CH647582A5

CH647582A5 - BLADE WHEEL AND TOOLS AND METHODS OF MANUFACTURING THEM BY MOLDING.

Info

Publication number: CH647582A5
Application number: CH1071/82A
Authority: CH
Inventors: Joel Chadaineau; Michel Degay
Original assignee: Guinard Pompes
Priority date: 1981-03-13
Filing date: 1982-02-22
Publication date: 1985-01-31
Also published as: IT1157639B; GB2094896A; EP0061947A1; ES8402395A1; ATE19813T1; JPH0235879B2; JPS57168094A; GR74748B; IT8212449A0; DE3271106D1; ES509988A0; FR2501802A1; GB2094896B; BE892411A; FR2501802B1; EP0061947B1

Abstract

A pump impeller comprises a hub surrounded by a web which is a surface of revolution about, and whose imaginary projection intersects, the hub axis, the web carrying helico- centrifugal vanes with both faces of each vane parallel and formed as acute helicoids about the hub axis. The impeller is made by constructing a plastic pattern having vanes 12, using the pattern to form a sand mould, withdrawing the pattern from the sand with a helical movement and then filling the mould cavities with liquid metal. <IMAGE>

Description

La présente invention se rapporte aux roues à aubes et aux outillages et procédés pour les fabriquer par moulage. The present invention relates to impellers and tools and methods for manufacturing them by molding.

On distingue trois types de roues à aubes: celles dites radiales centrifuges (ou centripètes), pour lesquelles les trajectoires des particules fluides sont contenues dans des plans perpendiculaires à l'axe de rotation, sauf au voisinage immédiat de ce dernier; celles dites axiales, dans lesquelles les particules fluides restent sensiblement à distance constante de l'axe de rotation; celles dites hélico-centrifuges (ou hélico-centripètes), intermédiaires entre les deux cas précédents, dans lesquelles les aubes sont conformées de manière que les particules de fluide décrivent un trajet ayant à la fois une composante radiale et une composante axiale. C'est ce dernier type de roues que l'invention perfectionne. There are three types of impeller: those called centrifugal radial (or centripetal), for which the paths of the fluid particles are contained in planes perpendicular to the axis of rotation, except in the immediate vicinity of the latter; those called axial, in which the fluid particles remain substantially at constant distance from the axis of rotation; those called helico-centrifugal (or helico-centripetal), intermediate between the two previous cases, in which the blades are shaped so that the particles of fluid describe a path having both a radial component and an axial component. It is this latter type of wheel that the invention improves.

Le tracé des aubes de ces roues est régi par des considérations hydrauliques qui en définissent notamment l'angle d'entrée, l'angle de sortie, la longueur, la hauteur, le bord d'attaque et le profil. L'aube qui en résulte a une forme gauche compliquée. Elle n'est pas démoulable. Pour la réaliser en fonderie, on crée des noyaux de sable en assemblant des secteurs que l'on maintient ensemble par collage et par ligaturage. Ces assemblages donnent une pièce de fonderie qui présente de nombreuses bavures (ce qui nécessite un ébavu-rage ultérieur), dont les dimensions ne sont ni précises ni reproductibles, et dont l'état de surface est très médiocre. Lorsque les courbures des aubes sont modestes, on utilise un noyau monobloc et le noyauteur ébranle les ailettes de la boîte à noyau pour les sortir du noyau lors de la préparation de ce dernier. Non seulement les noyaux ne répondent plus ainsi aux cotes fixées par l'hydraulicien et diffèrent les uns des autres, mais encore cette différence de cote n'est pas connue de l'hydraulicien et varie, d'une aube à l'autre d'une même roue, d'une manière imprévue, qui dépend d'un mouvement plus ou moins brusque du fondeur. Le fabricant de roues à aubes hélico-centrifuges ne connaît pas le profil réel des aubes dont il a pourtant déterminé le profil théorique avec beaucoup de précision et, en raison de cette incertitude de fabrication, il est conduit à prendre des marges de tolérance plus grandes. The layout of the blades of these wheels is governed by hydraulic considerations which notably define the entry angle, exit angle, length, height, leading edge and profile. The resulting dawn has a complicated left shape. It cannot be removed from the mold. To make it in foundry, we create sand cores by assembling sectors which we hold together by gluing and tying. These assemblies give a foundry piece which has numerous burrs (which requires subsequent deburring), the dimensions of which are neither precise nor reproducible, and whose surface condition is very poor. When the curvatures of the blades are modest, a monobloc core is used and the corer shakes the fins of the core box to remove them from the core during the preparation of the latter. Not only do the cores no longer respond to the dimensions set by the hydraulic engineer and differ from one another, but this difference in dimension is not known to the hydraulic engineer and varies from one dawn to the next. the same wheel, in an unforeseen way, which depends on a more or less sudden movement of the founder. The manufacturer of helical-centrifugal impellers does not know the real profile of the blades, the theoretical profile of which he nevertheless determined with great precision, and, because of this manufacturing uncertainty, he is led to take greater tolerance margins .

L'invention remédie à ces inconvénients par une roue à aubes hélico-centrifuges, dont l'état de surface telle que venue de fonderie ou de moulage est impeccable, dont les dimensions sont précises et peuvent correspondre exactement aux plans fournis au fondeur sans que celui-ci se heurte à des difficultés insurmontables, et dont la fabrication est plus rapide que par le passé et peut être automatisée. L'expérience a montré que cette roue à aubes avait au moins les mêmes performances que les roues hélico-centrifuges classiques, et souvent des performances supérieures à ces dernières. The invention overcomes these drawbacks with a helical-centrifugal paddle wheel, the surface condition of which as found in the foundry or molding is impeccable, the dimensions of which are precise and can correspond exactly to the plans supplied to the founder without that -this encounters insurmountable difficulties, and whose manufacture is faster than in the past and can be automated. Experience has shown that this impeller has at least the same performance as conventional helical-centrifugal wheels, and often performs better than the latter.

L'invention a pour objet une roue à aubes, formée d'un moyeu entouré d'un flasque qui est de révolution autour de l'axe du moyeu et duquel naissent des aubes hélico-centrifuges à intrados et extrados parallèles et admettant l'axe du moyeu comme axe de répétition, caractérisée en ce que les intrados et les extrados des aubes s'étendent dans leur totalité suivant des portions d'hélicoïdes aigus dont l'axe commun est celui du moyeu. The subject of the invention is a paddle wheel, formed of a hub surrounded by a flange which is of revolution about the axis of the hub and from which helical-centrifugal blades are created with parallel lower and upper surfaces and admitting the axis. of the hub as a repetition axis, characterized in that the intrados and extrados of the blades extend in their entirety along portions of acute helicoids whose common axis is that of the hub.

De préférence, le flasque est sensiblement conique et l'angle aigu entre le rayon vecteur d'un hélicoïde et l'axe de celui-ci est égal à l'angle entre le bord d'attaque de l'aube et l'axe du moyeu. Preferably, the flange is substantially conical and the acute angle between the vector radius of a helicoid and the axis thereof is equal to the angle between the leading edge of the blade and the axis of the hub.

On désigne par l'expression hélicoïde aigu un hélicoïde dont l'angle entre le rayon vecteur et l'axe de révolution est aigu, au lieu que le rayon vecteur soit perpendiculaire à cet axe. On conserve ainsi exactement l'angle d'entrée, de grande importance du point de vue hydraulique. The expression acute helicoid designates a helicoid whose angle between the vector radius and the axis of revolution is acute, instead of the vector radius being perpendicular to this axis. This keeps the entry angle exactly, which is of great hydraulic importance.

On comprend qu'une telle roue à aubes en matière plastique soit démoulable aisément d'un moule, le procédé de moulage consistant à créer un moule dont les cavités sont délimitées par des portions d'hélicoïde aigus de même axe, à emplir ces cavités de matière plastique liquide, à faire durcir la matière plastique en une pièce rigide, et à démouler la pièce rigide en lui imprimant un mouvement hélicoïdal autour de l'axe des hélicoïdes. It is understood that such a plastic paddle wheel is easily demouldable from a mold, the molding process consisting in creating a mold whose cavities are delimited by portions of acute helicoid of the same axis, in filling these cavities with liquid plastic, hardening the plastic into a rigid part, and demolding the rigid part by imparting a helical movement around the axis of the helicoid.

L'état de surface est impeccable, tout comme la précision des dimensions, et l'automaticité du démoulage peut être obtenue par des moyens imprimant un mouvement hélicoïdal autour de l'axe des hélicoïdes à la pièce se trouvant dans le moule. The surface condition is impeccable, as is the precision of the dimensions, and the automatic demolding can be obtained by means imparting a helical movement around the axis of the helicoid to the part being in the mold.

Pour une roue à aubes venue de fonderie, le procédé consiste à créer un noyau de sable dans lequel sont ménagées des cavités à la forme des aubes de la roue à mouler, à emplir ces cavités de métal liquide, à laisser le métal se solidifier en une pièce et à détruire le noyau de sable pour libérer la pièce, et il est caractérisé en ce qu'il consiste à créer une boîte à noyau ayant des aubes dont les intrados et les extrados s'étendent suivant des portions d'hélicoïdes aigus de même axe, à emplir la boîte à noyau de sable, à y durcir le sable en un noyau et à démouler le noyau de la boîte en imprimant aux aubes de celle-ci un mouvement hélicoïdal autour de leur axe. For a paddle wheel from a foundry, the method consists in creating a core of sand in which cavities are formed in the shape of the blades of the molding wheel, in filling these cavities with liquid metal, in allowing the metal to solidify in a part and destroying the core of sand to release the part, and it is characterized in that it consists in creating a core box having vanes the lower and upper surfaces of which extend along portions of acute helicoids of same axis, to fill the core box with sand, to harden the sand in a core and to unmold the core of the box by imposing on the blades thereof a helical movement around their axis.

Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple: In the accompanying drawings, given solely by way of example:

la fig. 1 est un schéma en perspective d'un moule suivant l'invention; fig. 1 is a perspective diagram of a mold according to the invention;

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

647 582 647,582

la fig. 2 est une vue en coupe, éclatée, d'une roue à aubes suivant l'invention; fig. 2 is an exploded sectional view of an impeller according to the invention;

la fig. 3 est une vue en perspective illustrant la fabrication d'une boîte à noyau suivant l'invention; fig. 3 is a perspective view illustrating the manufacture of a core box according to the invention;

la fig. 4 est une vue en perspective éclatée, avec arrachement 5 partiel, d'une boîte à noyau; fig. 4 is an exploded perspective view, partially broken away, of a core box;

la fig. 5 est une vue en coupe d'une aube d'une boîte à noyau, et la fig. 6 est une vue en coupe d'un moule incorporant un noyau de sable. fig. 5 is a sectional view of a blade of a core box, and FIG. 6 is a sectional view of a mold incorporating a core of sand.

Pour fabriquer un moule de roues à aubes en matière plastique, io on crée des cavités 1 (une seule d'entre elles est représentée) de même axe XX' de répétition dans une forme 2 en matière métallique, à l'aide d'une électrode 3, par électro-érosion. Les faces opposées de l'électrode 3 s'étendent suivant des portions d'hélicoïdes aigus. To make a mold for plastic impellers, io are created cavities 1 (only one of them is shown) of the same axis XX 'of repetition in a shape 2 of metallic material, using a electrode 3, by EDM. The opposite faces of the electrode 3 extend along portions of acute helicoids.

L'électrode 3 est portée par un porte-électrode 4 entraîné pas à is pas, suivant un mouvement hélicoïdal de même axe et de même pas que celui des hélicoïdes, sur une vis 5 par des moyens non représentés. The electrode 3 is carried by an electrode holder 4 driven step by step, following a helical movement of the same axis and the same pitch as that of the helicoid, on a screw 5 by means not shown.

La forme 2, munie des cavités 1, et une coiffe conique donnant un moyeu constituent un moule. Le démoulage s'effectue en 20 Form 2, provided with cavities 1, and a conical cap giving a hub constitute a mold. The release takes place in 20

donnant à la pièce moulée un mouvement hélicoïdal. On obtient (fig. 2) un flasque 6 conique à moyeu, muni d'aubes 7, sur les chants desquelles il suffit de souder par ultra-sons un flasque 8 de fermeture pour obtenir une roue à aubes. Le prolongement imaginaire de la génératrice du flasque 6 coupe l'axe YY' du moyeu. Les intrados et 25 les extrados des aubes 7 s'étendent suivant des portions d'hélicoïdes aigus d'axe YY'. giving the molded part a helical movement. We obtain (fig. 2) a conical flange 6 with hub, provided with blades 7, on the edges of which it suffices to ultrasonically weld a flange 8 for closing to obtain a paddle wheel. The imaginary extension of the generator of the flange 6 intersects the axis YY 'of the hub. The intrados and extrados of the vanes 7 extend along portions of acute helicoids of axis YY ′.

En fonderie, la roue est fabriquée à l'aide de deux châssis 9,10 inférieur et supérieur emplis de sable, épousant les formes extérieures de la roue et, entre les deux châssis, d'un noyau 1 la de sable re- 30 produisant la forme intérieure de la roue (fig. 6). In foundries, the wheel is manufactured using two lower and upper chassis 9, 10 filled with sand, matching the external shapes of the wheel and, between the two chassis, a core 1 la of sand producing the internal shape of the wheel (fig. 6).

Après la coulée et le refroidissement du métal, le sable est détruit et on obtient la roue brute de fonderie. After the casting and cooling of the metal, the sand is destroyed and the raw foundry wheel is obtained.

Pour la réalisation des deux châssis et du noyau, il est nécessaire de posséder une boîte à noyau (fig. 4) pour la réalisation du noyau. 35 For the realization of the two chassis and the core, it is necessary to have a core box (fig. 4) for the realization of the core. 35

Les plaques modèles sont obtenues de manière classique, sans difficulté. The model plates are obtained in a conventional manner, without difficulty.

La boîte à noyau se compose essentiellement d'un fond de boîte 11, d'un ensemble d'aubes 12 et d'une coiffe 13. The core box essentially consists of a box bottom 11, a set of blades 12 and a cap 13.

La fabrication du fond 11 et de la coiffe 13 s'effectue sans diffi- 40 culté. Ce sont des pièces tournées. The manufacture of the base 11 and of the cap 13 is carried out without difficulty. They are turned parts.

Pour fabriquer l'ensemble d'aubes 12, on procède comme suit (fig. 3). To make the set of blades 12, the procedure is as follows (fig. 3).

1) Fabrication d'une forme 14 à noyau: c'est une pièce en bois tournée et représentant les formes comprises entre le flasque avant et le flasque arrière. 1) Manufacture of a shape 14 with core: it is a turned wooden piece and representing the shapes between the front flange and the rear flange.

2) Fabrication d'une rampe 15 correspondant au pas de l'héli-coïde. 2) Manufacture of a ramp 15 corresponding to the pitch of the heliocoid.

3) Fabrication d'un couteau 16 monté sur un axe 17 et incliné par rapport à celui-ci de la valeur de l'angle a de l'hélicoïde. Après avoir ménagé une échancrure sans précision dans la forme 14 à noyau, on exécute un troussage à l'aide du couteau 16 se déplaçant sur la rampe 15. Celui-ci décrit donc le squelette de l'aube sur une résine préalablement posée sur la forme 14 à noyau. 3) Manufacture of a knife 16 mounted on an axis 17 and inclined relative to the latter by the value of the angle a of the helicoid. After having provided an indefinite notch in the form 14 with core, a troussage is carried out using the knife 16 moving on the ramp 15. This therefore describes the skeleton of the dawn on a resin previously placed on the form 14 with core.

4) Fabrication du négatif de l'aube: 4) Making the dawn negative:

a) apport sur le squelette de l'aube d'une cire calibrée d'épaisseur égale à la moitié de l'épaisseur de l'aube et représentant l'extrados; a) contribution to the skeleton of the dawn of a calibrated wax of thickness equal to half the thickness of the dawn and representing the upper surface;

b) prise d'empreinte de l'extrados de l'aube à l'aide d'une résine de coulée; b) impression of the dawn upper surface using a casting resin;

c) apport sur l'empreinte de l'extrados de l'aube d'une cire calibrée d'épaisseur égale à l'épaisseur de l'aube, et d) prise d'empreinte de l'intrados de l'aube à l'aide d'une résine de coulée. c) addition of a calibrated wax of thickness equal to the thickness of the dawn to the imprint of the dawn surface, and d) taking of the impression of the intrados from dawn to l using a casting resin.

Par une succession de moulages en résine, on obtient donc le négatif de l'aube positionné dans la forme 14 à noyau. By a succession of resin moldings, we thus obtain the negative of the dawn positioned in the form 14 with core.

Ce négatif va permettre l'obtention des aubes définitives et le positionnement de ces aubes 12 sur le fond 11 de boîte. This negative will allow the final blades to be obtained and the positioning of these blades 12 on the bottom 11 of the box.

Les aubes 12 sont obtenues soit en résine coulée dans le négatif, soit en métal par moulage au sable d'une maquette issue du négatif. The blades 12 are obtained either in resin cast in the negative, or in metal by sand molding of a model resulting from the negative.

Dans ces deux cas, il convient d'ajouter à l'aube proprement dite une partie appelée piétage 19 (fig. 5). In these two cases, it is advisable to add to the dawn proper a part called trampling 19 (fig. 5).

Ce piétage est encastré dans le fond 11 de boîte comme un tenon dans une mortaise et permettra la mise en place et la démontabilité de l'aube 12 sur le fond 11 de boîte. This footing is embedded in the bottom 11 of the box like a tenon in a mortise and will allow the establishment and disassembly of the blade 12 on the bottom 11 of the box.

La boîte à noyau permet de fabriquer autant de noyaux 11 en sable que l'on veut fabriquer de roues à aubes. Chaque noyau lia est placé entre les deux châssis 9,10. On coule du métal. On libère la roue collée en enlevant le sable. The core box makes it possible to manufacture as many cores 11 in sand as there are wanting to manufacture impellers. Each core 11a is placed between the two frames 9, 10. We pour metal. We release the glued wheel by removing the sand.

Il va de soi que le flasque de révolution peut aussi se réduire à un disque plat. It goes without saying that the flange of revolution can also be reduced to a flat disc.

R R

3 feuilles dessins 3 sheets of drawings

Claims

647,582

1. Impeller, formed of a hub surrounded by a flange which is of revolution around the axis of the hub and from which helico-centrifugal blades are born with intrados and extrados parallel and admitting the axis of the hub like axis of repetition, characterized in that the intrados and extrados of the blades extend in their totality according to portions of acute helicoids whose common axis is that of the hub.

2. Impeller according to claim 1, characterized in that it is made of plastic.

2

3. Impeller according to claim 1, characterized in that it is made of metal.

4. Wheel according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flange is substantially frustoconical.

5. Wheel according to one of claims 1 to 3, characterized in that the acute angle between the vector radius of a helicoid and the axis thereof is equal to the angle between the leading edge of the blade and the axis of the hub.

6. A method of molding a plastic paddle wheel according to claims 1 and 2, characterized in that it consists in creating a mold, the cavities of which are delimited by portions of acute helicoid of the same axis, filling these cavities with liquid plastic, hardening the plastic into a rigid part, and unmolding the rigid part by imparting a helical movement around the axis of the helicoid.

7. A mold for implementing the method of claim 6, characterized in that it comprises cavities delimited by portions of acute helicoids of the same axis.

8. Mold according to claim 7, characterized in that it comprises means for imparting a helical movement around the axis of the helicoid to the part located in the mold.

9. A method of molding a metal impeller according to claim 3, which method consists in creating a core of sand in which are formed cavities in the shape of the blades of the molding wheel, in filling these cavities with liquid metal. , to allow the metal to solidify in a part and to destroy the core of sand to release the part, characterized in that it consists in creating a core box having blades of which the lower surface and the upper surface extend according to portions of acute helicoids of the same axis, filling the core box with sand, hardening the sand therein into a core, and unmolding the core of the box by imposing on the blades thereof a helical movement around their axis.

10. Core box for implementing the method of claim 9, characterized in that it comprises vanes, the lower and upper surfaces of which extend along portions of acute helicoids with a common repetition axis and which arise from a flange of revolution around the axis of repetition of the blades.