting plate is no longer constituted by a closed plate, but by a support grid made of four isolated supports superimposed in pairs in a double cross which are rigidly connected to each other at the points crossing. The motor is fixed only on one of the pairs of supports, which preferably has a moment of inertia which corresponds to 1.5 times the moment of inertia of the other pair of supports.

Le diamètre primitif des colonnes supports se monte à au moins 1,35 fois le diamètre du totor. Le maintien de cette condition est la condition nécessaire pour obtenir un rapport suivant un nombre entier entre le nombre des colonnes supports et le nombre des ailettes du rotor. The pitch diameter of the support columns is at least 1.35 times the diameter of the totor. Maintaining this condition is the necessary condition to obtain an integer ratio between the number of support columns and the number of rotor fins.

I1 est prévu, comme élément élastique, par exemple, un ressort hélicoidal. Cet -élément peut présenter une constante d'élasticité qui augmente de façon discontinue. Le fflt de la colonne peut également être pourvu d'une butée destinée à limiter le parcours du ressort. As an elastic element, for example, a coil spring is provided. This element can have a constant of elasticity which increases discontinuously. The fflt of the column can also be provided with a stop intended to limit the travel of the spring.

Entre le moteur et la plaque de montage1 cette plaque et le ressort-cuvette, le ressort à cuvette et la colonne support, et/ou l'élément élastique et les ressorts à cuvettes, sont disposés des lits intermédiaires en matière élastique. Between the motor and the mounting plate1 this plate and the cup spring, the cup spring and the support column, and / or the elastic element and the cup springs, are arranged intermediate beds of elastic material.

Conformément à l'invention, à l'intérieur de la liaison rigide de la partie inférieure avec les colonnes supports et le moyeu, monté élastiquement sur des ressorts, est placé le groupe d'entratnement composé du moteur, du rotor et de la plaque de montage. Ces derniers ressorts ou éléments formant ressorts forment, en commun avec la plaque de montage, le rotor et le moteur, un système capable de vibrer à différents degrés de liberté, dont les différentes pièces peuvent présenter une fréquence propre voisine de la fréquence d'excitation, et qui peuvent en conséquence être fabriquées suivant un mode de construction léger, sans matériaux spéciaux. Grâce aux éléments élastiques interposés, le système est accordé de façon telle que sa fréquence propre se situe très en-dessous de la fréquence d'excitation. According to the invention, inside the rigid connection of the lower part with the support columns and the hub, resiliently mounted on springs, is placed the drive group composed of the motor, the rotor and the plate. mounting. These latter springs or spring-forming elements form, in common with the mounting plate, the rotor and the motor, a system capable of vibrating at different degrees of freedom, the different parts of which may have a natural frequency close to the excitation frequency. , and which can therefore be manufactured using a lightweight construction method, without special materials. Thanks to the elastic elements interposed, the system is tuned in such a way that its natural frequency is located far below the excitation frequency.

La rigidité des éléments élastiques est determinee d'après la fréquence d'excitation, la masse capable de vibrer, et l'élasticité propre de la plaque de montage et des colonnes de support. Ces éléments élastiques sont dimensionnés de telle sorte que toutes les fréquences propres du système capable de vibrer, constitué par l'entrainement, avec le moteur, le rotor et la plaque de montage et le système élastique avec les ressorts, et l'élasticité propre des pièces de la construction soient suffisamment inférieures à la fréquence d'excitation, afin que l'amplitude de vibration de la plaque de montage et des colonnes supports soient très fortement diminuée. Par fréquences propres, on doit tenir compte ici des vibrations horizontales, verticales ainsi qu'en nutation.La solution suivant l'invention permet ainsi d'arriver à des fréquences propres qui soient de l'ordre de 0,3 à 0,5 fois celles de la fréquence d'excitation. The stiffness of the elastic members is determined from the excitation frequency, the mass capable of vibrating, and the inherent elasticity of the mounting plate and support columns. These elastic elements are dimensioned in such a way that all the natural frequencies of the system capable of vibrating, constituted by the drive, with the motor, the rotor and the mounting plate and the elastic system with the springs, and the inherent elasticity of the parts of the construction are sufficiently lower than the excitation frequency, so that the amplitude of vibration of the mounting plate and support columns is greatly reduced. By natural frequencies, horizontal and vertical vibrations as well as in nutation must be taken into account here. The solution according to the invention thus makes it possible to arrive at natural frequencies which are of the order of 0.3 to 0.5 times those of the excitation frequency.

Pour que les moments de régime et les moments de démarrage puissent être absorbés sans difficulté, les éléments élastiques doivent être disposés à une distance importante de l'axe d'entrainement. Un rapport entre les diamètres primitifs des colonnes de support et le diamètre du rotor qui soit d'au moins 1,35 satisfait à cette condition, et permet en même temps d'utiliser un rapport entre le nombre des colonnes supports et celui des ailettes du rotor qui corresponde à un nombre entier, ce qui est avantageux au point de vue constructif et technologique, et qui n'était pas admissible jusqu'à présent en raison de l'addition des compressions qui se produisaient lors du passage simultané des ailettes contre les colonnes supports. So that the operating moments and the starting moments can be absorbed without difficulty, the elastic elements must be arranged at a significant distance from the drive axis. A ratio between the pitch diameters of the support columns and the diameter of the rotor which is at least 1.35 satisfies this condition, and at the same time makes it possible to use a ratio between the number of the support columns and that of the fins of the rotor which corresponds to an integer, which is advantageous from a constructive and technological point of view, and which was not admissible until now due to the addition of the compressions which occurred during the simultaneous passage of the fins against the support columns.

Lors de la mise en marche et de l'arrêt du moteur, il se produit un passage de résonance avec des amplitudes de vibrations importantes. Pour garantir une marche bien régulière du rotor même dans ces phases du fonctionnement, il est prévu une limitation mécanique de la course du ressort au moyen d'une butée, ou d'éléments élastiques dont la constante d'élasticité change brusquement. When starting and stopping the engine, a resonance passage occurs with high vibration amplitudes. To guarantee a very regular operation of the rotor even in these phases of operation, a mechanical limitation of the stroke of the spring is provided by means of a stopper, or of elastic elements whose elasticity constant changes abruptly.

L'avantage de l'isolement des vibrations suivant 1'invention apprait aussi bien au cours de la fabrication que lors de l'utilisation des ventilateurs de plafond. The advantage of the vibration isolation according to the invention was apparent both during manufacture and when using the ceiling fans.

Au cours de la fabrication de ventilateurs isolés contre les vibrations de cette façon, il devient possible grâce à cet isolement des vibrations de construire les pièces du ventilateur suivant un type de construction légère, ce qui jusqu'ici ne pouvait être obtenu. Grâce à ce type de construction économisant des matériaux, on obtient une importante économie. In the course of manufacturing vibration insulated fans in this way, it becomes possible through this vibration isolation to construct the fan parts in a light type of construction, which heretofore could not be achieved. Thanks to this type of construction saving materials, a significant saving is obtained.

Dans l'utilisation des ventilateurs, leur faible masse et la possibilité de renoncer à d'autres précuations supplémentaires d'isolement des vibrations dans la technique de la construction assurent d'autres économies de matières et d'autres frais. L'isolement intégré des vibrations augmente en plus la durée d'utilisation du ventilateur et des parties de l'édifice concernées. De plus, enfin, grâce à la suppression presque complète des vibrations dans le ventilateur lui-même, l'environnement est considérablement moins affecté, ce qui apporte une sensible contribution à l'amélioration des conditions de travail et d'existénce. In the use of fans, their low mass and the possibility of dispensing with other additional precautions for isolation of vibrations in building technology ensure further savings in materials and other costs. The built-in vibration isolation also increases the service life of the fan and the affected building parts. In addition, finally, thanks to the almost complete suppression of vibrations in the fan itself, the environment is considerably less affected, which makes a significant contribution to the improvement of working conditions and existence.

L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après d'un exemple de réalisation et en regard du dessin unique annexé qui représente une vue en coupe transversale et d'un dispositif d'isolement contre les vibrations. The invention will be better understood with regard to the following description of an exemplary embodiment and with regard to the single appended drawing which represents a cross-sectional view and of an isolation device against vibrations.

La construction qui supporte le ventilateur de plafond est constituée d'une partie inférieure 4 dont la base est circulaire, et de huit colonnes supports 5 disposées à égales distances les unes des autres sur la oirconférence du cercle, dans lesquelles sont emportés des axes 9 de colonnes. Cette construction formant support est fabriquée suivant un type de construction légère en un ensemble composite acier-matière plastique.The construction that supports the ceiling fan consists of a lower part 4, the base of which is circular, and eight support columns 5 arranged at equal distances from each other on the oirconference of the circle, in which are carried axes 9 of columns. This support construction is fabricated in a lightweight construction type of a steel-plastic composite assembly.

Le moteur 1 du ventilateur de plafond est placé sur la face supérieure de la plaque de montage 3. Cette plaque de montage 3, de construction également légère est constitué par une grille porteuse faite de quatre profilés de construction légère qui sont posés l'un sur l'autre par paires de façon telle que les axes porteurs intersectent le cercle des colonnes supports en ses octants, correspondant à la position des axes 9 des colonnes. Les points de croisement des quatre profilés porteurs sont reliés rigidement entre eux. Le moteur 1 est toutefois fixé sur une seule des deux paires de profilés porteurs. The ceiling fan motor 1 is placed on the upper side of the mounting plate 3. This mounting plate 3, which is also light in construction, consists of a supporting grid made of four light construction profiles which are placed one on top of the other. the other in pairs so that the supporting axes intersect the circle of the supporting columns in its octants, corresponding to the position of the axes 9 of the columns. The points of intersection of the four supporting sections are rigidly connected to each other. The motor 1 is however fixed to only one of the two pairs of supporting sections.

Cette paire portant le moteur présente un moment d'inertie qui correspond à environ 1,5 fois celui de l'autre paire. Le rotor 2, portant huit ailettes, est fixé en-dessous de la grille porteuse, directement sur l'axe vertical du moteur 1. Entre le diamètre primitif des colonnes supports 5 et le diamètre du rotor 2, existe un rapport qui est compris entre 1,35 et 1.This motor-carrying pair has a moment of inertia that is approximately 1.5 times that of the other pair. The rotor 2, carrying eight fins, is fixed below the supporting grid, directly on the vertical axis of the motor 1. Between the pitch diameter of the support columns 5 and the diameter of the rotor 2, there is a ratio which is between 1.35 and 1.

Les huit extrémités des quatre éléments porteurs de la plaque de montage 3 présentent des évidements. Sur la face inférieure de ces extrémités correspondant avec les évidements, sont montés les cuvettes de ressorts supérieures 8. The eight ends of the four supporting elements of the mounting plate 3 have recesses. On the underside of these ends corresponding to the recesses, are mounted the upper spring cups 8.

Les colonnes supports 5 portent les cuvettes de ressorts inférieures 8 correspondantes. Sur ces cuvettes de ressorts inférieures 8 sont posés, comme éléments élastiques 7, des ressorts hélicoidaux qui présentent un diamètre sensiblement plus grand que les axes 9 des colonnes et qui entourent ces derniers sans les toucher. La plaque de montage 3 est guidée sur les axes 9 des colonnes par les évidements prévus sui les extrémités des éléments porteurs et repose sur les éléments élastiques 7 qui sont bloqués par les cuvettes 8. The support columns 5 carry the corresponding lower spring cups 8. On these lower spring cups 8 are placed, as elastic elements 7, helical springs which have a diameter appreciably greater than the axes 9 of the columns and which surround the latter without touching them. The mounting plate 3 is guided on the axes 9 of the columns by the recesses provided on the ends of the supporting elements and rests on the elastic elements 7 which are blocked by the cups 8.

Sur la partie supérieure, dépassant au-dessus de la plaque de montage 3, des axes 9 des colonnes est fixé le moyeu 6 qui sert par suite en même temps de fixation de sécurité pour le transport de l'ensemble de l'entratnement et comme limitation d'amplitude pour le passage de résonance. On the upper part, protruding above the mounting plate 3, of the axes 9 of the columns is fixed the hub 6 which therefore serves at the same time as a safety fixing for the transport of the entire drive and as a amplitude limitation for the resonance passage.