Brevet FR2007891A1 — publié le 19700116

' L'invention concerne des pales convenant aux hélices, aux compresseurs, aux ventilateurs, etc... L'invention propose une pale convenant aux hélices, aux compresseurs, aux ventilateurs, etc..., essentiellement formée d' 5 une matière plastique renforcée de fibres non tissées et comprenant, à son pied, un élément en forme de broche autour duquel est enroulée au moins une couche de matière fibreuse tissée qui parcourt au moins une partie-de la longueur de la pale, à l'intérieur de l'ensemble de fibres non tissées, et qui sépare l'élément en 10 forme de broche des fibres non tissées. Du fait que l'on prévoit au moins une couche de matière tissée qui est enroulée autour de l'élément en forme de broche et qui parcourt au moins une partie de la longueur de la pale, la matière tissée assure une prise appropriée sur son aire de contact 15 avec les fibres non tissées pendant tout le processus de moulage, de manière à assurer qu'il ne se produise pratiquement aucun glissement des fibres non tissées relativement à la matière tissée. Ainsi, l'élément en forme de broche est maintenu dans la position voulue dans la structure de pale. 20 Les fibres non tissées sont, de préférence, des fibres de carbone et la matière fibreuse tissée est, de préférence, une étoffe de verre. La matière plastique est, de préférence, une résine d'époxyde. Selon l'invention, on propose aussi un procédé de fabri™ 25 cation d'une pale, du genre défini plus haut, qui consiste à placer autour d'un élément en forme de broche au moins une couche de matière tissée imprégnée de résine qui parcourt au moins une partie de la longueur de la pale, à poser dessus des couches de fibres non tissées imprégnées de résine pour définir une portion active de 30 pale, à placer l'ensemble dans un moule et à durcir l'ensemble. La matière tissée peut être une étoffe de verre et les fibres non tissées peuvent être des fibres de carbone. La résine peut être une résine d'époxyde. L'élément en forme de broche utilisé dans le processus 35 de moulage peut être métallique et, pendant le moulage, on peut le retirer de l'ensemble et le remplacer par un élément en forme de broche formé d'une matière différente. Cette matière différente peut être une matière plastique renforcée de fibres. L'élément en forme de broche peut avoir une section cir-40 culaire et le pied formé autour de celui-ci peut avoir une section 69 14226 2 2Û0Ï891 pratiquement circulaire. L'élément en forme de broche peut avoir une dimension telle qu'il forme un élargissement au pied de la pale. L'élément en forme de broche peut être courbé sur sa 5 longueur conformément à la cambrure de la pale. Après le moulage, on peut soumettre la pale à un processus de dépolissage de surface, par exemple à un sablage, et ensuite la plonger dans -une solution de matière plastique, par exemple de polyuréthane qui, une fois durcie, forme une surface exté-10 rieure de pale ayant une bonne résistance à l'abrasion. Pendant le processus de mise en place, on peut, en outre, muniar l'ensemble d'une gaine protectrice disposée de telle sorte que, dans la pale finie, la gaine couvre au moins le bord i d'attaque de la pale. La gaine peut être formée d'acier inoxydable 15 et être enrobée dans l'ensemble de fibres non tissées de façon telle qu'elle arrive au niveau de la surface extérieure de la pale. Lorsque l'élément en forme de broche est de section circulaire, on peut aussi prévoir un organe en forme de coin auprès 20 de l'élément en forme de broche et du côté le plus proche de la portion active de la pale, de manière à former un remplissage rigide de la ou des boucles de matière fibreuse tissée. On décrira maintenant particulièrement à titre d'exemple un mode d'exécution de l'invention en se référant au dessin anne-25 xé qui est une vue en perspective partiellement arrachée» Sur le dessin, une pale 11;, convenant à un compresseur à flytx axial présentant à son pied 12 la forme voulue pour s'adapter dans une fente à section pratiquement circulaire du tambour du compresseur (non représenté),comprend une portion active 13 en ma-30 tière plastique renforcée d.e fibres a Sous sa forme finie, la pale comprend une broche de pied 14 à section circulaire, formée de fibres de verre et de résine d'époxyde, autour de laquelle sont enroulées deux couches 15 de fibres de verre et de résine d'époxyde qui, en partant du pied, 35 s'étendent-sur presque toute la longueur de la pale de la façon représentée. La portion principale de la pale, qui enferme les couches de fibres de verre et de résine d'époxyde 15 et la broche 14, est formée d'une matière 16 comprenant des fibres de carbone et de la résine d'époxyde et dont la surface extérieure est revêtue 40 de polyuréthane. 69 14226 3 2007891 L'ensemble de la pale est très rigide en comparaison d'une pale formée uniquement de fibres de verre et il est très solide. La pale est aussi très légère en comparaison d'une pale formée par exemple d'un alliage de titane. 5 Pour fabriquer une pale selon l'invention, on commence par enrouler autour d'une fausse broche en acier deux couches 15 de matière tissée constituée par une étoffe de fibres de verre préalablement imprégnée d'une résine d'époxyde. La broche est plus longue que la broche de fibres de verre et de résine d'époxyde 14 10 de la pale finie. Ensuite, on pose sur les couches 15 une matière non tissée constituée par des fibres de carbone également imprégnées préalablement d'une résine d'époxyde de manière à former une nappe. Certaines fibres sont simplement posées parallèlement à l'axe lon-15 gitudinal de la pale tandis que d'autres sont posées de telle sorte qu'elles font l'angle désiré avec celui-ci, et que d'autres encore sont enroulées autour de la fausse broche de manière à former un élargissement de pied nécessaire à la mise en place de la pale dans sa fente respective. Cet élargissement a une section pratique-20 ment circulaire. En vertu de la nature glissante des fibres de carbone, il est impossible actuellement de les fabriquer sous forme d'étoffe tissée. Ainsi, quand on pose les fibres non tissées pour le processus de moulage, il faut veiller à assurer que leur orientation 25 correcte soit maintenue jusqu'à durcissement complet. Il est essentiel aussi de faire en sorte que la fausse broche garde sa position afin d'assurer un alignement correct du pied de la pale relativement à la portion active. Par suite, il est nécessaire d'obtenir un certain serrage obligatoire entre la broche et les fi-30 bres de carbone et, en prévoyant les couches intermédiaires de fibres de verre enroulées autour de la broche, on obtient un serrage adéquat à l'air de contact entre la couche extérieure de fibres de verre et les fibres de carbone placées par dessus. Quand les fibres de carbone sont complètement posées, on 35 place l'ensemble dans un moule approprié et on serre ensemble les éléments du moule. Le moule est conçu pour donner la forme finie voulue de la pale avec le degré désiré de torsion et de cambrure. On durcit la pale à 170° C pendant trois heures et, pendant le processus de durcissement^ les fibres de carbone et la 40 matière à base de fibres de verre ne sont soumises à aucune tension 69 14226 4 2007891 initiale du pied au bout. Après le durcissement, on retire du moule l'ensemble de pale. On retire alors la fausse broche du pied et on enfonce dans le pied une broche de fibres de verre et de résine d'époxyde que 5 l'on a préalablement durcie. Ensuite s, on soumet la pale à un traitement de sablage et finalement on la plonge dans un® solution de polyuréthane et on la laisse sécher. Le revêtement obtenu assure une bonne résistance à l'abrasion. 10 Grâce à la pale composite obtenue, on réalise un compro mis entre les caractéristiques désirables des fibres de carbone et la propriété que possèdent les couches de fibres de verre de coopérer avec les fibres de carbone pour mettre en place la broche. Cependant, ce compromis est obtenu au prix d'une diminution, dans 15 la structure composite, du module d'élasticité que présentent en elles-mêmes les fibres de carbone. Mais JLe module d'élasticité obtenu est notablement supérieur à celui de l'aluminium. Ainsi, on obtient une pale solide et rigide présentant, en service, de bonnes caractéristiques d'amortissement de vibrations, la diminution 20 mentionnée du module d'élasticité étant acceptable étant donné les difficultés inhérentes que l'on rencontre actuellement avec les fibres de carbone non tissées utilisées isolément. Dans le mode d'exécution décrit ci-dessus, la broche présente une section circulaire, mais, dans d'autres modes d'exécution, 25 les broches peuvent avoir d'autres sections de forme appropriée ou encore les broches peuvent avoir la section désirée, un organe en forme de coin étant inséré du côté tourné vers la portion active de pale de manière à servir de remplissage entre les couches de fibres de verre de la portion active de pale auprès de la broche. 30 Un tel organe en forme de coin assure une rigidité améliorée au pied. En outre, si la broche est droite dans le mode d'exécution ci-dessus, dans d'autres modes d'exécution la broche est courbée sur sa longueur, son rayon de courbure étant calculé pour 35 s'adapter à la cambrure de la portion active de pale. En pareil cas, la fente respective de pales du tambour de.compresseur est courbée en conséquence. L'invention n'est aucunement limitée à une section pratiquement circulaire du pied car, dans d'autres modes d'exécution, 40 on peut avantageusement prévoix d'autres formes de section du pied. 69 14226 5 2Ô07891 A nouveau, l'invention n'est pas limitée au cas où la pale est susceptible d'être adaptée directement dans le tambour d'un compresseur ou encore directement dans le moyeu d'un ventilateur ou appareil similaire car, dans d'autres modes d'exécution, 5 les pales peuvent être adaptées dans un organe intermédiaire qui, lui-même, s'adapte convenablement au tambour ou au moyeu. Une telle construction, dans laquelle la pale a un pas variable, est décrite dans la demande de brevet n° PV 161 479 déposée le au nom. de la Demanderesse. 10 Par le paragraphe précédent, on comprend que l'invention n'est aucunement limitée à des pales à pas fixe car elle s'étend aussi à des pales conçues pour avoir un pas variable. Dans le mode d'exécution décrit à propos du dessin, la pale est destinée à s'adapter au tambour d'un compresseur mais, 15 dans d'autres modes d'exécution, les pales peuvent convenir à des hélices, ventilateurs, etc..., et, en pareil cas, être conçues pour se monter respectivement dans des moyeux ou des disques. Dans une autre variante de l'invention, la pale peut être munie d'une gaine métallique qui suit son bord d'attaque et se 20 trouve au niveau de celui-ci et, en pareil cas, on incorpore la gaine à la structure pendant le processus de mise en place avant le durcissement dans le moule ; la gaine, qui peut être en acier inoxydable, est enrobée dans l'ensemble de fibres non tissées de carbone, de manière à arriver pratiquement au niveau de la surfa-25 ce extérieure de la pale. En outre, dans le mode d'exécution décrit ci-dessus en regard du dessin, on remplace la broche métallique par une broche non métallique après le processus de durcissement mais, dans d'autres modes d'exécution, la broche, qu'elle soit en métal ou en une 30 autre matière, peut avantageusement être moulée dans l'assemblage pendant le processus de moulage, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de remplacer la broche après le moulage. L'invention n'est aucunement limitée à deux couches de fibres de verre enroulées autour de la broche car, dans d'autres 35 modes d'exécution, on peut prévoir une seule couche de fibres de verre ou encore, plus de deux couches de fibres de verre. En outre, ces couches de fibres de verre ne parcourent pas nécessairement toute la longueur de la pale mais peuvent parcourir seulement une partie de celle-ci. D'autre part, les couches peuvent être i 40 disposées de manière a se chevaucher en direction longitudinale et jj 69 14226 6 2007891 leurs fibres principales peuvent aussi être disposées dans la direction longitudinale ou dans la direction transversale de la pale, ou bien elles peuvent faire avec l'axe longitudinal tout angle particulier qui est nécessaire pour réaliser un effet de ren-5 forcement avantageux» Enfin, dans le mode d'exécution décrit ci-dessus à propos du dessin, la matière tissée est une étoffe de verre tandis que les fibres non tissées de la pale sont des fibres de carbone mais, dans des variantes, on peut prévoir d'autres matières ap-10 propriées et connues présentant des caractéristiques similaires et désirables et qui réalisent"aussi un compromis quant au module d'élasticité de la structure finie. 69 14226 7 2007891 REVENDICATIONS 1. Pale convenant aux hélices, aux compresseurs, aux ven tilateurs ou analogues, caractérisée en ce qu'elle est formée essentiellement d'une matière plastique renforcée de fibres non tis-5 sées et en ce qu'elle comporte, à son pied, un élément en forme de broche autour duquel est enroulée au moins une couche de matière fibreuse tissée qui parcourt au moins une partie de la longueur de la pale, à l'intérieur de l'ensemble de fibres non tissées, et qui sépare l'élément en forme de broche des fibres non tissées. 10 2. Pale selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fibres non tissées sont des fibres de carbone. 3. Pale selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la matière fibreuse est une étoffe de verre. 4. Pale selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 15 caractérisée en ce que la matière plastique est une résine d'époxyde . 5. Procédé de fabrication d'une pale convenant aux hélices, aux compresseurs, aux ventilateurs ou analogues, caractérisé en ce que l'on place, autour d'un élément en forme de broche, au moins 20 une couche de matière tissée imprégnée de résine qui parcourt au moins une partie de la longueur de la pale, que l'on pose dessus des couches de fibres non tissées imprégnées de résine pour définir une portion active de pale, que l'on place l'ensemble dans un moule et que l'on durcit l'ensemble. 25 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément en forme de broche utilisé dans le processus de moulage est métallique et que pendant le moulage on le retire de l'ensemble et on le remplace par un élément en forme de broche formé d* une matière différente. 30 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément en forme de broche a une section circulaire et que le pied formé autour de celui-ci a une section pratiquement circulaire. 8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que 35 après le moulage on soumet la pale à un processus de dépolissage de surface et qu'ensuite on la plonge dans une solution de matière plastique qui, une fois durcie, forme une surface extérieure de pale ayant une bonne résistance à l'abrasion. 9. Procédé selon la revendication 5, caractérisé 'en ce que, 40 pendant le processus de mise en place, on munit en outre l'ensemble 69 14226 8 2007891 d'une gaine protectrice disposée de telle sorte que, dans la pale finie, la gaine couvre au moins le bord d'attaque de la pale. 10. Procédé selon la revendication 9» caractérisé en ce que la gaine est en acier inoxydable et qu'elle est enrobée dans l'ensemble de fibres non tissées, de façon qu'elle arrive pratiquement au niveau de la surface extérieure de la pale.