Brevet FR2832177A1 — publié le 20030516

que la pièce de verrouillage présente au moins une partie souple. Domaine de l'invention La présente invention concerne un rotor d'une turbine d'expansion pour des applications à basses températures comprenant un rotor de turbine exposé à un gaz froid et traversé par celui-ci dans la di s rection centripète, un arbre de turbine, une broche à vis vissée dans un taraudage de la face frontale de l'arbre de turbine et qui traverse le rotor de turbine et un écrou de rotor installé sur l'extrémité en saillie de la bro- che à vis. Dans les applications à basses températures, par exemple o dans les installations de séparation de gaz ou de préparation de gaz, on peut avoir dans le gaz froid qui s'écoule, des températures d'expansion extrêmement basses de l'ordre de -80 Cà -200 C. Dans le cas de telles températures extrêmement basses, la difficulté est celle d'une évacuation puissante de chaleur de l'arbre chaud de la turbine par la fixation du rotor s de turbine vers le gaz froid qui s'écoule. Le flux thermique passant par la fixation du rotor de turbine se répercute d'une manière extrêmement né- gative sur le fonctionnement global de la turbine d'expansion dans des applications à basses températures. Ainsi, le gaz refroidi par l'expansion se réchauffage de nouveau, ce qui est directement à l'opposé d'une expan o sion froide, aussi idéale que possible, c'est-à-dire isotrope. Cela réduit le rendement de la turbine. En méme temps, l'arbre de la turtine est très fortement refroidi, ce qui se répercute de manière négative sur la lubrifi- cation des paliers de l'arbre de turbine. En particulier lorsqu'on utilise des paliers à roulement avec une lubrification minimale ou un graissage mi nimum, qui même aux vitesses de rotation élevoes des turtines ne doga- gent que très peu de chaleur par friction, on risque le blocage du lubrifiant et la défaillance spontanée des paliers de l'arbre de turbine pour défaut de lubrification. La présente invention a ainsi pour but, dans le cas d'une turbine d'expansion destinée à des applications à basses températures, de réduire efficacement le flux thermique sortant de l'arbre de la turbine pour passer dans le gaz froid qui passe, pour conserver, d'une part, un rende- ment aussi élevé que possible de la turbine, et, d'autre part, une alimen- tation suffisante en lubrifiant, en particulier dans le cas de paliers à 3s roulement avec une lubrification minimale en huile ou un graissage mini- mum. A cet effet, l'invention concerne un rotor d'une turbine d'expansion pour les applications à basses températures du type défini ci - 28321 77 dessus, caractérisé en ce que le rotor de turbine est monté de manière flottante à l'extrémité de l'arbre de turbine à l'aide de l'écrou de rotor et de la broche à vis précontrainte et l'extrémité libre de la broche à vis en saillie dans le gaz froid qui s'écoule et l'écrou de rotor sont coiffés par un capu s chon de moyeu de rotor en une matière isolante thermique. L'extrémité du filetage de la broche filetée et l'écrou du rotor sont en saillie dans la veine de gaz froid qui passe. Du fait de la compres sion surfacique élevoe au niveau des flancs du filetage de la broche à vis, de l'écrou de rotor et de l'arbre de turbine, entre ces composants le trans to fert de chaleur est excellent. Pour éviter une évacuation perturbatrice de chaleur, ces pièces sont munies d'un capuchon de moyeu de rotor dont la matière présente une faible conductivité thermique. De manière préférentielle, on choisit des matières ayant une conductivité thermique comprise entre 0,19 et 0,30 W/(mK) et en particu lier des matières à rendement élevé, notamment des polyamide-mide ou des matières composites renforcées par des fibres, par exemple une résine de polyimide modifiée et un insert de tissu, tel qu'un tissu de verre. Dessin La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un o exemple de réalisation représenté dans le dessin annexé dont l'unique fi gure montre schématiquement une coupe longitudinale du rotor d'une turbine d'expansion pour des applications à basses températures avec des températures d'entrée comprises entre-80 C et-200 C. Description de l'exemple de réalisation La structure de base du rotor représenté à la figure com prend un rotor de turbine, monté de manière flottante, et traversé par le fluide suivant une direction centripète, une broche à vis 2, un écrou de rotor 3 et un arbre de turbine 4. La broche à vis 2 est logée dans un ta raudage de la face frontale de l'arbre de turbine 4 et cette broche traverse le rotor 1 de la turbine. Le rotor 1 de la turbine est fixé à l'aide d'un écrou de rotor 3 monté sur l'extrémité en saillie de la broche à vis 2 et de la bro che à vis 2, précontrainte, à l'extrémité de l'arbre 4 de la turbine. A la fois à l'extrémité de filetage 2' de la broche à vis 2 qui est en amont et les sur faces de contact du filetage entre la broche à vis 2 et l'écrou de rotor 3 ainsi qu'entre la broche à vis 2 et l'artre de turbine 4 on a des ponts thermiques par lesquels un flux de chaleur peut passer de l'arbre de tur bine 4, chaud, dans le gaz froid qui sort. Pour l'isolation et la réduction de ce flux thermique, l'extrémité libre 2' de la broche à vis 2, en saillie dans le gaz froid qui s'échappe et par- dessus l'écrou de rotor 3 on a un capuchon de moyeu de rotor 5 en une matière d'isolation thermique. Comme matière on utilisera des matières à faible conductivité thermique. Dans l'exemple de réalisation, le capuchon du rotor 5 est en une matière plastique très résistante, par exemple en un polyamide-imide connu sous la dénomination commerciale de " Torlon(D ". On peut égale- ment envisager des matières plastiques renforcées par des fibres, par exemple une résine de polyimide modifiée et un tissu de verre. Une telle matière est connue sous la dénomination commerciale de " Frathernit AP N. REVENDICATIONS 1 ) Rotor d'une turbine d'expansion pour des applications à basses tempé ratures comprenant: - un rotor de turbine (1) exposé à un gaz froid et traversé par celui-ci dans la direction centripète, - un arbre de turbine (4), - une broche à vis (2) vissée dans un taraudage de la face frontale de l'arbre de turbine (4) et qui traverse le rotor de turbine (1) et - un écrou de rotor (3) installé sur l'extrémité en saillie (2') de la broche à o vis (2), dans lequel le rotor de turbine (1) est monté de manière flottante à l'extrémité de l'arbre de turbine (4) à l'aide de l'écrou de rotor (3) et de la broche à vis précontrainte (2), et l'extrémité libre de la broche à vis (2) en saillie dans le gaz froid qui s'écoule et l'écrou de rotor (3) sont coiffés par un capuchon de moyeu de rotor (5) en une matière isolante thermique. 2 ) Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière du capuchon de moyeu de rotor (5) a une conductivité thermi que comprise entre 0,19-0,30 W/(mK). 3 ) Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capuchon de moyeu de rotor (5) est en matière plastique. 4 ) Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ., caracterse en ce que so le capuchon de moyeu de rotor (5) est en un polyamide-imide. ) Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capuchon de moyeu de rotor (5) est en une matière plastique renforcce s5 par des fibres. 6 ) Rotor selon la revendication 5, caractérisé en ce que s la matière plastique renforcée par des fibres est constitué d'une résine de polyimide, modifiée, et d'un tissu de verre.