Brevet FR2619595A1 — publié le 19890224

La présente invention concerne une roue motrice multi-pales pour une turbine à flux traversant, et se rapporte, en particulier, à une roue motrice qui comprend une pluralité d'éléments de pales axialement allongés chacun ayant une courbure prédéterminée dans la section transversale, et au moins deux plaques support analogues à des disques axialement espacées l'une de l'autre et reliées avec lesdits éléments de pales pour former un ensemble monobloc. Une turbine ou soufflante à flux traversant avec une telle roue motrice est connue et largement utilisée pour diverses applications. Habituellement, afin d'obtenir un ensemble monobloc des éléments de pales et des plaques support, chaque plaque support présente une pluralité de fentes qui sont espacées les unes des autres d'égale distance et qui s'étendent radialement vers l'intérieur à partir de la périphérie externe de la plaque support correspondante. Pour recevoir un élément de pale associé de façon aussi ajustee que possible, et afin d'éviter un jeu indésirable ou un déplacement de l'élément de pale dans l'ensemble fini, chaque fente présente une courbure correspondant à celle de l'élément de pale, et une largeur qui est sensiblement la même que l'épaisseur de l'élément de pale. Toutefois, dans les dispositifs actuels, l'élé- ment de pale consiste habituellement en une plaque d'aluminium relativement mince, qui -bien que légère en poids, présente en elle-même une résistance mécanique insuffisante et subit une déformation indésirable en particulier en cas de manipulation brusque. Comme cet élément de pale doit etre comprimé à l'intérieur de la fente étroite très soigneusement, une manipulation très délicate et prenant du temps est nécessaire pendant la fabrication. Partant de là il est très difficile, non seulement d'améliorer la productivité, mais encore de réaliser une qualité de produit uniforme. La présente invention a donc pour objet de four nir une roue motrice multi-pales améliorée pour une soufflante ou turbine à flux traversant, qui est facile à fabriquer et qui remédie aux inconvénients ci-dessus de l'installation classique. A cette fin, conformément à la présente invention on fournit une roue motrice du type ci-dessus mentionné, qui est caractérisée en ce que chaque. fente se termine dans une partie d'extrémité radialement intérieure ayant une largeur supérieure à l'épaisseur de l'élément de pale, chaque zonesegmentaire comportant au moins une perforation ménagée à proximité de ladite partie d'extrémité radialement intérieure de l'une des fentes correspondante, chaque fente se terminant dans une partie d'extrémité radialement extérieure là où un bord radialement extérieur de l'une des paires des zones segmentaires avoisinante est en contact étroit avec la paroi latérale opposée de l'autre paire de zones segmentaires de telle sorte que chaque élément de pale est serré par et situé entre les parois latérales opposées d'une paire de fentes. La roue motrice conforme à l'invention peut être fabriquée de façon très simple comme suit. Tout d'abord, chaque fente est formée dans les plaques support de manière à avoir une largeur initiale sur toute la longueur, qui est supérieure à l'épaisseur de l'élément de pale. De cette façon, les éléments de pale peuvent etre amenés à l'intérieur des fentes correspondantes très facilement, sans qu'il n'y ait aucun risque de déformation indésirable. Lorsque tous les éléments de pales ont été mis en place dans les fentes respectives, la prochaine étape consiste à appliquer le bord extérieur des plaques support en exerçant une pression dirigée dans une direction prédéterminée, de préférence par l'intermédiaire d'un rouleau presseur, de manière à produire une déformation des zones segmentaires respectivement définies par une paire de fentes avoisinantes et pour pousser le bord radialement exté rieur de chaque zone segment aire contre la paroi latérale opposée de la zone segmentaire avoisinante. De cette façon, chaque élément de pale est serré par et monté entre les parois latérales opposées de la fente correspondante. Etant donné que chacune des fentes ménagées dans les plaques support se termine dans une partie d'extrémité radialement intérieure dont la largeur est supérieure à l'épaisseur de l'élément de pale, et que chacune des zones segmentaires est munie d'au moins une perforation disposée près de la partie d'extrémité intérieure de la fente, chaque zone segmentaire peut facilement être déformée de la manière ci-dessus mentionnée au cours de la fabrication de la roue motrice. A cet effet, la partie d'extrémité de la fente est avantageusement conformée de manière à s'élargir vers le côté concave de la fente alors que la perforation est ménagée sur le côté convexe de celle-ci. De préférence, la plaque support destinée à être reliée au moteur d'entraînement présente un arbre d'entrai- nement venu de forme par emboutissage profond du matériau de la plaque support. En variante, la plaque support destinée à être reliée au moteur d'entraînement peut être fixée de façon amovible à un élément d'accouplement constitué par un disque avec un arbre d'entraînement venu de forme par emboutissage profond du matériau de l'élément d'accouplement. La présente invention sera décrite ci-après en détail en regard de certaines formes de réalisation préférées représentées aux dessins annexés sur lesquels Figure 1 est une vue en plan d'une soufflante à flux traversant à laquelle peut s'appliquer la présente invention; Figure 2 est une vue avant de la soufflante représentée à la Figure 1; Figure 3 est une vue en coupe schématique prise essentiellement le long de la ligne II-II de la Figure 2 montrant le mode d'écoulement d'air à travers la soufflante à flux traversant; Figure 4 est une vue avant de l'ensemble des éle- ments de pale et des plaque support conformément à une première forme de réalisation de la présente invention; Figure 5 est une vue latérale de l'ensemble représenté à la Figure 4;; Figure 6 est une vue latérale de la plaque support utilisée pour former l'ensemble représenté à la Figure 4; Figure 7 est une vue latérale partielle de la plaque support représentant le mode d'assemblage grâce auquel chaque élément de pale est relié rigidement à l'inté- rieur de la fente à la plaque support; Figure 8 est une vue avant partielle de l'ensemble représenté à la Figure 4 qui est muni d'un arbre d'entraînement; Figure 9 est une vue latérale représentant une autre forme de réalisation de la plaque support avec un arbre d'entraînement venu de forme; Figure 10 est une vue en coupe de la plaque support représentée à la Figure 9; Figure Il est une vue latérale représentant une variante de la plaque support avec un arbre d'entraînement venu de forme et une nervure de renforcement; ; Figure 12 est une vue en coupe de la plaque support représentée à la Figure 11; et Figure 13 est une vue en coupe analogue à la Figure 12 et montrant une autre variante de la plaque support. En se reportant maintenant aux Figures 1 et 2, on a représenté un exemple de soufflante ou turbine à flux traversant à laquelle peut être appliquée la présente invention et qui comporte un carter 1 axialement allongé avec une paroi avant la, une paire de parois latérales lb et lc, et une paroi de fond et arrière ld essentiellement en forme de L. Ces parois la-ld définissent une ouverture d'aspira tion 2 dans la partie supérieure du carter 1 et une ouverture de rdúbmrt 3 dans la partie inférieure de celui-ci. La roue motrice 4 conforme à la présente invention est montée à rotation à l'intérieur du carter 1.L'une des extrémités de la roue motrice 4 est reliée de manière à être entrainée par un moteur 5 monté sur l'une des parois latérales lb, alors que l'autre extrémité est tourillonnée par l'intermédiaire d'un palier 6 fixé à l'autre paroi latérale lc. Un trajet d'écoulement 18 du flux d'air est représenté schématiquement à la Figure 3 d'après laquelle on verra que la soufflante à flux traversant présente un courant d'air unique représenté par les flèches en traits fins, qui est dirigé de la périphérie extérieure de la roue motrice 4 du côté de l'ouverture d'aspiration 2 vers l'espace intérieure de la roue motrice 4 et ensuite vers la périphérie extérieure de la roue motrice du côté de l'ouverture de refoul- ment 3, c'est-à-dire transversalement à la roue motrice comme cela est bien connu dans la technique. Comme le montrent en particulier les figures 4, S et 6, la roue motrice comporte un ensemble monobloc 10 formé d'une pluralité d'éléments de pales 11 axialement allongés et au moins deux plaques support 12 analogues à des disques espacées axialement l'une de l'autre et venues de forme avec les éléments de pales 11. Chaque élément de pale 11 présente une courbure prédéterminée en section transversable et au moins deux découpes (non représentées) sur l'un des bords longitudinaux qui sont espacées axialement l'une de l'autre d'une distance correspondant à la distance axiale ménagée entre les plaques support 12. D'autre part, chaque plaque support 12 présente, pour recevoir l'élément de pale 11, une pluralité de fentes 13 ayant une courbure correspondant à celle de l'élément de pale 11.Ces fentes 13 sont disposées de façon équidistante ou équiangulaire les unes des autres et s'étendent radialement vers l'intérieur à partir de la périphérie externe de la plaque support 12. En particulier, comme cela est également représenté à la Figure 7, les fentes 13 ménagées dans la plaque support 12 sont prévues pour présenter une largeur initiale sur toute la longueur, qui est supérieure à l'épaisseur de l'élément de pale 11. Chaque fente 13 présente une extrémité 14 radialement interne qui est plus large que les autres parties des fentes et s'élargit sur le côté concave de cellesci. Une zone segmentaire faisant saillie radialement vers l'extérieur 15 est définie par chaque paire avoisinante de fentes 13 et présente au moins une perforation 16 de forme appropriée qui est ménagée près de l'extrémité interne 14 de la fente correspondante 13 du côté convexe de celle-ci. Afin de former l'ensemble monoblccdes éléments de pales 11 et des plaques support 12, chaque élément de pale 11 est inséré à l'intérieur de la fente correspondante 13 de la plaque support 12, avec la découpe ci-dessus mentionnée amenée en prise avec l'extrémité interne 14 de la fente 13 de manière à assurer une mise én place précise de l'élément de pale.Etant donné que la largeur initiale des fentes 13 est supérieure à l'épaisseur de l'élément de pale 11, comme cela a été dit ci-dessus, l'insertion des éléments de pale à l'intérieur des fentes ne nécessite aucune manipulation délicate et peut ëtre effectuée très facilement et en peu de temps. I1 n'y a pas de risque que les éléments de pa-- le 11 soit soumis à une déformation indésirable au cours de l'insertion à l'intérieur des fentes. Lorsque tous les éléments de pales 11 ont été mis en place à l'intérieur des fentes respectives 13, la périphérie extérieure des plaques support 12 est soumise à une pression P dirigée dans une direction prédéterminée, en utilisant un rouleau presseur approprié, non représenté. La pression P provoque une déformation des régions segmentaires 15 telle que chaque région 15 sur son bord radialement externe 17 est fortement poussée contre la paroi latérale opposée de la zone avoisinante 15 , chaque élément de pale Il étant ri gidement fixé par et serré entre les parois opposées latérales de la fente correspondante 13.La déformation des zones segmentaires 15 peut être effectuée d'une manière très simple étant donné la présence de l'extrémité interne relativement large 14 de chaque fente 13 et de la perforation 16 ménagée dans chaque.zone segmentaire 15 près d'une telle extrémité interne 14, ou à cause de la largeur relativement faible de chaque zone segmentaire près de sa position radialement inférieure. La déformation ci-dessus mentionnée des zones segmentaires 15 est concomitante et est clairement re o défamaton des perforations 16. Plus particulièrement, dans le cas de perforations 16 de forme initialement circulaire, par exemple, après l'application de la pression P avec une déformation résultante des zones segmentaires 15, les perforations 16 sont déformées pour prendre une forme sensiblement ovale. Si cela est nécessaire, la périphérie externe de la plaque support 12 peut être ultérieurement usinée, par exemple à l'aide d'une rectifieuse ou analogue, pour obtenir un contour extérieur circulaire lisse et plus précis. L'ensemble monobloc 10 des éléments de pale 11 et des plaques support 12 est muni d'arbres 18 des deux côtés, l'un d'entre eux étant relié au moteur 5 tandis que l'autre tourillonne drs un palier 6. Chaque arbre 18 présente un élément d'accouplement sous la forme d'une bride de fixation 19 fixée de façon amovible à la plaque support 12 et, à cet effet, la plaque support 12 et la bride 19 présentent respectivement une pluralité de trous de boulons. Lorsque l'arbre 18 et la bride 19 sont obtenus séparément et rendus solidaires ultérieurement, un bossage ménagé sur l'arbre 18 pour relier la bride 19 peut faire saillie axialement vers l'intérieur dans la roue motrice 4 et peut ainsi limiter la longueur axiale effective de la roue motrice 4 laissée pour le passage du flux d'air. Ainsi, comme le montre la Figure 8, une forme pré férée de réalisation de la présente invention présente une disposition dans laquelle l'arbre 18 est venu d'une seule pièce par emboutissage profond du matériau constituant la bride 19. Etant donné que l'arbre 18 et la bride 19 sont réalisés en une seule pièce, l'arbre n'a pas besoin d'être muni d'un bossage pour la liaison de la bride 19 afin que la longeur axiale effective maximale de la roue motrice 4 puisse être facilementréalisée. Deplus la structure en une seule pièce de l'arbre et de la bride donne des avantages en ce qui concerne l'alignement précis entre les deux éléments et empêche de façon efficace les vibrations mécaniques au cours de la rotation de la roue motrice qui entraîneraient un bruit de fonctionnement indésirable, le nombre des éléments nécessaires peut en outre être réduit et la roue motrice peut ainsi être fabriquée avec une productivité supérieure. Une variante de cette structure en une seule pièce de l'arbre est représentée aux Figures 9 et 10 dans lesquelles l'arbre 18 est formé par un emboutissage profond'* du matériau constituant la plaque support i'Y. La disposition des Figures 9 et 10 assure tous les avantages expliqués cit dessus en référence à la Figure 8, un avantage suppémentai- re résidant dans le fait que le.nombre..des éléments nécessaire peut être réduit Une autre forme de réalisation est représentée aux Figures 11 et 12 qui est essentiellement analogue à celle des Figures 9 et 10 qui comporte en outre une partie de renforcement annulaire 20 ménagée sur la plaque support 12 et qui se présente sous la forme d'une nervure circulaire. La partie de renforcement de la plaque support 12 peut, comme cela est représenté à la Figure 13, être un logement plan circonscrit par un rebord annulaire 20'. La roue motrice conforme la présente invention peut être réalisée de telle sorte que la plaque support 12 qui doit être reliée au moteur d'entraînement 5 soit espacée de l'extrémité axiale correspondante de l'ensemble mo nobloc de la roue motrice d'une quantité prédéterminée. Bien que cela ne soit pas représenté aux dessins une telle disposition permet due recevoir au moins une partie du moteur dans un espace qui est défini par cette plaque support et l'extrémité axiale de l'ensemble. Ainsi, il devient possible de refroidir le moteur au cours de la rotation de la turbine ou soufflante. On comprendra d'après la description précédente que la présente invention fournit une roue motrice multi-pales perfectionnée pour une turbine à flux traversant qui est facile à fabriquer en grande -sérielet d'obtenir une qualité de produit uniforme. Bien que la présente invention ait été décrite ci-dessus en référence à certaines formes de réalisation préférée, données seulement à titre d'exemples, diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Une roue motrice multi-pales (4) pour une turbine ou soufflante à flux traversant, comportant une pluralité d'éléments de pales (11) axialement allongées chacun ayant une courbure prédéterminée dans la section transversale, et au moins deux plaques support (12) analogues à des disques espacées axialement les unes des autres et reliées auxdits éléments de pales pour former un ensemble monobloc, chaque élément de support ayant une pluralité de fentes (13) qui sont espacées les unes des autres d'égales distances et qui s'étendent radialement'vers l'intérieur à partir de la périphérie externe de la plaque support correspondante, chaque fente (13) ayant une courbure dorrespondant å la courbure transversale de l'élément de pale (11), pour recevoir à l'intérieur un élément de pale associé une paire de fentes avoisinantes (13) définissant une région segmentaire (15) faisant radialement saillie vers l'extérieur, l'une desdites plaques support étant adaptée pour être reliée en rotation à un moteur d'entraînement (5), caractérisée en ce que chaque fente (13) se termine dans une partie d'extrémité radialement intérieure (14) ayartune largeur supérieure à l'épaisseur de l'élément de pale, chaque zone segmentaire comportant au moins une perforation (16) ménagée -près de ladite partie d'extrémité radialement intérieure (14) de l'une des fentes correspondantes, chaque fente (13) se terminant dans une partie d'extrémité radialement extérieure là où le bord radialement extérieur de l'une des paires des zones segmentaires avoisinantes (15) est en contact serré avec la paroi latérale opposée de l'autre paire de zones segmentaires (15) de telle sorte que chaque élément de pale soit serré par et monté entre les parois latérales opposées de la paire de fentes. 2. Une roue motrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie d'extrémité radialement intérieure (14) de la fente (13) est conformée de manière à s'élar gir vers le côté concave de la fente, et que ladite perforation (16) est ménagée sur le côté convexe de la fente. 3. Une roue motrice selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la plaque support (12) destinée à être reliée au moteur d'entraînement (5) présente un arbre d'entraînement (18) venu de forme par emboutissage profond du matériau de la plaque support. 4. Une roue motrice selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la plaque support (12) destinée à être reliée au moteur d'entraînement (5) est fixée de façon amovible à un élément d'accouplement constitué par une bride (19) ayant un arbre d'entraînement (18) venu de forme par emboutissage profond du matériau constituant l'élément d'accouplement. 5. Une roue motrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque élément de pale (11) présente, sur l'un de ses bords longitudinaux, au moins deux découpes de mise en place venant chacune en prise avec la partie d'extrémité radialement intérieure de la fente correspondante ménagée dans la plaque support. 6. Une roue motrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la plaque support (12) destinée à être reliée au moteur d'entraînement (5) est espacée de l'une des extrémités axiales de l'ensemble d'une distance telle qu'au moins une partie du moteur puisse être logée dans l'espace défini p r cette plaque support et ladite extrémité axiale de l'ensemble, et à permettre au moteur d'être refroidi par la roue motrice au cours desa rotation.