Brevet FR2011959A1 — publié le 19700313

i 2011959 La présente invention concerne dés rotors à aïiéttes" et à aubes dont les ailettes ou les aubes agissent en cours de fonctionnement pour provoquer un changement dans la composante radiale de l'écoulement du courant de. fluide s'écoulantau travers 5 des rotors ou en regard de ces derniers. L'invention est avantageusement utilisée avec les 'rotors de pompes centrifuges et de pompes parfois appelées "semi—axialeë". Cette expression "semi-axiale" (ou parfois "partiellement axiale?') sert à désigner des pompes dont le fonctionnement est partiellement centrifuge et 10 partiellement axial» Dans ce qui suit, l'invention sera décrite plus spécialement à propos de tels rotors mais il va de soi qu'elle n'est aucunement limitée à cette application particulière. C'est ainsi que dans certains cas appropriés les diverses caractéristiques 15 qui seront décrites peuvent être utilisées avec les ailettes ou aubes d'un rotor de turbineo Tous les rotors à ailettes ou à aubes, surtout les rotors de pompes, subissent une perte de rendement en raison du tourbillonnement ou de la cavitation sur le cSté basse-pression des 20 ailettes ou des aubes et l'invention vise justement à réaliser des rotors centrifuges et semi-axiaux possédant un rendement amélioré grâce à la réduction de la tendance au tourbillonnement ou à la cavitation0 Selon la présente invention, un rotor à ailettes ou à au— 25 bes comporte au moins une ailette ou une aube pourvue d'une fente ou ouverture transversale ou d'une série de fentes ou ouvertures, s'étendant sur sensiblement toute la largeur axiale de l'ailette ou de l'aube de manière à diviser en fait cette dernière en deux portions espacées et à définir un passage au 30 travers de l'ailette ou de 1'aube entre lesdites portions à un emplacement intermédiaire de l'écoulement.. L'expression "emplacement intermédiaire de l'écoulement" doit être interprêtée dans le présent contexte comme désignant un emplacement situé entre les limites amont et aval auxquelles 35 1'ailette ou 1'aube agit directement sur le fluide qui se déplace par rapport à elle lors de la rotation du rotor ou subit l'action de ce fluide. Ainsi, lorsqu'il s'agit de l'ailette d'un rotor centrifuge, cet emplacement sera à une distance radiale intermédiaire par rapport à l'orifice et à la "T ! BAD ORIGINAL 69 20608 2 2011959 périphérie du rotor. Un rotor selon l'invention comporte au moins une ailette ou aube conformée de façon à définir un passage au travers d'elle, depuis la zone haute pression jusqu'à.la zone basse pression au cours de la rotation du rotor, à un emplace-5 ment intermédiaire de l'écoulement, mais pour augmenter encore plus le rapport des pressions à une vitesse particulière donnée de la pompe, on peut prévoir une pluralité de tels passages,, Dans ce cas, l'ailette ou l'aube sera effectivement divisée en plusieurs portions séparées0 10 De préférence, le passage s'étend sur toute la largeur axiale de l'ailette ou de l'aube qui est ainsi séparée entièrement en deux portions0 On bénéficie ainsi des avantages maximaux de l'invention mais on conçoit que,dans un but de renforcement, par exemple, ces deux portions peuvent être réunies par une ou 15 plusieurs nervures relativement étroites qui franchissent le passage® Bien que ladite ailette ou aube puisse être la seule ailette ou aube conformée comme on 1'a indiqué ci-dessus,avec un équilibrage approprié du rotor pour/l^équilibrage dynamique8 dans la 20 pratique elle ne sera que l*une d'une pluralité d'ailettes ou d'aubes analogues placées symétriquement par rapport à l'axe de rotation, ce qui a pour effet de réaliser "an agencement équilibrée Toutes les ailettes ou les aubes du rotor ou seulement certaines d'entre elles peuvent être disposées ou conformées de la 25 façon décrites Le ou chaque passage ménagé selon 1*invention peut êtra incliné obliquement dans la profondeur de l'ailette afin de diminuer la tendance du flu;; à s*écouler directement à travers luio L9 invention permet de réduire matériellement les tourbil-30 lonnements et les contre—courants de fluide et aussi de réduire la différence de pression entre les points de basse pression et de haute pression à 1'emplacement intermédiaire de l'écoulement, tout en maintenant ou augmentant la différence, globale de pressions (que l'on appelle couramment "rapport de pressions") en-35 tre lesdites limites amont et aval, c'est-à-dire entre 1'orifice et la périphérie d'un rotor de pompe centrifuge ou semi-axiale» L'invention a un très vaste champ d'applications aux rotors à ailettes et à aubes et selon 1'invention, on peut utiliser une gamme de dispositions et de constructions différentes, ËAD ORIGINXL 20608 3 2011959 en vue d'améliorer l'efficacité ou le rendement» , comprendre La description qui va suivre permettra de mieux /l ' invention : La figure 1 est une vue en coupe axiale de l'ensemble d'une pompe selon l'invention; 5 La figure 2 est une vue par l'extrémité d'entrée du rotor de cette pompe montrant la nouvelle disposition d'ailette selon l'invention; La figure 3 est une vue semblable à la figure 2 mais montrant une variante de réalisation du rotor. 10 En dehors du rotor 1, la pompe est dè - construction gé nérale classique et comprend un carter à volutes 2 présentant une sortie tangentielle 3 et une entrée axiale 4 aboutissant à la zone centrale ou orifice du rotor 1. Ce rotor est monté sur un arbre 5 qui dépasse à une extrémité d'un boîtier de palier 15 6 contenant les paliers 7 de l'arbre. Le boîtier 6 est boulonné par l'intermédiaire de brides à un prolongement tubulaire 8 du carter 2, ce prolongement servant à loger un joint 9 pour l'arbre. Un joint secondaire 10 est installé à l'extrémité adjacente du boîtier 6, des brides de montage 11 et 12 étant coulées res-20 pectivement d'une seule pièce avec le carter 2 et le boîtier 60 Le rotor 1 est du type comportant vui plateau de base 13 coulé sur un côté de manière à présenter un bossage 14 à l'aide duquel il est monté sur l'arbre 5, tandis que l'autre côté du rotor comporte une série d'ailettes 15 de forme générale courbe 25 et s'étendant en une série sensiblement spiralée entre le rayon intérieur (définisaant l'orifice du rotor) et un rayon extérieur à la périphérie du rotor. Cependant, selon l'invention, les ailettes ne sont pas continues de l'orifice à la périphérie alors que dans un rotor classique de ce genre chaque ailette est conti-30 nue. Si l'on se réfère particulièrement à la figure 2, on voit que chacune des quatre ailettes identiques 15 est pourvue d'une fente oblique 16 (si on l'observe dans le sens axial du rotor) à un emplacement radial intermédiaire dont la position exacte 35 dépend des facteurs de fonctionnement et peut être déterminée expérimentalement d'une façon hautement précisée Cette position exacte varie en fonction de divers facteurs tels que la taille du rotor, sa vitesse de fonctionnement et la viscosité du fluide; dans certains cas, il peut se révéler avantageux de former une BAD ORIGINAt 69 20608 4 2011959 pluralité de fentes telles que 16 à des emplacements situés dif-féraniment le long de chaque ailette 15. Chaque fente 16 présente des parois parallèles rectilignes, a. une direction générale tan-gentielle sur le rayon intermédiaire considéré et s'étend sur 5 toute la largeur axiale de l'ailette correspondante, de sorte que chaque ailette est divisée en deux portions séparées 15a. et 15b qui chevauchent partiellement et sont séparées par un espace constituant vin passage entre les zones mitoyennes. Avec cette construction, on bénéficie d'abord des avantages déjà mentionnés 10 et, en outre, d'un avantage supplémentaire : en raison de ce qui est/fait une infiltration du fluide à haute pression vers le côté basse-pression de chaque ailette, le frottement au cours du passage du fluide à travers le rotor est réduite On obtient ainsi un rendement accru et, à une vitesse donnée, un rapport de pres-15 sion accru» La première variante de réalisation selon la figure 3 comporte quatre ailettes 17 qui sont fondamentalement analogues aux ailettes 15 déjà décrites, étant séparées en deux portions 17a et 17b par des fentes 18® Cependant, les extrémités qui se che— 20 vauchent des portions 17a et 17bde l'ailette sont arrondies en 19 et 20 respectivement, afin de former vin passage profilé à travers chaque fente 18 du côté haute pression au côté basse pression de 1 * ailette correspondante 17 0 Suivant line seconde variante, on utilise des ailettes de forme générale similaire sauf 25 qu'au lieu de fendre une ailette par ailleurs normale telle que 17, chaque ailette (comme il est indiqué en traits mixtes en 22) est plus nettement divisée en deuxpcrtioîis séparées 22a et 22b dont la portion extérieure 22 est légèrement plus avanàée dans le sens de rotation R» On facilite ainsi l'établissement d'un 30 passage d'écoulement profilé à travers la fente intermédiaire 23 entre les portions dont les extrémités qui chevauchent peuvent avoir une forme d'ailette plus normale, dé sorte qu'en fait les portions d'ailettes peuvent être considérées comme formées par deux ailettes séparées qui se chevauchent partiellement et qui 35 sont circonférentiellement étâgées (comme représenté) et dont l'une s'étend à partir de l'orifice jusqu'à la zone de chevauche-méht 'tandis'lïiïë TTàûtre s'étend "de cëtîe"zonë~a~la périphérie» Bien qu'une seule des ailettes 17 ait été représentée avec cette construction modifiée pour constituer l'ailette 22, on comprend 69 20608 5 2011:959 que dans la pratique toutes les ailettes seront modifiées de la même façon. par Le remplacement de chaque ailette,comme sur la figure 2,/ce qui est en fait deux ailettes séparées se chevauchent est encore 5 plus prononcé dans la troisième variante de réalisation selon laquelle, (comme on l'a aussi-représenté en traits mixtes pour une des ailettes 17) un passage 24 est ménagé entre ce qui est des portions d'ailettes complètement séparées 25a et 25b entre lesquelles un espace très important est prévu dans la zone de 10 chevauchement«, Dans ce cas, le rotor comprend en fait line série de quatre ailettes intérieures (formées par les portions 25a) qui chevauchent partiellement et interpénètrent une série d'ailettes extérieures (formées par les portions 25b), dont chacune est disposée, avec plus de précision que dans la seconde va-15 riante, dans une position située à mi-chemin entre les deux ailettes extérieures immédiatement adjacentes» On remarquera que les portions intérieures 22a et 25a des ailettes 22 et 25, sur la majeure partie de leurs rayons, sauf dans les régions des passages 23 et 24, ont le même profil que les portions d'ailettes 17a® 20 Suivant une dernière variante de réalisation, une série sup plémentaire de quatre ailettes courtes (dont l'une est représentée en traits mixtes en 26 sur la Fig® 3) s'étendent vers l'intérieur à partir de la périphérie et occupent des positions plus ou moins centrales entre les ailettes principales0 Ainsi ces 25 ailettes supplémentaires se terminent à leurs extrémités intérieures sur un rayon intermédiaire où un passage du fluide sur ces ailettes peut avoir lieu® On conçoit que dans ce cas les ailettes principales puissent présenter de simples fentes (comme sur la Fig. 2) ou puissent être remplacées par les dispositions 30 d'ailettes des variantes décrites plus haut. Bien que l'invention ait été décrite plus particulièrement à propos de rotors de pompes, on conçoit qu'elle est applicable d'une façon générale aux rotors de toutes les machines à fluide qui, en fonctionnement, agissent sur un fluide ou subissent l'ac-35 tion d'un fluide. On comprend également que le montage échelonné des pales selon les seconde et troisième variantes de réalisation puisse comporter une série de passages entre "les^portions d*ailettes/divers emplacements radiaux intermédiairesf/l*écoulement, de sorte que chaque ailette qui s'étend sur une partie de lalargeur radiale du rotor comporte trois ou plus de trois portions échelonnées qui se chevauchent dans le sens radiale BAD original 69 20608 6 2011959 REVENDICATIONS 1» Rotor à ailettes ou à aubes agissant en cours de fonctionnement pour provoquer un changement dans la composante radiale de l'écoulement de fluide à travers ou en regard du rotor, 6 S*fc 5 dans lequel au moins une ailette ou une aube/pourvue d'une fente ou ouverture transversale ou d'une série de fentes ou ouvertures, s'étendant sur sensiblement toute la largeur axiale de l'ailette ou de l'aube de manière à diviser en fait cette dernière en deux portions espacées et à définir ion passage au tra— 10 vers de l'ailette ou de l'aube entre lesdites portions à un emplacement intermédiaire de l'écoulement,, 2o Rotor selon la revendication 1, dans lequel le passage s'étend sur toute la largeur axiale de l'ailette ou de l'aube® 3® Rotor selon la revendication 2, qui est sous forme d'un 15 rotor de pompe centrifuge ou semi-axiale, de sorte que l'emplacement intermédiaire de l'écoulement est situé- à qane distance radiale intermédiaire par rapport à l'orifice et à la périphérie de la turbine, dans lequel les portions d'ailette ou d'aube font saillie séparément sur le plateau de base du rotor. 20 4a Rotor selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'ailette ou 1'aube fait partie d'une série d'ailettes ou d'aubes fendues ou perforées disposées symétriquement par rapport à l'axe de rotation du rotor, ce qui a pour effet de réaliser un montage équilibré0 25 5o Rotor salon l'une quelconque des revendications précé dentes, dans lequel la fente ou 1'ouverture,ou chacune d'elles, définit un passage qui est incliné obliquement sur la profondeur de 11 ailette ou aube correspondante pour réduire toute tendance à un écoulement direct du fluide à travers elle ® 30 6o Rotor selon la revendication 5, dans lequel les extrémi tés adjacentes des portions d'ailettes séparées sont arrondies de manière à former un écoulement généralement profilé à travers le passage. quelconque 7. Rotor selon l'une/des revendications précédentes, dans 35 lequel les portions d'ailettes ou d*aubes sont alignées de manière à réaliser un profil normal d'ailette ou d'aube, quand on l'observe suivant son axe, sauf en ce qui concerne la séparation en deux portions® 8* Rotor selon la revendication 2 ou selon la BAD ORIGNAL. 20608 7 2011959 revendication 2 et l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel les portions séparées de l'ailette ou aube fendue ou perforée, ou de chacune d'elles, sont échelonnées dans le sens circonférentiel, la partie radialement extérieure précédant la partie radialement intérieure dans le sens désiré de rotation. 9. Eotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'ailette ou aube fendue ou perforée, ou chacune d'elles, est fendue ou perforée à une pluralité d'emplacements radiaux intermédiaires de l'écoulement, de sorte que l'ailette est séparée en plusieurs portions espacées. 10. Rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une série de courtes ailettes ou aubes supplémentaires, qui s'étendent vers l'intérieur à partir de la périphérie du rotor et se terminent sur un rayon intermédiaire, sont situées entre une série d'ailettes ou aubes principales qui s'étendent sur toute la largeur radiale utile du rotor et dont l'une au moins présente une fente ou une ouverture du type précédemment indiqué.