FR2515252A1

FR2515252A1 - Disposition destinee a ameliorer les contraintes thermiques des turbomachines

Info

Publication number: FR2515252A1
Application number: FR8218370A
Authority: FR
Inventors: Georg Whal
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1981-10-28
Filing date: 1982-10-28
Publication date: 1983-04-29
Also published as: IT8249283A0; JPS5884232A; IT8236073V0; IT1149107B; GB2108243A

Abstract

L'INVENTION EST DU DOMAINE DES TURBOMACHINES. LA ROUE A AUBES D'UNE TURBINE, EN PARTICULIER DANS LE CAS D'UN EMBRAYAGE OU D'UN FREIN HYDRODYNAMIQUE POSSEDE UNE COURONNE D'AUBES 13 AVEC, PLACEE RADIALEMENT A L'INTERIEUR DE CELLE-CI, UNE BRIDE 14. CETTE DERNIERE SERT A FIXER LA ROUE A AUBES 11 SUR UN ARBRE, UN MOYEU OU SIMILAIRE. UNE TELLE ROUE A AUBES PEUT TOURNER, LE CAS ECHEANT, A TRES GRANDE VITESSE; D'AUTRE PART ELLE PEUT ETRE SOUMISE PAR MOMENTS A UNE CHARGE THERMIQUE IMPORTANTE. AFIN DE REDUIRE LES CONTRAINTES ELEVEES QUI EN RESULTENT POUR LES MATERIAUX DANS LA ZONE DE PASSAGE ENTRE LA COURONNE D'AUBES 13 ET LA BRIDE 14, ON PREVOIT UNE COUCHE D'ISOLANT THERMIQUE 16 ENTRE LA BRIDE 14 ET UNE BRIDE 15 DE L'ARBRE 19. APPLICATION AUX EMBRAYAGES, AUX FREINS, AUX CONVERTISSEURS DE COUPLE ET AUTRES TURBOMACHINES HYDRAULIQUES.

Description

L'invention concerne une roua à aubes de turbine, ou turbomachine, du type

comportant une couronne d'aubes et une bride placée sur l'intérieur du rayon de la couronne à aubes, cette bride servant à fixer la roue à aubes sur la pièce voisine de la couronne à aubes, par exemple sur un arbre Elle peut notamment être appliquée aux roues à aubes d'embrayages, de freins ou de convertisseurs de

couple hydrodynamique.

Les embrayages hydrodynamiques de ce type sont bien connus, par exemple par les brevets allemands

883 987 et 1 600 974 Bien que les roues à aubes de tels em-

brayages hydrodynamiques puissent, le cas échéant, être soumises à des vitesses de rotation très élevées et par conséquent être

fortement sollicitées, ces embrayages se sont parfaitement-com-

portés depuis des décennies Un avantage important d'un em-

brayage hydrodynamique réside dans le fait que dans le cas o on l'emploie pour transmettre un effort d'une machine motrice

vers une machine réceptriceon peut obtenir une mise en mouve-

ment très progressive, même si les masses à mettre en mouve-

ment sont importantes De plus la machine motrice peut prendre de la vitesse sous une charge faible, après quoi l'embrayage hydrodynamique chargera la machine motrice avec un couple

de rotation sensiblement constant.

Dans ces conditions, et dans un

tel processus de démarrage, l'embrayage hydrodynamique travail-

le tout d'abord avec un glissement élevé Cela signifie que,

pendant un certain temps, il y a une perte d'énergie importan-

te qui se traduit par un échauffement du fluide hydraulique

de l'embrayage.

Des conditions similaires existent

dans le cas du frein hydrodynamique, dont on sait qu'il tra-

vaille cependant presque toujours avec un glissement de 100 %.

Il est bien connu que pour dissi-

per la déperdition de chaleur, on peut prévoir, par exemple,

un circuit de refroidissement extérieur pour le fluide hydrau-

lique, c'est-à-dire qu'on soutire en permanence une partie du fluide de travail à l'embrayage ou au frein et qu'on le lui

restitue après passage dans un dispositif de refroidissement.

Dans beaucoup de cas, notamment pour des embrayages hydrodynamiques, le coût d'un circuit de refroidissement extérieur est démesuré C'est la raison pour laquelle de nombreux embrayages hydrodynamiques sont réalisés sans circuit de refroidissement extérieur A la restriction près que l'utilisation avec glissement élevé doit être limitée afin d'éviter un apport calorifique excessif Par mesure de

sécurité, on pourra prévoir dans ce cas un dispositif de vi-

dange automatique qui permettra l'évacuation vers l'extérieur du fluide hydraulique en cas de dépassement d'un certain seuil de température Cela signifie cependant dans beaucoup de cas

une interruption d'activité qui n'est pas souhaitée.

Un autre problème dans l'emploi d'embrayages(ou de freins) hydrodynamiquesréside dans le fait

suivant: la roue à aubes de tels embrayages -ou freins com-

porte couramment une bride de fixation sur l'intérieur du rayon Des études ont montré que, dans la zone de passage de

cette bride vers la couronne d'aubes, des contraintes telle-

ment élevées apparaissent dans le matériau, qu'on dépasse les limites admissibles On a essayé de résoudre ce problème en améliorant les formes ou en employant des matériaux supportant

des charges plus importantes sans obtenir le succès escompté.

L'invention se donne pour tâche de proposer une disposition permettant d'éviter, pour un coût aussi réduit que possible, l'apparition dans le matériau de contraintes inacceptables dans la zone de passage située

entre la bride centrale et la couronne d'aubes.

Cette tâche trouve sa solution

conformément à l'invention dans l'emploi d'une couche, d'iso-

lant thermique située entre la bride de la roue à aubes et la pièce voisine (par exemple arbre ou moyeu) sur laquelle est

fixée la roue à aubes.

L'invention est basée sur la cons-

tatation suivante expliquée sur l'exemple d'un embrayage hydro-

dynamique: les deux couronnes à aubes d'un embrayage hydrody-

namique présentent une grande surface irriguée par le fluide actif Lors du processus de démarrage, le fluide hydraulique

qui s'échauffe rapidement s'écoule à grande vitesse sur la sur-

fi.ce de la roue à aubes Dans ces conditions la masse de la roue à aubes s'échauffe très rapidement Par contre, la masse de l'arbre (ou du moyeu) sur lequel est fixée la roue grâce à sa bride, s'échauffe beaucoup plus lentement parce que la sur-

face de l'arbre (ou moyeu) en contact avec le fluide hydrauli-

que ne représente qu'une petite fraction (par exemple de l'or-

dre de 1/30) de la surface correspondante de la couronne à au-

bes Ceci semble avoir pour conséquence que l'arbre (ou le moyeu) absorbe la chaleur contenue dans la bride de la roue à aubes ce qui fait que la température de la bride se stabilise

à une valeur nettement inférieure à celle de la couronne à au-

bes Ceci pourrait conduire à l'apparition de contraintes ther-

miques élevées dans la zone de passage entre bride et couronnes

à aubes et qui s'ajoutent aux contraintes d'exploitation pure-

ment mécaniques On obtient de cette façon,dans le matériau,

les sollicitations inadmissibles mentionnées plus haut.

L'action de la couche d'isolant thermique prévue conformément à l'invention entre la bride de la roue à aubes et l'arbre (ou le moyeu) résulte de ce qu'on

retire beaucoup moins de chaleur à la bride lors d'un échauf-

fement de la roue à aubes De cette façon, on évite de façon importante l'apparition d'une contrainte thermique dans la zone de passage comprise entre la bride et la couronne d'aubes et

on évite le risque d'une sollicitation trop importante du maté-

riau.

Un exemple de réalisation de l'in-

vention est décrit ci-après en relation avec la figure unique annexée qui représente un embrayage hydrodynamique selon une

coupe longitudinale partielle -

Les pièces essentielles de l'em-

brayage hydrodynamique représenté sont: un arbre d'entraînement 9, une roue à aubes 10 fixée à celui-ci, une cage d'embrayage 12, puis un arbre d'entraînement 19 sur lequel est fixée une roue

à aubes de turbine 11 La roue à aubes de turbine il comprend,.

comme habituellement, une couronne d'aubes (l'une des aubes porte le repère 13) et une bride de fixation 14; Une bride 15

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correspondante est aménagé sur l'arbre d'entraînement 19 Les deux brides 14 et 15 sont assujettiesl'une à l'autre à l'aide des vis 8 Conformément à l'invention, une rondelle d'isolant

thermique 16 dont l'effet est décrit plus haut, est prévue en-

tre les deux brides 14 et 15. Le diamètre intérieur de la bride 14 de la roue à aubes réalise comme d'habitude une surface de centrage cylindrique positionnant la roue à aubes sur l'arbre 19 Théoriquement, il serait possible de prévoir, là aussi, une isolation thermique Il s'est avéré cependant, qu'en règle

générale, une telle mesure supplémentaire n'est pas nécessaire.

Il peut toutefois s'avérer utile de rendre la longueur axiale de la surface de centrage inférieure à l'épaisseur de la bride 14, pour réduire encore davantage l'échange thermique avec l'arbre 19 Pour la même raison, il peut aussi être intéressant d'intercaler des rondelles réalisées dans un matériau isolant

entre les têtes des vis 8 et la bride 14.

Dans la disposition constructive représentée, il s'avère généralement suffisant de ne prévoir

qu'une rondelle isolante 16 sur la roue à aubes intérieure 11.

Si nécessaire on peut également prendre la même mesure sur l'autre roue à aubes, comme par exemple celle de la disposition

constructive conforme au brevet allemand DE 1 600 974.

Claims

R E V E N D I C A T I ON S

1. Roue à aubes de turbomachine, d'un embrayage ou d'un frein

hydrodynamique ou encore d'un convertisseur de couple hy-

drodynamique, comportant une couronne d'aubes et une bri-

de placée sur l'intérieur du rayon de la couronne à aubes, cette bride servant à fixer la roue à aubes sur la pièce voisine de la couronne à aubes, par exemple sur un arbre, caractérisée: par le fait qu'elle comporte une couche d'isolant thermique ( 16) entre la bride 14 et la pièce voisine ( 15,19);

2. Roue à aubes conforme à la revendication 1, caractérisée:

par le fait que la couche d'iso-

lant thermique est constituée par une rondelle isolante ( 16).