Brevet FR2781530A1 — publié le 20000128

Turbine centrifuge, notamment pour installation de chauffage et/ou de climatisation de véhicule automobile L'invention concerne une turbine centrifuge pouvant être utilisée notamment dans une installation de chauffage et/ou de climatisation de véhicule automobile. Une telle turbine centrifuge comprend, de façon connue, un moyeu central propre à être monté sur un arbre de moteur, une couronne périphérique pourvue d'une succession de pales pour aspirer un flux d'air axialement par l'intérieur de la couronne et le refouler radialement vers l'extérieur, ainsi qu'une pluralité de bras reliant le moyeu et la couronne périphérique et délimitant un volume intérieur, appelé bol. Ces turbines sont généralement réalisées monobloc en une matière synthétique moulée, d'o il résulte un certain nombre de contraintes de tenue mécanique et d'aptitude au moulage lors de la conception des différentes parties de la turbine. En particulier, les bras doivent être suffisamment rigides pour permettre une bonne transmission du couple de rotation du moyeu vers la couronne périphérique sans contraintes mécaniques excessives qui pourraient conduire à terme à une fatigue du matériau et à une rupture d'un bras. En outre, ces bras doivent perturber le moins possible le flux d'air aspiré et refoulé par la turbine. On connaît déjà des turbines centrifuges de ce type dans lesquelles les bras ont une section de forme générale rectangulaire, ou encore de forme circulaire (voir la Demande de Brevet français N 96 16056). L'invention vise à améliorer une turbine centrifuge du type ci-dessus afin de limiter les frottements, et donc la résistance à l'air, pour favoriser l'aéraulique et diminuer les bruits d'écoulement. L'invention propose à cet effet une turbine centrifuge du type défini ci-dessus, dans laquelle la section des bras, dans un plan perpendiculaire à leur direction longitudinale, est une section profilée de forme aérodynamique présentant un bord d'attaque et un bord de fuite, le bord d'attaque étant dirigé face au flux d'air. Grâce au profilage de la section des bras, on limite les frottements et donc la résistance à l'air, ce qui favorise l'aéraulique. En outre, il en résulte une diminution de la perturbation de l'écoulement du flux d'air autour des bras, lorsque la turbine est entraînée à haute vitesse, ce qui diminue notablement les bruits d'écoulement. La section profilée peut avoir notamment une forme en goutte d'eau, ou encore une forme elliptique ou pseudo-elliptique. Avantageusement, le bord d'attaque de la section profilée présente un rayon supérieur ou égal au rayon que présente le bord de fuite de ladite section profilée. Selon une autre caractéristique de l'invention, la section profilée admet un plan de symétrie qui définit un calage angulaire de valeur choisie par rapport à un plan de réfé- rence, lequel est tangent à un cercle qui est centré sur l'axe de rotation de la turbine et qui passe par un point si- tué sur la ligne moyenne du bras et contenu dans le plan de symétrie. Le calage angulaire du bras depuis le moyeu jusqu'aux pales peut être constant, ou évolutif. Dans tous les cas, le calage angulaire est avantageusement compris entre -45 et +45 par rapport au plan de référence. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le bol présente une section de passage d'air d'au moins 65 %. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en plan, du côté de l'entrée du flux d'air, d'une turbine centrifuge selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective et en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe, à échelle agrandie, selon la ligne IV-IV de la figure 2; - la figure 5 est une vue en coupe analogue à la figure 4 dans une variante de réalisation; et - la figure 6 est une vue en coupe analogue à la figure 4 dans une autre variante de réalisation. On se réfère tout d'abord aux figures 1 à 3 qui montrent une turbine centrifuge 10 en forme de roue qui est réalisée monobloc par moulageinjection d'une résine synthétique. La turbine 10 est destinée à être montée sur l'arbre 12 (figu- re 2) d'un moteur électrique d'entraînement 14, par l'interm- édiaire d'un moyeu 16 dans lequel l'arbre 12 est introduit en force. L'arbre 12 est propre à être entraîné en rotation autour d'un axe XX. La turbine 10 présente une forme générale cylindrique et elle comprend une couronne circulaire périphérique 18 portant une pluralité de pales individuelles 20. Ces dernières sont réunies entre elles, d'un côté par un élément 22 en forme de couronne circulaire et, de l'autre côté, par un élément raidisseur 24 de forme sensiblement cylindrique. La couronne périphérique 18 est réunie, via l'élément 22 en forme de disque circulaire, au moyeu 16 par une série de bras radiaux 26, qui sont au nombre de 9 dans l'exemple représenté (figures 1 et 3). Pour assurer une compacité maximale, le moyeu 16 est placé, en direction axiale, du côté opposé à celui de l'élément 22 en forme de disque, afin de loger une partie du carter du moteur 14 dans le volume central de la turbine. Lorsque la turbine est entraînée en rotation autour de son axe XX, un flux d'air F est entraîné par les pales 20 en direction radiale vers l'extérieur par effet centrifuge, ce qui produit une aspiration de l'air axialement du côté de la turbine opposé à celui o se trouve le moteur 14, et un refoulement en direction radiale de l'air ainsi aspiré (figure 2). On appréciera que le flux d'air F qui est aspiré puis refoulé latéralement présente un trajet qui suit sensiblement les bras 26, et c'est la raison pour laquelle la forme de ces bras a une importance du point de vue aérodynamique. En outre, par un effet d'entraînement de la couche d'air qui leur est adjacente, ces bras participent au refroidissement du moteur 14, en faisant circuler un flux d'air dans le volume interne de la turbine o se trouve ce moteur. Comme on peut le voir sur la figure 2, ces bras délimitent conjointement un volume intérieur 28, encore appelé "bol", qui admet une symétrie de révolution autour de l'axe XX. Ce volume 28 a sensiblement une forme hémisphérique dans laquelle est logée, au moins en partie, le carter du moteur 14. Comme on peut le voir sur la figure 3, chacun des bras 26 est en outre rattaché au moyeu 16 par une nervure 30 de forme générale triangulaire. De façon caractéristique, chaque bras 26 possède une section, dans un plan perpendiculaire à sa direction longitudinale, qui est une section profilée de forme aérodynamique. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, cette section présente une forme en goutte d'eau avec un bord d'attaque 34 de forme arrondie et de rayon Ra, et un bord de fuite 36 en forme de pointe. Le bord d'attaque 34 est orienté du côté de l'entrée d'air, tandis que le bord de fuite 36 est orienté du côté opposé. La section transversale du bras admet un plan de symétrie S qui définit un calage angulaire A de valeur choisie, par rapport à un plan de référence D (figure 4). Le plan de référence D est défini ici comme un plan tangent à un cercle imaginaire C (figure 1) qui est centré sur l'axe de rotation XX de la turbine et qui passe par un point O situé sur la ligne moyenne L du bras 26 (figure 2) et contenu dans le plan de symétrie S. Le point O constitue ainsi le centre de gravité de la section transversale du bras. Le plan de référence D est perpendicu- laire au plan de la coupe IV-IV de la figure 2 et est donc perpendiculaire au rayon du bol 28 qui aboutit au point O. Le calage angulaire A de chacun des bras, depuis le moyeu 16 jusqu'aux pales 20, peut être constant. En variante, ce calage angulaire peut être évolutif, en sorte que chaque bras est vrillé. Quelle que soit la forme de réalisation, ce calage angulaire présente une valeur choisie, qui est avantageusement comprise entre -45 et +45 par rapport au plan de référence D. Dans la forme de réalisation de la figure 5, la section transversale de chaque bras a une forme elliptique, avec un bord d'attaque 38 de rayon Ra et un bord de fuite 40 de rayon Rf. Dans l'exemple représenté, cette section admet aussi un plan de symétrie S, mais l'angle de calage A est ici égal à 0, si bien que le plan S est confondu avec le plan D. Comme dans le cas précédent, le calage angulaire peut être constant ou bien évolutif, sa valeur étant comprise avantageusement entre -45 et +45 par rapport au plan de référence D. Bien entendu, la section transversale de chaque bras peut avoir une forme elliptique ou pseudo-elliptique avec un bord d'attaque 38 de rayon Ra supérieur ou égal au rayon Rf du bord de fuite 40, comme dans la variante de réalisation de la figure 6. De façon avantageuse, la turbine centrifuge forme un bol ayant une section de passage d'air d'au moins 65%, ce qui permet de garantir un bon refroidissement du moteur, de limiter les pertes aérauliques par frottement sur les bras et d'augmenter au juste nécessaire la fréquence du mode de pompage. La turbine de l'invention permet de conserver un bon compor- tement aéraulique en diminuant de façon significative les bruits générés par la rotation à haute vitesse de la turbine et ceux générés par l'excitation de la turbine à basse vitesse. Revendications 1. Turbine centrifuge, notamment pour une installation de chauffage et/ou de climatisation de véhicule automobile, comprenant un moyeu central (16) propre à être monté sur un arbre (12) de moteur (14), une couronne périphérique (18) pourvue d'une succession de pales (20) pour aspirer un flux d'air axialement par l'intérieur de la couronne et le refouler radialement vers l'extérieur, ainsi qu'une pluralité de bras (26) reliant le moyeu et la couronne périphérique et délimitant un volume intérieur (28), appelé bol, caractérisé en ce que la section des bras (26), dans un plan perpendiculaire à leur direction longitudinale, est une section profilée de forme aérodynamique présentant un bord d'attaque (34; 38) et un bord de fuite (36; 40), le bord d'attaque étant dirigé face au flux d'air. 2. Turbine centrifuge selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que la section profilée a une forme en goutte d'eau. 3. Turbine centrifuge selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que la section profilée a une forme elliptique ou pseudo-elliptique. 4. Turbine centrifuge selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le bord d'attaque (34; 38) de la section profilée présente un rayon (Ra) supérieur ou égal au rayon (Rf) que présente le bord de fuite (36; 40) de ladite section profilée. 5. Turbine centrifuge selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la section profilée admet un plan de de symétrie (S) qui définit un calage angulaire (A) de valeur choisie par rapport à un plan de référence (D), lequel est tangent à un cercle (C) qui est centré sur l'axe de rotation (XX) de la turbine et qui passe par un point (O) situé sur la ligne moyenne du bras (26) et contenu dans le plan de symétrie (S). 6. Turbine centrifuge selon la revendication 5, caractéri- sée en ce que le calage angulaire (A) du bras (26), depuis le moyeu jusqu'aux pales, est constant. 7. Turbine centrifuge selon la revendication 5, caractéri- sée en ce que le calage angulaire (A) du bras (26), depuis le moyeu jusqu'aux pales, est évolutif. 8. Turbine centrifuge selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que le calage angulaire (A) est compris entre -45 et +45 par rapport au plan de référence (D). 9. Turbine centrifuge selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le bol (28) présente une section de passage d'air d'au moins 65%.