Brevet FR2450395A1 — publié le 19800926

L'invention est relative aux dispositifs de réglage de débits gazeux circulant dans des canalisations. Elle vise les moyens de réglage ou régulateurs de débit interposés dans la circulation gazeuse et, notamment, ceux qui sont applicables au réglage du débit des turbocompresseurs de type axial ou centrifuge On connait des régulateurs de débit disposés dans le conduit d'entrée de soufflantes de turbocompresseurs dans lesquels des volets mobiles, de faible épaisseur, pivotant sur des axes radiaux peuvent être commandés simultanément pour obtenir, par variation de leur position, un réglage continu du débit de fluide allant de la fermeture du conduit à l'ouverture tdtale. Les moyens de commande simultanée des volets comportent des biellettes reliées par une couronne extérieure de réglage concentrique au conduit. Diverses réalisations ont été proposées mais d'une manière générale, elles mettent en oeuvre de nombreuses pièces mécaniques comportant des axes et des paliers pour l'articulation des volets, des biellettes et de la couronne de réglage. Ces pièces mécaniques sont soumises en fonctionnement à des sollicitations notables qui engendrent des vibrations et provoquent des déréglages et l'on a depuis longtemps cherché à perfectionner ces dispositifs. C'est le cas, par exemple, pour les dispositifs décrits dans les brevets américains nO 2 435 092 e.t 2 621 848 qui proposent des moyens pour stabiliser les axes des volets pour limiter l'usure. Dans le même but, le-brevet fran çais 2 386 071 propose d'autres moyens pour limiter les frottements et l'usure des axes et des paliers des volets. Cependant, les régulateurs de ce type sont toujours-complexes et par conséquent, coûteux ; les pièces qui le composent sont susceptibles d'avoir des défaillances qui nuisent à lå fiabilité de l'appareil. En outre, les dispositifs de ce type.iintroduisent dans l'écoulement qu'ils permettent de contrôler des perturbations susceptibles d'engendrer des décollements de fluide qui se prolongent en aval sur des distances relativement longues. Ils ne sont donc pas applicables dans le cas où le rendement du turbo compresseur doit être très élevé(ct 8Cgo) 8B/o) à moins d'allonger notablement le conduit pour séparer le régulateur du rotor, de sorte que eelui-ei fonctionne dans une zone de l'écoulement peu perturbée. Dans le cas où le rendement du turbocompresseur doit être très élevé, les dispositifs de réglage du débit sont ennstitués par des distributeurs à aubages orientables agissant par variation de la circulation à l'entrée de la machine. La modification simultanée de l'orientation des aubages permet d'adapter le débit et le taux de compression du compresseur aux conditions de fonctionnement souhaitées. De tels dispositifs présentent une faible interaction avec l'écoulement et peuvent être placés devant les rotors mais ils impliquent un usinage soigné du profil des aubages et nécessitent des moyens de commande précis. Ils sont complexes et coûteux. En outre, ils influent directement sur le fonctionnement des étages d'entrée du compresseur et doivent donc faire l'objet d'une étude particulière pour un compresseur donné et correspondant à une gamme d'utilisation définie. Les difficultés d'usinage des mécanismes de commande précise de l'orien- tation conduisent à un coût élevé qui peut être admissible pour les compresseurs des moteurs aéronautiques mais qui devient prohibitif lorsqu'on se propose de réaliser des compresseurs de type industriel. Les travaux du demandeur dans le domaine de l'aérodynamique et des turbomachines l'on amené à rechercher et à mettre au point, pour les applications industrielles, un moyen de réglage n'entraînant pas de perturbations aérodynamiques gênantes, de fabrication et de mise en oeuvre aisées et qui soit applicable à tous les compresseurs industriels sans nécessitérde procéder à une étude particulière d'adaptation. L'invention repose sur le fait qu'il est possible, pour créer une variation du débit de fluide dans un conduit, de créer un grand nombre de tourbillons de faible intensité, uniformément répartis sur la quasi totalité de la section du fluide. Ce système tourbillonnaire introduit dans la veine fluide une macro-turbulence ayant une faible hétérogénéité spatiale, d'intensité modérée et qui se dissipe rapidement en respectant le caractère relativement homogène de l'écoulement. L'invention remédie aux inconvénients de l'art antérieur. Elle fournit un dispositif de réglage du débit d'un courant gav n=entraenant pas la formation de perturbations aérodynamiques gênantes. Le demandeur a trouvé qu' il était possible d'interposer transversalement dans le conduit d'entrée un obturateur réglable comportant un disque obturateur mobile portant une multiplicité de secteurs radiaux évidés et pivotant autour de son centre devant un obturateur fixe portant des secteurs évidés complémentaires, de telle sorte qu'en commandant la rotation du disque mobile on agit sur la section de passage du fluide, ce grâce à quoi on peut contrôler le débit gazeux d'une manière continue allant du débit minimal au débit maximal. L'appareil selon l'invention pour le réglage du débit gazeux comprend, interposé transversalement dans un conduit, un disque obturateur mobile, concentrique au conduit, pivotant autour de son centre devant un obturateur fixe, des moyens de commande de la position angulaire de l'obturateur mobile et il est caractérisé en ce que l'obturateur mobile est constitué par une plaque circulaire portant une multiplicité de secteurs radiaux évidés, pivotant devant un obturateur fixe portant des secteurs évidés complémentaires conformés de telle sorte qu'il soit possible, en commandant la rotation de l'obturateur mobile, de modifier la section de passage du débit gazeux dans le conduit. Le dispositif peut donc être placé à une faible distance du rotor d'un turbocompresseur sans que le fonctionnement de celui-ci s'en trouve perturbé. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le corps de l'appareil est annulaire, il comporte un chambrage pour le logement de deux disques obturateurs, fixe et mobile, les moyens de commande de la rotation de l'obtura- teur mobile comprennent un axe d'entraînement solidaire de la partie centrale dudit obturateur, une bielle radiale, ainsi qu'une tige -de commande à déplacement rectiligne manoeuvrable de l'extérieur, qui coulisse dans le corps annulaire et comporte des moyens d'étanchéité. Dans une variante de réalisation, la variation de la section de passage du fluide est continue entre deux positions extrêmes d'ouverture et de fermeture totale du conduit. La description qui suit de l'invention est faite en relation avec les dessins annexés, dans lesquels - la fig. 1 est une vue axiale d'un appareil conforme à l'invention dans une application à un turbocompresseur. - la fig. 2 est une coupe selon Il-Il de la fig. 1. Le dispositif de réglage selon l'invention comprend un corps 1 en forme d'anneau cylindrique interposé entre la tuyère d'entrée 2 et le carter 3 d'un turbocompresseur d'air. La flèche f (fig. 2) indique le sens de l'écoulement gazeux, l'air étant aspiré par le rotor, non représenté, situé en aval du dispositif de réglage. La surface interne 4 du corps se raccorde à la surface interne 5 de la tuyère 2 et à la surface interne 6 du carter 3 de manière à assurer la continuité du profil déterminé pour l'entrée d'air de la machine. Le corps cylindrique est délimité par deux faces parallèles 7 et 8 sur lesquelles débouchent des ori fices 9 pour le passage des boulons 10 pour la fixation sur des brides Il et 12 dont sont munis respectivement la tuyère 2 et le carter 3. Les faces 7 et 8 portent des gorges 13 pour le logement de joints toriques. Un chambrage 14 est ménagé sur la face amont 7 du corps 1. Le disque obturateur fixe 15 est immobilisé au fond du chambrage 14 par des vis 16 qui traversent deux rondelles épaulées 17 et 18, en polytétrafluoroéthylène, servant de palier de guidage en rotation pour le disque obturateur mobile 19. Un axe d'entraînement 20,concentrique à l'axe géométrique de l'ensemble et dont l'extrémité amont est profilée, est rendu solidaire de l'obturateur mobile au moyen de pions de centrage 21 ; il traverse en son centre le disque obturateur fixe 15 dans lequel il pivote, guidé par une rondelle d'appui 22. L'axe 20 comporte un carré 23 sur lequel est monté une biellette radiale 24 et se termine par une partie filetée portant un écrou 25. L'intervalle séparant les deux faces en regard des disques obturateurs, de l'ordre de 0,1 à 0,2 mm, est déterminé, d'une part, par une rondelle centrale 26 en clinquant d'acier montée sur l'axe 20 et, d'autre part, par les rondelles épaulées 17 et 18. Une multiplicité de secteurs radiaux évidés, tels que 27, ici au nombre de 12, s'étendant de la région du centre vers la périphérie, sont ménagés surchacun des disques obturateurs. Dans cet exemple, les secteurs évidés sont identiques aux secteurs pleins de telle sorte qu'il est possible, en modifiant la position angulaire du disque obturateur mobile de superposer les secteurs pleins de ce disque aux secteurs évidés du disque obturateur fixe. Cette disposition permet un réglage continu de la section de passage du débit gazeux allant de la fermeture à l'ouverture maximale. Bien entendu, on peut prévoir des secteurs radiaux évidés différents des secteurs pleins dans le but, par exemple, de limiter la variation de la section du conduit, et par là, de limiter l'effet du dispositif de réglage, à un intervalle choisi compris entre une ouverture déterminée et l'ouverture maximale du conduit. On peut aussi prévoir-de conformer les secteurs radiaux évidés de manière à obtenir, en fonction de la variation de la position angulaire du disque obturateur mobile, une loi de variation déterminée de la section de passage du fluide. L'extrémité de la biellette radiale 24 comporte une liaison à rotule 27 comprenant une portée sphérique 28 et une tige 29 terminée par un oeil 30 enchassant la sphère 27. La tige 29, filetée est montée dans un filetage correspondant de la tige de commande 31 et bloquée par un écrou 32. La tige de commande 31 comporte un amincissement 33 parallèle à l'axe du conduit et se prolonge, à travers un passage 34 du corps cylindrique 1, à l'intérieur d'un vérin à vis 35. Le vérin 35 est fixé au moyen d'un filetage, avec interposition d'un joinftorique, au débouché extérieur du passage 34. Une bague 36, en polytétrafluoroéthylène, constitue un palier de guidage de la tige de commande 31 dont l'extrémité, filetée, coopère avec un écrou à épaulement 37 supporté par le fond 38 du vérin 35. Les deux extrémités d'un soufflet métallique 39,par exemple en acier inoxydable, disposé dans le corps du vérin 35 sont brasées respectivement sur la tige de commande en 40 et sur un embout 41 monté à étanchéité sur le fond du vérin. L'utilisation d'un soufflet pour l'étanchéité du passage de la tige de commande 31 à travers le corps cylindrique confère à l'appareil la possibilité de fonctionner aussi bien sous vide qu'en pression par rapport à l'atmosphère extérieure. L'écrou à épaulement 37 comporte une rainure diamétrale dans laquelle se loge l'extrémité d'un entraineur 42. L'entraineur est actionné par des moyens non représentés, comme par exemple un moteur électrique. Dans les figures, la position relative des disques obturateurs fixe et mobile est telle que les secteurs radiaux évidés du disque mobile 19 sont en face des secteurs pleins du disque fixe 15. Pour modifier la position angulaire du disque obturateur mobile 19, on fait tourner l'entraineur 42, ce qui a pour effet de provoquer un déplacement rectiligne de la tige de commande 31 coulissant dans le palier 36 et qui modifie la position angulaire de la biellette 24 solidaire du disque obturateur mobile 19. L'amincissement 33 de la tige de commande 31 lui donne la flexibilité nécessaire à la commande sans jeu de la biellette 24. Dans un appareil selon l'invention, conforme à l'exemple décrit, réalisé par le demandeur, le conduit a un diamètre de 215 mm. L'épaisseur du corps cylindrique est de 50 mm. Le diamètre des disques obturateurs est 235 mm, leur épaisseur est de 5 mm. La variation de la section du conduit est sensiblement proportionnelle à la variation de la position angulaire du disque obturateur mobile. Cette variation est continue entre les deux positions extrêmes de fermeture et d'ouverture du conduit. REVENDICATIONS 1 - Appareil pour le réglage de débit gazeux comprenant, interposé transversalement dans un conduit, un disque obturateur mobile concentrique au conduit, pivotant en son centre devant un obturateur fixe, des moyens de commande de la position angulaire de l'obturateur mobile et il est caractérisé en ce que l'obturateur mobile est constitué par une plaque circulaire portant une multiplicité de secteurs radiaux évidés et en ce que l'obturateur fixe porte des secteurs radiaux évidés de telle sorte qu'en commandant la rotation du disque obturateur mobile on modifie la section de passage du débit gazeux dans le conduit. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les obturateurs fixe et mobile sont des disques identiques logés dans un chambrage ménagé dans le corps de l'appareil. 3 - Appareil selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de commande de la rotation du disque obturateur mobile comprennent un axe d'entrainement solidaire de la partie centrale dudit obturateur, une bielle radiale et une tige de commande à déplacement rectiligne, manoeuvrable de l'extérieur. 4 - Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tige de commande est manoeuvrée au moyen d'un vérin fixé sur le corps de l'appareil. 5 - Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le vérin comporte des moyens d'étanchéité. 6 - Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité sont constitués par un soufflet tubulaire fixé d'une part, sur la tige de commande et, d'autre part, sur un embout solidaire de la paroi d'extrémité du vérin. 7 - Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tige de commande comporte un amincissement permettant un fléchissement de son extrémité reliée à la biellette radiale.