Brevet FR2574113A1 — publié le 19860606

La présente invention concerne un rotor de machine tournante hélicoIdale, par exemple de ventilateur axial ou d'hélice éolienne. Pour ces rotors, munis d'un certain nombre de pales, on doit réaliser un compromis entre la résistance mécanique des pales, soumises à des forces de flexion et à des forces de torsion, et la vitesse spécifique, qui est le rapport de la vitesse tangentielle périphérique du rotor à la vitesse, loin en amont, du courant fluide axial. Ce compromis résulte dun certain nombre de contraintes. Tout d'abord, une des conditions pour obtenir le meilleur rendement possible est que le profil des pales présente une grande finesse, c'est-à-dire un rapport élevé entre le coefficient de portance et le coefficient de trainée. Ceci correspond, pour une famille de profils, à une épaisseur relative modérée, voisine de 12 * ou 15 * selon les familles. La vitesse du fluide est en général une donnée sur laquelle on ne peut agir, et des considérations pratiques imposent le diamètre du rotor. Or, lorsque le profil des pales, la vitesse du fluide et le diamètre du rotor sont fixés, la somme des cordes de ces paies ne dépend plus que de la vitesse spécifique. Elle décroît comme ltinverse du carré de celle-ci. Donc une vitesse spécifique élevée correspond à une somme des cordes faible. Or les résistances mécaniques à la flexion et à la torsion dune pale sont daubant plus élevées que sa corde est grande. On est donc amené à choisir un nombre de pales faible, mais on se trouve le plus souvent limité dans cette voie à un rotor à trois pales au moins, dont lellipsotde d'inertie, en galette, évite les phenomènes de couplage entre les fréquences de résonance de la structure qui sert de support et la fréquence de rotation et ses harmoniques, phénomènes qui se produisent par exemple avec un rotor à deux pales dont ltellipsotde d'inertie est en forme de cigare. Ainsi, il est clair que la vitesse spécifique, et par conséquent le régime de rotation se trouvent limités par la tenue mécanique des pales dans les rotors connus. Il en résulte les inconvénients suivants - poids et prix des machines élevés, sensiblement proportionnels au couple moteur, lui-même inversement proportionnel, à puissance donnée, au régime de rotation. - poids et prix des engrenages multiplicateurs de vitesse de rotation éventuellement nécessaires. - importance relative élevée des fluctuations de la vitesse axiale, et, en général, des turbulences et des phénom8nesncn stationnaires parasites, sources de vibration et de bruit. - importance relative élevée, dans le cas dune hélice éolienne, du gradient vertical de la vitesse du vent, des forces de gravité, des forces gyroscopiques, des écarts d'orientation. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. Elle a pour objet à cet effet un rotor de machine tournante hélicoidale, caractérisé par le fait qu'il est doté de pales comprenant chacune au moins deux plans parallèles, et de moyens itassemblage agencés pour maintenir ces plans dans des positions relatives constantes. Avec les pales de linvention, la résistance à la flexion et la résistance à la torsion ne sont plus limitées par l'épaisseur des profils, mais par le produit de cette épaisseur par la distance entre les plans, ou "entre-plan", lequel peut être aussi grand que l'on veut. Ainsi la machine peut fonctionner à un régime de rotation plus élevé, toutes choses égales par ailleurs, puisque la tenue mécanique des pales est considérablement augmentée par les moyens d'assemblage. La présente invention permet également, en choisissant convenablement les positions relatives et les poids des plans constitutifs de chaque pale, de placer le centre de gravité de celle-ci en avant du centre de torsion global, ce qui confère à la pale un meilleur comportement vis à vis -des vibrations de torsion, et réalise l'équiva- lent d'un lest du bord d'attaque, solution coûteuse pour régler ce problème sur les rotors connus à pales monoplanes. Enfin, la somme des cardes des plans d'une pale du rotor de l'invention restant égale à la corde de la pale du rotor connu qu'elle remplace, I'intérêt économique est important. Ainsi, dans le cas de pales biplanes - les séries sont doublées - la surface des moules ou des usinages est divisée par deux - la quantité de matière est réduite (de moitié, au moins, dans la plupart des cas). L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation préférée du rotor selon l:tinvention, en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue latérale dune pale, avec coupe partielle dans la zone d'encastrement au moyeu. - la figure 2 représente une vue selon la coupe II-II de la figure 1 (plaque de garde non représentée). La pale du rotor de machine tournante hélicoidale représentée sur la figure 1 comporte deux plans parallèles 1 et 2 à bords d'attaque 20, 22 et bords~de fuite 21, 23. Ces deux plans parallèles sont maintenus dans des positions relatives constantes par, côté moyeu, une cale d'écartement 4, une tige filetée 5, et des écrous 6 et 7 qui assurent également la fixation de la pale aux flasques 8 et 9 du moyeu prévus à cet effet, au milieu de pale, par un mat torpédo 10 et en bout de pale, par une plaque de garde ou ginglet 11. Le mat torpédo 10, est réuni aux deux plans 1 et 2 de façon à ménager des espaces 23 et 24 permettant une circulation d'air. Le plan inférieur 2, cwest-à-dire celui qui se trouve le premier exposé à la composante du vent perpendiculaire aux deux plans 1, 2 est décalé vers lavas par rapport au plan supérieur 1. En vue d'améliorer le comportement de la pale k ltAgard des vibrations de torsion, des mesures sont prises pour que le centre de gravité se trouve en avant du centre de torsion. On peut en particulier donner au plan inférieur 2 un poids plus faible qu'au plan supérieur 1. Ce résultat peut être obtenu en jouant sur les densités des matériaux utilisés dans le cas de profils pleins, ou sur les épais seurs de peau dans le cas de profils creux. Par exemple, le plan supérieur 1 peut être réalisé en angélique, bois de densité forte, et le plan inférieur 2 en cèdre rouge, bois de densité faible. Il en résulte en général une résistance mécanique plus faible pour le plan inférieur que pour le plan supérieur, qui permet d'égaliser les coefficients de sécurité des deux plans. En effet, la vitesse d'écoulement est plus faible au droit du plan inférieur 2 qu'au droit du plan supérieur 1, le plan inférieur 2 travaille k la traction alors que le plan supérieur 1 travaille k la compression, et le plus faible poids du plan inférieur 2 peut être corrélatif dtune plus grande souplesse, ce qui réduit la proportion d'effort de flexion qu'il supporte. Enfin, la forme de réalisation préférée ci-dessus du rotor de l'invention concerne des plans rectangulaires et non vrillés, mais il est clair que le rotor de l'invention peut être réalisé avec des pales de forme, de profil et de vrillage quelconques. REVENDICATIONS 1 - Rotor de machine tournante hélicoidale, caractérisé par le fait qu'il est doté de pales, comprenant au moins deux plans parallèles (1, 2) et des moyens d'assemblage (4 - 11) pour maintenir ces plans (1, 2) dans des positions relatives constantes. 2 - Roter selon la revendication 1, dans lequel les moyens d'assemblage (4 - 11) des plans (1, 2) sont rigides et disposés perpendiculairement aux plans (1, 2) auxquels ils sont fixés rigidement. 3 - Rotor selon lune des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les dites pales sont biplanes. 4 - Rotor selon la revendication 3, dans lequel le plan inférieur (2) est décalé vers l'aval par rapport au plan supérieur (1). 5 - Rotor selon la revendication 4, dans lequel le plan inférieur (2) est plus léger que le plan supérieur (1).