FR3122900A1 - Dispositif pour la realisation d’un ventilateur ou compresseur pour l’industrie aeronautique - Google Patents

Dispositif pour la realisation d’un ventilateur ou compresseur pour l’industrie aeronautique Download PDF

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Abstract

Dispositif (10) pour la réalisation d’un ventilateur ou compresseur pour l’industrie aéronautique, ce dispositif comprenant : - un carter annulaire (12) comportant un axe principal (A) et définissant une veine interne de circulation d’un flux de gaz le long de cet axe, - une roue aubagée (14) montée à l’intérieur du carter (12) et ayant un axe de rotation confondu avec l’axe (A) du carter, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un système (18) de rétention de débris en cas de rupture de la roue aubagée (14), ce système comportant un anneau de retenue (20) qui est monté autour du carter (12), le carter (12) comportant deux bossages annulaires (22) en saillie radialement vers l’extérieur qui sont situés respectivement en amont et en aval de la roue aubagée (14) et sur lesquels sont appliqués et fixés des bords amont et aval (20a, 20b) de l’anneau de retenue (20). Figure pour l'abrégé : Figure 2

Description

DISPOSITIF POUR LA REALISATION D’UN VENTILATEUR OU COMPRESSEUR POUR L’INDUSTRIE AERONAUTIQUE
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un dispositif pour la réalisation d’un ventilateur ou compresseur, en particulier pour l’industrie aéronautique, ce dispositif comportant notamment un carter annulaire et une roue aubagée montée à l’intérieur de ce carter.
Arrière-plan technique
Un ventilateur ou un compresseur pour l’industrie aéronautique comprend un ensemble comportant un carter et une roue aubagée, cet ensemble étant appelé « dispositif » dans le cadre de la présente invention.
La montre un dispositif 10 de ce type, le carter étant désigné par la référence 12 et la roue aubagée par la référence 14.
Le carter 12 de ce dispositif 10 a une forme annulaire définissant une veine interne de circulation d’un flux de gaz (flèches F).
Ce flux de gaz est destiné à être accéléré ou comprimé par la roue aubagée 14 qui est montée à l’intérieur du carter 12 et qui a un axe de rotation A confondu avec l’axe principal ou de révolution du carter.
Dans certaines applications, la roue aubagée 14 peut atteindre des vitesses de rotation élevées, par exemple comprise entre 2.000 et 40.000 tours/minute. En cas de problème mécanique ou d’impact de corps étrangers sur la roue aubagée 14, cette roue peut se rompre et la rupture de la roue génère des débris. A grande vitesse, ces débris peuvent transpercer le carter 12. Il est important d’identifier une solution pour stopper la trajectoire de ces débris et éviter qu’ils atteignent par exemple une cabine de passagers d’un aéronef équipé du ventilateur ou du compresseur.
La présente invention permet de remédier à ce problème grâce à une solution simple, efficace et économique.
La présente invention propose un dispositif pour la réalisation d’un ventilateur ou compresseur, en particulier pour l’industrie aéronautique, ce dispositif comprenant :
- un carter annulaire comportant un axe principal et définissant une veine interne de circulation d’un flux de gaz le long de cet axe,
- une roue aubagée montée à l’intérieur du carter et ayant un axe de rotation confondu avec l’axe du carter,
caractérisé en ce qu’il comprend en outre un système de rétention de débris en cas de rupture de la roue aubagée, ce système comportant un anneau de retenue qui est monté autour du carter, le carter comportant deux bossages annulaires en saillie radialement vers l’extérieur qui sont situés respectivement en amont et en aval de la roue aubagée et sur lesquels sont appliqués et fixés des bords amont et aval de l’anneau de retenue.
Le système de rétention de débris garantit que les débris générés par la rupture de la roue aubagée sont empêchés de sortir du dispositif. En cas de rupture, les débris de la roue sont susceptibles de traverser le carter. La roue est située entre les bossages du carter donc la traversée du carter par les débris se fait entre les bossages, du fait des forces centrifuges appliquées sur la roue en fonctionnement. Les bossages assurent la fixation de l’anneau de retenue autour du carter mais ont également pour fonction de canaliser les débris, après la traversée du carter, jusqu’à l’anneau de retenue. Les débris vont alors atteindre l’anneau de retenue qui a pour but de bloquer les débris et d’absorber l’énergie liée à l’impact par exemple en se déformant. Les débris ne sont ainsi pas expulsés à l’extérieur du dispositif.
Le dispositif selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- le carter comprend, entre les deux bossages et autour de la roue aubagée, une paroi tubulaire ayant une épaisseur radiale constante ;
- la paroi tubulaire comprend des surfaces cylindriques interne et externe libres et nues ;
- le carter est réalisé en métal ou en matériau composite, et/ou l’anneau de retenue est réalisé en métal ou en matériau composite ;
- les bords amont et aval de l’anneau de retenue comprennent des orifices qui sont alignés avec des trous taraudés des bossages pour le montage d’éléments de fixation, tels que des vis ou des rivets ;
- les bords amont et aval de l’anneau de retenue sont collés sur les bossages ;
- l’anneau de retenue est continu sur 360° ou est formé par enroulement d’une bande de matière dont des extrémités circonférentielles se chevauchent ;
-- la roue aubagée a un diamètre externe inférieur ou égal à 1 mètre, et de préférence inférieur ou égal à 60 centimètres ;
- les bossages ont chacun une dimension axiale représentant entre 5 et 30% d’une dimension axiale maximale de la roue aubagée ;
- les bossages ont chacun une dimension radiale représentant entre 200% à 1000% d’une épaisseur radiale du carter entre les bossages ; et
-- l’anneau de retenue a une épaisseur radiale comprise entre 1 et 5mm.
La présente invention concerne encore un ventilateur ou compresseur, en particulier pour une application aéronautique, comportant au moins un dispositif tel que décrit ci-dessus.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
la est une vue schématique en perspective et en coupe partielle d’un dispositif pour un ventilateur ou un compresseur, ce dispositif comportant un carter et une roue aubagée ;
la est une vue schématique en coupe axiale d’un dispositif selon l’invention, ce dispositif comportant un carter et un système de rétention de débris ;
la est une vue schématique en perspective d’un carter et d’un système de rétention de débris pour un dispositif selon l’invention ;
la est une vue schématique en coupe axiale du dispositif et du système de la ;
la est une schématique partielle en perspective du carter de la ;
la est une vue schématique en perspective et en coupe axiale d’un dispositif selon l’invention ;
la est une vue schématique en perspective d’un anneau de retenue pour un dispositif selon l’invention ; et
la est une vue schématique partielle en perspective de l’anneau de la .
Description détaillée de l'invention
La a été décrite dans ce qui précède.
Les figures 2 et suivantes illustrent la présente invention qui concerne un dispositif 10 pour la réalisation d’un ventilateur ou compresseur, en particulier pour l’industrie aéronautique, ce dispositif comprenant :
- un carter annulaire 12 comportant un axe principal A et définissant une veine interne de circulation d’un flux de gaz le long de cet axe A,
- une roue aubagée 14 montée à l’intérieur du carter et ayant un axe de rotation confondu avec l’axe A du carter 12.
Le carter 12 a une forme générale tubulaire le long de l’axe A. Dans l’exemple représenté, il a une forme droite mais pourrait en variante avoir une forme coudée. Le carter 12 comprend une surface annulaire interne 12a, ici cylindrique, et une surface annulaire externe 12b, ici également cylindrique.
La roue aubagée 14 est très schématiquement représentée à la et n’est pas représentée dans les figures suivantes. Comme visible à la , cette roue aubagée 14 peut comprendre un moyeu 14a centré sur l’axe A et des pales 14b régulièrement réparties autour de l’axe A et s’étendant radialement vers l’extérieur depuis la périphérie externe du moyeu 14a. La roue aubagée 14 est entraînée en rotation par un arbre qui est centré sur l’axe A et qui n’est pas représenté dans les dessins.
La roue aubagée 14 est schématiquement représentée par un rectangle à la . Cette roue 14 a une longueur ou dimension axiale notée L1.
La roue aubagée 14 a un diamètre externe R1 inférieur ou égal à 1 mètre, et de préférence inférieur ou égal à 60 centimètres. L’application de l’invention vise donc pour l’essentiel les ventilateurs et compresseurs de taille relativement faible (pour l’industrie aéronautique).
Le dispositif 10 selon l’invention comprend en outre un système 18 de rétention de débris en cas de rupture de la roue aubagée 14.
Ce système 18 comporte un anneau de retenue 20 qui est monté autour du carter 12. Pour cela, le carter 12 comporte deux bossages annulaires 22 en saillie radialement vers l’extérieur, en particulier sur la surface 12b, qui sont situés respectivement en amont et en aval de la roue aubagée 14. Cela signifie qu’il y a un premier bossage 22 en amont d’un plan transversal passant par l’extrémité amont de la roue aubagée 14, par exemple au niveau de bords d’attaque de ses pales 14b, et un second bossage 22 en aval d’un autre plan transversal passant par l’extrémité aval de la roue aubagée 14, par exemple au niveau de bords de fuite de ses pales 14b. Cela signifie également que la distance axiale D1 entre ces bossages 22 est supérieure à la longueur L1.
Chacun de ces bossages 22 a en section axiale une forme générale carrée ou rectangulaire. Chaque bossage 22 a une longueur ou dimension axiale L2 et une épaisseur ou dimension radiale R2. Les deux bossages 22 sont ici identiques.
L2 représente de préférence entre 5 et 30% de L1.
Chaque bossage 22 comprend une surface cylindrique externe 22a et des surfaces latérales radiales 22b (cf. ). Les bossages 22 définissent entre eux un espace annulaire E qui est vide dans l’exemple représenté.
Les bossages 22 sont reliés entre eux par une paroi tubulaire 12c du carter 12 qui a une épaisseur E3 constante sur toute son étendue axiale. De préférence, la paroi tubulaire 12a comprend des surfaces cylindriques interne 12ca et externe 12cb libres et nues. Autrement dit, cette paroi 12c est dépourvue de surépaisseur locale et en particulier de nervures de rigidification.
R2 représente de préférence entre 200% à 1000% de E3.
L’anneau de retenue 20 s’étend autour des bossages 22 et comprend un bord amont 20a qui recouvre le bossage amont 22 et en particulier sa surface 22a, et est fixé à ce bossage amont. L’anneau 20 comprend un bord aval 20b qui recouvre le bossage aval 22 et en particulier sa surface 22a, et est fixé à ce bossage aval.
L’anneau 20 a une forme générale cylindrique et tubulaire et peut avoir une épaisseur E4 constante sur toute sa dimension axiale. Cette épaisseur E4 est par exemple comprise entre 1 et 5mm.
Dans les exemples représentés aux figures 3 à 6, les bords amont 20a et aval 20b de l’anneau 20 comprennent des orifices qui sont alignés avec des trous taraudés 24 des bossages 22 pour le montage d’éléments de fixation 26, tels que des vis ou des rivets.
En variante ou en complément, les bords amont et aval 20a, 20b de l’anneau 20 peuvent être collés sur les bossages 22.
L’anneau 20 ferme l’espace E et a pour fonction d’assurer la retenue des débris en cas de rupture de la roue 14, comme cela sera expliqué plus en détail dans ce qui suit.
Le carter 12 est de préférence réalisé en métal mais pourrait en variante être réalisé en matériau composite et par exemple en plastique chargé.
L’anneau de retenue 20 est de préférence réalisé en métal mais pourrait en variante être réalisé en matériau composite. Dans un exemple préféré de réalisation de l’invention, l’anneau 20 est réalisé en acier inoxydable austénitique, tel qu’un acier 304L ou 316L. Ce type d’acier a l’avantage d’avoir un taux d’allongement relativement important.
Comme cela est visible aux figures 7 et 8, l’anneau de retenue 20 peut être continue sur 360° ou peut être formé par enroulement d’une bande de matière dont des extrémités circonférentielles 20a se chevauchent. Ces extrémités peuvent subir une opération de soyage.
Le système 18 de rétention de débris garantit que les débris générés par la rupture de la roue aubagée 14 sont empêchés de sortir du dispositif 10. En cas de rupture, les débris de la roue 14 sont susceptibles de traverser le carter 12. La roue 14 est située entre les bossages 22 du carter donc la traversée du carter par les débris se fera entre les bossages 22, du fait des forces centrifuges appliquées sur la roue 14 en fonctionnement. Les bossages 22 assurent la fixation de l’anneau de retenue 20 autour du carter 12 mais ont également pour fonction de canaliser les débris, après la traversée du carter 12, jusqu’à l’anneau de retenue 20. Les débris vont alors atteindre l’anneau de retenue 20 qui a pour but de bloquer les débris et d’absorber l’énergie liée à l’impact par exemple en se déformant. Les débris ne sont ainsi pas expulsés à l’extérieur du dispositif 10.

Claims (10)

  1. Dispositif (10) pour la réalisation d’un ventilateur ou compresseur, en particulier pour l’industrie aéronautique, ce dispositif comprenant :
    - un carter annulaire (12) comportant un axe principal (A) et définissant une veine interne de circulation d’un flux de gaz le long de cet axe,
    - une roue aubagée (14) montée à l’intérieur du carter (12) et ayant un axe de rotation confondu avec l’axe (A) du carter,
    caractérisé en ce qu’il comprend en outre un système (18) de rétention de débris en cas de rupture de la roue aubagée (14), ce système comportant un anneau de retenue (20) qui est monté autour du carter (12), le carter (12) comportant deux bossages annulaires (22) en saillie radialement vers l’extérieur qui sont situés respectivement en amont et en aval de la roue aubagée (14) et sur lesquels sont appliqués et fixés des bords amont et aval (20a, 20b) de l’anneau de retenue (20).
  2. Dispositif (10) selon la revendication 1, dans lequel le carter (12) comprend, entre les deux bossages (22) et autour de la roue aubagée (14), une paroi tubulaire (12c) ayant une épaisseur radiale (E3) constante.
  3. Dispositif (10) selon la revendication 2, dans lequel la paroi tubulaire (12c) comprend des surfaces cylindriques interne (12ca) et externe (12cb) libres et nues.
  4. Dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le carter (12) est réalisé en métal ou en matériau composite, et/ou l’anneau de retenue (20) est réalisé en métal ou en matériau composite.
  5. Dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les bords amont (20a) et aval (20b) de l’anneau de retenue (20) comprennent des orifices qui sont alignés avec des trous taraudés (24) des bossages (22) pour le montage d’éléments de fixation (26), tels que des vis ou des rivets.
  6. Dispositif (10) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel les bords amont (20a) et aval (20b) de l’anneau de retenue (20) sont collés sur les bossages (22).
  7. Dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’anneau de retenue (20) est continu sur 360° ou est formé par enroulement d’une bande de matière dont des extrémités circonférentielles se chevauchent.
  8. Dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les bossages (22) ont chacun une dimension axiale (L2) représentant entre 5 et 30% d’une dimension axiale (L1) maximale de la roue aubagée (14).
  9. Dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les bossages (22) ont chacun une dimension radiale (R2) représentant entre 200% à 1000% d’une épaisseur radiale (E3) du carter (14) entre les bossages (22).
  10. Ventilateur ou compresseur, en particulier pour une application aéronautique, comportant au moins un dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes.
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