FR2504209A1 - Roue de turbomachine radiale en materiaux composites, moyeu et inducteur metalliques - Google Patents

Roue de turbomachine radiale en materiaux composites, moyeu et inducteur metalliques Download PDF

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE L'ENSEMBLE TOURNANT DE TURBOMACHINES RADIALES. LA ROUE COMPORTE UN MOYEU METALLIQUE 1 PORTANT L'INDUCTEUR METALLIQUE 9 ET DES COURONNES 2 DE RETENU DES AUBES 4 PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN OU DE PLUSIEURS ELEMENTS DE LIAISONS 5, 6 AUTOUR DESQUELS S'ENROULENT LES FIBRES UNIDIRECTIONNELLES DE DEUX OU TROIS AUBES 4 CONSECUTIVES. LA DOUILLE 5 LIEE AU MOYEU 1 PAR L'AXE 6 ET LA COURONNE 2, COMPORTE UNE ENCOCHE POUR LAISSER PASSER CETTE COURONNE. LE DISQUE ARRIERE 8 EST EN COMPOSITE A FIBRES CIRCULAIRES ET RADIALES. DE PAR LE MATERIAU UTILISE, LA ROUE EST SUCCEPTIBLE DE SUPPORTER DES VITESSES PERIPHERIQUES PLUS ELEVEES QUE LES ROUES METALLIQUES. CETTE ROUE TROUVE SON APPLICATION DANS LES COMPRESSEURS ET TURBINES RADIALES INDUSTRIELLES, LES TURBOMACHINES AERONAUTIQUES, TERRESTRES ET MARITIMES.

Description

La présente invention concerne les roues de turbomachines radiales caractérisées par le -fait que ce sont des machines tournantes mues par un fluide ou agissant sur un fluide par l'intermédiaire d'une roue cloisonnée par des aubes, roue mobile autour d'un axe fixe.
Les roues de turbomachines radiales actuelles sont en matériaux métalliques présentant un certains nombres d'inconvénients,
La vitesse périphérique et donc le taux de compression ou de détente par étage sont limités par les caractéristiques mécaniques du matériau. Les roues actuelles se révèlent lourdes du fait de la densité des matériaux. s'agissant de matériaux et de mise en oeuvre trés élaborées leur prix de revient est élevé.
La roue proposée par l'invention comporte des matériaux composites à caractéristiques mécaniques supérieures à ceux des métaux permettant d'éviter les inconvénients précédents ou d'en reculer les limites avec de plus une excellente tenue aux vibrations du fait de leur amortissement structural intrinsèque et de leur bonne tenue à la fatigue.
L'invention a pour objet la fabrication d'une roue de turbomachine radiale dont le moyeu est métallique, les aubes et le disque arrière de la roue en matériaux composites. La liaison des aubes au moyeu se faisant par des éléments de liaison métalliques reprenant les efforts centrifuges des aubes pour les introduire dans le moyeu
L'invention consiste, d'autre part à orienter les fibres du composite dans le sens des efforts prédominants et a assurer la continuité des fibres de deux ou trois aubes consécutives pour obtenir une structure optimale en vue de son utilisation.
L'invention consiste, mises à part les dispositions dont il vient d'être question ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après.
L'invention pourra être bien comprise à l'aide du complément et dessins relatifs à un mode de réalisation sans aucun caractère limitatif.
La figure 1 est une coupe A-A de la roue de turbomachine selon un plan vertical passant par l'axe de rotation.
La figure 2 représente un secteur de roue en vue de face.
La figure 3 est une coupe D-D d'un secteur de roue en vue de face, coupe à travers les aubes, le moyeu et les éléments de liaison aubes - moyeu.
La figure 4 est la coupe B-B horizontale à travers les aubes et le disque arrière.
La figure 5 est la coupe C-C horizontale à travers les aubes et le disque arrière passant au niveau de l'inducteur.
La figure 6 est la coupe D-D d'une variante de la liaison aubes moyeu.
La figure 7 est la coupe D-D d'une autre variante de la liaison aubes moyeu.
La figure 8 représente une coupe F-F du disque arrière de la roue, et un secteur de disque en coupe E-F
La figure 9 est la liaison par éléments engrènents du disque arrière de roue au moyeu métallique.
La figure 10 représente la douille de liaison et de main- tient des aubes au moyeu métallique par un élément de couronne 2.
La roue de turbomachine radiale dont les principaux élé ment s sont données figure 1 comporte un moyeu métallique 1 portant des couronnes 2 avec des alésages 3 sur lesquels se fixent les aube 4 par l'intermédiaire de douilles 5 et d'axes de liaisons 6. Caque axe est reçu par un alésage 7 de la douille 5 selon figure 10.
Les alésages 3 des couronnes 2 sont également donnés figu- re 9 ou est représenté la liaison du disque arrière 8 de la roue avec une couronne 2. Le moyeu métallique 1 porte aussi les aubes de l'inducteur 9. Sur la figure l le disque arrière 8 de la roue délimite une partie des canaux 10 d'écoulement du fluide, dont les faces latérales sont limitées par les aubes 4, et le fond formé par un matériau expansé il revètu de tissu composite 12. Les aubes 4 et leurs particularités de fixation sont décrites sur la figure 3, et leurs variantes sur les figures 6 et 7.
Les aubes 4 sont en composite dont les fibres unidirectionnelles ont une orientation radiale dans le sens des éfforts centrifuges. Ces fibres sont en continuitées avec les fibres des deux aubes adjacentes selon figure 3 par le fait que les fibres de l'aube 13 se divisant en deux s'enroulent autour des deux douilles 5 en contact avec l'aube pour ensuite former la moitie des fibres des aubes 14 et 15, ce processus se répétant pour chaque aube. Selon la variante figure 0, les fibres d'une aube 16 sont entièrement en continuité avec celle de l'aube 17 par enroulement autour de la douille 5, la douille 18 sert ici d'entre-toise.La variante de la figure 7 se caractérise parle fait que les fibres-de la paire d'aubes 19 transmettent leurs efforts centrifuges par enroulement autour de la douille 20, et de l'axe 21 disposé radialement permettant ainsi de partager ces éfforts pour obtenir une meilleure fixation.
La liaison aubes 4, moyeu 1 se caractérise dans toutes ces variantes par l'enroulement des fibres des aubes autour de douilles 5,20 qui se fixent sur le moyeu 1, par l'intermédiaire d'un ou d'une pluralité d'axes cylindriques 6, selon les efforts à transmettre.
Le revètement superficiel 22 des aubes 4 est en composite tissé solidarisant ces aubes avec le disque arrière 8. Du fait de la présence de couronnes 2, les aubes 4 comporte des espaces vides de fibres remplis de matériau expensé 23 représenté figure 5, et figure 1
Les éléments de liaisons aubes 4, moyeu 1 sont décrit sur les figures 1,3s6s7 et 10. Ils sont composés de douilles de maintient et de positionnement 5,18 présentant un secteur cylindrique 24 pour permettre l'enroulement des fibres des aubes ( 4, 13, 14, 15, 16 > 17 ).
Les douilles 5, 18 plus précisement représentées figure 10 comportent une encoche 25 permettant le passage de la couronne 2, le fond 26 de cette encoche 25 prenant appui sur la périphérie 27 de cette couronne 2 et empêche ainsi la douille et les aubes de tourner. Les douilles présentent des faces latérales 28 et 29 sur lesquelles s'appuie les faces latérales des aubes. Chaque douille 5, 18 comporte un alésage 7 de Passage de l'axe de liaison 6 au moyeu 1.
Les axes cylindriques 6 passent dans les alésages des couronnes 3 et des douilles 7, solidarisant ainsi les douilles 5, 18 au moyeu 1. Le système douille 5 axe 6 se situe entre deux aubes 13, 14 ou 14, 15 ou encore 10, 17 par les fibres desquelles ils sont entourés.
Le disque arrière 8 de la roue est représenté sur la figure 1 et en coupe E-E et F-F sur la figure 8. Ce disque 8 comporte des des anneaux circulaires 30 concentriques à l'axe du disque, anneaux en composite avec mono fils -,1 bovin. Entre ces anneaux existe des espaces 32 laissant passer les fibres unidirectionnelles radiales 33, fibres passant d'une face du disque à l'autre à travers les espaces annulaires 32. Ces anneaux 30 reprennent ainsi les efforts centrifuges des fibres 33. Un anneau extérieur 34 en matériau expansé assure un remplissage et un support rigide pour les faces avant et arrières du disque 8.
Un anneau 35 permet l'équilibrage de la roue par enlévement de matière.
Le disque arrière 8 est solidarisé au moyeu 1 par une couronne par l'intermédiaire d'élément engrenant 36.
Le composite formant les aubes et le disque comporte des éléments fibreux maintenus par une matrice.
La roue trouve son application dans des compresseurs et turbines radiales industrielles, les turbomachines aéronautiques, terrestres et maritimes.
Comme il va de soi et comme il résulte de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ces modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés, elle couvre au contraire toutes les variantes.

Claims (11)

  1. REVENMCT ONS
    1. Roue de turbomachine radiale en matériaux composites caractérisée par le fait que le moyeu métallique central 1 comportant l'inducteur métallique 9 supporte cette structure composite, faite des aubes 4, 13, 14, 15, 16, 17, et 19 et du disque arriére 8, par l'intermédiaire dléléments de liaisons métalliques comportant les couronnes 2, les douilles 5, 18 20 et les axes 6, 21.
  2. 2. Roue de turbomachine radiale selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le moyeu métallique 1 comporte des couronnes 2 portant des alésages 3 recevant les axes 6, 21.
  3. 3. Roue de turbomachine radiale selon la revendication 1 caractérisée par le fait que sur les couronnes 2 se fixent les douil les 5, 18, 20 par l'intermédiaire des axes 6 passant par les alésages 7 des douilles 5 > 18, 20.
  4. 4. Roue de turbomachine radiale selon la revendication 1 caractérisée par le fait que les douilles 5, 18, 20 comportent un secteur cylindrique 24 autour duquel s'enroule les fibres des aubes 4, 13, 14 15, 16, 17 et 19, un alésage 7 de passage des axes 6, une encoche 25 recevant une couronne 2 dont ld périphérie 27 prend appui dans le fond 26 de l'encoche 25 empêchant ainsi la douille 5 de tourner autour de l'axe 6; et que les douilles 5, 18, 20 comportent des faces latérales 28 et 29 sur lesquelles s'appuie les faces latérales des aubes 4, 13, 14, 15, 16, 17 et 19.
  5. 5. Roue de turbomachine radiale selon la revendication 1 caractérisée par le fait que les fibres unidirectionnelles radiales de l'aube 13 se divisent en deux en s'enroulant autour des deux douilles 5 en contact avec l-'aube 13 pour ensuite former la moitié des fibres des aubes 14 et 15, ce processus étant répétitif pour chaque aube 4.
  6. 6. Roue de turbomachine radiale selon la revendication 1 caractérisée par le fait que les fibres unidirectionnelles radiales de l'aube 16 sont en continuité avec ceux de l'aube 17 par enroulement autour de la douille 5, la douille 18 servant d'entretoise.
  7. 7. Roue de turbomachine radiale selon la revendication 1 caractérisée par le fait-que les fibres unidirectionnelles radiales de la paire d'aubes 19 se partagent en deux et s'enroulent autour de la douille 20 et de l'axe 21 disposés radialement selon un rayon du moyeu 1.
  8. 8. Roue de turbomachine radiale selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le disque arrière 8 comporte: des anneaux circulaires 30 concentriques à l'axe du disque, en composite avec nonofils 31 bobiné, qu'entre ces anneaux existe des espaces 32 laissant passer les fibres unidirectionnelles radiales 33, passant d'une face du disque 8 à l'autre à travers les espaces annulaires 32, et un anneau extérieur 34 en matériau expansé.
  9. 9. Roue de turbomachine radiale selon la revendication 1 caractérisée par le fait que les aubes 4, 13, 14, 15, 16 17 et 19 cos- portant un revêtement 22 en tissu composite solidarisant ces aubes au disque 8.
  10. 10. Roue de turbomachine radiale selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le canal d'écoulement 10 du fluide à sa forme donnée par le matériau expansé 11, 23, revétu de tissu conposi- te 12 et 22.
  11. 11. Roue de turbomachine radiale selon la revendication 1 et 8 caractérisée par le fait que le disque 8 est solidarisé en entrainement au moyeu 1 par les éléments 36 s'engrènant sur la couronne 2.
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