FR2492476A1 - ROTOR BLADES - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne des pales de rotor. Plus particulierement, l'invention concerne des pales de pompes rotatives de compresseurs et similaires. The present invention relates to rotor blades. More particularly, the invention relates to blades of rotary compressor pumps and the like.
Les pompes rotatives et similaires comportent un rotor muni de plusieurs pales qui lors du fonctionnement entraînent le gaz d'un orifice d'entrée à un orifice de sortie. Les pales restent en contact avec le stator, qui les entoure, et sont soumises à des forces de frottement importantes en particulier à leurs extrémités et il est donc habituel d'injecter un brouillard de lubrifiant liquide à faible tension de vapeur pour revêtir les surfaces mobiles et réduire ainsi le frottement. Les pales de rotor d'un tel appareil sont souvent faites d'un tissu d'amiante lié avec une résine thermodurcissable de type phénol-formaldéhyde, c'est-à-dire obtenue par condensation du formaldéhyde avec un phénol qui peut par exemple être le phénol lui-même, un crésol ou un composé aromatique polyhydroxylé dont les radicaux hydroxy sont fixés directement à un noyau arylique. Rotary pumps and the like have a rotor with a plurality of blades which, during operation, carry gas from an inlet to an outlet. The blades remain in contact with the stator, which surrounds them, and are subjected to significant frictional forces in particular at their ends and it is therefore usual to inject a mist of liquid lubricant with low vapor pressure to coat the moving surfaces. and thus reduce friction. The rotor blades of such an apparatus are often made of an asbestos fabric bonded with a thermosetting resin of the phenol-formaldehyde type, that is to say obtained by condensation of formaldehyde with a phenol which can for example be phenol itself, a cresol or a polyhydroxy aromatic compound whose hydroxy radicals are attached directly to an aryl ring.
L'invention concerne une pale de rotor dont la fabrication ne nécessite pas l'emploi d'amiante. The invention relates to a rotor blade, the manufacture of which does not require the use of asbestos.
Pour fabriquer la pale de rotor de l'invention, on soumet à une pression élevée et à une température élevée, un ensemble de feuilles superposées d'un tissu tissé de fibres libériennes imprégnées d'une résine thermodurcissable. De préférence, les fils de chaîne en fibres libériennes des feuilles adjacentes sont alignés entre eux. To manufacture the rotor blade of the invention, a set of superimposed sheets of woven fabric of bast fibers impregnated with a thermosetting resin is subjected to high pressure and to a high temperature. Preferably, the warp fibers of bast fibers of the adjacent sheets are aligned with one another.
Le tissu utilisé est de préférence un tissu tissé en fibres de jute, mais, Si on le désire, on peut utiliser des tissus tissés faits d'autres fibres libériennes telles que des fibres de sisal ou de lin. The fabric used is preferably a woven fabric of jute fibers, but, if desired, woven fabrics made of other bast fibers such as sisal or flax fibers can be used.
La résine thermodurcissable est de préférence une résine phénol-formaldéhyde ; et on peut obtenir des résultats particulièrement bons lorsqu'on utilise des résines phénol-formaldéhyde dérivant d'une résine phénol-aralkylique, c'est-à-dire une résine dans laquelle les noyaux phénoliques sont liés par des restes aralkyliques de type -CH2 -aryle ne-CH2-
La teneur en résine de l'ensemble de feuilles imprégnées est de préférence de 25 à 60 % en poids.The thermosetting resin is preferably a phenol-formaldehyde resin; and particularly good results can be obtained when using phenol-formaldehyde resins derived from a phenol-aralkyl resin, that is to say a resin in which the phenolic nuclei are linked by aralkyl residues of type -CH2 -aryl ne-CH2-
The resin content of the set of impregnated sheets is preferably 25 to 60% by weight.
On incorpore de préférence à la résine thermodurcissable, dont on imprègne les feuilles, un agent réduisant le frottement, par exemple le graphite, le talc, le mica, le disulfure de molybdène, ou un polytétrafluoroéthylène, de façon appropriée à raison de 5 à 40 % du poids de la résine. Preferably incorporated into the thermosetting resin, the sheets of which are impregnated, an agent reducing friction, for example graphite, talc, mica, molybdenum disulfide, or polytetrafluoroethylene, suitably at a rate of 5 to 40 % of the weight of the resin.
La température élevée à laquelle on soumet l'ensemble des feuilles superposées imprégnées de résine, est suffisamment élevée pour que la résine durcisse à fond et, généralement, elle est d'au moins 1400C. La pression élevée à laquelle on soumet l'ensemble à la température élevée, est généralement d'au moins 3 MPa, et on la choisit pour assurer la pénétration complète du tissu libérien par la résine et la formation d'une matrice dense ayant un module élevé, c'est-à-dire d'au moins 5 GPa. The high temperature to which all of the superimposed sheets impregnated with resin are subjected, is sufficiently high for the resin to harden thoroughly and, generally, it is at least 1400C. The high pressure to which the assembly is subjected to the high temperature, is generally at least 3 MPa, and it is chosen to ensure the complete penetration of the bast tissue by the resin and the formation of a dense matrix having a modulus high, i.e. at least 5 GPa.
L'invention est illustrée par les exemples non limitatifs suivants. The invention is illustrated by the following nonlimiting examples.
EXEMPLE 1
On dissout de l'hexamine (c'est-à-dire de l'hexaméthylène tétramine, obtenue par condensation du formaldéhyde et de 1' ammoniac) dans la solution de résine phénol-aralkylique commercialisée sous le nom de Xylok 214, dans les proportions pondérales de 12,5 parties d'hexamine pour 100 parties de constituants solides de la résine Xylok. Le xylok 214 est une solution alcoolique d'une résine phénol-aralkylique obtenue par condensation de Friedel-Crafts du phénol avec le di- (méthoxyméthyl) -1,4 benzène, et qui contient des molécules dont les noyaux phénoliques sont liés par des ponts xylylène1,4 , -CH2C6H4-CH2- . EXAMPLE 1
Hexamine (that is to say hexamethylene tetramine, obtained by condensation of formaldehyde and ammonia) is dissolved in the solution of phenol-aralkyl resin sold under the name of Xylok 214, in the proportions by weight of 12.5 parts of hexamine per 100 parts of solid constituents of the Xylok resin. Xylok 214 is an alcoholic solution of a phenol-aralkyl resin obtained by Friedel-Crafts condensation of phenol with di- (methoxymethyl) -1,4 benzene, and which contains molecules whose phenolic nuclei are linked by bridges xylylene1,4, -CH2C6H4-CH2-.
On plonge un tissu lourd de jute à armure croisée (masse 2 surfacique 665 g/m2 ; teneur en huile d'apprêt : 2 % en poids) dans la solution d'hexamine/résine phénolique qui vient d'être décrite dans laquelle on a mis en suspension du graphite synthétique amorphe finement broyé passant pratiquement en totalité au tamis de 53 pm d'ouverture de maille, à raison de 10% du poids des matières solides totales de la résine. Le graphite synthétique est décrit dans Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 3 ème édition, Vol, IV, page 570.On presse le tissu imprégné entre des rouleaux presseurs pour chasser l'excès de solution de résine puis on chauffe dans une étuve à circulation d'air (température de l'air 1350C) pendant 10 minutes pour chasser le solvant organique et l'humidité et provoquer un durcissement partiel de la résine afin d' éviter une perte de résine lors des stades initiaux du durcissement à la presse. A heavy jute fabric with cross weave (surface mass 2 665 g / m2; content of finishing oil: 2% by weight) is immersed in the hexamine / phenolic resin solution which has just been described in which suspended finely ground amorphous synthetic graphite passing almost entirely through a sieve of 53 μm mesh size, at a rate of 10% of the weight of the total solids of the resin. Synthetic graphite is described in Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 3 rd edition, Vol, IV, page 570. The impregnated fabric is pressed between pressure rollers to remove excess resin solution and then heated in an oven. air circulation (air temperature 1350C) for 10 minutes to expel the organic solvent and moisture and cause a partial hardening of the resin in order to avoid loss of resin during the initial stages of press hardening.
On découpe des feuilles dans la matière séchée partiellement durcie ainsi obtenue, et on les empile les unes sur les autres de façon à aligner les fils de chaîne de toutes les feuilles et on durcit l'empilement à la presse pendant une heure à 1700C sous une presion de 7,7 MPa pour durcir complètement la résine. On refroidit ensuite, à la température ordinaire en 0,5 heure, la matière durcie à la presse (par circulation d'eau à 150C dans les plateaux de la presse) et on retire le panneau stratifié produit par durcissement à la presse. Sa teneur en résine durcie est de 40,5 % en poids et sa teneur en graphite de 4,5 z en poids. Sheets are cut from the partially cured dried material thus obtained, and stacked on top of each other so as to align the warp threads of all the sheets and the stack is hardened by press for one hour at 1700C under a 7.7 MPa pressure to fully cure the resin. The press hardened material is then cooled to ordinary temperature in 0.5 hour (by circulation of water at 150 ° C. in the press plates) and the laminated panel produced by press hardening is removed. Its hardened resin content is 40.5% by weight and its graphite content is 4.5% by weight.
Pour fabriquer des pales pour pompes rotatives ou pour compresseurs, on coupe le panneau parallèlement à la direction des fils de chaîne de façon à ce que ces fils soient perpendiculaires à l'axe de rotation de la pale lors de l'utilisation. Une pale pour un ventilateur aspirant industriel mesure de façon typique 160 mm x 55 mm x 6 mm. To manufacture blades for rotary pumps or for compressors, the panel is cut parallel to the direction of the warp threads so that these threads are perpendicular to the axis of rotation of the blade during use. A blade for an industrial exhaust fan typically measures 160mm x 55mm x 6mm.
La matière obtenue selon le mode opératoire précédemment décrit est très dure. Comme autres propriétés, elle a une résistance à la flexion dans la direction des fils de chaîne d'environ 180 MPa et un module de flexion d'environ 8 GPa si. The material obtained according to the procedure described above is very hard. As other properties, it has a flexural strength in the direction of the warp threads of around 180 MPa and a flexural modulus of around 8 GPa si.
bien que les fbrces de flexion tangentielles résultant du frottement entre un stator et l'extrémité d'une pale faite de cette matière, ne risquent pas de provoquer une déformation notable de la pale pour les vitesses courantes de l'extrémité de la pale (800-1000 m/min).although the tangential bending fbrces resulting from the friction between a stator and the end of a blade made of this material, are not likely to cause a notable deformation of the blade for the current speeds of the end of the blade (800 -1000 m / min).
La matière a un coefficient de dilatation thermique relativement faible compris dans la gamme habituelle de la fonte et des aciers du type couramment utilisé pour la construction des stators de compresseurs à pompe rotative, ce qui permet de maintenir lors de l'emploi des tolérances étroites. La matière a un faible coefficient de frottement dynamique (moins de 0,25) en contact avec de tels métaux et une excellente stabilité chimique dans la gamme des températures (100-1500C) généralement atteintes lors de l'emploi. De plus elle ne pré sente pas de gonflement ou de retrait notable en contact avec l'huile lubrifiante et les extrémités des pales faites de cette matière ont une vitesse d'usure de 1,6 pm/h pendant une période de fonctionnement-de 4000 heures.La vitesse d'usure des pales courantes faites d'un tissu d'amiante et d'une résine crésol-formaldéhyde thermodurcie est d'environ 2 Jum/h. The material has a relatively low coefficient of thermal expansion included in the usual range of cast iron and steels of the type commonly used for the construction of rotary pump compressor stators, which allows tight tolerances to be maintained. The material has a low dynamic coefficient of friction (less than 0.25) in contact with such metals and excellent chemical stability in the temperature range (100-1500C) generally reached during use. In addition, it does not exhibit any significant swelling or shrinkage in contact with the lubricating oil and the ends of the blades made of this material have a wear speed of 1.6 pm / h during an operating period of 4000 The wear speed of common blades made of asbestos fabric and a thermoset cresol-formaldehyde resin is approximately 2 Jum / h.
EXEMPLE 2
On reprend de façon générale le mode opératoire de 1' exemple 1 avec les différences principales suivantes.EXAMPLE 2
The procedure of Example 1 is generally repeated with the following main differences.
La solution d'imprégnation contient pour 100 parties en poids de matière solide de la résine, 30 parties de graphite naturel (carbone pur à 98 %). The impregnating solution contains per 100 parts by weight of solid material of the resin, 30 parts of natural graphite (98% pure carbon).
On superpose les feuilles en les croisant, de façon à ce que les feuilles adjacentes aient leurs fils de chaine perpendiculaires entre eux. The sheets are superimposed by crossing them, so that the adjacent sheets have their warp threads perpendicular to each other.
EXEMPLE 3
On reprend de façon générale le mode opératoire de l'exemple 2 avec la différence principale que la solution de résine thermodurcissable utilisée est une solution alcoolique (masse volumique : 1,01 g/cm3 , teneur en matières solides de la résine : 54-56 % en poids) d'un condensat mixte de crésols et de phénols avec le formaldéhyde.EXAMPLE 3
The procedure of Example 2 is generally repeated with the main difference that the thermosetting resin solution used is an alcoholic solution (density: 1.01 g / cm3, content of solids in the resin: 54-56 % by weight) of a mixed condensate of cresols and phenols with formaldehyde.
Le tableau ci-dessous résume les modes opératoires des exemples 1, 2 et 3 et en dessous de la ligne double les propriétés des produits obtenus. The table below summarizes the procedures of Examples 1, 2 and 3 and below the line doubles the properties of the products obtained.
(TABLEAU page suivante)
TABLEAU
Exemple 1 2 3 en poids de jute 55 43,0 42,5
orientation Unidirection- Croisée Croisé
nelle en poids de résine
phénol-aralkylique 40,0 44,0
crésylique 44,5 en poids de graphite
synthetique 4,5
naturel 13,0 13,0 urée de prédurcissement (min) 10 20 16 température de prédurcissement (OC) 135 135 10.0 urée de durcissement (min) 60 60 30 rempérature de durcissement (OC)
Pression de durcissement (MPa) 7,7 7,7 7,7
Résistance à la flexion (MPa) 180 140 96
Module de flexion (GPa') 8 12 12
Résistance à la flexion (M a) 180 140 96
Module de flexion (GPa) 8 12 12
Coefficient de frottement P 0,25 0,15 0,18
Usure de l'extrémité des pales (urn/h) 1,6 0,017 0,32
Bien que l'invention ait été décrite en ce qui concerne son application à la fabrication de pales pour pompes rotatives et similaires pour gaz, elle peut bien entendu s'appliquer à la fabrication de pales pour pompes et transporteurs pour liquides. (TABLE next page)
BOARD
Example 1 2 3 by weight of jute 55 43.0 42.5
Unidirectional orientation - Crossed Crossed
resin by weight
phenol-aralkyl 40.0 44.0
cresylic 44.5 by weight graphite
synthetic 4.5
natural 13.0 13.0 pre-hardening urea (min) 10 20 16 pre-hardening temperature (OC) 135 135 10.0 hardening urea (min) 60 60 30 hardening temperature (OC)
Curing pressure (MPa) 7.7 7.7 7.7
Flexural strength (MPa) 180 140 96
Flexural modulus (GPa ') 8 12 12
Flexural strength (M a) 180 140 96
Flexural modulus (GPa) 8 12 12
Coefficient of friction P 0.25 0.15 0.18
Blade tip wear (urn / h) 1.6 0.017 0.32
Although the invention has been described with regard to its application to the manufacture of blades for rotary pumps and the like for gas, it can of course be applied to the manufacture of blades for pumps and conveyors for liquids.
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