Brevet FR2000949A1 — publié le 19690919

ROUES DE COMPRESSEUR OU DE TURBINE POURVUES D'UN ANNEAU EN FIL D' ENTRELACEMENT DES AUBES ET LEUR PROCEDE DE FABRICATION La présente invention se rapporteà des roues de compresseur ou de turbine ayant un anneau en fil d'entrelacement des aubes, en particulier, pour des turbines à gaz telles qututilis66 dans des turbo-compresseurs, pour surcharger des moteurs à combustion interne. Toutes cea machines ont des roues à aubes (dans le cas de turbine ou dans le cas de compresseurs) Pour supporter les aubes ou réduire la vibration, ou dans ces deux buts,cna fait des propositions impliquant l'utilisation d'un anneau en fil connecté aux aubes, le fil étant passé à travers des trous dans les aubes. Ce fil est couramment appelé "fil de laçage".La présente invention se rapporte à une forme améliorée de fil de laçage. Selon des caractéristiques de la présente invention, le fil de laçage est engagé dans des fentes dans les bords des aubes et comporte des ondulations radiales s'étendant sur une circonférence, afin d'être plus él9i- gné de l'axe de la machine en des points à mi-chemin entre les 'aubes. Dans le cas de turbine à vapeur d'eau ou à gaz à écoulement axial, les fentes contenant le fil peuvent être dans les bords avant ou arrière des aubes. Dans le cas d'une turbine centripète à gaz, par exemple, ou d'un compresseur centrifuge, les fentes doivent être dans les bords sensiblement radiaux des aubes. La forme ondulante du fil réduit la tension induite par la force centrifuge dans le fil, lorsque la longueur de celui-ci s'étendant entre chaque paire adjacente d'aubes est tendue quelque peu comme un caténaire. Ceci est particulièrement important dans le cas de turbo-compresseurs car elles peuvent tourner à des vitesses relativement élevées, par exemple jusqu'à 20.000 tours par minute ou davantage. Le fil de laçage est de préférence maintenu positivement en position dans les fentes. Ceci est de préfé rence obtenu en inclinant les fentes vers l'extérieur ou autrement en les conformant de manière telle que la force centrifuge pousse le fil dans leur fond. Cependant, en principe, le fil peut être maintenu en position en étant soudé ou autrement fixé fermement sur certaines ou sur toutes les aubes. Dans un agencement préféré selon des caractéristiques de la présente invention, le fil est formé en un anneau avec les ondulations appropriées avant d'entre inséré dans des fentes dans les aubes. Les fentes sont inclinées dans la direction appropriée de manière telle que le fil soit maintenu en elles par la force centrifuge. Dans ce cas, la forme ondulatoire du fil facilite son insertion dans les fentes inclinées puisqu'il peut être fléchi assez facilement vers l'intérieur afin de pénétrer dans n importe quelle fente déterminée après avoir pénétré au préalable dans les fentes des aubes voisines. Les extrémités du fil sont de préférence soudées ou autrement fixées ensemble pour fermer l'anneau avant que le fil ne soit inséré dans les fentes. La présente invention est particulièrement utile dans le cas de turbine à écoulement axial de turbo-compresseurs avec des aubes solidaires du restant de la roue de turbine car,avec une telle turbine, il est difficile d'introduire le fil de laçage à travers lestrous dans les aubes, et elle est spécialement avantageuse, car elle donne lieu à un agencement convenable et satisfaisant du fil de laçage dans les fentes dans les bords d'aubes. Les fentes peuvent être usinées relativement facilement dans les aubes, et le fil de laçage peut être facilement pourvu des ondulations appropriées avant entre inséré dans les fentes. En outre, dans le cas de turbines de turbo-compresseurs, les vitesses de rotation sont relativement élevées, et il est courant de ne pas comprendre une bague d'enveloppement (comme c'est courant dans les turbines à gaz ordinaires) fixée aux pointes des aubes pour les maintenir. Après son insertion dans les fentes, le fil de laçage n'a pas besoin nécessairement de s'engager au fond de chacune de celleFci puisqu'il sera amené de force à cette position par la force centrifuge, dès que la turbine tournera à la vitesse appropriée. En d'autres termes, l'inclinaison vers l'extérieur des fentes utilise la force centrifuge pour maintenir le fil fermement dans ces fentes et, en conséquence, évite tout nécessité de prévoir des moyens spéciaux pour maintenir le fil dans ces dernières. Le dessin annexe représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de roues à aubes que comprend l'invention. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'une turbine faisant partie d'un turbocompresseur. La figure 2 est une vue de droite de l'extrémité fragmentaire de la figure 1. La figure 3 est une coupe longitudinale schématique d'un turbo -compresseur différent comprenant une turbine à écoulement axial, et La figure 4 est une vue en perspective fragmentaire de la roue de la turbine représentée sur la figure 9. La turbine centripète représentée sur les figures 1 et 2 fait partie d'un turbo-compresseur pour surcharger un moteur à combustion interne. Le turbo-compresseur dans son ensemble comprend la turbine, qui reçoit son énergie par du gaz d'échappement provenant du moteur, et un compresseur qui est entratné par la turbine et transmet de l'air comprimé à l'entrée du moteur. La figure 1 représente une partie d'un arbre 2 qui relie la roue de compresseur (non représentée) à la roue de turbine 4. La roue a treize ailettes ou aubes 6 également espacées, comprenant des bords en aval 8 sensiblement radiaux. Le gaz actionnant la turbine stécoule radialement dans la roue mobile à partir d'un bâti annulaire 10 et est évacué axialement depuis l'élément comme on le représente par les flèches. Comme on le représente sur la figure 2, les aubes ne s'étendent pas axialement à partir du corps de la roue mobile mais au contraire s'incurvent quelque peu afin d'être presque en recouvrement sur une circonférence. Pour réduire ou empêcher la vibration des aubes de la roue mobile, spécialement dansa région des bords 8, un anneau continu de fil plein de laçage 12 s'engage dans des fentes 14 dans les bords radiaux des aubes de roue mobile. Ces fentes sont inclinées vers l'extérieur à partir de l'axe de la machine suivant un angle de 450 environ afin d'empêcher le fil de laçage entre emporté hors des fentes par les gaz traversant la roue. La force centrifuge sur le fil le maintient fermement aux fonds des fentes. Comme on le représente sur la figure 2, le fil de laçage a une forme radialement ondulatoire, c'est-àdire qu'il se trouve dans un plan plat, normal à l'axe de la machine. Les ondulations sont telles que le fil est le plus éloigné de l'axe de la machine à des points approximativement à mi-chemin entre les aubes. Durant le montage, lorsque le fil a été formé suivant la forme ondulatoire radialement exigée et que ses extrémités libres ont été soudées ensemble, il est d'abord inséré avec une certaine facilité dans certàines des fentes des aubes et il est alors fléchi localement vers l'intérieur pour lui permettre d'être inséré progressivement dans les fentes des aubes restantes. Fina- lement, la roue mobile est équilibrée avec le fil de laçage en place et toute condition de déséquilibre peut être compensée, par exemple en usinant des facettes obliques localisées telles que la facette 16 représentée sur la figure 2. Les ondulations peuvent, par exemple, être formées une à la fois, en plaçant l'anneau de fil contre deux rouleaux cylindriques semblables placés côte à cote, et en déformant le fil vers l'extérieur entre les rouleaux au moyen d'un troisième rouleau qui peut être de diamètre plus petit que les deux autres rouleaux. Sur la figure 5, les ondulations de l'anneau en fil sont représentées d'une manière quelque peu exagérée. En pratique, elles peuvent par exemple se composer d'une variation de diamètre d'environ 5,2 mm sur un anneau en fil ayant un diamètre de 12,7cm. Le diamètre du fil peut être par exemple d'environ 2,03mm. La figure 3 représente schématiquement un turbocompresseur complet comprenant un compresseur centrifuge renfermant une roue 20 qui reçoit de l'air à travers une entrée 22 et l'évacue radialement dans une chambre en volute , d'où l'air comprimé est transmis durant l'utilisation à une canalisation d'admission de moteur. Le compresseur est entraîné par l'intermédiaire d'un arbre creux 26 par une turbine à gaz à écoulement axial, comprenant une roue 28 pourvue d'aubes radiales solidaires. Le gaz actionnant la turbine pénètre à travers une entrée 32, s'écoule à travers la turbine à partir d'une chambre annulaire complète 34 et est déchargé à travers un orifice d'évacuation annulaire 36. On verra que, dans les exemples représentés, la roue de turbine est fixée à l'arbre creux 26 au moyen de boulons 38 qui fixent également la roue de turbine à une autre partie d'arbre 40 montée dans des paliers 42. L'extrémité éloignée de l'arbre 26 est montée dans d'autres paliers 44. A titre de variantes, la partie d'arbre 40 peut être supprimée et la partie d'arbre 26 peut être montée dans un palier se plaçant entre le compresseur et la turbine. Les boulons peuvent être supprimés et, à la place, l'arbre peut avoir une liaison à douille et à ergots avec une roue de turbine, avec un engagement à force, à montage serré par rétrécissement. Comme on le représente particulièrement sur la figure 4, les bords avant des aubes de turbine 36 ont des fentes 46 inclinées vers l'extérieur, contenant un anneau de fil de laçage plein 48 s'engageant au fond (c'est-à-dire les extrémités borgnes) des fentes. On verra que le fil de laçage a les ondulation radiales appropriées pour être le plus éloigné de l'axe de la machine à des points à mi-chemin entre les aubes. On ne représente qu'un anneau de fil de laçage, mais il peut y en avoir deux ou davantage à différents diamètres de cercle primitif. En tout cas, tout anneau déterminé de fil de laçage peut être dans des fentes dans les bords avant des aubes (tel que représenté) ou à titre de variantes dans les fentes dans les bords arrière des aubes. Les dessins représentent, dans chaque cas un fil de section transversale-circulaire, mais cette dernière peut, à titre de variante, être non circulaire; par exemple, elle peut être aplatie ou quelque peu elliptique, afin d'avoir une dimension radiale qui est inférieure à la dimension axiale, c'est-à-dire afin de présenter une surface frontale plus petite au gaz s'écou- lant à travers la turbine. Par exemple, dans le cas d'une turbine avec des aubes de 50,8mm de longueur, le fil peut avoir approximativement 2,03mm de diamètre. Cependant, ceci n'est qu'un exemple et la meilleure valeur de diamètre pour une turbine donnée doit être déterminée par expérience ou calcul. Au point de vue de l'aptitude à renare minima les pertes d'écoulement aérodynamique, le diamètre doit être aussi faible que possible, en considérant convenablement la tension induite dans le fil, en particulier par la force centrifuge, et le fait que le fil doit être assez épais pour avoir une rigidité suffisante. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1.- Roue de turbine ou de compresseur ayant un anneau en fil d'entrelacement des aubes s'engageant dans des fentes dans les bords de ces dernières, caractérisée en ce que le fil de laçage est pourvu d'ondulations radiales s'étendant sur une circonférence, afin d'être le plus éloigné de l'axe de la machine en des points à midistance entre les aubes. 2.- Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fentes sont inclinées vers l'extérieur pour que la force centrifuge sur le fil de laçage force ce dernier au fond des fentes. 3. - Roue de turbine à écoulement axial ayant des aubes radiales selon la revendication I ou 2, caractérisée en ce que les fentes contenant le fil lacé sont situées dans les bords avant ou arrière des aubes. 4.- Roue de turbine à écoulement axial selon la revendication 3, caractérisée en ce que les aubes sont solidaires du restant de la roue de turbine. 5.- Roue de turbine centripète ou de compresseur centrifuge selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les aubes ont des bords sensiblement radiaux dane lesquels les fentes sont formées pour recevoir le fil de laçage. 6.- Roue de turbine à gaz ou de compresseur selon les revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle fait partie d'un turbo-compresseur comprenant un compresseur connecté par un arbre à une turbine qui doit être entrat- née par des gaz d'échappement. 7.- Procédé de fabrication d'une roue de turbine ou de compresseur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que anneau de fil de laçage est pourvu d'ondulations avant d'être inséré dans les fentes des aubes.