EP3507498A1 - Inducteur pour turbopompe et turbopompe - Google Patents

Inducteur pour turbopompe et turbopompe

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EP3507498A1
EP3507498A1 EP17771802.0A EP17771802A EP3507498A1 EP 3507498 A1 EP3507498 A1 EP 3507498A1 EP 17771802 A EP17771802 A EP 17771802A EP 3507498 A1 EP3507498 A1 EP 3507498A1
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EP
European Patent Office
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inductor
blade
disbursement
turbopump
downstream
Prior art date
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EP17771802.0A
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German (de)
English (en)
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EP3507498B1 (fr
EP3507498C0 (fr
Inventor
Thomas WATIOTIENNE
Nicolas LE MERCIER
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ArianeGroup SAS
Original Assignee
ArianeGroup SAS
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Publication of EP3507498C0 publication Critical patent/EP3507498C0/fr
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/181—Axial flow rotors
    • F04D29/183—Semi axial flow rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2261—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures
    • F04D29/2277—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures for increasing NPSH or dealing with liquids near boiling-point
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/669—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/306—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the suction side of a rotor blade

Definitions

  • the present invention relates to the field of inductors of spatial turbopumps, and a turbopump equipped with such an inductor.
  • An inductor is a rotor part of a turbopump for drawing fluid into the pump thereof upstream of the paddle wheel compression stage (s).
  • a turbopump with such an inductor is for example described in the patent application FR2765639.
  • turbopump space inductors generally gives rise to an unstable operating range in which there are fluctuations of force on the inductor, due to the phenomenon of cavitation occurring in this operating range. These fluctuations can disturb the proper operation of the shaft line (rotor dynamics) or increase the wear of the blades of the inductor.
  • One solution for limiting the instabilities of cavitation within the inductor is to perform a beveling on the leading edge of the blades of the inductor. This inductor makes it possible to stabilize the zone of appearance of cavitation pockets forming on the upper surface, in which the pressure drop causes the formation of bubbles.
  • the present disclosure relates to a turbopump inductor comprising a plurality of blades disposed between an inner casing and an outer casing, each blade having a lower surface and an upper surface, the extrados of at least one blade having a disbursement, the disbursement extending substantially from the leading edge of the blade to a walking surface arranged on the upper surface.
  • the surface of the blade located on the side of arrival of the fluid in the injector (upper face when the fluid crosses the injector from top to bottom).
  • the disbursement corresponds to an area of the extrados.
  • the presence of the disbursement on the extrados of the blade is characterized by the fact that instead of having a traditional profile, of normally non-concave section, the extrados of the blade presents in section in a plane perpendicular to the edge of the blade. attack of the blade, a thinned portion, concave or substantially concave, formed in hollow relative to the traditional profiles, and delimited downstream by a so-called walking surface.
  • the disbursement amounts to removing, from a traditional blade profile, a layer of material on a predetermined surface of said blade. Therefore, the upper surface has a walking surface, corresponding to the existing slope between the extrados area having the disbursement, and the extrados area not having the disbursement.
  • the disbursement therefore implies a sudden change in the profile of the extrados.
  • the walking surface is a step, characterized by a substantially vertical wall joining two substantially horizontal surfaces, arranged at different heights from one another.
  • the existing beveling on the leading edge of the blades of some inductors, to limit cavitation instabilities does not constitute a disbursement or a walking surface.
  • the thickness of the blade progressively evolves from the end of the bevel to the edge corresponding to the tangent between the beveled surface and the remainder of the blade.
  • the evolution of the thickness of the blade is not discontinuous, but progressive.
  • the presence of a disbursement implies a discontinuity in the thickness of the blade, resulting in an abrupt change thereof.
  • Said disbursement extends substantially from the leading edge of the blade, corresponding to the upstream end of the blade, to the walking surface.
  • the ends are understood in a circumferential direction and in the normal direction of circulation of the fluid in the inductor.
  • the position of the walking surface on the upper surface of the blade is determined, for example, by prior experimental tests carried out without disbursements, making it possible to study the shape of the cavitation pockets forming on the extrados of the blade.
  • the overall shape of the disbursement, and therefore the position of the walking surface, in a view along an axis of rotation of the inductor corresponds substantially to the shape of the cavitation pockets, according to this same view, forming on the upper surface.
  • position of the walking surface we understand its position on the upper surface of the blade, its shape and its radius of curvature in a view along the axis of rotation of the inductor.
  • the pocket in the circumferential direction of the blade, is delimited upstream by the leading edge, and downstream by the walking surface.
  • the latter thus makes it possible to limit or eliminate the oscillatory movements of the cavitation pockets, is therefore to stabilize the dynamics of the inductor, thus reducing the wear of the blades of the inductor and the hydraulic unbalances acting on the shaft of the turbopump .
  • the leading edge of the at least one blade has a bevelled surface, the disbursement extending from a downstream end of the beveled surface to the walking surface on the extrados.
  • the bevel surface which can be made by machining, is a surface which is formed so that, in a sectional view of the blade along a cutting plane parallel to the axis of rotation of the inductor, the edge of attack locally involves a line segment.
  • This shape of the beveled surface, and therefore the leading edge of the blade, makes it possible to fix the cavitation pocket forming at said leading edge.
  • the length of the cavitation pocket is thus delimited between this beveled surface and the walking surface.
  • the disbondment extends radially over all or part of the leading edge of said at least one blade.
  • the disbursement extends radially substantially from a radially internal limit of said at least one blade on the side of a central axis of the inductor, to a vicinity of leading edge, to a radially outer end of said at least one blade.
  • the walking surface forms, in a view along an axis of the inductor, an arc of a circle with a concavity directed towards the center of the inductor.
  • the walking surface in a view along an axis of the inductor, has a variable radius of curvature of a radially internal limit of the blade on the side of a central axis of the inductor up to at a radially outer end of the blade.
  • the disbursement is delimited by a bottom surface and the walking surface.
  • the bottom surface corresponds to the surface of the extrados on which the disbursement has been made, and has a shape, in a view along the axis of rotation of the inductor, corresponding to the shape of the cavitation pocket forming on the extrados, when the inductor is in operation.
  • the bottom surface also has a relatively small curvature.
  • the bottom surface and the walking surface are connected by a fillet.
  • the upper surface has a downstream surface downstream of the walking surface, and the walking surface and the downstream surface are connected by a sharp edge.
  • the thickness of the blade at the bottom surface, midway between the leading edge and the walking surface, in a view along a sectional plane parallel to an axis of the blade. inductor has a value between 50 and 80% of the maximum thickness of the blade, preferably between 60 and 70%, more preferably between 65 and 67%.
  • the present disclosure also relates to a turbopump comprising the inductor defined above.
  • Figure 1A shows a schematic sectional view of a non-disbursed blade leading edge
  • Figure 1B shows a schematic sectional view of a dislodged blade leading edge.
  • FIG. 2A represents a perspective view of a turbopump inductor according to the present invention
  • FIG. 2B represents the inductor of FIG. 2A, according to the enlarged view IIB.
  • FIG. 3 shows a schematic view of the inductor of the present invention along its axis of rotation.
  • FIG. 4 represents a sectional view of the inductor of the present invention along the line IV-IV of FIG. 3.
  • FIG. 5 shows a sectional view of a turbopump comprising the inductor of Figure 2A.
  • upstream and downstream is understood in the direction of rotation of the inductor, the leading edge of a blade being located upstream, and the trailing edge downstream.
  • Figure 1A shows a schematic sectional view of a portion of a blade 10 having a leading edge 22 and an extrados 20, without disbursement.
  • the blade 10 is a blade of the inductor 1 represented on the different figures.
  • the leading edge 22 has a bevelled surface 222, obtained for example by machining the leading edge 22, so as to obtain a blade whose upstream end 221 has a projecting angle.
  • This cavitation pocket 30 is fixed on the protruding angle existing at the upstream edge 223 between the bevelled surface 222 and the extrados 20 of the blade 10. This cavitation pocket then extends over a portion of the upper surface 20. When the blade 10 is moving, the downstream end of this cavitation pocket 30 tends to fluctuate during the operation of the turbopump (arrow on the Figure 1A).
  • Figure 1B shows a schematic sectional view of the blade portion 10, this time presenting a disbursement.
  • the disbursement is carried out by removal of material on the extrados 20, for example by machining, over a length, in the upstream-downstream direction, substantially corresponding to the length of the cavitation pocket forming on the extrados in the absence disbursement ( Figure 1A).
  • the extrados 20 of the blade 10 is divided into four surfaces: the bevelled surface 222, a bottom surface 24 corresponding to the extrados area comprising the disbursement, a walking surface 26 and a downstream surface 28, corresponding to the zone of the extrados not including the disbursement.
  • the walking surface 26 makes the junction between the bottom surface 24 (hatches in FIG. 3) and the downstream surface 28, and makes it possible to compensate for the thickness variation of the blade 10 in this zone, generated by the removal of material.
  • the cavitation pocket 30 when the cavitation pocket 30 is formed, its upstream end is fixed on the upstream edge 223, and its downstream end is fixed on the existing salient angle at the edge 261 between the walking surface 26 and the Downstream surface 28. Therefore, when the blade 10 is in motion, the cavitation pocket 30 is limited in its movements, its downstream end can no longer oscillate.
  • FIG. 3 represents a schematic view of an inductor 1 according to its axis of rotation, exhibiting a disbursement on each of its blades.
  • the disbursement is delimited by the bottom surface 24, the upstream edge 223 and the downstream edge 261.
  • the upstream edge 223, corresponding to the downstream end of the bevelled surface 22, has, according to the view of FIG. 3, a curved shape that is substantially parallel to the upstream end 221 of the leading edge, and extends between a radially internal limit Li of the blade on the side of the central axis of the inductor, and a radially outer limit Le of the blade.
  • the downstream edge 261 also has, according to the view of FIG. 4, a curved shape, and extends between a radially internal limit Li of the blade on the side of the central axis of the inductor, and a radially external limit. The 'of the pale.
  • the downstream edge 261 has the shape of an arc whose concavity is directed downstream.
  • the radially internal limit Li of edges 223 and 261 are merged.
  • the radially outer limit of the downstream edge 261 is situated further downstream than the radially outer limit Le of the upstream edge 223.
  • the shape of the disbursement thus obtained corresponds to the shape of the cavitation pocket 30 forming on each of the blades 10 of the inductor, so that this pocket 30 is limited in its movements by the bottom surface 24 and the ridges 223. and 261 during the operation of the inductor.
  • the thickness e of the blade 10 at the disbursement level is approximately 65% to 70% of the maximum thickness E ma of the blade 10 at the downstream surface 28.
  • the thickness of the blade 10 being non-constant, the section considered for evaluating the thickness e corresponds here to the mid-distance between the upstream edge 223 and the downstream edge 261.
  • FIG. 2A represents a perspective view of a turbopump inductor 1 according to the present invention, comprising a disbursement on each of its blades 10, each of them having a bottom surface 24, a downstream surface 28, a walking surface 26 and a bevelled surface 22.
  • the inductor 1 When the inductor 1 is integrated in a turbopump, the presence of the disbursements on the blades makes it possible to limit the fluctuations of the lengths of the cavitation pockets, and thus to stabilize the dynamics of the shaft of the turbopump by limiting the hydraulic unbalance caused by instationnales resumption of cavitation. This increases the life of the motor, without reducing the efficiency of the inductor.
  • the shape of the bottom surface 24 described above may be different, depending on the shape of the cavitation pockets forming on the extrados.
  • the walking surface 26, in a view along the axis of rotation of the inductor may have a variable radius of curvature, for example increasing, in a radial direction, between a radially internal limit of the blade 10 of the side of a central axis of the inductor, and a radially outer end of the blade 10.
  • FIG. 5 represents a sectional view of a turbopump 100 comprising the inductor 1 of the present disclosure, preferably intended but not exclusively for pumping fluid such as liquefied gas.
  • the adjectives "axial” and “radial” are defined with respect to the axis of rotation A of the turbopump 100, while the adjectives “upstream” and “downstream” are defined with respect to the suction direction of the fluid.
  • the turbopump 100 successively comprises a suction stage 12, a centrifugal wheel 14 and an annular duct 16 for discharging the aspirated fluid.
  • the suction stage 12 comprises the rotary inductor 1 provided with a hub 20 driven in rotation by a rotation shaft 110 of the turbopump 100, the rotation shaft 110 being driven by an electric motor 112 disposed downstream of the centrifugal wheel 14.
  • the rotational shaft 110 also rotates the centrifugal wheel 14.
  • edge 261 and / or edge 223 may be not a sharp edge, but a dummy edge, in the form of a rounded surface such as a fillet.
  • individual features of the various embodiments illustrated / mentioned can be combined in additional embodiments. Therefore, the description and drawings should be considered in an illustrative rather than restrictive sense.

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Abstract

Inducteur pour turbopompe permettant de stabiliser les poches de cavitation apparaissant au niveau des pales de l'inducteur, l'inducteur comportant une pluralité de pales (10) disposées entre un carter interne et un carter externe, chaque pale (10) présentant un intrados et un extrados (20), l'extrados (20) d'au moins une pale (10) présentant un décaissement, le décaissement s'étendant sensiblement du bord d'attaque (22) de la pale (10) jusqu'à une surface de marche (26) agencée sur l'extrados (20).

Description

Inducteur pour turbopompe et turbopompe
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine des inducteurs de turbopompes spatiales, et une turbopompe équipée d'un tel inducteur.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Un inducteur est une pièce de rotor d'une turbopompe servant à aspirer le fluide dans la pompe de celle-ci en amont du ou des étages de compression pour roue à aube. Une turbopompe présentant un tel inducteur est par exemple décrite dans la demande de brevet FR2765639.
Le fonctionnement des inducteurs de turbopompe spatiale fait généralement apparaître un domaine de fonctionnement instable dans lequel se produisent des fluctuations d'effort sur l'inducteur, dues au phénomène de cavitation apparaissant dans ce domaine de fonctionnement. Ces fluctuations peuvent perturber le bon fonctionnement de la ligne d'arbre (dynamique du rotor) ou accroître l'usure des aubes de l'inducteur.
Une solution permettant de limiter les instabilités de cavitation au sein de l'inducteur consiste à réaliser un biseautage sur le bord d'attaque des aubes de l'inducteur. Cet inducteur permet de stabiliser la zone d'apparition de poches de cavitation se formant sur l'extrados, dans lesquelles la chute de pression entraîne la formation de bulles.
Néanmoins, ce biseau ne permet pas de stabiliser l'étendue de ces poches suivant la direction d'écoulement du fluide, laissant un degré de liberté à celle-ci. Une instabilité demeure donc, créée par les oscillations des poches de cavitation, engendrant un balourd hydraulique sur la turbopompe.
Il existe donc un besoin pour un inducteur pour turbopompe permettant de stabiliser les poches de cavitation qui apparaissent au niveau des pales de l'inducteur.
PRESENTATION DE L'INVENTION
Le présent exposé concerne un inducteur pour turbopompe comportant une pluralité de pales disposées entre un carter interne et un carter externe, chaque pale présentant un intrados et un extrados, l'extrados d'au moins une pale présentant un décaissement, le décaissement s'étendant sensiblement du bord d'attaque de la pale jusqu'à une surface de marche agencée sur l'extrados.
Par extrados, on comprend la surface de la pale située du côté d'arrivée du fluide dans l'injecteur (face supérieure lorsque le fluide traverse l'injecteur du haut vers le bas). Le décaissement correspond à une zone de l'extrados. La présence du décaissement sur l'extrados de la pale se caractérise par le fait qu'au lieu d'avoir un profil traditionnel, de section normalement non-concave, l'extrados de la pale présente en section dans un plan perpendiculaire au bord d'attaque de la pale, une partie amincie, concave ou essentiellement concave, formée en creux par rapport aux profils traditionnels, et délimitée en aval par une surface dite surface de marche. En d'autres termes, le décaissement revient à retirer, à partir d'un profil de pale traditionnel, une couche de matière sur une surface prédéterminée de ladite pale. Par conséquent, l'extrados comporte une surface de marche, correspondant au dévers existant entre la zone de l'extrados présentant le décaissement, et la zone de l'extrados ne possédant pas le décaissement.
Le décaissement implique donc un changement brusque du profil de l'extrados. Plus précisément, la surface de marche se présente comme une marche d'escalier, caractérisée par une paroi sensiblement verticale joignant deux surfaces sensiblement horizontales, disposées à des hauteurs différentes l'une de l'autre. A titre de comparaison, le biseautage existant sur le bord d'attaque des pales de certains inducteurs, visant à limiter les instabilités de cavitation, ne constitue pas un décaissement, ni une surface de marche. En effet, dans ce cas, l'épaisseur de la pale évolue progressivement depuis l'extrémité du biseau jusqu'à l'arête correspondant à la tangente entre la surface en biseau et le reste de la pale. L'évolution de l'épaisseur de la pale n'est donc pas discontinue, mais progressive. A l'inverse, la présence d'un décaissement implique une discontinuité dans l'épaisseur de la pale, se traduisant par une évolution brusque de celle-ci.
Ledit décaissement s'étend sensiblement du bord d'attaque de la pale, correspondant à l'extrémité amont de la pale, jusqu'à la surface de marche. Par extrémité amont ou extrémité aval de la pale, on comprend les extrémités dans une direction circonférentielle et selon le sens normal de circulation du fluide dans l'inducteur. La position de la surface de marche sur l'extrados de la pale est déterminée par exemple par des essais expérimentaux préalables réalisés sans décaissements, permettant d'étudier la forme des poches de cavitation se formant sur l'extrados de la pale. De préférence, la forme globale du décaissement, et donc la position de la surface de marche, dans une vue selon un axe de rotation de l'inducteur, correspond sensiblement à la forme des poches de cavitation, suivant cette même vue, se formant sur l'extrados. Par position de la surface de marche, on comprend sa position sur l'extrados de la pale, sa forme et son rayon de courbure dans une vue selon l'axe de rotation de l'inducteur.
Ainsi, lorsqu'une poche de cavitation se forme sur l'extrados d'une pale conforme à l'invention, avantageusement, la poche, dans la direction circonférentielle de la pale, est délimitée en amont par le bord d'attaque, et en aval par la surface de marche. Cette dernière permet ainsi de limiter voir supprimer les mouvements oscillatoires des poches de cavitation, est donc de stabiliser la dynamique de l'inducteur, diminuant ainsi l'usure des pales de l'inducteur et les balourds hydrauliques agissant sur l'arbre de la turbopompe.
Dans certains modes de réalisation, le bord d'attaque de ladite au moins une pale comporte une surface en biseau, le décaissement s'étendant d'une extrémité aval de la surface en biseau jusqu'à la surface de marche sur l'extrados.
La surface en biseau, pouvant être réalisée par usinage, est une surface qui est formée de sorte que, dans une vue en coupe de la pale suivant un plan de coupe parallèle à l'axe de rotation de l'inducteur, le bord d'attaque comporte localement un segment de droite.
Cette forme de la surface en biseau, et donc du bord d'attaque de la pale, permet de fixer la poche de cavitation se formant au niveau dudit bord d'attaque. La longueur de la poche de cavitation est ainsi délimitée entre cette surface en biseau et la surface de marche.
Dans certains modes de réalisation, le décaissement s'étend radialement sur tout ou partie du bord d'attaque de ladite au moins une pale.
Dans certains modes de réalisation, le décaissement s'étend radialement sensiblement d'une limite radialement interne de ladite au moins une pale du côté d'un axe central de l'inducteur, à un voisinage du bord d'attaque, jusqu'à une extrémité radialement externe de ladite au moins une pale.
Dans certains modes de réalisation, la surface de marche forme, dans une vue suivant un axe de l'inducteur, un arc de cercle avec une concavité dirigée vers le centre de l'inducteur.
Dans certains modes de réalisation, la surface de marche, dans une vue selon un axe de l'inducteur, présente un rayon de courbure variable d'une limite radialement interne de la pale du côté d'un axe central de l'inducteur jusqu'à une extrémité radialement externe de la pale.
Dans certains modes de réalisation, le décaissement est délimité par une surface de fond et la surface de marche.
La surface de fond correspond à la surface de l'extrados sur laquelle a été réalisé le décaissement, et présente une forme, dans une vue suivant l'axe de rotation de l'inducteur, correspondant à la forme de la poche de cavitation se formant sur l'extrados, lorsque l'inducteur est en fonctionnement. La surface de fond possède en outre une courbure relativement faible.
Dans certains modes de réalisation, la surface de fond et la surface de marche sont raccordées par un congé de raccordement.
Cela permet de limiter les contraintes au niveau de la jonction entre la surface de fond et de la surface de marche, lorsque l'inducteur est en fonctionnement.
Dans certains modes de réalisation, l'extrados présente une surface aval en aval de la surface de marche, et la surface de marche et la surface aval sont raccordées par une arête vive.
De la même façon que la surface en biseau sur le bord d'attaque, cette arête vive permet de fixer la limite aval de la poche de cavitation, en empêchant celle-ci de s'étendre en aval de la surface de marche. Par conséquent, l'extrados de la pale comportant une zone de fixation amont, sur le bord d'attaque, et une zone de fixation aval, au niveau de la surface de marche, les fluctuations de la poche de cavitation se formant sur l'extrados sont ainsi limitées, voir supprimées, permettant ainsi de diminuer les instabilités dynamiques lors du fonctionnement de l'inducteur, et ainsi diminuer l'usure des pales de l'inducteur. Dans certains modes de réalisation, l'épaisseur de la pale au niveau de la surface de fond, à mi-distance entre le bord d'attaque et la surface de marche, dans une vue suivant un plan de coupe parallèle à un axe de l'inducteur, a une valeur comprise entre 50 et 80% de l'épaisseur maximale de la pale, de préférence entre 60 et 70%, de préférence encore entre 65 et 67%.
Ces valeurs de l'épaisseur de la pale au niveau du décaissement permettent de conserver l'intégrité mécanique de la pale au cours du fonctionnement de l'inducteur.
Le présent exposé concerne également une turbopompe comprenant l'inducteur défini précédemment.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :
- la figure 1A représente une vue en coupe schématique d'un bord d'attaque de pale sans décaissement, et la figure 1B représente une vue en coupe schématique d'un bord d'attaque de pale avec décaissement.
- la figure 2A représente une vue en perspective d'un inducteur de turbopompe selon la présente invention, et la figure 2B représente l'inducteur de la figure 2A, selon la vue agrandie IIB.
- la figure 3 représente une vue schématique de l'inducteur de la présente invention selon son axe de rotation.
- la figure 4 représente une vue en coupe de l'inducteur de la présente invention selon la ligne IV-IV de la figure 3.
- la figure 5 représente une vue en coupe d'une turbopompe comprenant l'inducteur de la figure 2A.
DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION
Dans la suite de la description, par amont et aval, on comprend suivant le sens de rotation de l'inducteur, le bord d'attaque d'une pale étant situé en amont, et le bord de fuite en aval.
La figure 1A représente une vue en coupe schématique d'une portion d'une pale 10 comportant un bord d'attaque 22 et un extrados 20, sans décaissement. La pale 10 est une pale de l'inducteur 1 représenté sur les différentes figures. Le bord d'attaque 22 présente une surface en biseau 222, obtenue par exemple en usinant le bord d'attaque 22, de sorte à obtenir une pale dont l'extrémité amont 221 présente un angle saillant.
Lorsque la pale 10 est en mouvement, une poche de cavitation
30 peut se former au niveau du bord d'attaque 22. Cette poche de cavitation 30 se fixe sur l'angle saillant existant au niveau de l'arête amont 223 entre la surface en biseau 222 et l'extrados 20 de la pale 10. Cette poche de cavitation s'étend alors sur une portion de l'extrados 20. Lorsque la pale 10 est en mouvement, l'extrémité aval de cette poche de cavitation 30 a tendance à fluctuer au cours du fonctionnement de la turbopompe (flèche sur la figure 1A).
La figure 1B représente une vue en coupe schématique de la portion de pale 10, présentant cette fois-ci un décaissement. Le décaissement est réalisé par enlèvement de matière sur l'extrados 20, par exemple par usinage, sur une longueur, dans la direction amont-aval, correspondant sensiblement à la longueur de la poche de cavitation se formant sur l'extrados en l'absence de décaissement (figure 1A).
Du fait de ce décaissement, l'extrados 20 de la pale 10 se décompose en quatre surfaces : la surface en biseau 222, une surface de fond 24 correspondant à la zone de l'extrados comportant le décaissement, une surface de marche 26 et une surface aval 28, correspondant à la zone de l'extrados ne comportant pas le décaissement. La surface de marche 26 réalise la jonction entre la surface de fond 24 (hachures sur la figure 3) et la surface aval 28, et permet de compenser la variation d'épaisseur de la pale 10 dans cette zone, engendrée par l'enlèvement de matière.
Ainsi, lorsque la poche de cavitation 30 se forme, son extrémité amont se fixe sur l'arête amont 223, et son extrémité aval se fixe sur l'angle saillant existant au niveau de l'arête 261 entre la surface de marche 26 et la surface aval 28. Par conséquent, lorsque la pale 10 est en mouvement, la poche de cavitation 30 est limitée dans ses mouvements, son extrémité aval ne pouvant plus osciller.
La figure 3 représente une vue schématique d'un inducteur 1 selon son axe de rotation, présentant un décaissement sur chacune de ses pales. Le décaissement est délimité par la surface de fond 24, par l'arête amont 223 et par l'arête aval 261.
L'arête amont 223, correspondant à l'extrémité aval de la surface en biseau 22, présente, suivant la vue de la figure 3, une forme courbée sensiblement parallèle à l'extrémité amont 221 du bord d'attaque, et s'étend entre une limite radialement interne Li de la pale du côté de l'axe central de l'inducteur, et une limite radialement externe Le de la pale.
L'arête aval 261 présente également, suivant la vue de la figure 4, une forme courbée, et s'étend entre une limite radialement interne Li de la pale du côté de l'axe central de l'inducteur, et une limite radialement externe Le' de la pale. Dans cet exemple, l'arête aval 261 a la forme d'un arc de cercle dont la concavité est dirigée vers l'aval. De plus, dans cet exemple, la limite radialement interne Li des arêtes 223 et 261 sont confondues. En revanche, la limite radialement externe Le' de l'arête aval 261 est située plus en aval que la limite radialement externe Le de l'arête amont 223.
La forme du décaissement ainsi obtenue correspond à la forme de la poche de cavitation 30 se formant sur chacune des pales 10 de l'inducteur, de sorte que cette poche 30 se trouve limitée dans ses mouvements par la surface de fond 24 et les arêtes 223 et 261 au cours du fonctionnement de l'inducteur.
Dans cet exemple, l'épaisseur e de la pale 10 au niveau du décaissement représente environ entre 65% et 70% de l'épaisseur maximale Ema de la pale 10 au niveau de la surface aval 28. L'épaisseur de la pale 10 étant non constante, la section considérée pour évaluer l'épaisseur e correspond ici à la mi-distance entre l'arête amont 223 et l'arête aval 261.
De préférence, l'épaisseur e de la pale 10 est supérieure à 60% de l'épaisseur Emax, quelle que soit la section considérée, de sorte à conserver l'intégrité mécanique de la pale 10. Par ailleurs, la surface de fond 24 et la surface de marche 26 sont raccordées par un congé de raccordement, bien visible sur la figure 2B. Cela permet de limiter les contraintes au niveau de cette jonction, lorsque l'inducteur 1 est en fonctionnement. La figure 2A représente une vue en perspective d'un inducteur de turbopompe 1 selon la présente invention, comportant un décaissement sur chacune de ses pales 10, chacune d'elles comportant une surface de fond 24, une surface aval 28, une surface de marche 26 et une surface en biseau 22. Lorsque l'inducteur 1 est intégré dans une turbopompe, la présence des décaissements sur les pales permet de limiter les fluctuations des longueurs des poches de cavitation, et ainsi de stabiliser la dynamique de l'arbre de la turbopompe en limitant les balourds hydrauliques provoqués par les régimes instationnai res de cavitation. Cela permet d'augmenter la durée de vie du moteur, sans réduire le rendement de l'inducteur.
Alternativement, la forme de la surface de fond 24 décrite précédemment peut être différente, en fonction de la forme des poches de cavitation se formant sur l'extrados. Par exemple, la surface de marche 26, dans une vue suivant l'axe de rotation de l'inducteur, peut avoir un rayon de courbure variable, par exemple croissant, dans une direction radiale, entre une limite radialement interne de la pale 10 du côté d'un axe central de l'inducteur, et une extrémité radialement externe de la pale 10.
La figure 5 représente une vue en coupe d'une turbopompe 100 comprenant l'inducteur 1 du présent exposé, destinée préférentiel lement mais non exclusivement au pompage de fluide tel du gaz liquéfié. Les adjectifs « axial » et « radial » sont définis par rapport à l'axe de rotation A de la turbopompe 100, tandis que les adjectifs « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d'aspiration du fluide. Considérée selon la direction d'aspiration schématisée ici par des flèches, la turbopompe 100 comprend successivement un étage d'aspiration 12, une roue centrifuge 14 et une conduite annulaire 16 permettant le refoulement du fluide aspiré. L'étage d'aspiration 12 comporte l'inducteur 1 rotatif muni d'un moyeu 20 entraîné en rotation par un arbre de rotation 110 de la turbopompe 100, l'arbre de rotation 110 étant quant à lui entraîné par un moteur électrique 112 disposé en aval de la roue centrifuge 14. L'arbre de rotation 110 entraîne également en rotation la roue centrifuge 14.
Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. Par exemple, l'arête 261 et/ou l'arête 223 peut être non pas une arête vive, mais une arête fictive, sous la forme d'une surface arrondie comme un congé de raccordement. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.
Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposable, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.

Claims

REVENDICATIONS
1. Inducteur (1) pour turbopompe comportant une pluralité de pales (10) disposées entre un carter interne et un carter externe, chaque pale (10) présentant un intrados et un extrados (20), caractérisé en ce que l'extrados (20) d'au moins une pale (10) présente un décaissement, le décaissement s'étendant sensiblement du bord d'attaque (22) de la pale (10) jusqu'à une surface de marche (26) agencée sur l'extrados (20).
2. Inducteur (1) selon la revendication 1 dans lequel le bord d'attaque (22) de ladite au moins une pale (10) comporte une surface en biseau (222), le décaissement s'étendant d'une extrémité aval de la surface en biseau (222) jusqu'à la surface de marche (26) sur l'extrados.
3. Inducteur (1) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le décaissement s'étend radialement sensiblement d'une limite radialement interne de ladite au moins une pale (10) du côté d'un axe central de l'inducteur (1), à un voisinage du bord d'attaque (22), jusqu'à une extrémité radialement externe de ladite au moins une pale (10).
4. Inducteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la surface de marche (26) forme, dans une vue suivant un axe de l'inducteur, un arc de cercle avec une concavité dirigée vers le centre de l'inducteur (1).
5. Inducteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le décaissement est délimité par une surface de fond (24) et la surface de marche (26), la surface de fond (24) et la surface de marche (26) étant raccordées par un congé de raccordement.
6. Inducteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'extrados (20) présente une surface aval (28) en aval de la surface de marche (26), et la surface de marche (26) et la surface aval (28) sont raccordées par une arête vive (261).
7. Turbopompe (100) comprenant l'inducteur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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