Brevet FR2595418A1 — publié le 19870911

"DISPOSITIP A PALES OU AUBES DU TYPE TURBINE, VENTILATEUR, POMPE OU AUTRES" La présente invention concerne un dispositif à pales ou aubes du type turbine, ventilateur, pompe ou autres dispositifs pour la mise en mouvement de fluides, comprenant un arbre d'entrainement susceptible de tourner dans ses deux sens de rotation et, portées par ce dernier, une multiplicité de pales disposées selon une couronne. Les dispositifs à pales du type ci-dessus actuellement connus présentent des pales en forme de plaques dont les faces actives opposées sont parallèles et disposées radialement de telle sorte que le rendement de ces dispositifs à pales connus et leur puissance de refoulement sont relativement faibles. La présente invention concerne au contraire un dispositif à pales adapté pour fonctionner dans les deux sens de rotation de l'arbre d'entrainement en produisant une puissance de refoulement et un rendement considérablement accrus par rapport aux dispositifs à pales de ce type actuellement connus. Ce but est atteint par le fait que, conformément à la présente invention, sur chacune de leurs faces actives opposées et de manière sensiblement symétrique, les pales comprennent successivement, dans le sens d'écoulement du fluide, un profil d'attaque et un profil de refoulement principal qui présentent une forme concave dont les lignes de courbure s'étendent dans le sens de l'écoulement, ainsi que, dans ces profils, un évidement concave formant un profil de refoulement intermédiaire de forme sensiblement torique à axe sensiblement perpendiculaire au sens de l'écoulement.Lesdits profils déterminent deux parties en saillie allant en s'eloignant du plan de symétrie de la pale, espacées perpendiculairement au sens d'écoulement et séparées par ledit évidement. Conformément à la présente invention, la largeur dudit évidement, perpendiculairement au sens d'écoulement du fluide, est de préférence inférieure à la largeur dudit profil de refoulement principal. Conformément à la présente invention, la zone d'intersection du profif de refoulement principal et du profil de refoulement intermédiaire est de préférence arrondie et de forme convexe. Conformément à la présente invention, ledit profil de refoulement principal présente, de préférence, au moins dans la zone desdites parties en saillie, un rayon de courbure allant, dans le sens inverse de l'écoulement du fluide, en diminuant. Conformément à la présente invention, ledit profil d'attaque forme, de préférence, un angle inférieur ou égal à 300 par rapport au plan perpendiculaire au plan de symétrie de la pale. Dans une variante de réalisation, ledit profil de refoulement principal présente, successivement dans le sens del'écoulement du fluide, une partie concave, une partie plane et une partie convexe d'extrémité aval de la pale, ledit profil de refoulement intermédiaire étant de préférence réalisé au moins dans la partie concave de ce profil de refoulement principal. Conformément à la présente invention, la partie concave dudit profil de refoulement principal présente une section, dans le sens de l'écoulement du fluide, sensiblement circulaire ou elliptique. Conformément à la présente invention, ledit profil de refoulement intermédiaire est de préférence en forme de tore de section sensiblement circulaire ou elliptique. Selon la présente invention, la partie la plus creuse de l'évidement formant ledit profil de refoulement intermédiaire est de préférence, dans le sens de l'écoulement du fluide, sensiblement tangente au profil de refoulement principal. Dans une variante d'éxécution simple, lesdites pales du dispositif à pales selon la présente invention sont portées par un plateau fixé audit arbre d'entraînement, les plans de symétrie desdites pales s'étendant sensiblement selon l'axe de cet arbre d'entralnement. En outre, le dispositif à pales selon la présente invention peut comprendre un plateau en forme de couronne situé en vis-à-vis et à distance desdits plateaux, lesdites pales s'étendant entre ces plateaux et étant portées par ces derniers. Conformément à la présente invention, il est particulièrement avantageux que la dimension périphérique la plus grande de chaque pale soit égale à la moitié de la distance périphérique correspondante des pales qui lui sont adjacentes et que cette dimension soit égale à deux fois la distance la séparant de ces dernières. Les applications du dispositif à pales selon la présente invention sont nombreuses. Il peut en effet être utilisé comme pompe ou turbine à deux sens de rotation en vue de mettre en mouvement des liquides ou des gaz. Il peut également être avantageusement utilisé comme ventilateur associé au moteur électrique ou thermique à deux sens de rotation en vue de leur refroidissement. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un dispositif à pales dénommé ci-après turbine et pouvant constituer un ventilateur, une pompe ou tous autres dispositifs de mise en mouvement de fluides, décrit à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin sur lequel - la figure 1 représente, en coupe partielle radiale selon I-I de la figure 2, un dispositif à pales conforme à la présente invention ; - la figure 2 représente une vue latérale du dispositif à pales de la figure 1, avec le carter l'entourant en coupe radiale selon II-II de la figure 1 - et la figure 3 représente, en perspective, une pale du dispositif à pales de la figure 1. Le dispositif à pales formant turbine représenté sur les figures et 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 tel qu'un moteur électrique, cet arbre d'entraînement 3 étant porté, au voisinage du plateau 2, par un carter 4. La turbine 1 comprend également, à l'opposé de l'arbre d'entrainement 3, un plateau radial en forme de couronne 5 qui est situé en vis-à-vis et à distance du plateau radial 2 et qui présente un passage central 6. Entre les plateaux 2 et 5, la turbine 1 comprend, dans l'exemple, six pales repérées d'une manière générale par la référence 7 qui présentent des plans de symétrie 8 passant sensiblement par l'axe 9 de l'arbre d'entraînement 3 et qui sont décalées angulairement et régulièrement réparties selon une couronne. Les pales 7 présentent deux faces radiales opposées 10 et il qui sont en contact avec les faces radiales en vis-à-vis des plateaux 2 et 5 et sont fixées à ces plateaux par tous moyens connus non représentés, le plateau en forme de couronne 5 ne recouvrant que la partie d'extrémité périphérique des pales 7. Les pales 7 présentent également deux faces actives opposées 12 et 13 qui s'étendent entre leurs faces radiales 10 et 11 et qui sont construites de manière symétrique par rapport à leur plan axial 8. Ces faces actives 12 et 13 sont formées de manière à provoquer, lors de la rotation de l'arbre d'entraînement 3 dans un sens ou dans l'autre, un écoulement centrifuge du fluide devant etre mis en mouvement par la turbine 1 de son centre en passant au travers du passage central 6 du plateau en forme de couronne 5 vers sa périphérie, entre les plateaux 2 et 5. Les pales 7 présentent tout d'abord une surface intérieure 14 sensiblement plane qui s'étend de part et d'autre de leur plan de symétrie 8 perpendiculairement à ce dernier et parallèlement à l'axe 9 de l'arbre d'entrainement 3. Puis, dans le sens de l'écoulement centrifuge du fluide, les faces actives opposées 12 et 13 des pales 7 présentent respectivement des profils d'attaque 15 et 16 formés dans l'exemple par des surfaces planes parallèles à l'axe 9 de l'arbre d'entraînement 3 et qui forment un angle égale à 300 avec la surface 14, ainsi que des profils de refoulement principaux 17 et 18. Dans l'exemple, les profils de refoulement principaux 17 et 18 présentent, dans le sens de l'écoulement du fluide, des surfaces concaves 19 et 20 de section radiale circulaire à axes parallèles à l'axe 9 del'arbre d'entratnement 3, des surfaces planes 21 et 22 parallèles à l'axe 9 de l'arbre d'entrainement 3 et des surfaces 23 et 24 convexes, de section circulaire à axes parallèles à l'axe 9 de l'arbre d'entralnement 3, ces surfaces convexes 23 et 24 formant l'extrémité périphérique des pales 7. On pourra noter que les surfaces opposées 21 et 22 des pales 7 vont, dans l'exemple, en se rapprochant et forment, dans l'exemple, un angle voisin de 40. Dans leurs profils d'attaque 15, 16 et leurs profils de refoulement principal 17, 18 , les faces actives opposées 12 et 13 des pales 7 présentent des évidements concaves 25 et 26 qui forment des profils de refoulement intermédiaire 27 et 28 de forme sensiblement torique à axe parallèle à l'axe 9 de l'arbre d'entrainement 3, ces profils de refoulement intermédiaire de forme torique, étant dans l'exemple de section circulaire. Les profils 15, 17 et 27 et les profils 16, 18 et 28 des faces actives opposées 12 et 13 des pales 7 déterminent respectivement deux parties en saillie 29, 30 et 31, 32. Ces dernières vont en s'éloignant du plan de symétrie 8 des pales 7 et sont espacées dans le sens de l'axe 9 de l'arbre d'entrainement 3 et séparées par les évidements 25 et 26. La largeur L des évidements 25 et 26, dans le sens de l'axe 9 de l'arbre d'entranement 3 est inférieure à la largeur D des profils 15, 17 et 16, 18, entre les surfaces radiales 10 et 11, de telle sorte que les parties en saillie 29 à 32 des pales 7 présentent des surfaces frontales 29a à 32a qui sont parallèles à leur plan de symétrie 8, ces surfaces pouvant etre profilées. En outre, dans l'exemple, les évidements 25 et 26 sont réalisés dans les parties concaves 19 et 20 des profils de refoulement principaux 17 et 18 et leur partie la plus profonde est tangente aux plans 21 et 22 de ces profils 17 et 18. De plus, dans l'exemple, les zones d'intersection des profils toriques 27 et 28 et des surfaces concaves 19 et 20 des profils de refoulement principaux 17 et 18 sont arrondies et convexes. En se reportant à la figure 1, on voit que la dimension périphérique 33 la plus grande de chaque pale 7, passant par les bords intérieurs des surfaces frontales 29a à 32a communs aux profils d'attaque 15 et 16 est égal à la moitié de la distance périphérique e-f correspondante des pales 7 qui lui sont adjacentes et que cette dimension 33 est égale à deux fois la distance 34 la séparant de ces dernières. Ces caractéristiques de positionnement et de dimension sont matérialisées sur la figure 1 sur un arc de cercle. La turbine 1 étant entraînée en rotation grâce à l'arbre d'entraînement 3, dans un sens ou dans l'autre, les faces actives 12 ou les faces actives 13 des pales 7 produisent un écoulement centrifuge du fluide entre les plateaux 2 et 5 vers une volute 35 prévue dans le carter 4 et enveloppant la partie périphérique de la turbine 1, ce carter 4 présentant un passage central d'entrée 35 correspondant au passage central 6 du plateau en forme de couronne 5. A titre d'exemple, la turbine 1 décrite ci-dessus est particulièrement adaptée pour constituer le ventilateur d'un moteur électrique ou thermique pour la mise en mouvement d'un courant d'air pour son refroidissement. La présente invention ne se limite pas au dispositif ci-dessus décrit. En particulier, le nombre de pales pourrait etre différent, les angles prévus pourraient être modifiés, les profils prévus de section circulaire pourraient etre elliptiques ou présenter une autre forme, les surfaces planes pourraient ete concaves ou convexes. Bien d'autres variantes de réalisation sont encore possibles sans sortir du cadre défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Dispositif à pales ou aubes du type turbine, ventilateur, pompe ou autres dispositifs pour la mise en mouvement de fluides, comprenant un arbre d'entralnement (3) susceptible de tourner dans ses deux sens de rotation et, portées par ce dernier, une multiplicité de pales (7) disposées selon une couronne, caractérisé par le fait que, sur chacune de leurs faces actives opposées (12, 13) et de manière sensiblement symétrique, lesdites pales (7) comprennent successivement, dans le sens d'écoulement du fluide, un profil d'attaque (15, 16) et un profil de refoulement principal (17, 18) qui présente une forme concave dont les lignes de courbure s'étendent dans le sens de l'écoulement, ainsi que, dans ces profils, un évidement concave (25, 26) formant un profil de refoulement intermédiaire (27, 28) de forme sensiblement torique à axe sensiblement perpendiculaire au sens de l'écoulement, lesdits profils déterminant deux parties en saillie (29, 30 ; 31, 32) allant en s'éloignant du plan de symétrie (8) de la pale (7), espacées perpendiculairement au sens d'écoulement et séparées par ledit évidement (25, 26). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la largeur (L) dudit évidement (25, 26) perpendiculairement au sens d'écoulement du fluide est inférieure à la largeur (D) dudit profil de refoulement principal (17, 18). 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la zone d'intersection du profil de refoulement principal (17, 18) et du profil de refoulement intermédiaire (27, 28) est convexe. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit profil de refoulement principal (17, 18) présente, au moins dans la zone desdites parties en saillie (29, 30 ; 31, 32), un rayon de courbure allant, dans le sens inverse de l'écoulement du fluide, en diminuant. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit profil d'attaque (15, 16) forme un angle inférieur ou égal à 30 par rapport à un plan (14) perpendiculaire au plan de symétrie (8) de la pale (7). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit profil de refoulement principal (17, 18) présente, successivement dans le sens de l'écoulement du fluide, une partie concave (19, 20), une partie plane (21, 22) et une partie convexe (23, 24) d'extrémité aval de la pale (7). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit profil de refoulement intermédiaire (27, 29) est réalisé au moins dans la partie concave (19, 20) du profil de refoulement principal (17, 18). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la partie concave (19, 20) dudit profil de refoulement principal (17, 18) présente une section, dans le sens de l'écoulement du fluide, sensiblement circulaire ou elliptique. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit profil de refoulement intermédiaire (27, 28) est en forme de tore de section sensiblement circulaire ou elliptique. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, dans le sens de l'écoulement du fluide, la partie la plus creuse de l'évidement (25, 26) formant ledit profil de refoulement intermédiaire (27, 28) est sensiblement tangente au profil de refoulement principal (17, 1). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdites pales (7) sont portées par un plateau (2) fixé audit arbre d'entraînement (3), les plans de symétrie (8) desdites pales (7) s'étendant sensiblement selon l'axe (9) de cet arbre d'entranement (3). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'il comprend un plateau en forme de couronne (5) situé en vis-à-vis et à distance dudit plateau (2), lesdites pales (7) s'étendant entre ces plateaux (2, 5) et étant portées par ces derniers. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la dimension périphérique (33) la plus grande de chaque pale (7) est égale à la moitié de la distance périphérique correspondante des pales qui lui sont adjacentes, et est égale à deux fois la distance (34) la séparant de ces dernières