Brevet FR2582775A1 — publié le 19861205

La présente invention concerne d'une manière générale un carter servant à envelopper les rotors du compresseur et de la turbine d'un turbocompresseur, et plus particulièrement un tel carter comportant des par- ties d'extrémité amovibles qui permettent un libre accès aux composants logés dans la partie centrale du carter du turbocompresseur. Un turbocompresseur est un dispositif bien con- nu permettant d'accroître la pression avec laquelle l'air est introduit dans un moteur. De façon typique le turbo- compresseur comporte un arbre monté rotatif dans le carter. Une extrémité de l'arbre comporte un rotor de turbine, tandis que l'extrémité opposée de l'arbre comporte un ro- tor de compresseur. Lorsque les gaz d'échappement sortant du moteur sont évacués contre le rotor de la turbine, l'ar- bre tourne et, à son tour, entraîne en rotation le rotor du compresseur, en produisant de l'air en général forte- ment comprimé, qui peut être introduit dans un carburateur, dans un collecteur d'admission ou dans les cylindres du moteur. Malheureusement l'inspection, la réparation et le remplacement des composants du carter du turbocompresseur peuvent souvent s'avérer difficiles et prendre du temps pour leur exécution. Etant donné que la section formant turbine et la section formant compresseur d'un turbocompresseur sont respec- tivement en communication fluidique avec le système d'é- chappement et le système d'admission du moteur, il est important que les parties du carter forment des passages fermés pour le fluide, qui ccplètentles circuits d'échap- pement et d'admission. En outre, étant donné que la né- cessité d'avoir accès à l'ensemble des composants à l'in- térieur du carter requiert que ce dernier soit constitué en deux ou plusieurs éléments, ces éléments doivent être réunis entre eux de façon étanche afin d'éviter toute fui- te à partir des passages d'écoulement. C'est pourquoi il était connu d'utiliser des connecteurs spéciaux qui rac- cordent d'une manière hermétique entre eux les éléments du carter. Cependant de tels connecteurs doivent être fabri- qués et installés spécialement et par conséquent tendent à accroître le cot de la construction du turbocompresseur. En outre si le carter du turbocompresseur est formé de seulement deux éléments,par exemple un carter possédant une seule extrémité ouverte, qui est fermée par un élément d'extrémité du carter, il faut retirer compl&- tement le rotor et l'arbre de la turbine pour inspecter chacun des composants. En outre, bien qu'il soit connu de prévoir un élément d'extrémité du carter au niveau de chaque extrémité d'un élément central du carter, qui por- te l'arbre de la turbine, les éléments d'extrémité de carter connus antérieurement ne sont pas bien adaptés pour la commande de l'écoulement des gaz les traversant. En particulier, bienqae de tels éléments d'extrémité de carter ont été conçus pour envelopper le rotor correspon- dant avec une orientation de direction prédéterminée pour les passages d'écoulement, de telles plaques d'extrémité n'ont pas été conçues de manière à introduire des composants supplémentaires produisant des tourbillons ou d'autres dis- positifs de commande d'écoulement pour l'obtention de carac- téristiques optimales d'écoulement à travers le carter de turbine. La présente invention résout les inconvénients mentionnés ci-dessus au moyen d'un carter de turbocompres- seur comportant un élément central de carter muni de moyens permettant de supporter l'arbre de turbocompresseur de manière qu'il puisse tourner, et deux éléments d'extrémi- té du carter, aptes à contacter de façon étanche les ex- trémités axiales de l'élément central du carter de manière à envelopper entre eux une chambre de la turbine et une chambre du compresseur. Les éléments d'extrémité sont fi- xés de façon amovible à l'élément central du carter, de préférence, au moyen d'une pluralité de boulons s'éten- dant à travers des éléments de surface annulaires appa- riés situés au niveau des extrémités axiales de l'élé- ment central du carter et des éléments d'extrémité du carter. En outre les éléments d'extrémité du carter peu- vent être conformés de façon particulière de manière à définir des passages de commande d'écoulement, qui com- prennent des moyens permettant de conférer des caractéris- tiques d'écoulement particulières à l'écoulement des gaz traversant le turbocompresseur. Dans une forme préférée de l'invention, les élé- ments d'extrémité du carter comprennent une pluralité d'aubes formées d'un seul tenant dans l'élément d'extré- mité du carter et qui s'étendent en directiond'unesurface appariée située sur l'élément central du carter. Dans des e4,' formes de réalisation préférées, les trous de montage s'étendent à travers la surface annulaire de l'élément central du carter en étant alignés avec des trous de blo- cage ménagés dans les aubes qui sont formées sur la partie d'extrémité du carter. En outre des surfaces appariées supplémentaires, qui sont espacées radialement des aubes formées sur l'élément d'extrémité du carter, sont égale- ment accouplées ensemble par des moyens en forme de bou- lons s'étendant à travers les surfaces appariées, sur la circonférence du carter. De préférence les aubes situées sur un élément d'extrémité du carter sont formées de manière à s'étendre dans un passage de liaison défini par une paroi en renfon- cement ménagée dans l'élément d'extrémité du carter et une surface annulaire située sur 1' extrémité axiale de l'élément central du carter. Le passage ainsi formé relie une cavité annulaire ménagée dans l'élément d'extrémité du carter et espacé radialement de l'axe du carter, et une cavité axiale formée dans l'élément d'extrémité du carter et apte à recevoir un rotor. C'est pourquoi des caractéris- tiques optimales d'écoulement peuvent être conférées aux gaz traversant la section formant turbine ou la section formant compresseur du turbocompresseur. En outre on peut modifier aisément le diagramme d'écoulement en retirant l'élément d'extrémité du carter et en réalisant un nouvel usinage des aubes faisant saillie axialement vers l'ex- térieur à partir de l'élément d'extrémité du carter. En outre l'élément central du carter peut être totalement re- tiré en vue de l'inspection et de la réparation des rotors, de l'arbre ou des moyens formant paliers supportant l'ar- bre dans le carter. Ainsi la présente invention fournit un carter de turbocompresseur, qui est nettement plus simple à construire et à-assembler que les carters antérieurement connus de turbocompresseurs. En outre le carter conforme à la présen- te invention permet un réglage plus étendu des caractéris- tiques d'écoulement des gaz traversant les sections for- mantturbine et compresseur du turbocompresseur. En outre la présente invention permet d'obtenir un contact étanche en- tre des éléments séparables du carter et évite la néces- sité d'utiliser des structures d'étanchéification ou de liai- son complexes. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prises en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un carter de turbocompresseur conforme à la présente invention; la figure 2 est une vue en élévation prise essen- tiellement suivant la ligne II-II de la figure 1, dont certaines parties ont été retirées pour améliorer la clar- té du dessin; et la figure 3 est une vue en élévation et en coupe prise essentiellement suivant la ligne III-III de la fi- gure 1. En se référant aux dessins annexés, sur lesquels on a désigné les mêmes éléments par des références iden- tiques, on va donner une description détaillée de la for- me de réalisation préférée de la présente invention. En se référant tout d'abord à la figure 1, on y voit représenté un turbocompresseur 10 conforme à l'in- vention, qui est enveloppé par un carter 12 comportant un élément central 14 et des éléments d'extrémité 16 et 18. L'élément central 14 du carter comporte des moyens formant paliers désignés d'une manière générale par 20 et aptes à supporter, de manière à en permettre la rota- tion, un arbre de turbine symbolisé par l'axe 22 à l'intérieur du carter 12. Le rotor 24 de la turbine est fixé à une extrémité de l'arbre 22 et s'étend vers l'extérieur à partir de l'élément central de carter 14, dans une cavi- té axiale 26 ménagée dans l'élément d'extrémité 18 du carter, constituant une sortie des gaz d'échappement pour le turbocompresseur 10. De façon similaire le rotor 28 du compresseur est fixé à l'autre extrémité de l'arbre 22 et s'étend vers l'extérieur à partir de l'élément central 14 du carter, dans une cavité axiale 30 de l'élément d'ex- trémité 16 du carter constituant une admission d'air pour l'aspiration du moteur. En outre les éléments d'extrémité 16 et 18 du carter comprennent des cavités respectives essentiellement annulaires 34 et 32, se présentant de pré- férence sous la forme d'un tore possédant une forme rétré- cie en coupe transversale et servant à commander l'écou- lement d'air produit par le rotor 28 et refoulé en di- rection du rotor 24. La cavité annulaire 32 est interconnectée à la cavité axiale 26 par un passage 36 formé entre une surface de paroi en renfoncement 38 située dans l'élément d'extré- mité 18 du carter et une surface de paroi annulaire 40 située sur l'élément central 14 du carter. De préférence une pluralité d'aubes directrices 42, qui guide l'écou- lement sont formées d'un seul tenant sur l'élément d'ex- trémité 18 du carter de manière à s'étendre axialement depuis la paroi en renfoncement 38 en direction de la surface de paroi annulaire 40 de l'élément central 14 du carter. De façon similaire, l'élément d'extrémité 16 du carter comporte des aubes 52 formées d'un seul tenant- sur cet élément 16 de carter de manière à s'étendre à partir d'une paroi en renfoncement 48 en direction de la surface de paroi annulaire 50 de l'élément central 14 du carter, et forme de ce fait un passage 46 garni d'aubes et situé entre la cavité annulaire 34 et la cavité axiale 30. Comme cela est représenté schématiquement sur la figure 1, la cavité 34 dirige l'écoulement d'air com- primé produit par le rotor 12 en direction des passages d'admission d'air 35 du moteur 11 par l'intermédiaire d'un passage approprié de communication. En outre les passages d'échappement 33 du moteur 11 sont en communication flui- dique avec la cavité annulaire 32, au moyen d'un passage approprié de communication. Il en résulte que les gaz d'échappement refoulés contre le rotor 24 de la turbine entraînent la rotation de l'arbre, ce qui a pour effet que le rotor 28 du compresseur produit de l'air fortement comprimé envoyé d'une manière bien connue au système d'admission d'air du moteur 11. Les éléments d'extrémité 16 et 18 du carter sont fixés de façon amovible à l'élément central 14 du carter, de préférence à l'aide de boulons 44 disposés à travers des éléments de surface annulaires appariés des éléments de carter. Il en résulte que, comme représenté sur la fi- gure 1, il est particulièrement avantageux de disposer les boulons 44 à travers les éléments d'extrémité radiaux et 17 du carter 14, en alignement avec les corps des aubes formêes sur les éléments d' extrémité 16 et 18 (voir par exemple la figure 3 pour les aubes 42). Dans la forme de réalisation préférée, les boulois 44 s'étendent à travers un perçage situé dans l'élément central de carter 14 et s'engagent par vissage dans des perçages de blocage mnnagés dans les éléments d'extrémité 16 et 18 du carter (la disposition générale des boulons 44 est mieux visible sur la fig. 2). En outre, dans cette forme de réalisation pré- férée, les éléments d'extrémité 16 et 18 et l'élément central de carter 14 comprennent des surfaces annulaires supplémentaires appariées. En particulier on peut voir que les parties marginales périphériques 56 et 54 recouvrent respectivement des parties périphériques de l'élément central 14 du carter et comportent des surfaces respecti- ves qui s'engagent de façon appariée sur des surfaces an- nulaires respectives 60 et 58 ménagées sur les parois ra- diales 15 et 17 de l'élément central 14 du carter. Les boulons 44 s'engagent par vissage dans les parties margi- nales périphériques de manière à fixer de façon étanche les éléments d'extrémité 16, 18 à l'élément central du carter. Dans la suite de la description des caractéristiques structurelles importantes de la forme de réalisation pré-- férée de la présente invention, on comprendra que, lors- qu'il est nécessaire d'effectuer un entretion ou une ré- paration sur le turbocompresseur, on peut aisément retirer les éléments d'extrémité du carter 16 et 18, de l'élément central de carter 14 en retirant les boulons 44 et sans démonter les moyens de support de l'arbre, permettant à ce dernier de tourner, dans l'élément central du carter. En outre on comprendra que l'enlèvement des éléments d'ex- trémité 16 et 18 du carter permettent de modifier les pas- sages 36 et 46 délimités par les aubes étant donné que les aubes 42 et 52 sont aisément accessibles en vue de leur usinage. En outre le retrait des éléments d'extré- mité 16 et 18 permet d'avoir un libre accès à l'ensemble du mécanisme du turbocompresseur, sans démontage complet des nombreux éléments du carter, comme c'était le cas dans certaines unités de turbocompresseurs connues anté- rieurement. En outre le positionnement du boulon de mon- tage à travers les éléments de carter comportant des sur- faces appariées fournit un contact fixe et étanche entre les éléments du carter, en enserrant de ce fait des passa- ges d'écoulement formés par les cavités situées dans les éléments d'extrémité. Néanmoins les éléments d'extrémité peuvent être aisément retires de manière à permettre une modification ou une réparation des composants du turbo- compresseur. REVENDICATIONS 1. Carter pour un turbocompresseur (10) compor- tant un rotor de turbine (24) et un rotor de compresseur (28) qui sont fixés à un arbre rotatif, caractérisé en ce que le carter (12) comporte: un élément central (14) comportant des moyens (20) servant à supporter en rotation ledit arbre, chaque extrémité axiale dudit élément central du carter compor- tant au moins une surface d'extrémité annulaire (50,40) - deux éléments d'extrémité (16,18) du carter, dont chacune définit une première cavité essentiellement annulaire (34,32), une seconde cavité axiale (30,26), et un passage de communication (46,36) s'étendant entre la- dite première cavité et ladite seconde cavité, chaque élément d'extrémité (16,18) du carter comprenant en ou- tre une partie périphérique (56,54) apte à contacter de façon étanche ledit élément central (14) du carter de telle sorte que ladite partie périphérique et ledit élément central du carter enserrent entre eux lesdites première et seconde cavités, et - des moyens (44) permettant le montage amovi- ble de chacun desdits éléments d'extrémité (16,18) du carter sur ledit élément central (14) de ce dernier. 2. Carter selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit passage de communication (46,36) est for- mé entre une paroi en renfoncement (48,38) située sur le- dit élément d'extrémité, et une surface d'extrémité an- nulaire (50,40) dudit élément central (14) du carter. 3. Carter selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pluralité d'aubes (52, 42) espacées circonférentiellement à l'intérieur dudit passage de communication (46,36). 4. Carter selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites aubes sont formées d'un seul tenant sur ladite surface en renfoncement (48,38), et contactent en aboutement ladite surface annulaire d'extrémité (50,40) dudit élément central (14) du carter. 5. Carter selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément d'extrémité (16,18) et ledit élément central (14) du carter comprennent au moins une surface annulaire appariée (60,58),et que chacun desdits moyens de montage (44) est formé par un boulon permettant d'appliquer avec un contact étanche, chaque éléments d'ex- trémité (16,18) contre ledit élément central (14) par l'in- termédiaire desdits éléments de surface appariés. 6. Carter selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (44) de montage comprennent des moyens formés de boulons permettant de serrer de façon étanche chaque élément d'extrémité (18,16) contre l'élé- ment central (14) du carter, chacun desdits moyens en forme de boulons comprenant une pluralité de boulons s'engageant par vissage dans un nombre correspondant d'aubes. 7. Carter selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacun des éléments d'extrémité (16,18) et le- dit élément central (14) du carter comportent une surface annulaire appariée (60,58) espacée radialement desdites aubes et des moyens en forme de boulons (44) servant à serrer de façon étanche chaque élément d'extrémité (16, 18) contre ledit élément central (14) par l'intermédiai- re desdits éléments de surface appariés. 8. Carter (12) pour un turbocompresseur (10), caractérisé en ce qu'il comporte: - un élément central (14) comportant des moyens (20) permettant de soutenir un arbre rotatif du compresseur, de manière qu'il puisse tourner, chaque extrémité axiale dudit élément central du carter com- portant au moins un élément de surface annulaire (50, ), - deux éléments d'extrémité (16,18) du carter dont chacun comporte une surface essentiellement annulaire 1 1 disposée de manière à être alignée avec l'un desdits éléments de surface annulaires dudit élément central du carter et comportant une pluralité d'aubes (52,42) for- mées d'un seul tenant avec chacun desdits éléments d'ex- trémité (16,18) du carter et s'étendant axialement en direction dudit élément de surface annulaire dudit élé- ment central (14) du carter de manière à avoir un contact adapté avec cet élément de surface, et - des moyens (44) permettant de fixer de façon amovible ledit élément d'extrémité (16,18) audit élément central (14) du carter. 9. Carter selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de montage (44) comprennent une pluralité de boulons insérés par vissage dans un nombre correspondant d'aubes. 10. Carter selon la revendication 9, caractérisé en ee que chacun des éléments d'extrémité (16,18) et ledit élément central (14) du carter comportent une surface an- nulaire appariée (60,58) espacée radialement desdites aubes et des moyens en forme de boulons (44) servant à serrer de façon étanche chaque élément d'extrémité (16, 18) contre ledit élément central (14) par l'intermédiaire desdits éléments de surface appariés.