Brevet FR2184660A1 — publié le 19731228

La présente invention est relative aux rotors ou aux hélices, et elle consiste en un rotor ou une hélice cpmprenant un moyeu, plusieurs pales ou aubes fabriquées séparément et fixées sur ledit moyeu, lesdites pales ou aubes étant creuses entre leurs surfaces externes opposées qui sont chacune constituées par des surfaces coniques développables formées à partir de feuilles de matière planes conformées de façon à réaliser lesdites surfaces coniques et des moyens pour réunir ces surfaces externes, lesdites pales ou aubes étant.conformées et orientées sur le moyeu de façon à présenter un pas croissant à partir de leurs extrémités vers l'intérieur, en direction du moyeu. La forme des rotors et des hélices est à la fois compliquée et bien connue et est restée pratiquement inchangée pendant de nombreuses années. Par exemple, on a utilisé dans des rotors ou des hélices à écoulement axial des pales ou aubes de forme héli cotidale qui compensaient la vitesse linéaire plus faible de la pale ou de ''aube au voisinage du moyeu par une augirentation du pas ou de l'an gle d'attaque par rapport à un liquide, au voisinage du mqyeu,de sorte que les ex trématés des Pales ou des aubes voisines du moyeu, agissaient en même temps que leurs extrémités extérieures.De telles formes hélicoidales sont bbes efficaces et ont constitué la forme classique pendant de nombreuses années pour les rotors ou les hélices à écoulement axial telles qu'on en utilise dans des diffuseurs ou dans des engins marins. En partie en raison de la forme hélicoidale nécessaire pour obtenir un rendement optimal, ces rotors et ces hélices sont réalisées par coulée, d'une seule pièce, habituellement en bronze. Ceci est relativement coûteux et pose de nombreux problèmes de coulée, de finissage, d'équilibrage etc. De même, les procédés de coulée ne sont économiquement valables que pour des rotors et des hélices fabriqués en certaine quantité, et la fabrication d'un petit nombre d'unités d'une seule forme est extrêmement coûteuse. L'invention est basée sur la découverte d'une façon bien plus simple et plus économique de fabriquer un rotor ou une hélice d'une forme un peu différente, qui ne nécessite pas des pales ou des aubes de forme hélicoidales. L'invention implique d'admettre qu'un léger sacrifice en ce qui concerne la forme optimale peut conduire à des économies notables de fabrication et de fonctionnement et permet d'obtenir un rotor présentant des avantages notables par rapport à ceux de la technique antérieure fabriqués par coulée. Le rotor ou l'hélice suivant l'invention utilise un moyeu portant des pales ou des aubes fabriquées séparément qui sont creuses, entre leurs surfaces opposées. Les surfaces opposées sont des surfaces coniques développables formées à partir de feuilles planes d'une matière mise en forme pour obtenir lesdites surfaces coniques, et ces surfaces sont réunies entre elles avec ou sans bâti de support interne. Les pales ou aubes sont conformées et orientées sur le moyeu de façon à présenter un pas croissant à partir de leurs extrémités libres vers l'intérieur en direction du moyeu, sans pouvoir être assimilables à une forme hélicoidale. La fabrication séparée des pales ou des aubes présente de nombreux avantages du point de vue de l'économie de la fabrication. De même, les pales ou aubes creuses sont plus légères, ce qui procure de nombreux avantages importants, en particulier pour les rotors relativement grands. Le fait que les surfaces des pales ou des aubes peuvent être conformées de façon à constituer des surfaces coniques développable tout en procurant un rendement satisCai- sant signifie que les surfaces de ces pales ou aubes peuvent être découpées à partir de feuilles planes et enroulées sur des surfaces coniques, sans flambage, sans formation de coudes, sans étirement ou autre fluage à froid.Le rotor obtenu présente de tels avantages en fonctionnement, qu'il est bien plus économique qu un rotor cou D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple sur lesquels La Fig. 1 est une vue en plan d'un rrode de réalisation préféré d'un r La Fig. 2 est une vue en élévation du rotor représenté à la Fig.l; La Fig. 3 est une vue de l'une des pales ou des aubes du rotor repré senté à la Fig. 1 en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1; La Fig. 4 est une vue partiellement schématique d'un bâti de renforcement destiné à être disposé à l'intérieur d'une pale ou d'une aube suivant l'invention. L'hélice 10 représentée au dessin est de grande dimension. De telle hélices atteignent un diamètre de plusieurs mètres et sont suffisamment lourdes pour po-ser de- nombreux problèmes de forme en -raison des forces qu'elles peuvent supporter et des paliers qu'elles nécessitent. De telles hélices sont celles qui bénéficient le plus de la construction légère obtenue suivant l'invention en fabriquant les pales ou aubes ll séparément sous forme de corps creux. Lorsque des rotors ou des hélices de ces dimensions sont fabriqués par une seule coulée, ils sont très lourds et encombrants et sont susceptibles de présenter les criques ou soufflures qui apparaissentdans use grande quantité de métal.Le métal le plus utilisable pour de telles coulées est le bronze, mais il est sujet à l'action galvanique lorsqu'une hélice en bronze est montée sur un arbre qui est de préférence en acier. En outre, ltexpédition, la manutention, le meulage, le finissage et ltéquilibrage d'une hali- ce ou d'un rotor de telles dimensions est coûteux et malaisé.Ses pales ou aubes ne peuvent être échangées si l'on rencontre des problèmes de résonanoedûs aux vibrations, et l'apparition de criques ou de fissures se produisant dans une seule des pales nécessite; une refonte totale. Ces problème rendent très coûteuse la fabrication des grands rotors. On savait qu'une hélice ou un rotor comportant des pales ou des aubes fabriquées séparément et fixées sur un moyen est moins coûteux à fabriquer, mais on ne connaissait jusqu'ici aucune façon d'obtenir la forme hélicoidale correcte qui est nécessaire pour obtenir un rendement optimal.Après de nombreuses années de dépenses croissantes, le prix de revient exorbitant entrainé par la fabrication de grandes pales de rotors par une seule opération de coulée à conduit à la découverte qutil existe des formes de pales pouvant être fabriquées séparément, qui constituent un compromis raisonnable avec un rendement optimal et qui peuvent également être bien plus légère et bien moins coûteuse. Les économies obtenues dans la fabrication et le fonctionnement avec un rotor plus léger permettent un rendement accru en fonctionnement qui fait plus que compenser le compromis consenti sur la forme de la pale, avec ce résultat surprenant aue les rotors suivant l'invention comportant des pales ll fabriquées séparément sont bien supérieurs du point de vue économique aux rotors comparables fabriqués par coulée en une seule pièce. Comme on l'a indiqué plus haut, la forme d'un rotor est relativement compliquée mais est connue dans son ensemble, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'exposer ici leurs détails. D'une façon générale cependant la forme de la pale 11 qui permet une fabrication séparée suivant l'invention consiste en ce que les surfa ces externes opposées 12 et 13 des pales 11 sont des surfaces coniques développables, de sorte qu'elles peuvent etre découpées dans des feuilles planes de matière, et simplement enroulées ou formées à la surface conique appropriée pour obtenir la forme désirée.Ceci permçtde fabriquer des pales 11 par simple incurvation d'une matière plane,sans aucun étirage, flambage ou autre étirage à froid.De préférence, les formes à surface conique des surfaces 12 et 13 diffèrent l'une de l'autre dans une certaine mesure pour conférer aux pales 11 une forme profilée. Ainsi, si l'on fabrique deux gabarits coniques pour les surfaces 12 et 13, les formes appropriées peuvent être découpées dans une matière en feuilles planes et mises en forme sur ces gabarits coniques. Le terme "surface conique" tel qu'il est utilisé dans la présente description comprend un cylindre qui constitue la limite d'une surface conique lorsque son sommet se déplace vers l'infini. De ce fait, des formes de pales ayant une surface cylindrique sont comprises dans des formes de pales ayant une surface conique formant un angle. Les surfaces 12 et 15 sont formées facilement à partir d'une matière quelconque appropriée, telle que de l'acier ou de l'acier inoxydable. Les surfaces 12 ou 15 sont réunies par exemple par soudage et une extrémité 14 et une embase 15 de fixation peuvent être ajoutées si on le désire. Ensuite, les pales 11 sont fixées sur un moyeu 16, par exemple au moyen de boulons ou par souda a ge. Comme on l'a représenté schématiquement/la Fig. 4 un bâti de renforcement 17 peut être utilisé à l'intérieur de chacune des pales 11 pour renforcer et soutenir les surfaces 12 et 15 . De même, les pales sont de préférence remplies d'une matière plastique mousse 18 afin d'empêcher une pale de se remplir d'un liquide par suite d'une infiltration à travers sa surface.Une telle infiltration deséquilibrerait le rotor ou l'hélice et pourrait provoquer des détériorations importantes. Les extrémités des pales 11 voisines du moyeu sont de préférence formées d'une portion d'une surface conique qui présente un rayon plus petit qun la portion formant les extrémités libres des pales 11, et ces pales sont réglées de préférence sur lr moyeu 16 suivant un angle tel que leur pas augmente depuis leur extrémité libre vers l'intérieur en direction du moyeu 16.Le pas croissant vers l'intérieur qui est ainsi obtenu diffère dans une certaine mesure du pas croissant d'une pale hélicoidale, mais si des surfaces coniques appropriées sont choisies et que les pales 11 sont orientées de façon appropriée sur le moyeu 16, le rendement obtenu est seulement légèrement inférieur au rendement optimal, et le rendement total est considérablement amélioré, compte tenu du poids plus faible et de la construction moins coûteuse. On peut utiliser un nombre quelconque désiré de pales 11, et ces pales peuvent être fixées sur un moyeu suivant de nombreuses façons.Les techniciens comprendront que de nombreuses formes de pales et de moyeux et de nombreuses constructions sont possibles en utilisant des surfaces coniques développables préconisées suivant l'invention, et que de nombreuses matières appropriées sont disponibles pour fabriquer des rotors suivant l'invention pour différents usages. Par exemple, la cons-truction légère procureepar l'invention est tout à fait appropriée pour des rotors ou des hélices à pas réglable ou variable. REVENDICATIONS 1- Rotor, caractérisé en qu'il comprend un moyeu, plusieurs pales ou aubes fabriquées séparément et fixées sur ledit moyeu, qui sont creuses entre leurs surfaces externes opposées constituées chacune par une surface conique développable formée à partir de feuilles planes de matière mises en forme suivant lesdites surfaces coniques et des moyens pour réunir ces surfaces, les pales ou aubes étant conformées et orientéaslsur le moyeu de façon à présenter un pas croissant à partir de leur extrémité libre vers l'intérieur en direction du moyeu. 2-Rotor suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un bâti de support interne disposé dans les pales ou aubes entre'surfaces externes. 3-Rotor suivant l'une quelconque des revendication 1 et 2, caractérisé en ce que les surfaces externes des pales présente tent des formescorrespondant à deux surfaces coniques différentes. 4-Rotor suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pales sont remplies d'une na tière plastique mousse.