Brevet FR2559544A1 — publié le 19850816

Procédé de réalisation d'une roue à aubes fermée et roue obtenue au moyen de ce procédé La présente invention concerne la réalisation d'une roue à aubes centrifuge ou centripète fermée. Elle s'applique en particulier aux roues de pompes ou d'autres machines centrifuges ou centripètes dont la veine d'é- coulement radial du fluide est fermée. Les compresseurs centrifuges sont constitués d'un arbre portant une ou plusieurs roues destinées à comprimer le gaz qui traverse le compres- seur. Les roues comportent un disque formant moyeu pour le montage sur l'ar- bre et des aubes fixées sur le disque qui créent un canal d'écoulement pour le gaz. Le gaz, aspiré au niveau de l'arbre, remonte le long du disque, en- trainé en rotation par les aubes, jusqu'au diamètre extérieur du disque, en ayant reçu de la part de la roue une énergie cinétique. La transformation à la sortie de la roue de l'énergie cinétique en énergie de pression corres- pond à la compression. Afin d'améliorer le guidage du fluide dans sa traversée de la roue, les constructeurs savent que l'on peut installer un flasque, fixé aux aubes sur la face avant de la roue, créant un canal fermé donc sans fuite avec les canaux voisins. Ceci augmente le rendement et d'autant plus que le débit à comprimer est faible. Le mode de fabrication habituel de ces roues, dites bidimension- nelles, peut consister à fraiser les aubes dans le moyeu, et à rapporter le flasque par soudure sur la face latérale des aubes. Les aubes peuvent être également usinées dans le flasque, celui-ci étant ensuite rapporté par sou- dure sur le moyeu. Elles peuvent être aussi réalisées en deux parties, l'une des parties étant usinée dans le moyeu et l'autre dans le flasque, le flasque et le moyeu étant ensuite rendus solidaires l'un de l'autre par sou- dure. Dans tous ces modes de réalisation, c'est la soudure qui est utilisée pour solidariser les divers éléments de la roue. On pourra se reporter à ti- tre d'exemple au brevet français n 2.312.671 au nom de la Demanderesse. Toutefois la réalisation de roues fermées par soudure présente un certain nombre d'inconvénients: ce procédé nécessite non seulement une sou- dure mais aussi un traitement thermique de détensionnement et un contr8le de la qualité de la soudure réalisée; il nécessite donc une main d'oeuvre qualifiée et le délai de réalisation d'une telle roue est long et son prix de revient est élevé. D'autres procédés, utilisant des moyens de liaison tels que vis ou rivets présentent aussi des inconvénients: la réalisation des trous puis le vissage ou le rivetage posent des problèmes de positionnement de la roue et demandent un délai de réalisation assez long. En outre, en cours de fonctionnement, quand la roue est soumise à des vibrations, celles-ci étant d'autant plus fortes que la pression est élevée, la roue risque de se déte- riorer si les vis et rivets ne restent pas dans leur position initiale. L'invention remédie aux inconvénients des procédés de réalisation de roues précités. Elle vise un procédé simple, rapide, permettant d'obte- nir des roues de très bonne qualité susceptibles de supporter même des conditions difficiles de fonctionnement. L'invention vise également une roue obtenue au moyen de ce procédé. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de réalisation d'une roue à aubes fermée dans lequel on prépare un premier disque formant moyeu et un deuxième disque ou flasque, en les munissant d'aubes, et l'on rend les deux disques munis d'aubes solidaires l'un de l'autre. Selon l'invention, on prévoit sur chacun des disques des moyens susceptibles de coopérer avec des moyens correspondants de l'autre disque tels que l'oi puisse rendre les deux disques solidaires l'un de l'autre par frettage. De préférence, on réalise le frettage par chauffage préalable de l'un des deux disques. Dans une première variante, préférée, du procédé selon l'inven- tion, on munit d'aubes un seul des deux disques en prévoyant sur cellesci des tenons et l'on prévoit des logements correspondants à ces tenons dans l'épaisseur de l'autre disque. De préférence, on prévoit des logements ponc- tuels et l'on réalise un calage angulaire avant frettage afin de permettre la mise en regard des tenons avec les logements correspondants. Dans une deuxième variante du procédé selon l'invention, on munit d'aubes chacun des deux disques, en prévoyant des tenons sur les aubes si- tuées sur l'un des disques et des logements correspondants sur les aubes si- tuées sur l'autre disque et l'on réalise un calage angulaire avant frettage afin de permettre la mise en regard de chaque aube avec une aube correspon- dante de l'autre disque. Dans une troisième variante du procédé selon l'invention, on munit d'aubes un seul des deux disques et l'on réalise ces aubes avec un re- bord à leur extrémité située à la périphérie du disque, et l'on réalise le second disque avec un diamètre tel que le second disque puisse être main- tenu serré entre lesdits rebords. Dans un mode particulet: de la troisième variante, lesdits re- bords sont reliés entre eux de facon à former une jante dans laquelle le se- cond disque peut être maintenu serré. Dans une quatrième variante du procédé selon l'invention, on munit d'aubes un seul des deux disques et l'on réalise le deuxième disque avec des rebords périphériques prolongés par une jante tels que le premier disque et les aubes puissent être maintenus serrés respectivement entre la jante et les rebords et l'on réalise un calage angulaire avant frettage afin de permettre la mise en regard de chaque aube avec un rebord correspon- dant du deuxième disque. L'invention concerne également une roue à aubes fermée réalisée au moyen de l'une quelconque des variantes précitées du procédé selon l'in- vention. Afin que l'invention soit mieux comprise, celle-ci va être décri- te de façon plus détaillée dans quatre modes de réalisation de l'invention décrits uniquement à titre d'exemples et représentés sur les dessins an- nexés. La figure la représente en coupe axiale une roue obtenue par une première variante du procédé selon l'invention. Cette figure est une coupe selon A-A de la figure lc. La figure lc est une vue de dessus de la roue représentée sur la figure la. La figure lb représente les éléments de la roue de la figure la avant frettage. La figure 2a représente, de façon analogue à la figure la, une roue obtenue par une deuxième variante du procédé selon l'invention. La figure 2b représente de façon analogue à la figure lb, les élé- ments de la roue de la figure 2a avant frettage. Les figures 3a et 3b représentent, de façon analogue aux figures la et lb, une roue obtenue par une troisième variante du procédé selon l'in- vention. Les figures 4a et 4b représentent, de façon analogue aux figures la et lb, une roue obtenue par une quatrième variante du procédé selon l'in- vention. Sur l'ensemble de ces figures, la roue est constituée de deux dis- ques, un disque 1 formant moyeu et un deuxième disque 2 également appelé flasque. Les deux disques 1 et 2 sont munis chacun d'un alésage central, 1' et 2', pour permettre le montag. de la roue sur un arbre non représenté de la machine sur laquelle la roue est destinée à être utilisée. Des aubes 3 sont destinées à créer un canal d'écoulement pour le gaz qui, aspiré au ni- veau de l'arbre, c'est à dire des alésages, remonte le long des disques 1 et 2, entrainé en rotation par les aubes 3, jusqu'au diamètre extérieur des disques 1 et 2 en ayant reçu de la part de la roue une énergie cinétique. Les disques 1 et 2 réalisent avec les aubes 3 des canaux qui sont chacun isolés des canaux voisins. Pour réaliser une roue représentée sur les figures la, 2a, 3a ou 4a, on prépare tout d'abord deux disques, un moyeu 1 et un flasque 2, comme représentés sur les figures lb, 2b, 3b et 4b. On prépare ces disques en les munissant d'aubes 3. Sur tous les exemples représentés, c'est le moyeu 1 qui porte les aubes 3. De préférence le moyeu 1 et les aubes 3 ont été usi- nés dans un même bloc de métal; on pourrait aussi souder les aubes 3 sur le moyeu 1, mais comme nous l'avons expliqué plus haut, le soudage présente certains inconvénients que nous cherchons précisément à éviter. Le moyeu 1 porteur d'aubes 3 et le flasque 2 sont réalisés de telle façon qu'ils puissent être rendus solidaires l'un de l'autre afin de constituer une roue fermée, par frettage. Dans ce but, chacun des deux dis- ques 1 et 2 est muni de moyens susceptibles de coopérer avec des moyens cor- respondants de l'autre disque. Ainsi sur la roue représentée sur les figures la, lb, lc, les au- bes 3 portées par le moyeu 1 sont munies de tenons 4 correspondant à des lo- gements 5 usinés dans l'épaisseur du flasque 2. L'usinage des -tenons 4 et des logements 5 peut être pratiqué circonférenciellement, par tournage, ce qui assure une bonne précision et permet d'obtenir un coût de réalisation peu élevé. Les logements 5 peuvent aussi être ponctuels, c'est à dire réali- sés par fraisage uniquement au niveau des aubes 3: on assure ainsi une continuité du flasque 2 et de l'écoulement du gaz sur celui-ci. Pour réaliser le frettage, on chauffe préalablement le flasque 2 à une température permettant sa dilatation mais ne modifiant pas sa structu- re, puis l'on vient poser le flasque 2 sur le moyeu 1 en emboitant les tenons 4 dans les logements 5. Au cours du refroidissement du flasque 2 il se produit un serrage au niveau des tenons 4 et des logements 5: le moyeu 1 et le flasque 2 sont rendus solidaires l'un de l'autre. Bien sûr, les lo- gements 5 et les tenons 4 sont prévus de façon à pouvoir s'emboiter quand le flasque 2 est chauffé et à se trouver sous contrainte quand le flasque 2 est refroidi; cette contrainte doit pouvoir être supportée par les métaux constituant le moyeu 1 et le flasque 2 aussi bien au repos qu'en fonction- nement. Si les logements 5 sont ponctuels, il est nécessaire de prévoir un calage angulaire lors du positionnement du flasque 2 sur le disque 1, afin que les logements 5 puissent s'emboiter dans les tenons 4 situés sur les aubes 3. Ce calage angulaire n'est pas nécessaire si les logements 5 sont réalisés circonférenciellement. La roue réalisée sur les figures 2a et 2b comporte un moyeu 1 muni d'aubes 3 dans lequel les aubes 3 sont réalisées avec un rebord 6 à leur extrémité située à la périphérie du moyeu 1. Le flasque 2 est réalisé avec un diamètre D tel qu'il puisse être maintenu serré entre les dits rebords 6. Le moyeu 1 est chauffé, le flasque 2 est placé entre les rebords 6 et le serrage se produit lors du refroidissement du moyeu 1. La roue représentée sur les figures 3a et 3b est analogue à celle représentée sur les figures 2a et 2b sauf que les rebords 6 des aubes 3 sont reliés entre eux de façon à former une jante 7 dans laquelle le flas- que 2 peut être maintenu serré. Le serrage du flasque 2 s'effectue ainsi sur toute la circonférence du flasque au lieu de ne s'exercer qu'au niveau des aubes 3 comme dans le mode de la figure 2. En outre, une fois que la roue fermée est réalisée, celle-ci se trouve fermée non seulement par le flasque 2 mais également par la jante 7 qui réalise en fait un prolongement du flasque 2. Ainsi l'écoulement du gaz est conservé sur les plus grands diamètres de la roue. Au contraire, dans le mode de réalisation des figures 2a et 2b, la roue ne se trouve fermée que jusqu'au diamètre Do La roue re- présentée sur les figures 3a et 3b peut par conséquent être utilisée pour des étages de compression plus performants que ceux pour lesquels on utili- se par exemple une roue telle que représentée sur les figures 2a et 2bo Sur les figures 4a et 4b, le flasque 2 comporte des rebords péri- phériques 8 prolongés par une jante 9 tels que le moyeu 1 et les aubes 3 portées par le moyeu 1 puissent être maintenus serrés respectivement entre la jante 9 et les rebords 8. Cette roue est assez analogue à la roue repré- sentée sur les figures 3a et 3b sauf que dans ce cas, les rebords et la jan- te sont portés par le flasque 2 afin d'enserrer le moyeu 1 au lieu d'être portés par le moyeu 1 afin d'enserrer le flasque 2. Les rebords 8 ne sont bien sûr situés qu'au niveau des aubes 3 alors que la jante 9 constitue une circonférence sans discontinuité. Comme les rebords 8 constituent en fait des prolongements des aubes 3 sur les plus grands diamètres de la roue, une telle roue peut avoir les mêmes applications que la roue décrite dans l'exemple des figures 3a et 3b. Un calage angulaire est également nécessai- re afin de permettre la correspondance entre les rebords 8 et les aubes 3. Les roues réalisées par le procédé conforme à la présente inven- tion donnent des résultats très satisfaisants. Elles ne risquent pas de se détériorer en fonctionnement, même si elles sont soumises à des vibrations lorsque la pression est forte. A titre d'exemple, le serrage minimal de 2%, qui doit exister entre le moyeu et le flasque d'une roue centrifuge réali- sée conformément aux figures 3a et 3b, de diamètre extérieur 520 mm et des- tinée à tourner à 13.115 tours/mn (gamme classique pour un compresseur cen- trifuge) est réalisé très facilement par le procédé selon l'invention. On peut choisir l'une ou l'autre des variantes du procédé selon l'invention, en fonction des contraintes que la roue doit supporter: le mode de la figu- re 1 est par exemple très résistant aux vibrations et peut être utilisé pour de fortes pressions. - En outre, comme nous l'avons expliqué plus haut, on préfère pour les fortes pressions les modes de réalisation de roues dans lesquelles le flasque 2 est fermé même sur le plus grand diamètre de la roue. Le procédé de réalisation des roues selon l'invention est simple et rapide: seul un chauffage entre 200 et 300'C du flasque ou du moyeu est nécessaire; un traitement thermique de détensionnement est évité. Le monta- ge de la roue ne requiert pas la présence d'un personnel aussi qualifié que pour une roue soudée et son montage est très rapide. Le délai de réalisa- tion des roues est donc court et le prix de revient n'est pas très élevé. L'usinage des moyens prévus sur chacun des disques pour coopérer avec des moyens correspondants de l'autre disque afin de permettre le fret- tage est réalisé de façon simple: par exemple pour réaliser les tenons et les logements du mode de la roue représenté sur la figure 1, on utilise la commande numérique: une même bande est utilisée pour réaliser d'une part les tenons 4 des aubes 3 et les logements ménagés dans le flasque 2. Il faut bien str prévoir de réaliser les logements 5 légèrement décalés par rapport aux tenons 4, en vue de réaliser un serrage. Le procédé de réalisation selon l'invention ainsi que les roues obtenues par ce procédé peuvent être utilisés pour toutes pompes ou autres machines centrifuges ou centripètes dont la veine d'écoulement radial du fluide est fermée, sans limitation. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion décrits uniquement à titre d'exemple mais elle couvre également les autres modes qui n'en différeraient que par des détails, par des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents, dans le cadre des revendications. Ainsi, on a décrit des modes de réalisation dans lesquels les au- bes 3 sont solidaires du moyeu i avant frettage mais les aubes 3 peuvent aussi être solidaires du flasque 2 ou être réalisées en deux parties, l'une solidaire du moyeu 1 et l'autre solidaire du flasque 2, sans que l'on sorte du cadre de l'invention. Ainsi on pourrait concevoir une roue dans laquelle, avant fretta- ge, le moyeu 1 et le flasque 2 seraient tous les deux munis d'aubes ou plus exactement de demi-aubes, comme dans le mode représenté sur les figures 5a et 5b du brevet français n 2.312.671 cité plus haut. On prévoierait sur les aubes situées sur l'un des disques, par exemple sur le moyeu, des tenons semblables aux tenons 4 de nos figures la, lb, 1C et sur les aubes situées sur le flasque 2 des logements correspondants analogues aux loge- ments 5 de ces mêmes figures. On procéderait à un calage angulaire afin de placer les aubes 3 du moyeu 1 en correspondance avec les aubes du flasque 2 et on réaliserait le frettage comme pour le mode de réalisation de notre fi- gure 1. De façon plus générale, tout procédé consistant à réaliser des bossages ou tenons sur l'un quelconque des disques et des logements corres- pondants sur l'autre disque afir de permettre d'assembler ces deux disques par frettage, entre dans le cadre de l'invention. On pourrait également réaliser le frettage sans chauffage préala- ble de l'un des deux disques mais en utilisant une presse. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une roue à aubes fermée dans lequel on prépare un premier disque (1) formant moyeu et un deuxième disque (2) ou flasque, en les munissant d'aubes (3), et l'on rend les deux disques (1) et (2) munis d'aubes (3) solidaires l'un de l'autre, caractérisé par le fait que l'on prévoit sur chacun des disques (1) et (2) des moyens (4), (6), (7), (8), (9) susceptibles de coopérer avec des moyens correspondants de l'autre disque (5, 2, 1), tels que l'on puisse rendre les deux disques (1) et (2) solidaires l'un de l'autre par frettage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on réalise le frettage par chauffage préala- ble de l'un des deux disques (1) ou (2). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on munit d'aubes (3) un seul des deux disques en prévoyant sur celles-ci des tenons (4) et que l'on prévoit des logements (5) correspondant à ces tenons (4) dans l'épaisseur de l'autre disque. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on prévoit des logements (5) ponctuels et que l'on réalise un calage angulaire avant frettage afin de permettre la mise en regard des tenons (4) avec les logements (5) correspondants. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on munit d'aubes (3) chacun des deux disques (1) et (2), en prévoyant des tenons (4) sur les aubes (3) situées sur l'un des disques (1) ou (2) et des logements correspondants sur les aubes (3) si- tuées sur l'autre disque (1) ou (2) et que l'on réalise un calage angulaire avant frettage afin de permettre la mise en regard de chaque aube (3) avec une aube (3) correspondante de l'autre disque. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on munit d'aubes un seul des deux disques, et que l'on réalise ces aubes avec un rebord (6) à leur extrémité située à la périphérie du disque et que l'on réalise le second disque avec un diamètre D tel que le second disque puisse être maintenu serré entre les re- bords (6). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les rebords (6) sont reliés entre eux de façon à former une jante (7) dans laquelle le second disque puisse être maintenu serré. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on munit d'aubes (3) un seul des deux disques et que l'on réalise le deuxième disque avec des rebords (8) périphériques prolongés par une jante (9) telle que le premier disque et les aubes (3) puissent être maintenus serrés respectivement entre la jante (9) et les re- bords (8), et que l'on réalise un calage angulaire avant frettage afin de permettre la mise en regard de chaque aube (3) avec un rebord (8) correspon- dant du deuxième disque. 9. Roue à aubes fermée, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée au moyen du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.