Brevet FR3014962A1 — publié le 20150619

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un étage de compres- seur radial ayant un rotor tournant par rapport à un stator avec plusieurs aubes de rotor, ayant chacune un extrados, un intrados entre le bord d'attaque et le bord de fuite et une surface extérieure tournée vers le stator. L'invention se rapporte également à un compresseur radial équipé de tels étages. Selon les documents DE 195 02 808 C2 - DE 10 2012 203 801 A1, il est connu de réaliser la structure de base d'un compresseur radial ayant au moins un étage de compresseur. Ainsi, selon l'état de la technique, il est connu que le ou chaque étage de compresseur a un rotor à plusieurs aubes tournant par rapport à un stator. Chaque aube de rotor a un bord d'attaque tourné vers l'entrée de la veine de fluide et un bord de fuite ; entre le bord d'attaque et le bord de fuite chaque aube de rotor a un intrados, un extrados et une surface extérieure tournée vers le stator ; la surface extérieure de chaque aube de rotor arrive sur le stator et réalise l'étanchéité par rapport au stator. Un tel rotor de compresseur radial dont les surfaces extérieures des aubes de rotor sont indirectement adjacentes au stator ne comportent pas de bande de couverture, est ainsi appelé "rotor ouvert". Dans des conditions de fonctionnement défavorable, la surface extérieure des aubes du rotor peut arriver sur le stator ou frotter sur celui-ci, ce qui endommage la région de la surface extérieure des aubes ainsi que le stator. Si pour réduire le risque de dommage de la surface extérieure des aubes de rotor au niveau du stator, on enlève de la matière pour réduire l'épaisseur du rotor, on réduit l'effet d'étanchéité dans la région des surfaces extérieures des aubes de rotor par rapport au stator. But de l'invention Comme il est nécessaire sur des étages de compresseur radial de réduire le risque de dommages dans la région de la surface extérieure des aubes de rotor, mais d'assurer aussi une bonne étanchéité entre les surfaces extérieures et le stator, la présente invention a pour but de développer un étage de compresseur radial résolvant ce problème. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un étage de compres- seur radial tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'extrados de l'aube de rotor comporte au moins une rainure délimitée à la fois sur le côté extrados et sur le côté intrados par une entretoise longitudinale formant une pointe d'étanchéité de l'aube de rotor respective par rapport au stator. Ainsi, selon l'invention, la surface extérieure de l'aube de rotor comporte au moins une rainure délimitée à la fois du côté extrados de chaque aube de rotor et aussi du côté intrados de l'aube respective par une entretoise longitudinale s'étendant de préférence de façon continue entre le bord d'attaque et le bord de fuite. Chaque entretoise longitudinale constitue une pointe d'étanchéité de l'aube de rotor res- pective par rapport au stator de cet étage de compresseur radial. D'une part, cela permet un meilleur effet d'étanchéité dans la région de la surface extérieure des aubes du rotor d'un compresseur radial par rapport au stator et d'autre part, cela réduit le risque de dommage par contact ou frottement de la surface extérieure des aubes de rotor par rapport au stator. A la fois dans la région de l'intrados et aussi dans la région de l'extrados de chaque aube de rotor, le contour aérodynamique sera optimum grâce à l'entretoise longitudinale de sorte que l'étage de compresseur radial aura un rendement élevé. Selon un développement avantageux, la surface exté- rieure de l'aube de rotor a une seule rainure entre le bord d'attaque et le bord de fuite. De façon préférentielle, cette rainure est fermée au voisinage du bord d'attaque et ouverte au voisinage du bord de fuite. Selon une variante avantageuse, la rainure est ouverte à la fois au niveau du bord d'attaque et au niveau du bord de fuite. La rainure ouverte au voisinage du bord d'attaque, par un évidement dans l'entretoise se fait plus simplement par fraisage que dans le cas où la rainure au voisinage du bord d'attaque de l'aube de rotor est fermée. Selon une variante avantageuse, la surface extérieure de l'aube de rotor comporte plusieurs rainures entre le bord d'attaque et le bord de fuite, l'une derrière l'autre, chaque fois séparées par une traverse. De façon préférentielle, la rainure avant est fermée à l'avant au voisinage du bord d'attaque et à l'arrière ; la rainure arrière est fermée au voisinage du bord de fuite et à l'avant. De façon préférentielle, la rainure réalisée dans la surface extérieure de l'aube de rotor a une section en forme de V et un fond arrondi ou en forme de U. Le contour assure d'une part un bon effet d'étanchéité et d'autre part, un excellent comportement évitant le con- tact et conservant l'intégrité mécanique de l'aube de rotor. Selon un autre développement avantageux, les rainures de toutes les aubes du rotor ont la même profondeur. Selon une variante avantageuse, une rainure d'au moins l'une des aubes du rotor a une profondeur de rainure différente de celle des rainures des autres aubes de ce même rotor. Grâce à des profondeurs de nervure différentes dans le rotor de compresseur radial on pourra régler la fréquence propre des aubes pour arriver à un fonctionnement optimum du compresseur radial. De plus, on peut utiliser des profondeurs de rainure différentes des aubes voisines pour équilibrer le rotor de compresseur radial. Selon un second développement, l'invention a pour objet un étage de compresseur radial caractérisé en ce que la surface extérieure d'au moins une aube de rotor comporte plusieurs évidements dé- limités par un bord à la fois sur l'intrados et sur l'extrados, les bords des évidements formant les contours d'étanchéité de chaque aube de rotor par rapport au stator. Cela permet d'améliorer l'effet d'étanchéité dans la région de la surface extérieure des aubes de rotor par rapport au stator et de réduire le risque de dommages en cas de contact de la surface exté- rieure avec le stator. De façon préférentielle, les évidements réalisés dans la surface extérieure de l'aube de rotor sont des perçages ayant des dimensions différentes. Cette réalisation est particulièrement simple. Les perçages de dimensions différentes permettent de régler la fréquence propre des aubes de rotor et aussi d'équilibrer le rotor de compresseur radial. Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l'aide d'étages de compresseur radial représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 montre en coupe méridienne un détail d'un étage de compresseur radial selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe suivant la direction AA de la figure 1, la figure 3 est une vue dans la direction B de la figure 1, la figure 4 est une variante de vue dans la direction B de la figure 1, la figure 5 est une variante de vue en coupe dans la direction AA de la figure 1, la figure 6 est une autre variante de vue en coupe dans la direction AA de la figure 1, la figure 7 est une autre variante de vue en coupe dans la direction AA de la figure 1, la figure 8 est un détail de la figure 1, la figure 9 est une vue en perspective d'une aube de rotor correspondant à une variante de réalisation de l'invention, et la figure 10 est une vue en perspective d'une aube de rotor pour un étage de compresseur radial selon un second développement de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La présente invention a pour objet un compresseur radial ayant au moins un étage de compresseur radial. La figure 1 montre le détail d'un étage de compresseur radial selon l'invention en coupe méri- dienne correspondant à un premier mode de réalisation de l'invention. Le ou chaque étage du compresseur radial comporte un rotor 10 avec plusieurs aubes de rotor 12 installées dans le canal d'écoulement 11 de l'étage de compresseur respectif. Le rotor 12 tourne par rapport au stator 13. Le stator 13 peut être le carter ou un anneau de stator, ou un moyen analogue. Le canal d'écoulement 11 de l'étage de compresseur respectif est délimité par le contour de moyeu 14 côté rotor et par le contour 15 du stator. Chaque aube de rotor 12 a un bord d'attaque 16 et un bord de fuite 17. Le bord d'attaque 16 selon l'exemple de réalisation des fi- gures 1 et 2 est défini par une surface à contour arrondi. Le bord de fuite 17 selon les figures 1 et 2 est en revanche constitué par une surface aplatie, non arrondie. L'intrados 18, l'extrados 19 s'étendent entre le bord d'attaque 16 et le bord de fuite 17 pour chaque aube 12 ainsi que radia- lement extérieur. L'aube 12 a une surface extérieure 20 tournée vers le stator 13. Selon la figure 1, dans la direction de passage, en aval des aubes 12 du rotor 10 le canal d'écoulement 11 a un diffuseur côté stator avec des aubes fixes 21. Le diffuseur ne fait pas partie de l'étage de compresseur radial. On peut également supprimer un tel diffuseur. La surface extérieure 20 tournée vers le stator 13 de l'aube de rotor 12, de préférence dans chaque aube 12, d'un rotor de compresseur radial 10 comporte au moins une rainure 22. Dans les exemples des figures 1 à 8, la surface extérieure 20 de l'aube de rotor 12 comporte une seule rainure entre le bord d'attaque 16 et le bord de fuite 17 ; cette rainure est délimitée côté intrados 18 et côté extrados 19 par une nervure longitudinale 23, 24 respective, s'étendant entre le bord d'attaque 16 et le bord de fuite 17. Chaque entretoise longitudinale 23, 24 constitue une pointe d'étanchéité du rotor 10 par rapport au stator 13 de cet étage de compresseur radial. Selon la variante de la figure 3, la rainure 22 de la sur- face extérieure 20 de l'aube de rotor 12 est fermée au voisinage du bord d'attaque 16. Selon la variante de la figure 4, en revanche, la rainure 22 est ouverte au voisinage du bord d'attaque 16 de l'aube respective 12 et elle débouche par un évidement 25 de l'entretoise longitudinale 23 côté intrados ou côté extrados dans la région de l'extrados 19 de l'aube 12 respective. La variante de la figure 4 se réalise simplement par fraisage comme variante de la figure 3. Pour des raisons aérodynamiques, la variante de la figure 3 est la solution préférentielle. Dans les deux variantes, selon les figures 3 et 4, la rainure 22 voisine du bord de fuite 17 non représenté est ouverte. Selon la figure 2, la rainure 22 réalisée dans la surface extérieure 20 de l'aube de rotor 12 a une section en forme de V et un fond de rainure 26 arrondi ou en forme de U ; les branches latérales 27 des entretoises longitudinales 23, 24 qui délimitent la rainure 22 à sec- tion en forme de V divergent vers l'extérieur, c'est-à-dire en direction de la surface extérieure 20 de l'aube de rotor 12 respective. De façon préférentielle, chaque rainure longitudinale 23, 24 réalisée dans la surface extérieure 20 d'une aube de rotor 12 a son segment extérieur, d'une épaisseur constante entre le bord d'attaque 16 et le bord de fuite 17. Le contour selon la figure 2 de la rainure 22 réalisé dans la surface extérieure 20 de l'aube de rotor 12 respective est de préférence, mais non nécessairement réalisé ainsi. Les figures 5 à 7 montrent des variantes dans lesquelles seulement l'une des entretoises longitudinales 23, 24 diverge en direction de la surface extérieure 20 de l'aube de rotor 12 ; à la figure 5 il s'agit de l'entretoise 24 de l'intrados 18 et à la figure 7 il s'agit de l'entretoise 23 de l'extrados 19 alors que l'autre entretoise longitudinale respective en direction de l'extérieur de la surface extérieure 20 de l'aube de rotor 12 a une épaisseur constante. La figure 6 montre une variante dans laquelle l'entretoise 23 de l'extrados 19 est raccourcie vers l'extérieur en direction de la surface extérieure 20 de l'aube de rotor 12 par rapport à l'entretoise 24 de l'intrados 18. Selon une première variante de l'invention, les rainures 22 de toutes les aubes 12 d'un rotor de compresseur radial 10 ont la même profondeur. Mais à la différence, il est également possible qu'une rainure 22 d'au moins une aube 12 du rotor de compresseur axial 10 présente une profondeur différente de celle des rainures 22 des autres aubes 12 de ce même rotor de compresseur axial 10, ce qui permet d'influencer la fréquence propre des aubes de rotor 12 pour avoir un comportement de fonctionnement optimum du rotor de compresseur radial 10 et ainsi de l'étage de compresseur radial. La profondeur de chaque rainure 22 entre le bord d'attaque 16 et le bord de fuite 17 est constante dans sa direction d'extension entre le bord d'attaque 16 et le bord de fuite 17 ou variable comme le montre la figure 8. Ainsi, à la figure 8, la profondeur de chaque nervure 22 au voisinage du bord d'attaque 16 et au voisinage du bord de fuite 17 est plus grande que dans la partie médiane de la rainure. La profondeur de la rainure varie ainsi dans la direction d'extension, de préférence de manière continue, c'est-à-dire sans éche- lon ou autre variation brusque. La figure 9 montre une variante d'un premier développe- ment de l'invention. Dans cette variante, la surface extérieure de l'aube de rotor 12 comporte plusieurs rainures 22 situées entre le bord d'attaque 16 et le bord de fuite 17, l'une derrière l'autre et séparées par des traverses 28. Les traverses 28 s'étendent entre l'extrados 19 et l'intrados 18 de l'aube de rotor 12, c'est-à-dire transversalement aux entretoises longitudinales 23, 24 qui s'étendent entre le bord d'attaque 16 et le bord de fuite 17. A la figure 9, la rainure avant 22 est considérée de l'avant par rapport au bord d'attaque 16 et fermée, de même que son arrière est fermée. La rainure arrière 22 considérée de l'arrière par rapport au bord de fuite 17 est fermée de même que son avant est fermé. Entre la rainure avant 22 et la rainure arrière 22, il y a deux autres rainures 22 qui sont également fermées à l'avant et à l'arrière. Chaque rainure est ainsi fermée et elle est délimitée au moins par les nervures longitudinales 23, 24 et les nervures transversales 28. Le nombre de nervures longitudinales est adapté pour optimiser les pertes aérodynamiques et l'intégrité mécanique selon les nécessités de chaque rotor. La présente invention propose un étage de compresseur radial muni d'un rotor 10 dont la région de la surface extérieure 20 des aubes de rotor 12 sont réalisées pour assurer d'une part un effet d'étanchéité optimum et d'autre part une protection optimale contre le contact avec un contour aérodynamique optimum dans la région de l'extrados 19 et de l'intrados 18. Dans les exemples de réalisation des figures 1 à 9, la surface extérieure 20 des aubes 12 du rotor de compresseur axial 10 ont chacune au moins une rainure 22 sous la forme d'une rainure médiane et à la fois dans la région de l'intrados 18 et dans celle de l'extrados 19, les rainures 22 sont délimités par les nervures longitudinales 23, 24 de sorte qu'ainsi l'intrados 18 et l'extrados 19 présentent des caractéristiques aérodynamiques optimales dans la région de la surface extérieure 20. La profondeur et la largeur des rainures 22 sont réglées pour, d'une part, assurer un bon effet d'étanchéité, et d'autre part, réa- liser une bonne protection pour éviter le contact. Comme développé ci-dessus, les rainures 22 des aubes 12 d'un rotor de compresseur radial 10 peuvent avoir des profondeurs différentes pour régler de manière optimum la fréquence propre des aubes ou pour équilibrer le rotor de compresseur radial 10. La figure 10 montre le détail d'une aube de rotor 12 d'un étage de compresseur radial selon un second développement de l'invention répondant également aux caractéristiques ci-dessus. A la figure 10, la surface extérieure 20 des aubes de rotor 12 tournées vers le stator 13 n'ont pas de rainures en forme de gorge, mais plusieurs évidements 29 délimités à la fois au niveau de l'extrados 19 et de l'intrados 18 par des bords 30 ; les bords 30 des évidements 29 constituent les contours d'étanchéité de l'aube de rotor 12 par rapport au stator 13. Les évidements 29 réalisés dans la surface extérieure 20 de chaque aube de rotor 12 sont de préférence sous la forme de perçages de section circulaire et dont la périphérie est entourée de tous côtés par les bords 30. Les perçages réalisés dans la surface extérieure 20 des aubes de rotor 12 ont, de préférence, des dimensions différentes, à savoir des diamètres de perçage différents et/ou des profondeurs de per- çage différents. NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Rotor 11 Canal d'écoulement 12 Aube de rotor 13 Stator 14 Contour du moyeu 15 Contour du stator 16 Bord d'attaque 17 Bord de fuite 18 Intrados 19 Extrados 20 Surface extérieure 21 Aube directrice 22 Rainure 23 Entretoise longitudinale 24 Entretoise longitudinale 25 Evidement 26 Fond de rainure 27 Branche 28 Traverse 29 Evidement 30 Bord25 REVENDICATIONS1°) Etage de compresseur radial pour un compresseur radial, - l'étage de compresseur radial ayant un rotor (10) tournant par rapport à un stator (13) avec plusieurs aubes de rotor (12), chaque aube de rotor (12) ayant un extrados (19), et un intrados (18) entre le bord d'attaque (16) et le bord de fuite (17) et une surface extérieure (20) tournée vers le stator (13), étage de compresseur radial caractérisé en ce que l'extrados (20) d'au moins une aube de rotor (12) comporte au moins une rainure (22) délimitée à la fois sur le côté extrados (19) et sur le côté intrados (18) par une entretoise longitudinale (23, 24) chacune des entretoises longitudinales (23, 24) formant une pointe d'étanchéité de l'aube de rotor (12) respective par rapport au stator (13). 2°) Etage de compresseur radial selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface extérieure (20) de l'aube de rotor (12) respective a une seule rainure (22) s'étendant entre le bord d'attaque (16) et le bord de fuite ( 1 7). 3°) Etage de compresseur radial selon la revendication 2, caractérisé en ce que la rainure (22) est fermée au voisinage du bord d'attaque (16). 4°) Etage de compresseur radial selon la revendication 2, caractérisé en ce que la rainure (22) est ouverte au voisinage du bord d'attaque (16). 5°) Etage de compresseur radial selon la revendication 4, caractérisé en ce que la rainure (22) débouche au voisinage du bord d'attaque (16) par un évidement (25) dans l'entretoise (23) côté extrados dans la région de l'extrados (19) de l'aube de rotor (12) respective.356°) Etage de compresseur radial selon la revendication 2, caractérisé en ce que la rainure (22) est ouverte au voisinage du bord de fuite (17). 7°) Etage de compresseur radial selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface extérieure (20) de l'aube de rotor (12) respective comporte plusieurs rainures (22) situées entre le bord d'attaque (16) et le bord de fuite (17), l'une derrière l'autre et séparées au moins par une traverse (28). 8°) Etage de compresseur radial selon la revendication 7, caractérisé en ce que la traverse (28) s'étend entre l'extrados (19) et l'intrados (18) de l'aube de rotor (12). 9°) Etage de compresseur radial selon la revendication 7, caractérisé en ce que la rainure avant (22) est fermée à l'avant au voisinage du bord d'attaque (16) et à l'arrière et la rainure arrière (22) est fermée à l'arrière au voisi- nage du bord de fuite (17) et à l'avant. 10°) Etage de compresseur radial selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure (22) a une section en forme de V et un fond de rainure (26) arrondi ou en forme de U. 11°) Etage de compresseur radial selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque entretoise longitudinale (23, 24) réalisée sur la surface exté- rieure (20) de l'aube de rotor (12) respective a sur son segment extérieur une épaisseur constante. 12°) Etage de compresseur radial selon la revendication 1, caractérisé en ce quel'entretoise longitudinale (23, 24) réalisée sur la surface extérieure (20) de l'aube (12) s'étend entre le bord d'attaque (16) et le bord de fuite (17) de l'aube (12). 13°) Etage de compresseur radial selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures (22) de toutes les aubes (12) du rotor (10) ont une même profondeur. 14°) Etage de compresseur radial selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une rainure (22) d'au moins une aube de rotor du rotor (10) a une profondeur de rainure différente de celle des rainures (22) des autres aubes de ce même rotor (10). 15°) Etage de compresseur radial selon la revendication 13, caractérisé en ce que la profondeur de rainure varie entre le bord d'attaque (16) et le bord de fuite (17) de l'aube (12). 16°) Etage de compresseur radial, cet étage ayant un rotor (10) tournant par rapport à un stator (13) avec plusieurs aubes de rotor (12), chaque aube de rotor (12) ayant un bord d'attaque (16), et un bord de fuite (17), un extrados (19), et un intrados (18) entre le bord d'attaque (16) et le bord de fuite (17) ainsi qu'une surface extérieure (20) tournée vers le stator (13), étage caractérisé en ce que la surface extérieure (20) d'au moins une aube de rotor (12) comporte plusieurs évidements (29) délimités par un bord à la fois sur l'intrados (19) et sur l'extrados (18), les bords (30) des évidements (29) formant les contours d'étanchéité de chaque aube de rotor (12) par rapport au stator (13). 17°) Etage de compresseur radial selon la revendication 16, caractérisé en ce queles évidements (29) réalisés dans la surface extérieure (20) de chaque aube de rotor (12) sont sous la forme de perçages. 18°) Etage de compresseur radial selon la revendication 17, caractérisé en ce que les perçages ont une section circulaire et leur périphérie est entourée de tous côtés par un bord (30). 19°) Etage de compresseur radial selon la revendication 17, caractérisé en ce que les perçages réalisés dans la surface extérieure (20) de chaque aube de rotor (12) ont des dimensions différentes.15