Brevet FR2711755A1 — publié le 19950505

l " Roue de turbine et/ou de pompe et procédé de réalisation de celle-ci " Etat de la technique L'invention concerne une roue de turbine et/ou de pompe, notamment pour un convertisseur hydrodynamique, avec au moins une coquille externe, un anneau interne et plu- sieurs aubes. L'invention concerne également un procédé pour réaliser cette roue et/ou de pompe, notamment pour conver- tisseur hydrodynamique. De tels convertisseurs qui sont également connus sous le nom de systèmes de transmission Fôttinger (Dubbel: Livre de poche pour la construction des machines, 14ème édition, pages 904 et suivantes), sont de préférence mis en oeuvre pour la transmission hydrodynamique de puissance, auquel cas, en partant d'une roue de pompe entraînante, un couple est transmis à une roue de turbine par l'intermé- diaire d'un liquide en circulation (la plupart du temps de l'huile) transmettant la puissance. Les roues de turbine et/ou de pompe connues dé- nommées dans ce qui suit roues de turbine, sont composées de parties de tôle embouties et cintrées avec des coquilles et une structure d'aubes. La cohésion des différentes par- ties est obtenue par des évidements et par des languettes de tôle passées à travers les évidements et repliées ou bien par soudage des différentes parties de tôle. On con- naît également des roues de turbine en matière synthétique, dans lesquelles ou bien des espaces creux de la roue de turbine sont formés avec des noyaux fusibles, ou bien les différents éléments réalisés en matière plastique sont sou- dés par ultrasons. Avantages de l'invention L'invention prévoit que les aubes et l'anneau in- terne sont fabriqués sous la forme d'une première pièce moulée par injection constituant un jeu d'aubes tandis que la coquille externe est fabriquée sous la forme d'une se- conde pièce moulée par injection, et la coquille externe reçoit le jeu d'aubes dans la position de montage. La roue de turbine ainsi définie présente l'avan- tage que deux groupes constitutifs principaux seulement, le jeu d'aubes et la coquille externe, doivent être fabriqués et montés séparément. Les parties constitutives fonction- nelles telles que les aubes, l'anneau interne ou la partie de moyeu sont alors réparties sur les groupes constitutifs principaux de façon que la partie de groupe constitutif principal puisse être réalisée selon le procédé de moulage par injection. De cette façon les coûts de fabrication par rap- port au procédé d'élimination des noyaux par fusion sont considérablement réduits. En outre, on peut utiliser comme matériaux l'ensemble des matières synthétiques de type thermoplastique ou thermodurcissable susceptibles d'être traités par le procédé de moulage par injection, sans qu'il y ait lieu dans ce cas de se préoccuper de la possibilité de soudage. Par rapport aux roues de turbine réalisées en mé- tal, celles réalisées en matière plastique sont considéra- blement plus légères et ont de ce fait un moment d'inertie plus faible. Les roues de turbine coûteusement assemblées à partir de parties en tôle, et dans lesquelles la liaison des différentes parties en tôle s'effectue par pliage de languettes de tôle se traversant réciproquement, conduit en outre à des perturbations de la planéité de la surface ex- terne et interne au voisinage du fluide en écoulement, ain- si qu'à des défauts d'étanchéité aux traversées de ces languettes de tôle. Il en résulte des pertes d'écoulement et un rendement plus faible. D'autres caractéristiques de l'invention permet- tent des améliorations avantageuses de la roue de turbine mentionnée ci-dessus. C'est ainsi que le jeu d'aubes, comme également la coquille externe, peuvent respectivement com- porter une partie de moyeu, la partie de moyeu de la co- quille externe pouvant de son côté recevoir une pièce de raccordement pour la transmission du couple vers l'exté- rieur. Cette pièce de raccordement peut être mise en place ultérieurement ou bien être directement injectée. Il est particulièrement avantageux que les par- ties de moyeu du jeu d'aubes et de la coquille externe com- portent chacune un filetage, ces filetages se correspondant dans la position d'assemblage, de façon que le jeu d'aubes puisse être vissé à la coquille externe et que l'effort agissant sur les aubes pendant le fonctionnement de la tur- bine serre à bloc ce vissage. Les deux parties peuvent ain- si être montées de façon simple et résister aux exigences accrues pendant le fonctionnement. Lorsque la coquille ex- terne comporte des saillies et/ou des évidements contre lesquels les aubes peuvent prendre appui, il en résulte une structure stable car l'effort agissant sur les aubes presse ces aubes, du fait du filetage, aussi bien contre la co- quille externe qu'également contre les saillies et/ou les évidements. A cet effet le filetage est de préférence réa- lisé sous la forme d'un filetage à pas rapide qui comporte la même répartition que le jeu d'aubes. Les parties ainsi montées peuvent être reliées ensemble d'une façon simple au moyen d'une bande de tôle enveloppant ces deux parties à leur périphérie. Comme, lors de la charge, les efforts intervenant pressent la coquille externe et le jeu d'aubes l'un contre l'autre, il n'y a pas lieu d'imposer à ces bandes de tôle des exigences élevées. Du fait que les groupes principaux essentiels de la roue de turbine sont réalisés sous la forme de pièces moulées par injection, la roue de turbine peut être fabri- quée à un coût favorable. Comme matériau, on peut utiliser de la matière synthétique thermoplastique ou thermodurcis- sable. Par rapport aux réalisations habituelles dans les- quelles des pièces moulées individuellement par injection, telles que par exemple des aubes individuelles, étaient soudées entre elles par ultrasons, on a ici la possibilité de mettre en oeuvre les matériaux thermodurcissables sus- ceptibles d'être soumis à des températures notablement plus élevées. Il est en outre possible, lorsque les roues de turbine sont exposées à des charges importantes d'utiliser un métal susceptible d'être moulé sous pression, notamment de l'aluminium ou des alliages d'aluminium. D'une façon avantageuse une telle roue de turbine peut être réalisée par un procédé caractérisé en ce que l'anneau interne et les aubes sont rassemblés en une pre- mière pièce moulée par injection formant un jeu d'aubes, et sont injectés en une étape du procédé auquel cas les aubes sont formées dans l'outil de moulage par injection au moyen de coulisses ou d'éjecteurs produisant des contre- dépouilles. Le démoulage de ce jeu d'aubes qui, du fait des positions obliques des aubes, comporte des contre- dépouilles, s'effectue grâce à un mouvement de rotation en- tre le jeu d'aubes et l'outil de moulage par injection. En outre, la coquille externe est injectée et reliée au jeu d'aubes. De cette façon, on peut grâce à simplement deux parties constitutives principales, fabriquer la roue de turbine à un coût favorable malgré d'importantes contre- dépouilles. Il n'est dans ce cas pas nécessaire de mettre en oeuvre une technique coûteuse d'extraction des noyaux par fusion. En outre, il n'est pas nécessaire de souder en- tre elles de nombreuses petites pièces individuelles, ou de les assembler par une technique de languettes. De même, on n'impose pas à l'outil utilisé des exigences plus élevées que celles habituelles pour les outils de moulage par in- jection. Le procédé de fabrication se simplifie encore da- vantage lorsque le jeu d'aubes et la coquille externe com- portent respectivement une partie filetée, et que le montage peut s'effectuer simplement par un mouvement de vissage correspondant au pas du filetage. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réali- sation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre schématiquement un mécanisme de FOtting; - la figure 2 montre un jeu d'aubes; - la figure 2a est une coupe selon la ligne II-II de la fi- gure 2; - la figure 3 montre une coquille externe; - la figure 3a est une coupe selon la ligne III-III de la figure 3; - la figure 4 est une coupe d'une roue de turbine montée selon un premier exemple de réalisation, et la figure 5 est une coupe d'une roue de turbine montée selon un second exemple de réalisation. Description Sur la figure 1 est représentée une turbine de convertisseur 10 avec deux roues de turbine 12 et deux ar- bres de raccordement 14 dans un carter 16. A l'intérieur des roues de turbine 12 est indiqué schématiquement un dis- tributeur 18. La roue de turbine comprend essentiellement un jeu d'aubes 20 (figure 2) et une coquille externe 22 (figure 3). Le jeu d'aubes 20 comporte un anneau interne 24, autour duquel des aubes 26 sont disposées d'un côté. Les aubes 26 ont un profil creux et s'étendent d'une partie de noyau 28 au delà de l'anneau interne 24, jusqu'à un anneau externe 30. Les aubes 26 débouchent respectivement sous un angle aigu sur la partie de moyeu 28 et l'anneau externe 30. L'anneau externe 30 a la forme d'une bande s'étendant autour de la périphérie externe. La partie de moyeu 28 comprend un filetage à pas rapide 32 qui délimite un ajour interne 34. Le nombre des dents ou des pas du filetage à pas rapide 32 est égal au nombre des aubes 26 du jeu d'aubes 20. La coquille externe 22 a un profil en forme de demi-tore ouvert 36 (visible sur la figure 4) dont la péri- phérie externe est entourée par un anneau extérieur 38, qui a la forme d'une bande s'étendant autour de la périphérie. A la périphérie interne de la structure en forme de tore est formée une partie de moyeu 40 avec un prolongement 42 en forme de tronc de cône sur la surface enveloppe duquel est formé un filetage externe à pas rapide 44. En outre, le prolongement 42 en forme de tronc de cône comporte une ou- verture de passage centrale 46. A l'intérieur du profil en forme de tôle 36 de la coquille externe 22 sont disposées des saillies 48, qui s'étendent en forme d'arc sur le côté interne et ont en section transversale une forme triangulaire (figure 3a). La partie de moyeu 40 comporte des évidements 50 qui s'étendent radialement en étant légèrement décalés la- téralement et qui sont disposés sur le côté du profil 36. La roue de turbine 12 qui est essentiellement constituée des deux groupes principaux de jeu d'aubes 20 et de coquille externe 22, est réalisée en ce que le jeu d'au- bes 20 et la coquille externe 22 sont respectivement obte- nus par le procédé de moulage par injection puis sont montés. Le jeu d'aubes 20 comporte, au voisinage des au- bes 26, des contre-dépouilles qui sont formées dans la ca- vité ou sur les éjecteurs du moule et qui rendent nécessaire lors du démoulage, un mouvement de rotation en- tre le jeu d'aubes 20 et le moule portant la cavité. Comme le filetage à pas rapide interne demande également un tel mouvement de rotation lors du démoulage, le filetage à pas rapide interne 32 comporte avantageusement un pas identique à celui de ce mouvement de démoulage en forme de vis. Le jeu d'aubes 20 est ainsi susceptible d'être réalisé selon la simple technique connue de moulage par injection. La coquille externe 22 est également susceptible d'être réalisée sous la forme d'une pièce moulée par injec- tion, auquel cas le mouvement de démoulage s'effectue éga- lement par rotation du fait du filetage à pas rapide externe 44. Les saillies 48 font partie de la cavité et sont automatiquement formées sur le côté interne du profil 36. Lors du montage, le jeu d'aubes 20 est introduit par rotation dans le côté interne du profil 36 avec un mou- vement de rotation correspondant au pas des filetages in- ternes/externes 32, 34 grâce à quoi les arêtes supérieures 52 des aubes 26 viennent s'appliquer contre les saillies 48. Pour bloquer les deux parties, une bande de tôle 54 est placée sur les anneaux externes 30, 38 qui s'appli- quent étroitement l'un sur l'autre, et cette bande est re- courbée sur les bords 56 et 58. Dans la partie de moyeu 40 de la coquille externe 22 est introduite, à partir du côté du profil 36, une pièce de raccordement 62 munie d'une col- lerette annulaire 60 et celle-ci est fixée à partir du côté opposé au moyen d'une rondelle d'arrêt 64 soudée à la pièce de raccordement 62. La forme de la pièce de raccordement 62 s'établit selon les prévisions de montage de la turbine du convertisseur à l'intérieur d'un mécanisme de transmission. Le montage de la pièce de raccordement 62 peut s'effectuer aussi bien avant qu'après le montage de la coquille externe 22 du jeu d'aubes 20. Lors de l'exploitation de la turbine de conver- tisseur 10, deux roues de turbine 12 (respectivement une roue de pompe et une roue de turbine) sont placées l'une en face de l'autre, l'une d'elle étant entraînée par l'inter- médiaire de la pièce de raccordement 62. Par le mouvement de rotation, le fluide se trouvant dans les espaces creux entre les aubes 26 est entraîné en rotation autour de l'an- neau interne 24, grâce à quoi, du fait de la forme particu- lière des aubes 26, la seconde roue de turbine 12 est également entraînée en rotation. La transmission du couple de rotation ou bien des impulsions s'effectue alors de sorte que, du fait de la forme des aubes et de la forme du filetage à pas rapide, le jeu d'aubes 20 ou les aubes 26 sont plus fortement pressés contre le côté interne du pro- fil 36 pour un couple plus élevé. Les aubes 26 prennent alors appui contre les saillies 48, les espaces étant ainsi étanchés les uns vis à vis des autres. De façon générale il y a lieu de remarquer que, du fait des surfaces lisses des pièces moulées par injection dans les zones parcourues par le fluide, celui-ci peut s'écouler de façon optimale. Grâce à l'action conjointe du couple à transmet- tre et de l'agencement de filetage à pas rapide interne et externe, la roue de turbine emboîtée à vrai dire de façon relativement lâche, est consolidée de façon avantageuse. Dans un second exemple de réalisation qui est re- présenté sur la figure 5, la pièce de raccordement 62' est injectée dans la coquille externe 22'. Un assemblage par soudage peut alors être supprimé. Il est en outre possible de munir la coquille ex- terne 22 d'évidements au lieu de saillies 48, évidements dans lesquels les arêtes 52 des aubes viennent se placer. Il est en outre possible de renoncer complètement à des évidements et des saillies dans cette zone et de fixer les arêtes supérieures 52 des aubes sur la coquille externe par collage, par soudure ou par un moyen analogue. Ceci est no- tamment judicieux lorsque l'épaisseur de paroi des aubes 26 est choisie très petite. On peut en outre renoncer à l'anneau interne 24 lorsque que ceci est avantageux du point de vue de la tech- nique d'écoulement, les aubes étant alors disposées direc- tement entre l'anneau externe 38 et la partie de moyeu 40. R E V E N D I C A T I ONS 1) Roue de turbine et/ou de pompe, notamment pour un convertisseur hydrodynamique, avec au moins une coquille externe, un anneau interne et plusieurs aubes, roue carac- térisée en ce que les aubes (26) et l'anneau interne (24) sont fabriqués sous la forme d'une première pièce moulée par injection constituant un jeu d'aubes (20), et la co- quille externe (22) sous la forme d'une seconde pièce mou- lée par injection, et en ce que la coquille externe (22) reçoit le jeu d'aubes (20) dans la position de montage. 2) Roue de turbine et/ou de pompe notamment pour un convertisseur hydrodynamique, avec au moins une coquille externe, une partie de moyeu et plusieurs aubes, roue ca- ractérisée en ce que les aubes (26) et la partie de moyeu (40) sont fabriquées sous la forme d'une première pièce moulée par injection constituant un jeu d'aubes (20), et la coquille externe (22) sous la forme d'une seconde pièce moulée par injection, et en ce que la coquille externe (22) reçoit le jeu d'aubes (20) dans la position de montage. 3) Roue de turbine et/ou de pompe selon la reven- dication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que les aubes, dans la position de montage sont collées, sou- dées ou fixées d'une façon analogue à la coquille externe. 4) Roue de turbine et/ou de pompe selon la reven- dication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la coquille ex- terne (22) comporte des saillies et/ou des évidements contre lesquels les aubes (26) prennent appui dans la posi- tion de montage. ) Roue de turbine et/ou de pompe selon la reven- dication 1, caractérisée en ce que le jeu d'aubes (20) com- porte une partie de moyeu (28) reliant les aubes (26). 6) Roue de turbine et/ou de pompe selon l'une des précédentes revendications, caractérisée en ce que la co- quille externe (22) comporte une partie de moyeu (40) rece- vant une pièce de raccordement (62). 7) Roue de turbine et/ou de pompe selon la reven- dication 6, caractérisée en ce que la partie de moyeu (40) de la coquille externe (22) entoure étroitement la pièce de raccordement (62). 8) Roue de turbine et/ou de pompe selon la reven- dication 5 et la revendication 6, caractérisée en ce que les parties de moyeu (28, 40) de la roue à aubes (20) et de la coquille externe (22) comportent chacune un filetage (32, 44), filetages correspondant l'un à l'autre dans la position de montage, de sorte que le jeu d'aubes (20) est susceptible d'être vissé à la coquille externe (22) et que l'effort agissant sur les aubes (26) pendant le fonctionne- ment de la turbine (10) serre à bloc ce vissage. 9) Roue de turbine et/ou de pompe selon la reven- dication 8, caractérisée en ce que la partie de moyeu (28) du jeu d'aubes (20) comporte un filetage interne à pas ra- pide (32) tandis que la partie de moyeu de la coquille ex- terne comporte un filetage externe à pas rapide (44). ) Roue de turbine et/ou de pompe selon l'une des précédentes revendications, caractérisée en ce que les arêtes externes des aubes (26) sont reliées par l'intermé- diaire d'un anneau externe périphérique (30). 11) Roue de turbine et/ou de pompe selon la re- vendication 10, caractérisée en ce que le jeu d'aubes (20) et la coquille externe (22) sont reliés ensemble au moyen d'une bande de jonction (54) venant en prise à la périphé- rie (30, 38) des deux parties (20, 22). 12) Roue de turbine et/ou de pompe selon l'une des précédentes revendications, caractérisée en ce qu'on utilise comme matériau tout au moins pour le jeu d'aubes (20) et la coquille externe (22) une matière synthétique thermoplastique ou thermodurcissable ou encore un métal susceptible d'être moulé sous pression, tel que de l'alumi- nium. 13) Procédé pour réaliser une roue de turbine et ou de pompe, notamment pour un convertisseur hydrodynamique avec au moins une coquille externe, un anneau interne et plusieurs aubes, notamment selon l'une des précédentes re- vendications, procédé caractérisé en ce que l'anneau in- terne (24) et les aubes (26) sont réunis et injectés en une étape du procédé pour constituer une première pièce moulée par injection formant un jeu d'aubes (20), tandis que les aubes (26) sont formées dans l'outil de moulage par injec- tion au moyen de coulisses ou d'éjecteurs produisant des contredépouilles, en ce que le démoulage du jeu d'aubes (20) s'effectue au moyen d'un mouvement de rotation entre le jeu d'aubes (20) et l'outil de moulage par injection, en ce que dans un autre processus de moulage par injection la coquille externe (22) est injectée, et en ce que la co- quille externe (22) et le jeu d'aubes (20) sont reliés en- semble. 14) Procédé selon la revendication 13, caractéri- sé en ce que sur le jeu d'aubes (20) et sur la coquille ex- terne (22) est respectivement formée une partie filetée (32, 44), et en ce que le montage du jeu d'aubes (20) et de la coquille externe (22) s'effectue grâce à un mouvement de vissage correspondant au pas de filetage.