Brevet FR2017201A1 — publié le 19700522

L'invention concerne un procédé permettant de modifier la poussée axiale résultante s'exerçant sur un rotor comportant au moins un disque de roue, qui doit former avec la paroi fixe située en face un intarvalle rempli de gaz, lequel gaz, entraîné par le mouvement de la roue, entre à son tour en rotation. Ltinve.ntion concerne également la mise en oeuvre de ce procédé. Dans le cas des machines tournantes, il peut arriver que la poussee axiale résultante dépasse parfois la charge maximum admissions pour le palier de butée, ou bien que, dans le cas d'un palier agissant d'un sur côté, cette possée s'exer- oe dans le sens teudant à écarter l'une de l'autre les surfaces portantes. Il faut alors modifier, soit la valeur, soit le sens de la poussée axiale Si la poussee axiale est due à des pressions gayeuses différentes, s'exerçant par exemple sur les deux faces d'une roue, on sait qu'on peut prévoir un piston d'équilibrage dont le diamètre sera déterminé de façon à équilibrer à peu près cette poussée.On peut aussi déterminer au préalable le diamètre des étanchéités de chaque conté du rotor, et prévoir des orifices d'équilibrage. Une autre possibilité consiste à employer des tu- yauteries d'équilibrage, grâce auxquelles une pression prédéterminée ou réglable peut entre exercée sur des surfaces axiales du rotor.Ces- dispositifs présentent l'inconvénient que des modi- fications au piston d'équilibrage ou aux diamètres des étanchéi- tés sont difficiles et coûteuses, la machine une fois construite, car il est difficile de calculer exactement à l'avance guelle sera la valeur de la poussée en service. Les tuyauteries d'équilibrage nécessitent de la place et un accès à l'espace intermédiaire ; par suite, elles ne peuvent pas toujours entre utilisées. L'invention a pour objet de créer une possibilité permettant de modifier la poussée axiale résultante s'exerçant sur le rotor d'une machine, même après terminaison de cette dernière. Ce résultat est obtenu conformément à l'invention on modifiant la vitesse de rotation du gaz. Un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé consiste à augmenter la rugosité de la surface de la jante de la roue tournée vers le gaz et/ou celle de la paroi lui faisant face, et ceci sur au moins une partie radiale de cette surface0 Le gaz situé dans l'intervalle existant entre la roue et la paroi lui faisant face se met à tourner sous l'effet de la rotation de la roue. La vitesse périphérique moyenne du gaz est égale dans ce cas, et pour autant que la rugosité des deux surfaces se faisant vis à vis soit la même, à environ la moitié de la vitesse périphérique de la surface tournante, ctest-i-dire de la roue. la pression, le long d'un rayon, varie à peu près proportionnellement au carré de la vitesse périph6- rique des particules gazeuses.La pression diminue donc quand on se rapproche de l'aie . En augmentant la rugosité de la face de la roue tournée vers le gaz, ou bien celle'de la paroi lui faisant face, on peut modifier la vitesse de rotation du gaz, et, par suite, la variation de la pression dans l'intervalle. Nais, àun changement dans cette variation correspond aussi une modification de la poussée s'exerçant sur la roue. guette constation est utilisée afin de modifier la poussée a axiale résultante s'exerçant sur le rotor, mais il ne faut pas oublier toutefois de tenir compte de la largeur de l'interval le. Si celui-ci est trop étroit, les pertea dues aux frotterente sont trop élevées, s'il est trop large, l'influence du dispositif conforme à l'invention diminue.Une largeur de l'intervalle représentant environ 1 % du diamètre de la roue correspond à une moyenne satisfaisante, tant du point de vue des pertes que de l'efficacité0 L'invention sera décrite ci-après plus en dé- tail à l'aide d'un exemple, en se référant au dessin qui représente la coupe axiale d'un étage d'an compresseur centrifuge. Sur l'arbre -l,est montée la roue du compresseur comportant le flasque moyeu 2, le flasque couvercle 3 et l'ailette 4. Le flasque moyeu 2 et la paroi qui lui fait face, qui dans le cas présent est l'anneau 5, inséra dans le bâti 6 et dont la raison sera expliquée plues tard, laissent entre eux un intervalle 7 qui est rempli par le fluide traversant le compresseurs A l'extrémité périphérique de l'intervalle 7, le gaz se trouve sus une pression sensiblement égale à celle régnant -à la sortie de la roue. La pression diminue en direction du joint à labyrinthes 8, et ceci d'autant plus que la vitesse périphérique du gas dans l'intervalle est grande. Cet état de choses apparat nettement grâce au diagramme des pressions figuré sur le plan. Quand la- rugosité est la mamie pour la surface du flasque moyeu 2 tournée vers le gaz et pour l'anneau 5, le gaz tourne dans l'intervalle 7 à une vitesse à peu près égale à la moitié de la vitesse périphérique de la roue. I1 s'établit alors une pression "p" qui diminue paraboliquement et conformément à la ligne 9, depuis la pres sion p2 à la sortie de la roue jusqu'à la pression "p" au droit du joint à labyrinthes 8. On peut agir sur la vitesse de rotation du gaz en modifiant soit la rugosité du flasque moyeu, soit celle de la paroi.En augmentant celle du flasque moyeu, on augmente la vitesse de rotation du gaz et, pour une mame pression p2àîa sortie de la roue, la pression diminue plus rapidement, conformément à la ligne 10, quand on se rapproche de l'axe. Par suite, les forces exercées pour le gaz sur le flasque moyeu sont plus faibles et la poussée axiale diminue Sit au contraire, on augmente la rugosité de la paroi fixe, la vitesse de rotation du gaz diminue et, à la limite, elle devient nulle. Dans ce cas, conformément à la ligne 11, la pression reste constante jusqu'au labyrinthe, et la poussée axiale augmente en conséquence. La modification de la rugosité peut Outre obtenue de plusieurs façons. A titre d'exemple, on citera l'apport de métal par projection à flamme, par soudure d'apport et l'usina- ge de la surface..Ces procédés peuvent autre mis en oeuvre sur la totalité de la surface tournée vers-le gaz, ou sur une partie seulement de son étendue radiale. Il s'ensuit une nouvelle possibilité d'agir sur la variation de la vitesse et par suite sur celie de la pression. Le passage de rainures, qui peuvent entre droites ou en spirales, permettant d'imprimer à la vitesse du gaz une composante radiale additionnelle, dirigée vers l'ex- térieur ou vers l'intérieur, a également donne de bons résul tats. Les procédés décrits peuvent oestre utilisés au choix sur une ou sur les deux faces d'un disque, sur les surfaces axiales d'un rotor ou sur la paroi lui faisant face. On peut par suite dans l'exemple de la figure augmenter dans l'intervalle 7 la rugosité du flasque, ou dans l'intervalle 12 celle de la paroi, les deux procédés conduisant à une augmentation de la poussée axiale vers la droite. Si cette modification de la poussée doit Entre particulibrement importante, on pourra utiliser simultanément les deux procédés. La présente invention permet de modifier d'une façon oonsidérable la grandeur et la direction de la poussée axiale résultante. Comme il n'est pas possible de calculer exactement et par avance la valeur qu'aura effectivement cette poussée et que celle-oi ne pourra Etre connue qu'au moment de la mise en service de la macnine, ce procédé constitue une possibilité avantageuse permettant d'apporter une correction après coup. Afin de n'avoir à usiner que des pièces simples et de faibles dimensions, il est avantageux de prévoir l'insertion dans la paroi fixe de l'anneau rapporté démontable 5. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de modifier la poussée axiale résultante qui s1 exerçant sur un rotor comportant au moine un disque de roue doit former avec la paroi fixe lui faisant face un intervalle rempli de gaz, lequel gaz, entrat- né par le mouvement de la roue entre à son tour en rotation, caractérisé en ce qu'on modifie la vitesse de rotation du gaz. 2. Dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1 caractérisé par une augien- tation, sur une partie au moins de sa surface, de la rugosité du flaaque moyeu (2) tourné vers le gaz et/ou de la paroi (6) lui faisant face. 3. Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l'augmentation de la rugosité du flasque moyeu (2), et/ou de la paroi (6) flst obtenue par usinage. 4. Dispositif suivant la revendication 2 ca- ractérisé par un apport de métal par soudure sur le flasque moyeu (2), et/ou sur la paroi (6). 6. Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé par un apport de métal sur le flasque moyeu (2), ou sur la paroi (6), au moyen d'une projection à flammes. 7. Dispositif suivant la revendication 2 ca ractérisé en ce-que la paroi (6), du coté en contact avec le gaz comporte un anneau rapporté (5), démontable.