FR2681094A1 - Vane wheel made in three parts - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a vane (paddle) wheel (1) made in three parts centred on a common axis (6), namely a central part (2) including peripheral vanes (5) and two lateral cheeks (3, 4) sandwiching the central part under the effect of axial clamping means, the faces of the cheeks and of the central part in mutual application including complementary notching making sure that the cheeks fasten onto the central part with regard to the centrifugal loadings to which the latter is subjected when the wheel (1) is set into rotation. The central part is made up of a disc (2) of composite material of a single piece, in the periphery of which the vanes (5) are machined. The aforementioned notching is made up of ribs and complementary grooves formed by striations (11, 12) surrounding the axis (6) of the wheel, preferably in the shape of a spiral. <IMAGE>

Description

Roue a aubes en trois parties Impeller into three parts
La présente invention se rapporte à une roue à aubes en trois parties centrées sur un axe commun, savoir une partie centrale, comportant des aubes périphériques, et deux flasques latéraux, prenant en sandwich la partie centrale sous l'effet de moyens de serrage axial, les faces des flasques et de la partie centrale en application mutuelle comportant des crantages complémentaires assurant l'accrochage des flasques sur la partie centrale vis-à-vis des efforts centrifuges auxquels celle-ci est soumise lorsque la roue est mise en rotation. The present invention relates to an impeller in three portions centered on a common axis, namely a central part comprising blades devices, and two lateral flanges, sandwiching the central portion under the axial clamping means effect, the faces of the flanges and the central portion in mutual application comprising complementary notches ensuring the hooking of the flanges on the central portion vis-à-vis the centrifugal forces to which it is subjected when the wheel is rotated.

On connaît des roues à aubes de ce genre, destinées à des turbines ou à des turbopompes, dans lesquelles la partie centrale est constituée par une succession d'aubes métalliques montées et fixées entre les flasques soit individuellement, soit par groupes. Known impellers of this kind, intended for turbine or turbo, in which the central portion is constituted by a succession of metal blades mounted and fixed between the flanges either individually or by groups.

Une telle structure permet de réaliser ces parties distinctes en matériaux différents, adaptés aux conditions et contraintes de fonctionnement particulières de chacune d'elles. Such a structure enables these separate parts made of different materials adapted to the particular operating conditions and constraints of each.

Toutefois, la réalisation de l'aubage en éléments séparés nécessite des moyens de fixation relativement lourds et compliqués, qui ne procurent cependant pas une grande précision de positionnement de chacune des aubes. However, the realization of the blading in separate elements requires relatively heavy fasteners and complicated, which does not provide a positioning accuracy of each of the blades. En outre, le choix d'un métal pour celles-ci conduit à une masse périphérique importante, ce qui limite les performances en vitesse des roues à aubes. In addition, the choice of metal for the latter leads to a significant peripheral mass, which limits the performance speed of the paddle wheels. De plus, la technologie des aubes rapportées se heurte à l'impossibilité d'insérer un nombre important d'aubes sur une roue de petit diamètre. Moreover, technology vanes reported clashes with the inability to insert a large number of blades on a smaller diameter wheel.

Afin de remédier à ces inconvénients, il est proposé selon l'invention de constituer la partie centrale par un disque en matériau composite d'un seul tenant, dans la périphérie duquel sont usinées les aubes. To overcome these drawbacks, it is proposed according to the invention to form the central portion by a disk of composite material in one piece in the periphery of which are machined the blades.

Ainsi, la partie centrale étant réalisée sous la forme d'un disque monobloc incorporant les aubes, tous dispositifs d'accrochage de celles-ci aux flasques deviennent inutiles. Thus, the central part being formed as a one-piece disc incorporating the vanes, all shackles thereof to the side plates become unnecessary. I1 en résulte un allègement de la roue à aubes, à quoi contribue le fait que le disque est en matériau composite, susceptible d'offrir une faible densité ainsi qu'une bonne tenue aux températures élevées, tandis que la tendance à la déformation qu'un tel matériau peut comporter est palliée par la présence des flasques qui assurent au disque un ferme maintien. I1 results in a relief of the impeller, which contributes to the fact that the disc is a composite material, capable of providing a low density and good resistance to high temperatures, while the tendency to deformation that such a material may have is mitigated by the presence of covers that are designed to drive a maintenance firm.

Les flasques peuvent quant à eux être réalisés en métal ou en matériau composite. The flanges may in turn be made of metal or composite material. Dans ce dernier cas, il convient de choisir un matériau autre que celui du disque, vu les contraintes très différentes auxquelles ces éléments sont soumis. In the latter case, it should choose a material other than that of the disc, given the very different constraints to which these items are submitted.

De préférence, les faces du disque sont légèrement coniques, l'épaisseur de celui-ci croissant progressivement de la périphérie vers l'axe, tandis que les faces conjuguées des flasques ont une forme conique concave complémentaire. Preferably, the faces of the disc are slightly conical, the thickness thereof progressively increasing from the periphery towards the axis, while the mating faces of the flanges have a complementary concave conical shape. Suivant cette disposition, le disque est plus épais dans sa région centrale où le niveau de contraintes est le plus élevé. Under this provision, the disc is thicker in the central region where the stress level is highest.

Avantageusement, les crantages que comportent les faces des flasques et du disque sont constitués par des nervures et des rainures complémentaires formées par des sillons entourant l'axe de la roue, lesquels peuvent être des sillons circulaires disposés concentriquement autour de l'axe de la roue ou des sillons en forme de spirale centrée sur l'axe de la roue. Advantageously, the serrations that comprise the faces of the flanges and the disc are constituted by ribs and complementary grooves formed by grooves surrounding the axis of the wheel, which may be circular grooves arranged concentrically around the axis of the wheel or spiral-shaped paths centered on the axis of the wheel. Ces derniers sillons sont plus faciles à réaliser et assurent une meilleure transmission du couple de rotation entre disque central et flasque. These grooves are easier to perform and provide better transmission of torque between the central and flange disc.

Dans une forme de réalisation préférée, les nervures et les rainures formées par les sillons présentent des flancs obliques par rapport à la direction de l'axe de la roue. In a preferred embodiment, the ridges and grooves formed by the grooves have oblique sides with respect to the direction of the axis of the wheel. Plus particulièrement, il convient que les flancs des nervures des flasques qui sont tournés vers l'axe de la roue et les flancs des nervures du disque qui sont tournés vers l'extérieur et coopèrent avec les flancs précités fassent avec ledit axe un angle inférieur à celui que font les autres flancs desdites nervures. More particularly, it is appropriate that the flanks of the ribs of the plates which face towards the axis of the wheel and the flanks of the ribs of the disc which face outwardly and cooperate with the aforesaid flanks do with said axis an angle less than one are the other sides of said ribs. La reprise par les flasques des contraintes de force centrifuge régnant dans le disque central est favorisée par une telle disposition. The recovery by the flanges of the centrifugal force of stresses in the central disk is favored by such a provision.

Par ailleurs, il est avantageux que les sillons soient conformés de façon que, avant serrage des flasques appliqués contre le disque, seuls les flancs des nervures des flasques qui sont tournés vers l'axe de la roue soient en contact avec les flancs conjugués des nervures du disque qui sont tournés vers l'extérieur. Furthermore, it is advantageous if the grooves are shaped so that before clamping of the flanges applied against the disc, only the flanks of the ribs of the plates which face towards the axis of the wheel are in contact with the mating flanks of the ribs of the disc which face outwardly. I1 en résulte, lors du serrage des flasques contre le disque central, l'application à celui-ci d'une précontrainte centripète, qui procure un effet de frettage s'opposant à tout déplacement radial sous l'action des forces centrifuges. I1 result, when tightening the plates against the central disk, the application thereto of a centripetal prestress, which provides a hooping effect opposing radial displacement under the action of centrifugal forces.

Lorsque les sillons sont en forme de spirale, il est préférable qu'ils s'enroulent tous dans le même sens autour de l'axe de la roue après assemblage des trois parties constitutives de celle-ci. When the grooves are in a spiral shape, it is preferable that they are wound all in the same direction about the axis of the wheel after assembly of the three component parts thereof. Ainsi, en choisissant convenablement ce sens, on obtient, en cas d'augmentation du couple entre disque à aubes et flasques, un effet favorable de resserrage renforçant la liaison entre ces éléments. Thus, by suitably choosing the sense is obtained, in case of increase of torque between disk blades and flanges, a favorable effect of tightening strengthening the connection between these elements.

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'un exemple de réalisation non limitatif. Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description in the accompanying drawings, a non-limiting implementation.

La figure 1 représente, en coupe axiale, une roue à aubes selon l'invention. 1 shows, in axial section, an impeller according to the invention.

Les figures 2 et 3 représentent, respectivement en coupe axiale et en perpective, les trois parties de la roue à aubes avant leur assemblage. Figures 2 and 3 show, respectively in axial section and in perspective, the three parts of the impeller prior to assembly.

Les figures 4 et 5 représentent en élévation, à plus petite échelle, les faces d'appui mutuel respectivement de l'un des flasques et de l'une des faces du disque central de la roue à aubes de la figure 1. Figures 4 and 5 show in elevation, on a smaller scale, the mutual bearing faces of one of the flanges respectively and one of the faces of the central disc of the impeller of Figure 1.

La figure 6 représente, en coupe axiale et à échelle agrandie, une portion des sillons d'accouplement de l'un des flasques et du disque central de la roue à aubes de la figure 1. 6 shows, in axial section and on an enlarged scale, a portion of the coupling grooves of one of the flanges and the central disk of the impeller of Figure 1.

On voit sur la figure 1 une roue de turbine 1 composée de trois parties accolées : un disque central 2 et deux flasques latéraux 3, 4 appliqués de part et d'autre contre les faces du disque 2, lequel comporte à sa périphérie des aubes 5 taillées dans la masse. Seen in Figure 1 a turbine wheel 1 composed of three contiguous portions: a central disc 2 and two lateral flanges 3, 4 applied on both sides against the sides of the disc 2, which comprises at its periphery the blades 5 cut in the mass. Ces trois pièces 2, 3, 4, de contour circulaire, admettent un même axe de révolution 6 et comportent respectivement un alésage central 20, 30, 40 de même diamètre permettant le passage d'un arbre d'entraînement (non représenté) supportant la roue de turbine. These three pieces 2, 3, 4, of circular outline, admit a common axis of revolution 6, and respectively have a central bore 20, 30, 40 of the same diameter for the passage of a drive shaft (not shown) supporting the turbine wheel. Les figures 2 et 3 montrent ces trois pièces non encore réunies, mais déjà alignées sur leur axe commun 6. Figures 2 and 3 show these three parts not yet in place, but already aligned on their common axis 6.

Le disque 2 est réalisé en matériau composite, avec une épaisseur plus grande dans sa région centrale, comme on peut le voir en particulier sur la figure 2. Ainsi, ses faces 23, 24 ne sont pas planes, mais offrent une certaine convexité en forme de cône très applati (son demi-angle au sommet étant par exemple égal à 860). Disk 2 is made of composite material with a greater thickness in its central region, as can be seen in particular in Figure 2. Thus, its faces 23, 24 are not flat, but offer some convexity shaped very flattened cone (its half-apex angle being for example equal to 860). Les flasques 3, 4, dont les faces conjuguées 32 et 42 présentent une concavité complémentaire, ont une forme générale tronconique pour offrir une robustesse optimale. The flanges 3, 4, the faces 32 and 42 combined have a complementary concavity has a generally frustoconical shape to provide maximum robustness. Ils peuvent être réalisés en différentes matières, par exemple en métal ou en matériau composite, dont le choix doit respecter toutefois certaines conditions. They can be made of different materials, such as metal or composite material, the choice must however comply with certain conditions. I1 convient en effet que les flasques présentent un module d'Young supérieur à celui du disque 2 et un coefficient de dilatation thermique voisin de celui de ce dernier. I1 should indeed that the flanges have a Young's modulus higher than that of the disc 2 and a coefficient of thermal expansion close to that of the latter.

Les faces 32, 23, 24, 42 par lesquelles les trois pièces 2, 3, 4 viennent, après assemblage, en appui mutuel sont pressées l'une contre l'autre par un organe de serrage axial non représenté, tel qu'un système à vis et écrous ou à piston hydraulique, afin d'assurer la cohésion de la roue de turbine 1. Par ailleurs, pour assurer le maintien du disque 2 soumis en rotation à d'importants efforts dus à la force centrifuge, les flasques 3, 4 s'accrochent aux faces 23, 24 du disque grâce à des sillons complémentaires 11, 12 que comportent ces faces et les faces 32, 42 des flasques. The faces 32, 23, 24, 42 by which the three parts 2, 3, 4 are, after assembly, rest against each other are pressed against each other by a not shown axial clamping member, such as a system screws and nuts or hydraulic piston, so as to ensure the cohesion of the turbine wheel 1. Furthermore, to ensure the maintenance of the disc 2 in rotation subject to large forces due to the centrifugal force, the flanges 3, 4 clinging to the faces 23, 24 of the disc through complementary grooves 11, 12 associated with these faces and surfaces 32, 42 of the flanges. Ces sillons, en forme de spirale centrée sur l'axe 6 (figures 4 et 5), font apparaître des nervures 7 et des rainures 8 séparant celles-ci, qui s'emboîtent les unes dans les autres et assurent la reprise, par les flasques 3, 4, des efforts centrifuges dont le disque 2 est le siège en rotation. These grooves, spiral centered on the axis 6 (Figures 4 and 5) show the ribs 7 and grooves 8 between them, which fit into each other and ensure the taking over by the flanges 3, 4 of the centrifugal forces which the disk 2 is the seat rotation. Comme le montre la figure 6, les sillons ont une section droite en forme de V dissymétrique, chaque nervure 7 comportant un flanc 7a peu incliné par rapport à l'axe 6, et un flanc 7b très incliné, les angles d'inclinaison respectifs a, b étant par exemple de 350 et 700. Les flancs 7a des sillons 11 de chaque flasque 3, 4, dits "flancs amont", sont tournés vers l'axe 6 de façon à entourer extérieurement les flancs 7a du sillon 12 correspondant du disque 2 afin de leur offrir un ferme appui lorsque ce dernier est soumis à des efforts centrifuges. As shown in Figure 6, the grooves have a cross-section V-shaped asymmetrical, each rib 7 having a flank 7a slightly inclined relative to the axis 6, and a steeply inclined flank 7b, the respective inclination angles? , b being for example 350 and 700. the sides 7a of the grooves 11 of each flange 3, 4, known as "upstream sides" are turned towards the axis 6 so as to externally surround the sides 7a of the groove 12 corresponding disc 2 to offer strong support when it is subjected to centrifugal forces.

Pour améliorer le maintien du disque 2, il est prévu en outre, comme on peut le voir sur la figure 6, que, lors de l'application de chaque flasque contre le disque 2, les sillons 11, 12 venant s'emboîter mutuellement, les surfaces de portée sont constituées par les seuls flancs amont 7a, tandis qu'un petit intervalle demeure entre les flancs 7b dits "flancs aval". To improve the retention of the disk 2 is provided in addition, as can be seen in Figure 6 that, upon application of each flange against the disk 2, the grooves 11, 12 which fits each other, the bearing surfaces are constituted by the only upstream sides 7a, while a small gap remains between said flanks 7b "downstream flanks". I1 en résulte que, à la réalisation du serrage axial des flasques contre le disque, les flancs 7a du sillon 11 de chaque flasque tendent à repousser vers l'axe 6 les flancs 7a du sillon 12 correspondant du disque 2, ce qui crée une précontrainte centripète dans le disque 2 augmentant la tenue de celui-ci face aux forces qui s'y développent lorsque la roue à aubes est mise sur rotation, ce qui peut être réalisé par l'intermédiaire soit d'une couronne dentée conique 13 que comporte l'un des flasques, soit d'une cannelure (non représentée) prévue dans l'alésage 30, 40 de l'un de ceux-ci. I1 follows that, for carrying out the axial clamping of the flanges against the disc, the sides 7a of the groove 11 of each flange tends to push toward the axis 6 the sidewalls 7a of the groove 12 corresponding to the disk 2, which creates a prestress inward in the disk 2 increasing the holding thereof to the forces that develop when the impeller is set to rotation, which can be achieved through either a bevel ring gear 13 that comprises the one of the flanges, or a groove (not shown) provided in the bore 30, 40 of one thereof.

Claims (11)

Revendications claims
1. Roue à aubes en trois parties centrées sur un axe commun, savoir une partie centrale, comportant des aubes périphériques, et deux flasques latéraux, prenant en sandwich la partie centrale sous l'effet de moyens de serrage axial, les faces des flasques et de la partie centrale en application mutuelle comportant des crantages complémentaires assurant l'accrochage des flasques sur la partie centrale vis-à-vis des efforts centrifuges auxquels celle-ci est soumise lorsque la roue est mise en rotation, caractérisée par le fait que la partie centrale est constituée par un disque (2) en matériau composite d'un seul tenant, dans la périphérie duquel sont usinées les aubes (5). 1. Impeller in three portions centered on a common axis, namely a central part, having peripheral blades, and two lateral flanges, sandwiching the central portion under the axial clamping means effect, the faces of the flanges and the central portion in mutual application comprising complementary notches ensuring the hooking of the flanges on the central portion vis-à-vis the centrifugal forces to which it is subjected when the wheel is rotated, characterized in that the part plant is constituted by a disk (2) of composite material in one piece in the periphery of which are machined the blades (5).
2. Roue à aubes selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les flasques (3, 4) sont en métal. 2. Rotor according to claim 1, characterized in that the flanges (3, 4) consist of metal.
3. Roue à aubes selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les flasques (3, 4) sont en matériau composite. 3. Rotor according to claim 1, characterized in that the flanges (3, 4) are of composite material.
4. Roue à aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les faces (23, 24) du disque (2) sont légèrement coniques, l'épaisseur de celui-ci croissant progressivement de la périphérie vers l'axe (6), tandis que les faces conjuguées (32, 42) des flasques (3, 4) ont une forme conique concave complémentaire. 4. Rotor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the faces (23, 24) of the disc (2) are slightly conical, the thickness thereof progressively increasing from the periphery to the axis (6), while the mating faces (32, 42) of the flanges (3, 4) have a complementary concave conical shape.
5. Roue à aubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que les crantages que comportent les faces (32, 23, 24, 42) des flasques (3, 4) et du disque (2) sont constitués par des nervures (7) et des rainures (8) complémentaires formées par des sillons (11, 12) entourant l'axe (6) de la roue. 5. Rotor according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the notches that comprise the faces (32, 23, 24, 42) of the flanges (3, 4) and the disc (2) are constituted by ribs (7) and grooves (8) formed by complementary grooves (11, 12) surrounding the axis (6) of the wheel.
6. Roue à aubes selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les sillons (11, 12) sont des sillons circulaires disposés concentriquement autour de l'axe (6) de la roue. 6. Rotor according to claim 5, characterized in that the grooves (11, 12) are circular grooves arranged concentrically around the axis (6) of the wheel.
7. Roue à aubes selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les sillons (11, 12) sont en forme de spirale centrée sur l'axe (6) de la roue. 7. Rotor according to claim 5, characterized in that the grooves (11, 12) are in a spiral shape centered on the axis (6) of the wheel.
8. Roue à aubes selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée par le fait que les nervures (7) et les rainures (8) formées par les sillons (11, 12) présentent des flancs obliques par rapport à la direction de l'axe de la roue. 8. Rotor according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the ribs (7) and the grooves (8) formed by the grooves (11, 12) have oblique sides with respect to the direction the axis of the wheel.
9. Roue à aubes selon la revendication 8, caractérisée par le fait que les flancs (7a) des nervures (7) des flasques (3, 4) qui sont tournés vers l'axe (6) de la roue et les flancs des nervures (7) du disque (2) qui sont tournés vers l'extérieur et coopèrent avec les flancs précités font avec ledit axe un angle (a) inférieur à l'angle (b) que font les autres flancs desdites nervures. 9. Rotor according to Claim 8, characterized in that the flanks (7a) of the ribs (7) of the flanges (3, 4) which face towards the axis (6) of the wheel and the flanks of the ribs (7) of the disc (2) which are turned outwardly and cooperate with the aforesaid sides are with said axis an angle (a) less than the angle (b) are the other sides of said ribs.
10. Roue à aubes selon la revendication 8 ou 9, caractérisée par le fait que les sillons (11, 12) sont conformés de façon que, avant serrage des flasques (3, 4) appliqués contre le disque (2), seuls les flancs (7a) des nervures (7) des flasques qui sont tournés vers l'axe (6) de la roue soient en contact avec les flancs conjugués des nervures (7) du disque (2) qui sont tournés vers l'extérieur. 10. Rotor according to Claim 8 or 9, characterized in that the grooves (11, 12) are shaped so that before clamping of the flanges (3, 4) applied against the disc (2), only the flanks (7a) of the ribs (7) of the flanges which are turned towards the axis (6) of the wheel are in contact with the mating flanks of the ribs (7) of the disc (2) which are turned outwards.
11. Roue à aubes selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée par le fait que les sillons (11, 12) en forme de spirale s'enroulent tous dans le même sens autour de l'axe (6) de la roue après assemblage des trois parties constitutives de celle-ci. 11. Rotor according to any one of claims 7 to 10, characterized in that the grooves (11, 12) spiral-shaped wrap all in the same direction about the axis (6) of the wheel after assembly of the three component parts thereof.
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