Brevet FR2089200A1 — publié le 19720107

La présente invention est relative à un ensemble tournant destiné plus particulièrement mais non exclusivement à constituer le rotor du démarreur à air d'une turbine à gaz, ce rotor comportant un moyeu central qui permet de le caler sur un arbre. Jusqu'à ce Jour, les rotors de ce genre ont été réalisés en métal. Dans ce cas, lors 'il arrive qu'on dépasse la vites se d'éclatements on constate que les morceaux du rotor endommagent gravement les organes adjacente. Afin de réduire ces domma- ges autant ttue faire se peut, on a essayé de réaliser des parois protectrices suffisament résistantes pour retenir les morceaux ou, tout au moins, pour réduire les dommages. Afin d'augmenter la vitesse d'éclatement, on a renforcé le rotor et fait appel à des matériaux très coûteux. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en réalisant un rotor de ce tpe sous unc forme simple et pratique. Un rotor suivant la présente invention est du genre précité, et il est caractérisé en ce qu'il comprend des fibres à hautes caractéristiques mécaniques telles que des fibres de carbone dépassant autour du moyeu central en direction de la périphérie, ces fibres étant noyées dans une résine ou dans un matériau analogue moulé à la forme voulue. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'inven- tion. Fig. 1 est une vue en perspective montrant schématiquement une variante de réalisation possible d'un rotor selon l'invention. Figez 2 est un schéma montrant la séquence d'enroulement du dispositif de la fig, I. Fig. 3 et 4 montrent le rotor avant et après injection de la matière d'enrobage. Fig. 5 est un schéma illustrant une autre variante d'un rotor selon l'invention. On a représenté sur les fig. 1, 2, 3 et 4 un rotor désigné par la référence globale 50. Ce rotor est réalisé d'une pièce avec des ailettes de turbine 51. Il comprend un insert aniiulaire 52 (fig. 2) permettant de le caler sur un arbre 53o On remarquera que l'arbre est cannelé pour pouvoir s'emboîter dans l'insert 52, mais ceci n'est qu'une caractéristique optionnelle et il est bien évident que le mot "moyeux utilisé dans les revendications pourrait aussi bien désigner la partie centrale d'un rotor de type quelconque, avec ou sans insert, suRceptible par exemple d'être fixé directement sur un arbre. La figure 1 représente la périphérie du rotor, et en particulier les trajets suivis par les mèches en fibres de car bone qui traversent l'ensemble. Comme dans le cas d'une pale de turbine, la section varie le long de l'aubage et il est indiqué de faire varier le nombre des fibres de carbone par unité de longueur axiale dans la pale, en fonction de la section désir rée pour celle-ci. De cette façon, la densité en fibrcs dc carbone est maintenue sensiblement constante, bien que dans certaines zones de l'aubage os. pulase prévoir une plus forte densité de fibres de carbone afin dtalnéliorer localement la résistance mécanique. Chaque aubagc 51 est formé par des fibres réparties en deux nappes 54 et 55 ; du fait du système d'enroulage utilisé, chacune de ces nappes a un nombre égal de fibres, si bien que chaque nappe définit pratiquement la moitié des fibres dans la pale 51. De plus, afin de définir un plateau sur lequel dépassent les aubages, et également en vue d'accroStre la résistance à l'écla- tement, on prévoit une nappe circonférentielle 56 de fibres. Dans cette nappe, les fibres sont orientées suivant la circonférence. En se référant à nouveau à la figure , on montre la séquence d'enroulement utilisée de préférence pour former le rotor. On dispose plusieurs broches en cercle autour de ce qui sera l'axe de rotation du rotor. Le nombre des broches est égal à celui des aubages 51 et, par commodité, on a numéroté chaque broche. Le diamètre de la circonférence définie par ces broches est supérieur au diamètre du rotor terminé. De plus, les broches sont incurvées de la morne façon que les aubages. Si l'on part de la broche numéro 1 on passe la fibre sur la broche numéro 2, si bien qu'au passage elle touche seulement la paroi périphérique de l'insert 52 ou ceile d'un mandrin de dimensions convenables dans le cas où le rotor 90 doit être monté directement sur un arbre0 La fibre est ainsi sensiblement rectiligne et ceci est important pour conférer une résistance maxima au rotor terminé. De la broche numéro 2, la fibre passe à la broche numéro 3 située à un cartement de deux aubages par rapport à la broche numéro 1, dans une direction telle que la fibre allant de la broche numéro 2 à la broche numéro 3 passe du côté opposé de l'insert 52 ou du mandrin. De la broche numéro 3, la fibre passe à la broche numéro 4 située deux aubages plus loin que la broche numéro 2. A chaque traversée, on voit lue la fibre touche seulement l'insert ou le mandrin, si bien que son trajet reste sensiblement rectiligne. L'enroulement des fibres du rotor c@ inue ainsi jusqu'à avoir déposé une couche complète de fibres. L'autres couches peuvent er ensuite mises en place si nécessaire. On comprend que la figure 2 tnontre seulement le processus d'enroulement. Il est évident qu'on doit utiliser pour cela un outillage de tour ou analogue qui comprend des écarteurs profilés occupant ce qui sera ensuite les intervalles séparant les aubages 51. La figure 2 illustre également comment du fait de la courbure des broches, les differentes couches sont décalées angulairement suivant la longueur axiale du rotor0 Ce décalage apparat également dans les couches 54 et 55. Les références 57 et 58 illustrent ce décalage. Les fibres formant la nappe circonférentielle 56 sont enroulées en meme tempos et pendant l'enroulement qui vient d'être décrit, afin que les fibres s'interpénètrent dtun réseau a l'autre. Pour positionner cette dernière couche, on peut utiliser d'autres broches ou bien des pièces à arêtes triangu Paires montées sur l'outillage du tour, ces pièces à arêtes otant réalisées à partir d'une pâte de résine englobant de courtes fibres, étant donné qu'élles formeront ensuite éven- tuellement partie du rotor. Pendant Le bobinage qui est préférablement effectué avec un fil continu, les fibres sont enrobées d'une résine et, une fois l'opération terminée,on peut encore rajouter de la résine si nécessaire. L'ensemble bobiné contient un excès de résine considérable lorsqu'il apparaSt comme indiqué sur la figure 3. On voit que sa largeur dans le sens axial est supérieure à ce qu'on désire ; de même, au voisinage du moyeu, on constate un largissement considérable ou la densité des fibres est élevée. avant de passer la pièce à la presse afin de lui conférer la forme désirée, on peut ajouter une pâte de résine contenant des fibres si l'on désire améliorer la solidité, cette pâte étant refoulée au sein du rotor pour remplir d'éventuels interstices. L'opération de mise à la presse est effectuée dans un ou tillage dont la forme correspond aux surfaces du rotor, y compris les aubages. Pendant cette compression, le surplus de resine se trouve éliminé. De plus, dans ltoutil, la résine est durcie au moins en partie si bien qu'après démoulage, le rotor constitue une pie ce capable de se supporter d'elle-mêmee I1 est souhaitable de maintenir les fibres en tension pendant le passage à la presse et jusqu'à durcissement de la résine. Lorsque la pièce est retirée de la presse, on peut l'usiner à la forme voulue et ceci comprend l'usinage des extrémités des ailettes. Dans la disposition illustrée sur la figure 5, les ailettes sont métalliques et on les monte sur des embases 59 ayant la forme de gouttières. Dans ce cas particulier, quatre ailettes de turbine 61 sont réalisées d'unc seule pièce avec chaque embat se, les embases étant fixées en position par des goupilles 60 qui traversent le disquc du rotor. Les ouvertures de goupillage sont formées pendant l'opération de bobinage des fibres et, comme dans l'exemple précédent, les fibres de carbone sont sen ~ible:uent rectilignes de façon A garantir une solidité maxima. On comprend que le rotor illustré sur la fig. 5 est partie culièrement intéressant pour d'autres usages. Par exemple, au lieu d'e@bases @@ies l'ailettes, on pourrait prévoir des par- ties dépassantes 62 qui définissent des trous 63 afin de recevoir des tubes à essai capables de contenir des produits à cen- trifuger afin d'effectuer une séparation. R E V E N D I C A T I O N S 1- Rotor caractérisé en ce qu'il comprend des fibres d'un matériau à haut résistance mécanique tellas que des fibres. d carbone dépass nt autour d'un moyeu mental en direction de la périphérie du rotor ces fibres étant noyées dans une résine ou dans un matériau analogue Illoule à la forme voulue. 2- Rotor suivant la revendiuation 1, caractérisé en ce que chaque fibre s'étend d'un point à un autre de la périphérie suivant un trajet sensiblement rectiligne. 3- Rotor suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs couches de fibres superposées dans le sens axial. 4- Rotor suivant la revendication 3, caractérisé cn ce qu'il comporte des ailettes de turbine disposées sur sa périphérie, ces ailettes contenant des fibres de carbone dépassant du disque du rotor. 5- Rotor suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le nombre des fibres de carbone par unité de longueur compte dans le sens axial de ltailette varie le long de cette ailette dans le sens axial. 6- Rotor suivant la revendication 5, caractérisé en ce qui comprend des fibres de carbone réparties suivant des directions circonférentielles au niveau de la naissance des ailettes. 7- Rotor suivant la revendication 3, caractérisé en cc qu'il comprend des embases fixées à sa périphérie 8- Rotor suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les embases sont mixées par des goupilles orientées dans le sens axial à travers le rotor0 9- rotor suivant la revendication 8, caractérisé en ce {,ue les embases sont réalisées intégralement avec des ailettes de turbine. 10- Rotor suivant la revendication 8, caractérisé en ce que leM embases sont munies de parties dépassantes pour former des supports capables de recevoir des objets qu'on se iropose dc fixer au rotor0 11- Rotor suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résine contient des fibres courtes pour améliorer encore la solidité de l'ensemble.