Brevet FR2871201A1 — publié le 20051209

Domaine de l'invention La présente invention concerne une machine fluidique à rotor de compresseur radial installé sur un arbre logé dans un carter de palier et dans un carter de compresseur ayant un canal d'écoulement en forme de vis, dans laquelle le contour extérieur du moyeu du rotor de compresseur et le contour intérieur du carter de compresseur forment le canal d'écoulement dévié de la direction axiale vers une direction radiale, le carter de compresseur est composé d'un carter en spirale extérieur et d'un insert intérieur de carter, le carter en spirale extérieur entourant un segment du canal d'écoulement dévié vers l'extérieur dans la direction radiale, en étant fixé au carter de palier par un premier moyen de fixation, alors que l'insert intérieur de carter dont le contour intérieur forme avec le contour extérieur du moyeu du rotor de compresseur, un segment du canal d'écoulement dirigé essentiellement dans la direction axiale, est installé entre le carter en spirale et le rotor de compresseur et est fixé au carter en spirale par un second moyen de fixation. Etat de la technique La structure et le fonctionnement de base de telles ma- chines fluidiques comme par exemple un compresseur radial d'un turbocompresseur sont connues et ne nécessitent pas de description détaillée. Ainsi, le document EP 1 233 190 Al décrit une machine fluidique ayant un rotor de compresseur radial correspondant à toutes les caractéristiques du préambule tel que rappelé ci-dessus. Après une utilisation prolongée dans des conditions de fonctionnement défavorables, le rotor de compresseur d'une telle ma-chine fluidique peut être affaibli par corrosion, érosion ou vieillissement à un niveau tel que l'on risque l'éclatement du rotor. Dans le cas d'une rupture de rotor de compresseur se traduisant par une rupture en au moins deux ou trois gros morceaux de rotor, ces morceaux sont expulsés par des forces centrifuges considérables. Dans ce cas les morceaux peuvent traverser le carter du compresseur. Cela détruit complètement les aubes du compresseur et le moyeu qui subsiste se coince entre le carter de palier et le carter de compresseur. La forme du moyeu crée un effet de coin qui exerce des efforts axiaux impulsionnels considérables sur le carter. De petites machines fluidiques peuvent supporter sûre-ment des sollicitations ou efforts importants grâce à leur épaisseur de paroi relativement grande et à des parties de carter rigides. Dans le cas de machines fluidiques de grande dimension, les épaisseurs de paroi du carter sont en général diminuées pour des raisons de technique de fonderie si bien qu'une matière ainsi sollicitée atteint rapidement la limite de rupture et on risque la destruction du carter. Les morceaux du rotor de compresseur peuvent s'échapper de la machine fluidique et occasionner des dommages considérables. L'éjection de morceaux du rotor du compresseur limite considérablement la sécurité de confinement de telles machines fluidiques. Une telle situation doit être évitée. Pour assurer la sécurité de confinement de machines fluidiques tout en évitant une protection à l'éclatement, complémentaire à l'extérieur du carter en spirale, le document EP 1 233 190 Al propose de réaliser le carter du compresseur en deux parties à savoir un carter en spirale extérieur et un insert de carter intérieur; l'insert de carter intérieur est installé sur le carter en spirale extérieur par l'intermédiaire d'un assemblage souple. Cet assemblage ou ce blocage souple qui sert à fixer l'insert de carter au carter en spirale est moins résistant à la rupture qu'une fixation rigide du carter de compresseur à savoir du carter en spirale, extérieur au carter de palier de la machine fluidique. Ainsi, selon l'état de la technique décrit au document EP 1 233 190 Al, le carter en spirale ayant une zone élastique permet d'éviter en toute sécurité l'éjection de morceaux d'un rotor ayant éclaté. L'énergie cinétique des morceaux d'un rotor de compresseur qui éclate peut être convertie totalement en énergie de déformation et en chaleur dans la machine fluidique. Dans le cas de la machine fluidique décrite au document EP 1 233 190 Al, on risque que la fixation souple de l'insert intérieur du carter au carter en spirale, extérieur soit défaillante pendant la phase d'absorption d'énergie et accélère ainsi dans la direction axiale l'insert intérieur du carter. Cela risque, le cas échéant, de détruire les composants installés axialement devant l'insert du carter tels que par exemple un amortisseur de bruit qui risque ainsi d'être détruit. On ris-que également l'éjection de morceaux du compresseur et ainsi la sécurité de confinement de la machine fluidique n'est plus assurée. But de l'invention Partant de cet état de la technique, la présente invention se propose de développer une machine fluidique à rotor de compresseur radial, offrant une plus grande sécurité de confinement. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une machine fluidique du type défini ci-dessus, caractérisée en ce qu'au moins le carter en spirale extérieur et/ou l'insert intérieur du carter sont réalisés en une matière dont l'allongement à la rupture est au moins égal à 5 %. Ainsi, l'invention propose de réaliser les ensembles du côté du stator ou les ensembles fixes ou non rotatifs de la machine flui- dique à savoir au moins le carter en spirale extérieur et/ ou l'insert intérieur du carter en une matière dont l'allongement à la rupture soit au moins de 5 %. L'allongement à la rupture est une caractéristique des matériaux que l'on détermine par des essais de traction. L'allongement à la rupture s'exprime en pourcentage et est rapporté à la longueur ini- tiale mesurée et à la variation de longueur rémanente après la rupture d'une éprouvette. Selon un développement avantageux de l'invention, le second moyen de fixation servant à fixer l'insert du carter ou le carter en spirale est réalisé de façon à absorber au moins 0,2 % de l'énergie ciné- tique maximale du rotor de compresseur et au moins 1,0 % de l'énergie de déformation de l'insert. Le second moyen de fixation se compose au moins d'une vis extensible ayant un allongement à la rupture d'au moins 10 %. En variante ou en plus, chaque vis extensible comporte un manchon d'allongement pour augmenter l'énergie d'absorption. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: l'allongement à la rupture de la ou des vis extensibles est égal à au moins 13 %. Si le second moyen de fixation servant à fixer l'insert au carter en spirale est formé d'au moins une vis extensible et chaque vis extensible comporte un manchon extensible pour augmenter l'absorption d'énergie, de préférence la ou les vis extensibles sont réalisées en une matière dont l'allongement à la rupture est d'au moins 10 %, et l'allongement à la rupture du ou des manchons extensibles est égal à au moins 13 % ; - le carter en spirale est réalisé avec un cylindre intérieur qui entoure au moins en partie l'insert de carter, cylindre portant l'insert de carter pour former une cavité à l'aide du second moyen de fixation, - le second moyen de fixation est souple dans la direction axiale et est moins résistant à la rupture que le premier moyen de fixation. Dessin La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation de l'invention représenté dans le dessin annexé dans lequel: - la figure unique est un détail d'une machine fluidique à rotor de compresseur radial. Description d'un mode de réalisation de l'invention La figure montre une coupe longitudinale partielle d'une machine fluidique selon l'invention sous la forme d'un compresseur radial comportant un arbre 2 dont la zone longitudinale médiane est logée dans un carter de palier 1. Les extrémités de l'arbre dépassant du palier sont reliées à un rotor de turbine non représenté et un rotor de compresseur 3 représenté de manière schématique à la figure 1 et traversé radialement par le flux. Le rotor de compresseur radial tel que représenté comporte un moyeu 4 solidaire en rotation de l'arbre 2 entraîné par le rotor de la turbine. Le moyeu est garni à sa périphérie d'aubes 5 venant radialement en saillie. Le contour extérieur 6 du moyeu 4 délimite avec le contour intérieur 7 d'un carter de compresseur 8, un canal d'écoulement 9 qui se rétrécit vers l'extérieur en étant dévié de la direction axiale A vers la direction radiale B; la section du canal correspond à la configuration des aubes 5. Le carter de compresseur 8 est fixé au carter de palier 1 par un premier moyen de fixation rigide 18. Le dia- mètre du moyeu 4 et des aubes 5 augmente entre l'entrée et la sortie de l'écoulement, ce qui donne une section longitudinale non symétrique par rapport au plan médian coupant le rotor de compresseur 3; cela se traduit ainsi par une répartition des masses qui augmente suivant la longueur du rotor de compresseur 3. Le carter de compresseur 8 se compose d'un carter en spirale 10 extérieur, fixé au carter de palier 1 par un moyen de fixation rigide 18 ainsi que d'un insert intérieur 12. Le carter en spirale 10 comprend un segment 11 du canal d'écoulement 9 dévié vers l'extérieur dans la direction radiale B. L'insert intérieur 12 du carter placé dans la direction radiale B entre le carter en spirale 10, extérieur et le rotor de compresseur 3. Le contour intérieur 13 de l'insert 12 forme avec le contour extérieur 6 du moyeu 4 du rotor de compresseur 3 un segment 14 du canal d'écoulement 9 dirigé principalement dans la direction axiale A. Le carter de compresseur 8 est monté sur le carter en spirale 10 extérieur en formant un joint d'assemblage 22 avec le carter de palier 1 pour que le carter en spirale 10 qui entoure extérieurement le segment de canal 11, dévié au niveau du moyen de fixation rigide 18 du carter de compresseur 8 contre le carter de palier 1 soit tiré vers l'intérieur dans la direction radiale B pour que le moyen de fixation rigide 18 se situe radialement plus à l'extérieur dans la direction B que le joint d'assemblage 22 entre le carter en spirale 10 et le carter de palier 1. Cette réalisation ou ce montage du joint d'assemblage 22 garantit que le moyen de fixation rigide 18 du carter de compresseur 8 contre le carter de palier 1 ne soit pratiquement pas touché par les morceaux qui se coincent éventuellement dans le canal d'écoulement 9 ce qui permet d'éviter la rupture du carter de compresseur 8. La distance entre le joint d'assemblage 22 et l'arbre 2 est de préférence inférieure à la distance entre le centre 23 de la surface de la plus grande section 24 et le seg- ment de canal dévié 11 du carter en spirale 10 par rapport à l'arbre 2. Le carter en spirale 10 est entouré d'un cylindre intérieur 15 qui entoure au moins en partie l'insert intérieur 12 du carter et sur lequel est monté l'insert 12 pour former la cavité 16 l'assemblage étant réalisé à l'aide d'un second moyen de fixation 17. Le moyen de fixation 17 est souple dans la direction axiale A et beaucoup moins résistant à la rupture que le moyen de fixation 18 reliant le carter en spirale 10 au carter de palier 1. Le moyen de fixation rigide 18 du carter de compresseur 8 ou du carter en spirale 10 contre le carter de palier 1 est réalisé par une liaison par bride solidaire du carter en spirale 10 contre le car- ter de palier 1. Le moyen de fixation souple 17 de l'insert de carter 12, intérieur contre le carter en spirale 10 extérieur est réalisé par un moyen de fixation à vis extensible dans la direction axiale A à travers le cylindre intérieur 15 du carter en spirale 10. Une paroi 19 du carter de palier 1 coopérant avec le moyen de fixation rigide 18 descend dans la direction radiale B jus-qu'au-dessus de la pointe extérieure 20 du contour extérieur 6 du moyeu 4 du rotor de compresseur 3 en formant un intervalle 21. Le carter en spirale 10 a un canal d'écoulement 9 dont le diamètre diminue vers l'intérieur en direction du rotor de compresseur 3. Pour améliorer la sécurité de confinement de la machine fluidique décrite ci-dessus, l'invention propose qu'au moins le carter en spirale 10, extérieur et/ou l'insert de carter intérieur 12 c'est-à-dire les composants non rotatifs ou fixes de la machine fluidique soient réalisés en une matière dont l'allongement à la rupture soit d'au moins 5 %. De manière préférentielle à la fois le carter en spirale extérieur 10 et l'insert intérieur du carter 12 sont réalisés en une matière ayant un allonge-ment à la rupture d'au moins 5 %. L'invention prévoit l'utilisation de matière pour des composants fixes c'est-à-dire non rotatifs de la ma-chine fluidique ayant un allongement à la rupture d'au moins 5 % pour améliorer la sécurité de confinement de la machine fluidique. Selon un développement préférentiel de l'invention, le moyen de fixation 17 servant à fixer l'insert intérieur de carter 12 au carter en spirale 10 est réalisé pour absorber au moins 0,2 % de l'énergie cinétique maximale du rotor de compresseur 3 et au moins 1,0 % de l'énergie de déformation reçue par l'insert intérieur de carter 12. Cela garantit toute défaillance du moyen de fixation 17 pendant toute la phase d'absorption de l'énergie. Comme déjà indiqué, le moyen de fixation 17 comprend au moins une vis extensible réalisée en une matière ayant un allonge- ment à la rupture d'au moins 10 % et de préférence d'au moins 13 %. L'invention prévoit également que la vis extensible ou chaque vis extensible du moyen de fixation 17 soit logée dans un manchon extensible non représenté à la figure de façon que les manchons extensibles permettent au moyen de fixation 17 d'absorber une quantité plus importante d'énergie. Les manchons extensibles sont de préférence réalisés en une matière dont l'allongement à la rupture correspond à au moins 10 % et notamment à au moins 13 %. En plus du choix approprié de la matière des manchons extensibles, il est également possible de réaliser les manchons de façon à leur permettre d'absorber une quantité suffisante d'énergie. Il est en outre possible d'augmenter le volume déformable de l'axe extensible des vis extensibles et d'augmenter ainsi la quantité d'énergie que le moyen de fixation 17 peut absorber. La présente invention permet ainsi d'améliorer de ma- nière significative la sécurité de confinement de machine fluidique telle que celle décrite dans le document EP 1 233 190 Al. Cela permet d'éviter toute protection à l'éclatement à l'extérieur du carter en spirale. On peut également réduire l'épaisseur des parois des composants du carter et ainsi le poids et diminuer le coût de la machine fluidique. NOMENCLATURE 1 Carter de palier 2 Arbre 3 Rotor de compresseur 4 Moyeu Aube 6 Contour extérieur 7 Contour intérieur io 8 Carter de compresseur 9 Canal d'écoulement Carter en spirale 11 Segment de canal 12 Insert de carter 13 Contour intérieur 14 Segment de canal Cylindre intérieur 16 Cavité 17 Moyen de blocage 18 Moyen de blocage 19 Paroi Pointe 21 Intervalle 22 Joint 23 Centre de la surface 24 Section REVENDICATIONS 1 ) Machine fluidique à rotor de compresseur (3) radial installé sur un arbre (2) logé dans un carter de palier (1) et dans un carter de compresseur (8) ayant un canal d'écoulement (9) en forme de vis, dans laquelle le contour extérieur (6) du moyeu (4) du rotor de compresseur (3) et le contour intérieur (7) du carter de compresseur (8) forment le canal d'écoulement (9) dévié de la direction axiale vers une direction radiale, le carter de compresseur (8) est composé d'un carter en spirale (10) extérieur et d'un insert intérieur de carter (12), le carter en spirale extérieur (10) entourant un segment (11) du canal d'écoulement (9) dévié vers l'extérieur dans la direction radiale, en étant fixé au carter de palier (1) par un premier moyen de fixation (18), alors que l'insert intérieur de carter (12) dont le contour intérieur (13) forme avec le contour extérieur (6) du moyeu (4) du rotor de compres- Beur (3), un segment (14) du canal d'écoulement (9) dirigé essentielle- ment dans la direction axiale, est installé entre le carter en spirale (10) et le rotor de compresseur (3) et est fixé au carter en spirale (10) par un second moyen de fixation (17), caractérisée en ce qu' au moins le carter en spirale extérieur (10) et/ ou l'insert intérieur (12) du carter sont réalisés en une matière dont l'allongement à la rupture est au moins égal à 5 %. 2 ) Machine fluidique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' au moins le carter en spirale extérieur (10) et l'insert intérieur (12) du carter sont réalisés en une matière dont l'allongement à la rupture est égal à au moins 5 %. 3 ) Machine fluidique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le second moyen de fixation (17) servant à relier l'insert de carter (12) au carter en spirale (10) est réalisé pour que le second moyen de fixation puisse absorber au moins 0,2 % de l'énergie cinétique maximale du ro- tor de compresseur (3) et au moins 1,0 % de l'énergie de déformation reçue par l'insert (12). 4 ) Machine fluidique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le second moyen de fixation (17) servant à fixer l'insert de carter (12) au carter en spirale (10) est formé d'au moins une vis extensible ayant un allongement à la rupture d'au moins 10 %. 5 ) Machine fluidique selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'allongement à la rupture de la ou des vis extensibles est égal à au moins 13 %. 6 ) Machine fluidique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le second moyen de fixation (17) servant à fixer l'insert (12) au carter en spirale (10) est formé d'au moins une vis extensible et chaque vis extensible comporte un manchon extensible pour augmenter l'absorption d'énergie. 7 ) Machine fluidique selon la revendication 6, caractérisée en ce que la ou les vis extensibles sont réalisées en une matière dont l'allongement à la rupture est d'au moins 10 %. 8 ) Machine fluidique selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'allongement à la rupture du ou des manchons extensibles est égal à au moins 13 %. 9 ) Machine fluidique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le carter en spirale (10) est réalisé avec un cylindre intérieur (15) qui entoure au moins en partie l'insert de carter (12), cylindre portant l'insert de carter (12) pour former une cavité (16) à l'aide du second moyen de fixation (17). 10 ) Machine fluidique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le second moyen de fixation (17) est souple dans la direction axiale et est moins résistant à la rupture que le premier moyen de fixation (18). io