Brevet FR2595417A1 — publié le 19870911

"DISPOSITIF A PALES DU TYPE TURBINE, VENTILATEUR POMPE OU AUTRES" La présente invention concerne un dispositif à pales du type turbine, ventilateur, pompe ou autres dispositifs pour la mise en mouvement de fluides, comprenant un arbre d'entratnement et, portées par ce dernier, une multiplicité de pales disposées selon une couronne. Les dispositifs à pales du type ci-dessus actuellement connus sont en général portés par un arbre d'entratnement qui tourne dans un seul sens de rotation, les pales étant orientées et fixes par rapport à l'arbre d'entraînement. Lorsque l'arbre d'entrainement est susceptible de tourner dans ses deux sens de rotation, les pales sont tout simplement disposées radialement de telle sorte que le rendement du dispositif à pales et sa puissance de refoulement sont relativement faibles. La présente invention propose au contraire un dispositif à pales adapté pour fonctionner dans les deux sens de rotation de l'arbre d'entralnement en produisant une puissance de refoulement et un rendement qui peuvent être excellents. Ce but peut être atteint par le fait que, conformément à la présente invention, les pales du dispositif sont montées de manière à occuper deux positions ou orientations circonférentielles extrèmes correspondant respectivement aux deux sens de rotation de l'arbre d'entraînement et à passer d'une position à l'autre sous l'effet de l'inertie à la rotation et/ou du fluide à mettre en mouvement. Dans une exécution préférée, le dispositif à pales selon la présente invention comprend des moyens formant butées limitant le mouvement des pales à leurs deux positions extrèmes et des moyens pour guider leurs mouvements entre ces butées de l'une à l'autre de leurs positions extrèmes. Dans une.variante de réalisation, le dispositif à pales selon la présente invention comprend un premier plateau fixé audit arbre d'entralnement, un deuxième plateau monte tournant en rotation sur ledit premier plateau, des axes de rotation des pales sur le second plateau, parallèles à l'axe de l'arbre d'entrainement, des axes de liaison parallèles à l'axe de l'arbre d'entraine- ment et des lumieres ou évidements oblongs prévus respectivement sur les pales et sur le premier plateau, de telle sorte qu'aux positions extrèmes des pales, les axes de liaison sont en butée aux extrémités des lumières ou évidements oblongs opposées à leur axe de rotation et que les pales passent d'une position extrème à l'autre par rotation du deuxième plateau par rapport au premier plateau, rotation des pales selon leur axe de rotation et glissement de leur axe de liaison dans les lumieres ou évidements oblongs associés. Selon la présente invention, lesdits axes de rotation sont de préférence fixés sur ledit second plateau et s'étendent au travers des pales et lesdits axes de liaison sont de préférence fixés sur ledit premier plateau et s'étendent dans des évidements ou lumières oblongs prévus au travers des pales. Selon la présente invention, de manière à obtenir des canaux d'écoulement du fluide, un troisième plateau en forme de couronne s 1e'tendant en vis-à-vis et à distance dudit deuxième plateau est de préférence prévu, les pales s'étendant entre ce troisième plateau et le deuxième plateau et ces plateaux étant reliés en rotation.De préférence, lesdits axes de rotation sont fixés respectivement sur ces deuxième et troisième plateaux Dans une autre variante de réalisation, la machine à pales selon la présente invention comprend un plateau fixé audit arbre d'entrainement, des axes de rotation des pales sur ce plateau, parallèles à l'axe de l'arbre d'entraînement et des moyens formant butée prévus sur ledit plateau pour les pales à leurs positions extrèmes, les pales passant d'une position extrème à l'autre par rotation autour de leur axe de rotation. Dans cette variante, il est également avantageux de prévoir un deuxième plateau en forme de couronne situé en vis-àvis et à distance dudit plateau, ces plateaux étant liés en rotation et les pales s'étendant entre eux. De préférence, lesdits axes de rotation traversent les pales et leurs extrémités sont respectivement fixées sur lesdits plateaux, lesdits moyens formant butée étant formés par des axes de liaison dont les extrémités sont fixées respectivement auxdits plateaux. Dans une autre variante de réalisation, le dispositif à pales selon la présente invention comprend un premier plateau fixé audit arbre d'entraînement, un deuxième plateau en forme de couronne situé en visà-vis et à distance dudit premier plateau, les pales s'étendant entre ces plateaux, des moyens de liaison de ces plateaux, et des paires d'axes de liaison et d'évidements ou lumières oblongs prévus respectivement de part et d'autre des pales et sur lesdits plateaux, l'un des évidements ou lumières desdits paires d'évidements ou lumières oblongs étant prévus sensiblement circonférentiellement et l'autre étant prévus sensiblement radialement, de telle sorte que les axes de liaison qui coopèrent avec les évidements ou lumières oblongs circonférentiels sont en butée aux extrémités de ces évidements ou lumières aux positions extrèmes des pales et que les pales passent d'une position à l'autre par glissement desdits axes de liaison dans les évidements ou lumières oblongs associés. Dans cette variante, il peut paraitre avantageux de prévoir des pales en un matériau déformable ou élastique, les axes de liaison coopérant avec les évidements ou lumières oblongs radiaux étant en butée à l'extrémité extérieure de ces évidements ou lumières aux positions extrèmes des pales. Conformément à la présente invention et quelque soit la variante de réalisation, il peut paraître avantageux de prévoir des pales en un matériau déformable élastiquement, cette déformation élastique se produisant lors de la rotation du dispositif, sous l'effet de leur inertie et/ou du fluide à mettre en mouvement. Les applications du dispositif à pales selon la présente invention sont nombreuses. Il peut être utilisé comme pompe ou turbine en vue de mettre en mouvement des liquides ou des gaz. I1 peut également etre utilisé comme ventilateur, associés aux moteurs électriques ou-thermiques à deux sens de rotation en vue de leur- refroidissement. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de dispositifs à pales dénommés ci-après turbines et pouvant constituer des ventilateurs, des pompes, ou tous autres dispositifs de mise en mouvement de fluides, décrits à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin sur lequel - la figure 1 représente en coupe radiale selon I-I de la figure 2, un premier dispositif à pales conforme à la présente invention - la figure 2 représente une coupe selon II-II du dispositif à pales représenté sur la figure 1 - la figure 3 représente en coupe radiale selon III-III de la figure 4, un deuxième dispositif à pales selon la présente invention - la figure 4 représente une coupe axiale selon IV-VI du dispositif à pales de la figure 3;; - la figure 5 représente en coupe radiale selon V-V de la figure 6, un troisième dispositif à pales selon la présente invention - et la figure 6 représente une coupe axiale selon VI-IV du dispositif à pales selon la figure 5. Le dispositif à pales formant turbine, représenté sur les figures 1 et 2, repéré d'une manière générale par la référence 1, comprend un plateau radial 2 qui est fixé à l'extrémité d'un arbre d'entraînement 3 relié au moteur non représenté d'une machine telle qu'un moteur électrique ainsi qu'un plateau radial 4 en forme de couronne qui est porté par le plateau 2 et qui est monté tournant sur la périphérie de ce dernier. A cet effet, le plateau 4 présente un épaulement annulaire intérieur 5 qui s'étend entre un épaulement annulaire extérieur 6 du plateau 2 et une plaque annulaire 7 fixée sur le plateau 2 par des moyens non représentés. Dans l'exemple, les plateaux 2 et 4 présentent des faces radiales coplanaires. La turbine 1 comprend également un troisième plateau radial 8 en forme de couronne annulaire qui s'étend à distance et en vis-à-vis du plateau annulaire 4, du côté opposé à l'arbre d'entraînement 3. Ce plateau annulaire 8 est relié au plateau annulaire 4 par l'intermédiaire de six axes de rotation 9 parallèles à l'arbre d'entrainement 3, décalés angulairement et régulièrement répartis a' leur périphérie. En outre, le plateau 2 porte six axes de liaison 10 qui sont parallèles aux axes de rotation 9 et qui sont régulièrement répartis au voisinage de la périphérie du plateau 2, ces axes de liaison s'étendant dans l'espace séparant les plateaux 4 et 8 sans atteindre ce plateau 8. La turbine 1 comprend également six pales 11 qui sont disposées selon une couronne et qui sont portées par, respectivement, un axe de rotation 9 et un axe de liaison 10 de la manière suivante. Les pales 11 sont en forme de plaques parallélipipédiques et s'étendent entre les plateaux radiaux 2, 4 et 8. Leurs extrémités périphériques sont respectivement traversées dans le sens de leur largeur par les axes de rotation 9 autour desquels elles sont susceptibles de tourner et leurs parties d'extrémité intérieure présentent respectivement des évidements ou lumières oblongs 12 réalisés dans le sens de leur largeur et dans lesquels s'étendent respectivement les axes de liaison 10. Ces lumières ou évidements oblongs 12 s'étendent dans le plan principal des pales 11. I1 s'ensuit que la liaison en rotation de l'ensemble formé par les plateaux 4 et 8 et les axes de rotation 9 au plateau 2 est réalisée au travers des pales ll et des axes de liaison 10. En se reportant à la figure 1, on voit que, lorsque la turbine 1 est entraînée en rotation par l'arbre d'entraînement 3 dans le sens de la flèche 13, les axes de liaison 10 sont en butée contre l'extrémité intérieure des lumières oblongues 12 des pales 11 opposée aux axes de rotation 9. Les pales 11 régulièrement réparties sont dans une position extrème dans laquelle elles sont inclinées par rappport aux plans radiaux passant par les axes de rotation 9, les axes de liaison 10 étant en avant par rapport aux axes de rotation 9. Ainsi un fluide tel que l'air est amené à s'écouler, grâce aux pales 11, au travers du passage central du plateau 8 vers la périphérie de la turbine 1 en passant entre les pales I1 et les plateaux 4 et 8. Lorsque -l'arbre d'entrainement 3 est amené à tourner dans le sens opposé à la flèche 13, grâce à l'inertie à la rotation de l'ensemble formé par les plateaux 4 et 8 reliés par les axes de rotation 9 et les pales 11 et/ou l'effet du fluide se trouvant dans la turbine 1 sur les pales 11, le plateau 2 tourne, au démarrage, par rapport au plateau 4. De la sorte, les axes de liaison 10 portés par le plateau 2 se déplacent dans les lumières oblongues 12 en se rapprochant des axes de rotation 9 puis en s'en éloignant pour revenir en butée contre l'extrémité intérieure des lumières oblongues 12 et en faisant pivoter les pales 11 autour des axes de rotation 9. Les pales 11 se trouvent alors disposées symétriquement par rapport aux plans radiaux passant par leur axe de rotation 9, dans une deuxième position extrème.L'une des pales 11 a été représentée sur la figure 1 dans cette deuxième position extrème dans laquelle également les pales 11 sont inclinées par rapport aux plans radiaux passant par les axes de rotation 9 et les axes de liaison 10 sont en avant des axes de rotation 9. Le fonctionnement de la turbine 1 est alors identique à son fonctionnement précédent. Si la turbine 1 est amenéede nouveau à tourner dans le sens de la flèche 13, des déplacements relatifs opposés se produiront pour ramener les pales 11 dans leur position représentée sur la figure 1. On voit en outre sur la figure 2 que la turbine 1 est enveloppée à sa périphérie par une volute ou canal d'écoulement 14 pour le guidage du fluide mis en mouvement par les pales 11. En se reportant aux figures 3 et 4, on voit qu'un autre dispositif à pales formant turbine repéré d'une manière générale par la référence 15 y est représenté. Cette turbine 15 comprend un plateau radial 16 qui est fixé sur l'extrémité d'un arbre d'entranement 17 relié à un moteur d'entraînement non représenté, ainsi qu'un plateau radial 18 en forme de couronne situé à distance et en visà-vis du plateau 16 à l'opposé de l'arbre d'entraînement 17. Ces plateaux 16 et 18 sont reliés, dans l'exemple, par six axes de rotation 19 parallèles à l'arbre d'entraînement 17 et dont les extrémités portées par le plateau 18 sont situées auprès de son bord intérieur, ces axes de rotation étant décalés angulairement et régulièrement répartis.Les plateaux 16 et 18 sont également reliés par six axes de liaison 20 également parallèles à l'arbre d'entrainement 7. Ces axes de liaison sont décalés angulairement et sont régulièrement répartis prés des bords périphériques des plateaux 16 et 18, les axes de liaison 20 étant, par paires, disposés symétriquement par rapport à chacun des plans passant par les axes de rotation 19. La turbine 15 comprend également des pales 21 en forme de plaques qui s'étendent entre les plateaux 16 et 18 et dont les extrémités intérieures sont traversées, dans le sens de leur largeur, par les axes de rotation 19 et dont leur extrémité extérieure peut, par rotation autour des axes de rotation 19, venir en butée, à deux positions extrèmes, contre les axes de liaison les plus proches. Ainsi, lorsque arbre d'entraînement 17 entraîne la turbine 15 dans le sens de la flèche 22, comme on peut le voir sur la figure 3, les pales sont en butée contre les axes de liaison 20 situés en arrière de leur axe de rotation 19, les pales 21 étant ainsi inclinées et permettant la mise en mouvement de l'écoulement de fluide dans la turbine 15, depuis le passage central 18a du plateau annulaire 18 vers sa périphérie, en passant entre les pales 21 et les plateaux 16 et 18. Lorsque l'arbre d'entraînement 17 tourne dans le sens opposé à la flèche 22, au démarrage, grâce à l'inertie des pales 21 et/ou à l'effet sur elles du fluide se trouvant dans la turbine 15, les pales 21 passent par pivotement autour des axes de rotation de leur position inclinée représentée sur la figure 3 à une position extrème opposée dans laquelle elles viennent en butée contre les axes de liaison 20 se trouvant en arrière de leurs axes de rotation 19, cette seconde position extrème des pales 21 étant symétrique par rapport aux plans radiaux passant par les axes de rotation 19 de la position extrème précédente. La turbine 15 se trouve alors dans le meme état de fonctionnement que précédemment mais pour le sens opposé de rotation de l'arbre d'entraînement 17. Lorsque l'arbre d'entraînement 17 sera amené à tourner de nouveau dans le sens de la flèche 22, les pales 21 reviendront, au démarrage, dans leur position représentée sur la figure 3. On voit sur la figure 4 que, là également, la partie périphérique de la turbine 15 est enveloppée par une volute ou un canal d'écoulement 23 du fluide mis en mouvement. En se reportant aux figures 5 et 6, on va maintenant décrire un troisième dispositif à pales formant turbine repéré d'une manière générale par la référence 24. Cette turbine 24 comprend un plateau radial 25 fixé à I' extrémité d'un arbre d'entraînement 26 ainsi qu'un plateau radial en forme de couronne 27 qui s'étend en visà-vis et à distance du plateau 25, à l'opposé de l'arbre d'entralnement 26. Ces plateaux 25 et 27 sont reliés par trois goujons 28 régulièrement répartis à leur périphérie. Cette turbine 24 comprend également des pales repérées d'une manière générale par la référence 29 qui s'étendent entre les plateaux 25 et 27 qui sont au nombre de six dans l'exemple représenté et qui sont montés de la manière suivante. A leur extrémité intérieure, les pales 29 présentent des axes de liaison intérieurs parallèles à l'arbre d'entraînement 26, dont les extrémités pénètrent respectivement dans des évidements oblongs 31 et 32 des plateaux 25 et 27. Les évidements oblongs 31 et 32 s'étendent radialement et se situent près du bord intérieur du plateau en forme de couronne 27. Ils sont en outre décalés angulairement et régulièrement répartis. Les pales 29 comprennent également des axes de liaison extérieurs 33 qui sont parallèles à l'arbre d'entralnement 26 et dont les extrémités pénètrent respectivement dans des évidements oblongs 34 et 35 des plateaux 25 et 27. Ces évidements 34 et 35 sont disposés près des bords extérieurs des plateaux 25 et 27 et s'étendant circonférentiellement, de part de d'autre des plans radiaux passant les évidements intérieurs 31 et 33. Ils sont en outre décalés angulairement et régulièrement répartis. Les pales 29 comprennent une partie centrale 36 qui relie les axes de liaison 30 et 33 et qui en constitue son corps. Dans l'exemple représenté, cette partie centrale 36 est en un matériau déformable, de préférence déformable élastiquement et formé par exemple par un voile en matière plastique. Lorsque l'arbre d'entrainement 26 entraîne la turbine 24 dans le sens indiqué par la flèche 37 comme indiqué sur la figure 5, les axes de liaison extérieurs 33 des pales 29 sont en arrière de leurs axes de liaison intérieurs 30 et sont en butée contre l'extrémité des évidements circonférentiels 34 et 35 des plateaux 25 et 27 situés en arrière des plans radiaux passant par les évide ments radiaux 31 et 32 des plateaux 25 et 27 et les extrémités des axes de liaison intérieurs 30 sont en butée contre l'extrémité extérieure des évidements intérieurs radiaux 31 et 32 des plateaux 25 et 27. Ainsi, les plans passant par les axes de liaison 30 et 33 des pales 29 sont inclinés par rappport aux plans radiaux passant par les axes de liaison intérieurs 30 et les parties centrales 36 des pales 29 prennent une forme concave dans le sens de rotation de la turbine 24.Les pales 29 entraînent le fluide au travers de la turbine 24 depuis le passage central 27a du plateau en forme de couronne 27 vers sa périphérie, en passant entre les pales 29 et les plateaux 25 et 27. Lorsque l'arbre d'entraînement 26 entralne la turbine 24 dans le sens opposé à la flèche 37, au démarrage, grâce à l'effet de l'inertie à la rotation des pales 29 et/ou du fluide se trouvant dans la turbine 24, les extrémités des axes de liaison extérieure 33 glissent dans les évidements extérieurs circonférentiels 34 et 35 vers l'autre extrémité de ces évidements et les axes de liaison intérieurs 30 glissent radialement dans les évidements intérieurs radiaux 31 et 32 et reviennent en butée contre leur extrémité extérieure. Les pales 29 se retrouvent dans une position extrème symétrique de la position extrème précédente visible sur la figure 5, la turbine étant dans un état de fonctionnement identique à l'état de fonctionnement précédent pour le deuxième sens de rotation de l'arbre d'entraine- ment 26. Quand l'arbre d'entraînement 26 sera amené à tourner de nouveau dans le sens de la flèche 37, les pales 29 de la turbine 24 reviendront dans leur position précédente visible sur la figure 5. Comme précédemment, la périphérie de la turbine 24 est entourée par une volute ou un canal d'écoulement et de guidage 38. I1 ressort des exemples décrits ci-dessus que les dispositifs à pales représentés sont adaptés pour fonctionner avec des pales inclinées qui permettent un écoulement centrifuge d'un fluide, que l'arbre d'entraînement tourne dans un sens ou qu'il tourne dans l'autre, les pales passant d'une position inclinée symétrique extrème à l'autre position extrème inclinée sous l'effet de l'inertie à la rotation et/ou du fluide à mettre en mouvement. Bien entendu, les pales des turbines décrites pourraient présenter des formes différentes, et en particulier toutes formes favorables à l'écoulement. A titre d'exemples, les dispositifs à pales décrits ci-dessus sont particulièrement adaptés pour constituer des ventilateurs de moteurs électriques ou thermiques pour la mise en mouvement d'un courant d'air pour leur refroidissement. La présente invention ne se limite pas aux dispositifs cidessus décrits. Bien des variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Dispositif à pales du type turbine, ventilateur, pompe ou autres, comprenant un arbre d'entraînement (3 ; 17 ; 28) et, portées par ce dernier, une multiplicité de pales (11 ; 21 29) disposées selon une couronne, caractérisé par le fait que les pales sont montées de manière à occuper deux positions ou orientations circonférentielles extrèmes correspondant respectivement aux deux sens de rotation de l'arbre d'entraînement et à passer d'une position à l'autre sous l'effet de l'inertie à la rotation et/ou du fluide à mettre en mouvement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens formant butées limitant le mouvement des pales à leurs deux positions extrèmes et des moyens pour guider leur mouvement entre butées de l'une à l'autre de leurs positions extrèmes. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend : un premier plateau (2) fixé audit arbre d'entraînement (3) ; un deuxième plateau (4) monté tournant en rotation sur ledit premier plateau (2) ; des axes de rotation (9) des pales (11) sur le second plateau (4), parallèles à l'axe de l'arbre d'entraînement (3) ; des axes de liaison (10) parallèles à l'axe de l'arbre d'entraînement (3) et des lumières ou évidements oblongs (12) prévus respectivement sur les pales (11) et sur le premier plateau (2), de telle sorte qu'aux positions extrèmes des pales (11), les axes de liaison (10) sont en butée aux extrémités des lumières ou évidements oblongs (12) opposées à leur axe de rotation (9) et que les pales (11) passent d'une position extrème à l'autre par rotation du deuxième plateau (4) par rapport au premier plateau (2), rotation des pales (11) selon leur axe de rotation -(9)et glissement de leur axe de liaison (10) dans les évidements ou lumières oblongs (12) associés. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que lesdits axes de rotation (9) sont fixés sur ledit deuxième plateau (4) et s'étendent au travers des pales (11) et que lesdits axes de liaison (10) sont fixés sur ledit premier plateau (2) et s'étendent dans des évidements ou lumières oblongs (12) prévus au travers des pales (11). 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait qu'il comprend un troisième plateau (8) en forme de couronne s 'étendant en vis-à-vis et à distance dudit deuxième plateau (4), les pales (11) s'étendant entre ce troisième plateau (8) et le deuxième plateau (4), les extrémités desdits axes de rotation (9) étant fixées respectivement sur ces deuxième et troisième plateaux (4, 8). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend : un plateau (16) fixé audit arbre d'entraînement (17) ; des axes de rotation (19) des pales (21) sur ce plateau (16), parallèles à l'axe de l'arbre d'entraînement des moyens formant butées (20) prévus sur ledit plateau (16) pour les pales (21) à leurs positions extrèmes, les pales (21) passant d'une position extrème à l'autre par rotation autour de leur axe de rotation (19). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un deuxième plateau (18) en forme de couronne situé en vis-à-vis et à distance dudit plateau (16), les pales (21) s'étendant entre ces plateaux, lesdits axes de rotation (19) traversant les pales (21) et leurs extrémités étant respectivement fixées sur lesdits plateaux (16, 19) et lesdits moyens formant butées étant formés par des axes de liaison (20) dont les extrémités sont fixées auxdits plateaux (16, 18). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend : un premier plateau (25) fixé audit arbre d'entraînement (26) ; un deuxième plateau (27) en forme de couronne situé en vis-à-vis et à distance dudit premièr plateau (25), les pales (29) s'étendant entre ces plateaux ; des moyens de liaison (28) de ces plateaux (25, 27) ; des paires d'axes de liaison (30, 33) et d'évidements ou lumières oblongs (31, 34) prévues respectivement de part et d'autre des pales (29) et sur lesdits plateaux (25, 27), l'un (34) des évidements ou lumières desdits paires d'évidements ou lumières oblongs étant prévus sensiblement circonférentiellement et l'autre (31) étant prévu sensiblement radialement ; de telle sorte que les axes de liaison (33) qui coopèrent avec les évidements ou lumières oblongs circonférentiels (34) sont en butée aux extrémités de ces évidements ou lumières aux positions extrèmes des pales (29) et que les pales (29) passent d'une position à l'autre par glissement desdits axes de liaison (30, 33) dans les évidements ou lumières oblongs (31, 34) associés. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les pales (11 ; 21 ; 29) sont en un matériau déformable élastiquement. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les pales (29) sont en un matériau déformable ou élastique, les axes de liaison (30) coopérant avec les évidements ou lumières oblongs radiaux (31) étant en butée à l'extrémité extérieure de ces évidements ou lumières (31) aux positions extrèmes des pales (29).