Brevet FR2595419A1 — publié le 19870911

"Propulseur de machine rotative centrifuge de type à fluide, et procédé de fabrication de celui-ci" L'invention concerne un propulseur de machine rotative centrifuge de type à fluide, ainsi qu'un procédé de fabrication de ce propulseur. Plus précisément, l'invention concerne un propulseur de pompe d'huile de lubrification pour turbine à vapeur destinée à être utilisée dans un turbo générateur, ainsi qu'un propulseur de machine rotative centrifuge de type à fluide tel qu'une pompe à haute pression, un compresseur centrifuge et une soufflerie centrifuge. L'invention concerne également un procédé de fabrication de ce propulseur. I1 est décrit maintenant, en se référant aux figures 5 à 9, un propulseur selon l'art antérieur, ainsi qu'un procédé de fabrication de ce propulseur. La figure 5a représente une coupe d'un propulseur utilisé dans une machine à fluide telle qu'une pompe et un compresseur centrifuge comprenant un propulseur centrifuge utilisant la technique classique, et la figure 5b représente une coupe suivant la ligne Vb-Vb de la figure SA. Ce propulseur comprend un arbre rotatif 1, une plaque principale de propulseur 2 fixée à l'arbre rotatif 1, des pales de propulseur 3, une plaque latérale 4, et des aubes de canalisation 5 destinées à introduire efficacement le fluide dans le propulseur. Le propulseur selon l'art antérieur, tournant à grande vitesse, est fabriqué en découpant la plaque principale 2 pour former les pales de propulseur faisant corps avec cette plaque, et en reliant les pales de propulseur 3 à la plaque latérale 4 par des rivets ou par soudure. En variante, le propulseur est fabriqué en découpant la plaque latérale 4 pour former les pales de propulseur 3 faisant corps avec cette plaque 4, et en reliant les pales de propulseur 3 à la plaque principale 2. Le propulseur classique comprend des pales de propulseur présentant toutes la même forme dans n'importe quelle section perpendiculaire à l'arbre, comme indiqué aux figures 5a et 5b. Plus précisément, la forme de la surface concave et de la surface convexe des pales de propulseur, est obtenue par une génératrice parallèle à l'arbre du propulseur. La génératrice est un élément de ligne droite se déplaçant pour former une surface courbe telle qu'une surface conique, une surface cylindrique ou autre. Comme les pales de propulseur présentent cette forme, une fraise EM fixée à un arbre mobile S commandé de manière à se déplacer dans la direction de l'axe Z, c'est-à-dire dans la direction axiale du propulseur perpen- diculairement au plan X-Y, comme indiqué en figure 9, est utilisée pour couper la plaque principale 2 de façon que les pales de propulseur fassent corps avec la plaque principale 2. Ces dernières années, différents perfec- tionnements de forme ont été utilisés pour augmenter le rendement des machines à fluide. En particulier, l'amé- lioration de la forme du propulseur augmente le rendement. L'un de ces perfectionnements de forme consiste en ce que l'extrémité supérieure intérieure E des pales de propulseur 3 d'o le fluide est aspiré du côté des pales de propulseur, est prolongé vers le diamètre intérieur de l'arbre, compara- tivement au cas des pales de propulseur classiques (voir figures 6a et 6b) . Cela a pour but de réduire les pertes dues aux collisions de l'extrémité supérieure intérieure des pales avec le fluide, en réduisant la vitesse péri- phérique du fluide à l'extrémité supérieure intérieure E des pales 3, et en réduisant la vitesse d'admission relative IV du fluide par rapport aux pales lorsque le fluide L circulant sensiblement dans la direction axiale est introduit- dans le propulseur rotatif. Dans ce cas, comme les rayons de l'extrémité E des pales du côté de la plaque principale 2 et du côté de la plaque latérale 4 sont différents, les vitesses périphériques PV du côté de la plaque principale 2 et du côté de la plaque latérale 4 sont différentes. Par suite, les angles d'admission relatifs IA du fluide du côté de la plaque principale 2 et du côté de la plaque latérale 4, sont nettement différents comme indiqué aux figures 7a, 7b et 7c. Pour aspirer le fluide efficacement, compte tenu des angles d'admission relatifs IA différents ainsi obtenus du côté de la plaque principale 2 et du côté de la plaque latérale 4, il est nécessaire de donner aux pales de propulseur 3 des sections différentes dans la direction axiale, c'est-à-dire de donner aux pales de propulseur la forme en trois dimensions illustrée par la forme de section des pales de propulseur dans la direction axiale de la figure 8 dans laquelle la plaque latérale 4 est retirée. Il est donc nécessaire d'usiner la plaque principale 2 ou la plaque latérale 4 de façon que les pales de propulseur 3, présentant chacune la forme compliquée ci-dessus, soient placées à intervalles égaux dans la direction périphérique du propulseur. D'une façon générale, il est impossible de former un tel propulseur présentant une torsion, en utilisant seulement une machine d'usinage munie d'un contrôleur à trois axes comme indiqué en figure 9. Une machine d'usinage utilisant ce qui est appelé un contrôleur à cinq axes est nécessaire pour commander les angles de rotation autour de deux axes perpendiculaires l'un à l'autre, dans un plan perpendiculaire à l'arbre de rotation d'une fraise, de manière à faire tourner cette fraise. Une machine d'usinage utilisant un contrôleur aussi compliqué est très chère. Par suite, le co t de production augmente et ne permet pas d'obtenir des produits bon marché et de bon rendement. L'invention a pour but de créer un propulseur utilisant des pales de propulseur, en particulier des pales de propulseur à trois dimensions présentant une forme pouvant être obtenue en utilisant une machine d'usinage commandée par un contrôleur à trois axes, l'invention ayant également pour but de créer un procédé de fabrication de ces pales. Le premier but ci-dessus est atteint grace à un propulseur de machine rotative centrifuge de type à fluide, comprenant un certain nombre de pales de propul- seur disposées symétriquement autour de l'arbre de rotation du propulseur, propulseur caractérisé en ce que la surface courbe avant F et la surface courbe arrière B de chacune des pales, sont formées par des génératrices parallèles inclinées par rapport à l'arbre de rotation du propulseur. Le second but ci-dessus est atteint grace à un procédé de fabrication d'un propulseur caractérisé en ce qu'il consiste à monter de façon fixe sur le plateau d'une machine d'usinage à commande suivant trois axes, un gabarit pouvant être orienté en rotation autour d'un axe incliné par rapport à l'arbre de la machine d'usinage à commande suivant trois axes, à placer l'ébauche de la plaque, principale du propulseur sur le gabarit, à effectuer le réglage de rotation pour chaque pale du propulseur sur le gabarit, à effectuer le réglage de rotation pour chaque pale du propulseur, à commander l'arbre d'outil dans les trois directions axiales pour régler la position 25954'19 de celui-ci, et à former chacune des pales d'une seule pièce avec le matériau de la plaque principale en utilisant un outil de coupe fixé à l'arbre d'outil. Un certain nombre de pales de propulseur destinées à être disposées à intervalles égaux sur le pourtour du propulseur, sont formées pour chaque pale. La direction de l'axe de rotation de l'arbre de la machine d'usinage à commande à trois axes est l'axe des Z, et le plateau perpendiculaire à l'axe des Z est le plateau des axes Y et Y. Lorsque l'arbre rotatif du propulseur est l'axe Zr, l'ébauche de la plaque principale du propulseur est montée de façon fixe sur le plateau en utilisant un gabarit muni d'un mécanisme de rotation réglable de façon que l'axe Zr soit incliné par rapport à l'axe Z d'un angle a. L'ébauche de la plaque principale est orientée en rotation autour de l'axe Zr. Chacune des pales de propulseur est formée par un outil de coupe monté sur l'arbre. En fixant les axes X et Y de l'arbre, et en ne le déplaçant que le long de l'axe Z, la surface concave et la surface convexe de chaque pale de propulseur peuvent être réalisées sous la forme d'un cylindroide constitué par des génératrices parallèles à l'axe Z. D'autres parties de la pale de propulseur sont obtenues en commandant l'arbre suivant les trois axes du trièdre XYZ. Lorsque la fabrication d'une pale est terminée, le mécanisme d'orientation de rotation du gabarit est utilisé pour faire tourner, de l'angle voulu, l'ébauche de la plaque principale autour de l'axe ZR, puis est commencée la réalisation de la pale suivante. L'invention sera décrite en détails en se référant aux dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective représentant schématiquement la disposition d'une machine d'usinage à commande suivant trois axes, et d'un propulseur, lorsque le propulseur est fabriqué par le procédé selon l'invention; - la figure 2a est une vue en coupe du propulseur fabriqué par le procédé selon l'invention; - la figure 2b est une vue en perspective du propulseur vu dans la direction de la génératrice d'une pale de propulseur de la figure 2a; - la figure 3 est une vue de face du propulseur de la figure 2a, dans la direction de l'arbre de rotation; - la figure 4 est une vue en perspective du propulseur représentant la projection de la pale de propulseur du propulseur de la figure 2a, en direction de l'arbre et de la génératrice du propulseur; - la figure 5a est une vue en coupe d'un propulseur fabriqué par une technique classique; - la figure 5b est une vue en coupe du propulseur suivant la ligne Vb-Vb; - la figure 6a est une vue en coupe d'une forme perfectionnée du propulseur de la figure 5a; - la figure 6b est une vue en coupe du propulseur de la figure 6a; - la figure 7a est une vue en coupe du propulseur illustrant l'angle d'entrée relatif du fluide dans le propulseur de la figure 6a; - la figure 7b est une vue en coupe suivant la ligne VIIb-VIIb de la figure 7a; - la figure 7c est une vue en coupe suivant la ligne VIIc-VIIc de la figure 7a; - la figure 8 est une vue partielle agrandie représentant la forme d'une pale vue dans la direction de l'arbre du propulseur, dans laquelle la plaque latérale a été retirée; et - la figure 9 est une vue en perspective représentant schématiquement la disposition d'une machine d'usinage et du propulseur dans un procédé de fabrication 2 5 9 5 4 1 9 du propulseur par une technique classique. La figure 2b représente un propulseur fabriqué par le procédé selon l'invention et vu dans une direction inclinée de l'angle a par rapport à la direction de l'arbre de rotation principal 2, avant le montage de la plaque latérale 4, l'une seulement des pales du propulseur étant représentée, les autres étant supprimées. La forme de la pale de propulseur représentée par a illustre la racine ou la base de la plaque principale et la forme de la pale représentée par b illustre la-partie corres- pondant à la racine ou-base de la plaque latérale 4. Les formes a et b de la pale représentées de cette manière, sont recouvertes dans une certaine partie des courbes S1 et S2 donnant la forme d'une surface arrière B, c'est-à- dire d'une surface convexe, et d'une surface avant F, c'est-à-dire d'une surface concave, et sont formées par une partie de courbe douce commune. Plus précisément, la forme de la surface arrière B et la forme de la surface avant F sont obtenues par des génératrices perpendiculaires au plan de la feuille portant le dessin. Comme les génératrices sont inclinées d'un angle a par rapport à l'arbre de rotation du propulseur, le côté avant de la pale peut se présenter sous la forme de la figure 3 lorsqu'il est vu dans la direction de l'arbre de rotation, tandis que le c6té arrière de la pale ne peut être vu, car il est caché derrière la pale. Dans le cas présent, les autres pales 3 sont supprimées. De plus, les points 1, 2, 3...n de la surface avant F de la pale 3 recouverte sur les figures 2a et 2b, sont divisées respec- tivement en points la et lb, 2a et 2b,.., na et nb. La courbe représentée par les points la, 2a, 3a...na représente la forme de la pale 3 à la base de la plaque principale, et la courbe représentée par les points lb, 2b, 3b...nb représente la forme de la pale 3 à la base de la plaque latérale. La forme du propulseur fabriqué par le procédé selon l'invention sera maintenant décrite en détails en se référant à la figure 4. Le point d'intersection entre la pale 3 et la surface courbe du côté de la plaque principale 2, à l'extrémité d'entrée de fluide E de la pale de propulseur, est appelé A, et le point d'intersection entre la pale 3 et la surface courbe du côté de la plaque latérale 4, est appelé D à l'extrémité d'entrée. L'axe de rotation du propulseur est Zr. Pour simplifier la description, seul le côté de surface avant, c'est-à-dire le côté concave de la pale 3, est représenté. La description relative à la surface arrière est la même que celle relative à la surface avant, de sorte que la surface courbe du côté de la surface avant sera appelée ci-après "surface courbe de la pale". Sur la figure, une seule lame est représentée pour simplifier le dessin. Le point o la surface courbe de la pale coupe le pourtour extérieur de la surface latérale de la plaque principale est appelé B, et le point o la surface courbe coupe le pourtour extérieur de la plaque latérale, est appelé C. La surface courbe de la pale ainsi gauchie en trois dimensions, est représentée par la zone hachurée ABCD de la figure. Lorsque la forme de la pale est projetée sur un plan perpendiculaire à l'axe Zr, c'est-à-dire dans la direction axiale du propulseur, les projections des points A, B, C et D sont respectivement A', B', C', et D', et les courbes a et b suivant lesquelles la surface courbe de la pale est coupée par la plaque principale 2 et par la plaque latérale 4, sont respectivement a' et b'. Ainsi, la courbe projetée sur le plan ne coïncide pas. Lorsque la surface courbe de la pale est projetée sur un plan perpendiculaire à l'axe Z, c'est-à- dire à l'arbre de rotation formant un angle a par rapport à l'axe Zr, les points A, B, B et D sont projetés res- pectivement aux points A", B", C" et D", et les courbes a et b sont projetées sur a" et b" de façon que les deux courbes se recouvrent l'une l'autre. L'invention est caractérisée en ce que les pales de propulseur gauches sont réalisées en donnant à la surface courbe des côtés avant et arrière des pales une forme de surface courbe recouvrant une surface courbe lorsqu'elle est projetée dans la direction axiale en utilisant un angle a entre l'axe Z et la direction axiale. Bien que la description ci-dessus ait été faite lorsque le propulseur comporte la plaque latérale, il est évident que le même procédé peut être utilisé pour des pales de propulseur découpées d'une seule pièce dans la plaque principale, sans la plaque latérale. La forme des pales de propulseur formées par le procédé d'usinage décrit ci-dessus présente un grand angle d'entrée du côté de la plaque principale et un petit angle d'entrée du côté de la plaque latérale, comme indiqué en figure 3. L'angle de sortie du fluide à l'extrémité périphérique extérieure peut avoir sensiblement la même valeur pour les deux plaques principale et latérale. L'angle de la pale de propulseur peut être égal à l'angle d'entrée théorique du fluide dans les positions radiales correspon- dantes de l'extrémité d'entrée de fluide des pales, pour la raison indiquée ci-dessus, ce qui permet d'obtenir un propulseur à haut rendement. Un propulseur bon marché à haut rendement peut être fabriqué en utilisant la machine d'usinage à commande suivant trois axes classique, et peut être usiné en grande série sans nécessiter de remplacements importants des équipements de production. R E V E N D ICAT I 0 N S 1 ) Propulseur de machine rotative centrifuge de type à fluide, comprenant un certain nombre de pales de propulseur disposées symétriquement autour de l'arbre de rotation du propulseur, propulseur caractérisé en ce que la surface courbe (F) et la surface courbe arrière (B) de chacune des pales, sont formées par des génératrices parallèles inclinées par rapport à l'arbre (F) de rotation du propulseur. 2 ) Procédé de fabrication d'un propulseur de machine rotative centrifuge de type à fluide selon la revendication 1, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à monter de façon fixe sur le plateau d'une machine d'usinage à commande suivant trois axes, un gabarit pouvant être orienté en rotation autour d'un axe incliné par rapport à l'arbre de la machine d'usinage à commande suivant trois axes, à placer l'ébauche de la plaque principale du propulseur sur le gabarit, à effectuer le réglage de rotation pour chaque pale du propulseur sur le gabarit, à effectuer le réglage de rotation pour chaque pale du propulseur, à commander l'arbre d'outil dans les trois directions axiales pour régler la position de celui-ci, et à former chacune des pales d'une seule pièce avec le matériau de la plaque principale en utilisant un outil de coupe fixé à l'arbre d'outil.