CH419442A - Tubine à air - Google Patents

Description

  
 



  Tubine à air
 Les turbines employant plus spécialement l'air comprimé comme fluide moteur constituent des moteurs à très grande vitesse, d'encombrement et de poids très réduits, avec des rotors de l'ordre de 10 mm. de diamètre, particulièrement adaptés à la constitution d'outils à main, employés très fréquemment par les dentistes et les mécaniciens de précision.



   En général, les turbines utilisées à ces usages comportent un rotor à un étage recevant l'impulsion directe d'un jet d'air comprimé. Généralement, ces appareils engendrent des bruits de fonctionnement qui occasionnent une gêne considérable pour l'opérateur lorsqu'il se livre à des travaux prolongés et particulièrement quand ces travaux entraînent des variations de vitesse de la turbine.



   On s'est livré à une série d'expériences sur les turbines à air utilisées en chirurgie dentaire et on a pu mesurer que des turbines dont le régime normal est de 320 000   t/m    consommant environ 30 litres d'air/minute, engendrent des ultra-sons dont la fréquence fondamentale est de 40 000 hertz et le niveau ultra-sonore de 75 à 90 décibels à   40cm.   



  Parallèlement, il est engendré un spectre audible caractérisé par une fréquence fondamentale d'environ 5000 hertz et un niveau sonore de 80 à 95 décibels à une distance de 40 cm.



   D'autre part, la confrontation des fréquences sonores et ultra-sonores avec les vitesses de rotation de la turbine et le nombre d'aubes du rotor de la turbine a établi que la turbine se comportait comme une véritable sirène engendrant une vibration ultrasonore au passage de chaque aube devant la tuyère.



   L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients et d'obtenir que les battements entre les vibrations sonores et ultra-sonores nuisibles émises par un jet comprimé dirigé sur les aubages tournants de la turbine soient supprimés. Elle a pour objet une turbine à air caractérisée en ce qu'elle comprend des canaux servant à l'évacuation latérale de l'air détendu et qui s'amorcent dans le stator en dehors de la partie balayée par l'aubage. Les battements peuvent ainsi être supprimés par suite de l'élimination de   l'un    des groupes de vibrations qui les engendrent à la sortie de la turbine.



   Le dessin annexé représente à titre d'exemple diverses formes d'exécution de la turbine faisant l'objet de l'invention.



   Les fig. 1 et la montrent en coupe élévation et profil une première forme d'exécution.



   Les fig. 2 et 2a montrent suivant les mêmes vues, élévation et profil, une autre forme d'exécution.



   Les fig. 3 et 3a montrent toujours suivant les mêmes vues, élévation et profil, la réalisation des aubages de ces turbines.



   En se référant aux fig. 1 et la, on voit que le stator est constitué par une pièce métallique 16 alésée d'un trou lisse 17 destiné à contenir le rotor. Cet alésage est obturé à ses deux extrémités par deux bouchons 18 et 19 qui servent de logements aux roulements à billes 20 et 21 et dans lesquels tourne l'arbre 22 sur lequel est emmanché à force le rotor 23, 24, 25.



   L'énergie motrice de l'air est communiquée au rotor par le jet d'air issu de la tuyère 26 percée dans la pièce 16 qui attaque le rotor juste dans sa partie centrale. L'air qui a ainsi frappé les pales et qui se trouve emprisonné entre les pales successives s'éva  cue latéralement des deux côtés du rotor dans deux chambres 27 et 28 qui sont délimitées par la paroi cylindrique de l'alésage 17, par le roulement à billes et par la face latérale du rotor. L'évacuation de l'air détendu à partir de ces deux chambres est assurée respectivement par deux canaux 29 et 30 qui peuvent, en cas de besoin, être complétés par d'autres canaux tels que   29' et    30'.

   La position de ces canaux n'est assujettie qu'à la condition impérieuse que les orifices 31 et 32 et éventuellement   31' et      32' par    lesquels ces canaux débouchent dans l'alésage 17 ne subissent aucune interception de la part des pales du rotor, interception susceptible d'engendrer un effet de sirène.



   On conçoit donc que dans une telle turbine il y a émission d'ultra-sons par interception du jet d'air d'alimentation par les aubages mais que, par contre, l'évacuation de l'air détendu n'étant soumise à aucune interception brutale et périodique n'émet pas d'ultra-sons.



   Comme il n'existe qu'une seule fréquence d'ultrasons, il ne peut donc pas se produire de battements et par suite aucune émission de vibrations audibles.



   Si   l'on    se réfère maintenant aux fig. 2 et 2a reproduisant dans leurs grandes lignes la réalisation des fig. 1 et la, on constate   Ique    le rotor est constitué par deux roues munies d'aubes 35 et 36, séparées par une cloison mince 37 et limitées par deux joues 38 et 39, l'ensemble formant un bloc dans lequel les joues et les cloisons 37, 38, 39 ont un diamètre égal au diamètre extérieur des aubages.



   Le rotor ainsi constitué tourne à l'intérieur d'une chemise fixe 40 logée dans l'alésage du corps 17 sous l'impulsion du jet d'air émis par la tuyère 26.



  La sortie de l'air détendu après travail dans le rotor a lieu latéralement de chaque côté du rotor de façon très progressive grâce à un découpage approprié de la périphérie de la chemise, ce découpage ouvrant à l'air contenu dans le rotor un passage entre les joues 38 et 39, l'alésage 17 et le bord 42, 43 de la découpe de la chemise.



   L'air sortant par ces passages pénètre dans les chambres 27 et 28 d'où il est évacué vers l'extérieur par les orifices 31 et 32 des canaux 29 et 30.



   Cette réalisation ne diffère donc de celle de la fig. 1 que par la forme du rotor fermé latéralement et   d'où    l'air s'échappe de côté par une fente étroite constituée par le jeu existant sur une partie de la périphérie du stator entre la paroi de l'alésage 17 et le contour extérieur des joues 38 et 39.



   La section et le développement périphérique de ces fentes sont calculées pour obtenir une évacuation très progressive de l'air détendu.



   Les sujétions d'implantation des canaux 29 et 30 sont identiques à celles qui ont été indiquées pour les mêmes canaux dans la réalisation de la fig. 1.



   Une variante de construction plus économique et d'encombrement plus réduit, mais d'une efficacité un peu inférieure à celle des réalisations décrites et représentées ci-dessus peut être envisagée. A cet effet on utilise, au lieu d'un rotor comportant deux aubages symétriques par rapport à une cloison médiane, un rotor comportant une seule roue d'aubage fermée par une joue latérale et dans lequel l'injection d'air comprimé est tangente latéralement à cette joue.



   L'évacuation de l'air détendu s'effectue latéralement comme ci-dessus dans une chambre analogue en tous points aux chambres 27 et 28. La turbine simplifiée ainsi réalisée est représentée à peu près exactement par la moitié d'une des turbines reproduites sur les fig. 1 et 2.



   En se référant aux fig. 3 et 3a, on voit la forme et la constitution d'un rotor qui se compose d'un arbre 45 sur lequel sont emmanchées à frottement dur deux roues à aubes 46 et 47 séparées par une cloison mince 48. La tuyère d'injection d'air 49 semblable à celle figurée en 26 sur les fig. 1 et 2 aboutit exactement dans l'axe de la cloison 48 qui partage ainsi le jet dans le sens de la longueur pour alimenter également les deux moitiés actives du rotor.



   Les aubes sont taillées en hélice afin d'améliorer le rendement mais surtout afin que l'air détendu sorte latéralement du rotor avec une vitesse aussi réduite que possible.



   Afin d'étouffer les ultra-sons résultant de l'interception de la veine d'air comprimé par les aubes du rotor, les aubages des deux roues 46 et 47 peuvent être décalés d'un demi-pas d'aubage, comme dans le cas du brevet suisse 402279.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION Turbine à air comprenant un rotor à aubage contenu dans un stator et actionné par un jet d'air comprimé dirigé sur l'aubage, caractérisée en ce qu'elle comprend des canaux servant à l'évacuation latérale de l'air détendu et qui s'amorcent dans le stator en dehors de la partie balayée par l'aubage.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Turbine à air selon la revendication, caractérisée en ce que le stator est lisse et enveloppe complètement le rotor, le jet d'air comprimé étant dans une direction sécante à l'aubage et orthogonale à son axe de rotation, le tout de façon que l'échappement latéral à l'aubage se produise dans des chambres du stator de chaque côté du rotor, puis se continue vers l'extérieur au moyen des canaux qui s'amorcent dans les dites chambres hors de la partie du stator balayée par l'aubage.

   2. Turbine à air selon la revendication, caractérisée en ce qu'elle comprend dans le stator une chemise comportant des échancrures marginales permettant l'évacuation de l'air emmagasiné dans le rotor dont l'aubage est latéralement fermé par des joues de même diamètre, les dites échancrures créant des lumières pour le passage de l'air détendu qui alimente des chambres latérales au rotor d'où l'air est évacué au moyen des canaux dont les orifices s'amorcent hors de la partie balayée par l'aubage.

   3. Turbine à air selon la revendication, caractérisée en ce que l'aubage est fermé par une joue latérale près de laquelle se fait l'injection de l'air.

   4. Turbine à air selon la revendication, caractérisée par un rotor à deux aubages symétriques, décalés d'un demi-pas d'aubage et séparés par une cloison médiane, le rotor étant alimenté par une tuyère unique dont l'axe est disposé dans le plan de cette cloison, les deux aubages évacuant respectivement leur air détendu latéralement dans les chambres du stator munies de canaux s'amorçant hors des surfaces balayées par les aubes.