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TURBO-MACHINE A ECOULEMENT RADIAL.
Pour les compresseurs à refoulement radial, on utilise normale- ment, à partir de dimensions déterminées, des rotors à aubes fixées par des rivets entre les disques. Pour la construction de rotors de ce genre, on perce la disque moyeu et le disque de recouvrement à l'aide de gabarits de perçage et on introduit dans ces trous les tenons fraisés directement sur les aubes qui sont assemblées par rivetage avec les disques On utilise également des aubes pliées préalablement en U présentant dans les ailes re- courbées des trous destinés à recevoir des rivets ordinaires.
Les inconvénients de ce mode de fixation des aubes par rivets sont connus. Abstraction faite de l'affaiblissement des disques du rotor pro- duit par les trous destinés au rivetage., il se présente l'inconvénient que les rivets ne permettent pas de prolonger les aubes aussi loin vers l'inté- rieur que cela serait désirable pour satisfaire aux exigences de la techni- que de l'écoulement des fluides. De plus les dépenses de construction sont importantes. Enfin la forme rectangulaire des canaux du rotor., qui résulte de ce mode de construction, ne représente nullement la forme la plus favora- ble réalisable pour l'écoulement.
Les efforts n'ont pas manqué en vue de l'élimination de ces dé- fauts dus aux modes de construction usuels. On a notamment tenté d'assembler les aubes de rotor pliées en U, par des points de soudure avec le disque moyeu et le disque de recouvrement, mais ces essais n'ont pas donné d'amélioration dans le sens envisagé.
L'opération est contrariée en premier lieu par la très faible largeur du canal à la sortie de la roue du rotor, de sorte qu'il n'est pas possible d'utiliser des électrodes suffisamment robustes, ni d'exercer la pression nécessaire à la soudure.'
La présente invention concerne des turbines, turbo-compresseurs et machines similaires à écoulement radial dans lesquels les aubes destinées à la formation des canaux du rotor sont assemblées avec deux disques délimi- tant latéralement ces canaux. Le but de l'invention est d'éliminer les in-
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convénients précités de ces machines et de faciliter la construction. A cet effet, et suivant l'invention, chaque aube est faite au moins en deux éléments.
Avant l'assemblage des aubes et des disques devant former une roue, l'un des éléments est préassemblé avec l'un des disques,tandis que l'autre élément est préassemblé avec l'autre disque, de sorte qu'il suffit pendant le montage de la roue d'assembler les éléments entre eux. Il n'est donc plus nécessaire d'assembler ultérieurement les éléments avec l'un ou l'autre des deux disques. Tous les modes de réalisation qui seront décrits ci- après présentent donc la particularité commune que pendant le montage des deux disques il ne faut pas assembler des aubes avec l'un des disques, mais seulement les éléments des aubes entre eux par soudure autogène ou tendre, par exemple. Les éléments des aubes, qui pour le montage d'une roue du rotor,sont destinés à l'assemblage des disques,peuvent même faire corps avec le disque correspondant.
Les dessins annexés représentent à titre d'exemple quelques mo- des de réalisation de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe axiale d'une partie d'une roue assemblée par soudure et destinée à un turbo-compresseur non représenté.
Les figs. 2 et 3 sont des coupes similaires du disque moyeu et du disque de recouvrement portant chacun un élément soudé d'une aube de la roue que montre la fig. 1.
La fig.,4 représente à plus grande échelle une coupe périphéri- que dévelopéé de la roue que montre la fig. 1.
La fig. 5 est également une coupe longitudinale à plus grande échelle d'une aube de cette roue.
La fig. 6 est une coupe à plus grande échelle similaire à celle de la fig. 5 d'un deuxième mode de réalisation d'une aube.
La fig. 7 est une coupe axiale d'une partie d'un deuxième mode de réalisation d'une roue assemblée par soudure et destinée à un turbo-com- presseur.
Les fige 8 et 9 sont des coupes axiales correspondantes du dis- que moyeu et du disque de recouvrement, portant chacun un élément d'aube soudé, de la roue que montre la fig. 7.
La fig. 10 est une coupe axiale d'une partie d'un troisième mode de réalisation d'une roue, assemblée par soudure et destinée à un turbo- compresseur.
Les figs. 11 et 12 sont des coupes correspondantes du disque moyeu et du disque de recouvrement, portant chacun un élément d'aube soudé, de la roue que montre la fig. 10.
La fig. 13 est une coupe périphérique développée à plus grande échelle de la roue que montre la fig. 10.
La fig. 14 est une coupe à plus grande échelle d'une partie du disque de moyeu et de l'élément d'aube soudé à ce disque.' Cette figure montre également le mode de préparation pour l'obtention d'une soudure par- faite.
Les fige. 15, 16 et 17 sont des coupes périphériques développées de trois autres modes de réalisation de roues pour turbo-compresseursfl
Sur les figs. 1 à 5 du dessin, 1 désigne le disque moyeu, 2 le disque de recouvrement et 3 les aubes en plusieurs éléments, fixées par sou- dure et faisant partie d'une roue d'un turbo-compresseur. La fig. 2 montre séparément le disque 1 portant un élément d'aube 31 soudé, tandis que la fig.
3 représente séparément le disque de recouvrement 2 portant un élément d'aube 32 soudé On voit sur les figs 2, 3 et 4 que les points de soudure 4 et 5 (indiqués par des flèches sur les figs. 2 et 31, destinés à l'assemblage des éléments d'aube 31 et 32 avec les disques 1 et 2 correspondants, peuvent être réalisés sans aucune difficulté tant que le disque opposé n'est pas mis
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en.place. Pour la réunion des disques 1, 2 les deux éléments d'aube 31 et 32 ne sont assemblés entre eux par des points de soudure (indiqués par des flèches 6 sur les figs.1 et 4) qu'après la fixation des éléments d'aube sur les disques correspondants. Il est vrai qu'il est encore nécessaire de faire passer les électrodes par l'étroit passage à la sortie de la roue.
Toutefois, ce n'est plus la largeur du dit passage mais le pas beaucoup plus grand entre les aubes qui détermine la section des bras porte-élec- trodes et, par conséquent, la valeur de la pression qui peut être exercée pour la soudure, et qui n'est plus dirigée axialement mais à peu près radialement si les aubes sont incurvées vers l'arrière, et tangentielle- ment si les aubes sont droites.
Au lieu de donner aux aubes en tôle pliée la forme que montre en coupe longitudinale la fig. 5, on peut également les arrondir sur le bord d'attaque et leur donner un profil d'aile tel que le montre la coupe longitudinale de la fig. 6 pour un autre mode de réalisation. A cet effet, on plie sur le bord d'attaque l'élément d'aube 7 assemblé avec le disque de recouvrement. Pour des raisons concernant la fabrication, on arrête de préférence parallèlement à l'axe l'aile rabattue de la tôle qui est alors directement prolongée par l'élément d'aube 8 du disque moyeu. Il est ainsi facilement possible de réduire au minimum les pertes résultant'de chocs produits éventuellement par la division de l'aube. Il est également possi- ble de faire varier sans difficulté la largeur de la roue sans qu'il soit nécessaire de prévoir à cet effet de nouveaux outils de pliage..
Les flè- ches 9 indiquent sur la fig. 6 les points d'assemblage par soudure des élé- ments d'aubes 7 et 8.
Sur les figs. 7 à 9, qui montrent un autre mode de réalisation de l'objet de l'invention, 11 désigne un disque moyeu portant un élément d'aube soudé 131 (fig. 8), tandis que 12 désigne un disque de recouvrement portant un élément d'aube soudé 132 (fige 9). En 13 de la fig. 7 est .indi- quée l'aube constituée par les éléments 131 et 1320 Les points de soudure 14 indiqués sur la figo 7 sont pratiqués pendant ou avant la soudure de l'élément d'aube 131 sur le disque moyeu 11, tandis que les points de sou- dure 15 ne sont pratiqués que pendant l'assemblage des deux éléments d'aube 131 et 132 pour le montage.
Grâce aux possibilités offertes par ce mode d'assemblage, les aubes 13 de la roue que montre la figo 7 sont prolongées vers l'intérieur.
L'élément d'aube 131 fixé par soudure au disque moyeu 11 présente sur le bord d'attaque une arrête profilée résultant du pliage de la tôle et qui est indiquée en traits mixtes sur la figo 8. L'aile repliée s'arrête encore dans ce cas parallèlement à l'axe pour les raisons indiquées précé- demment.
Dans les modes de réalisation décrits, la fabrication des élé- ments d'aube et l'obtention d'une adaptation satisfaisante des surfaces de contact ne présentent aucune difficulté particulière.,notamment si les éléments d'aube présentent une surface géométriquement simple, faisant par exemple partie d'un cylindre de section circulaire. Les petites différen- ces éventuelles se laissent alors facilement rectifier par la pression de soudure.
Les figs. 10 à 13 représentent un mode de réalisation dans le- quel les aubes d'une roue de compresseur se composent d'un nombre d'élé- ments supérieur à deux. Un élément d'aube 171 à deux ailes est soudé sur un disque moyeu- 15 (fige 13) Un autre élément d'aube à deux ailes 172 est soudé à un disque de recouvrement 17. A ce disque 17 est également sou- dée une tôle intermédiaire 18. Au cours de l'assemblage de la roue, le dis- que moyeu 15 et le disque de recouvrement 17 sont rapprochés l'un de l'autre de façon que la languette formée par la tôle intermédiaire 18 vienne s'enga- ger entre les ailes de l'élément d'aube 171 soudées au disque moyeu 15.
Dans cette position, l'assemblage avec l'élément d'aube 171 a lieu par des points de soudure indiqués par les flèches 19 (figo 13). Les points de soudure 20 et 21 (fig. 13) sont pratiqués pendant ou avant la soudure des éléments d'au- be 171 et 172 avec le disque moyeu 15 et avec le disque de recouvrement 17.
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Les points de soudure 19 ne sont pratiqués que pendant l'assemblage de la roue.
La fig. 14 montre de quelle manière les éléments d'aube 171 peuvent être préparés pour la soudure avec le disque moyeu 15 (ou avec le disque de recouvrement) pour améliorer la qualité de la soudure. A cet effet, l'élément d'aube 171 reçoit des évidements profonds 22 par lesquels l'influence de courants électriques secondaires sur les points déjà soudés est rendue pratiquement impossible. Ces évidements 22 doivent être orien- tés sensiblement dans la direction des lignes de force qu'on prévoit pendant la marche.
En 23 et 24 sont indiquées les électrodes de soudure par points destinées à l'obtention des points de soudure 200
Les modes de réalisation que montrent les figs. 10 à 14 offrent le grand avantage que les angles des canaux, lesquels sont défavorables à l'écoulement sont supprimés sans aucune augmentation du poids, ce qui ré- duit également la surface des canaux et, par conséquent, la résistance due aux frottements ainsi que les tourbillons perturbateurs résultant des an- gles.
Si les éléments des aubes sont incurvés transversalement par rapport à la direction de l'écoulement, avec un rayon de courbure tel que la forme de leur section se rapproche au mains à peu près de celle d'une chaînette, il est possible de réduire largement les tensions 'se présentant dans la tôle des aubes et on peut obtenir un faible poids, même pour les aubes de rotors de très grandes dimènsions, ce qui diminue les contraintes imposées aux disques du rotor.
' @ Sur le bord de fuite, la forme des canaux peut se raccorder pro- gressivement à une section rectangulaire ou à peu près rectangulaire pour réduire les pertes de sortie. La modification de largeur des aubes peut être réalisée sans difficulté pendant la fabrication, lorsque le bord est parallèle à 1;axe sur une longueur déterminée. Le joint de raccorde- ment 25 peut être meule avant la soudure finale aussi bien sur le côté-' du disque de recouvrement que sur le côté du disque moyeu ce qui permet d'éviter pratiquement des irrégularités au joint.
Ainsi que le montre la fig. 13, les deux ailes des éléments d'aube 171 et 172 délimitent deux cavités qui peuvent servir à l'aspira- tion de la couche-limite ou même au refroidissement des aubes par l'inté- rieur .
Les figs. 15 à 17 représentent d'autres modes de réalisation d'aubes compo- sées d'un nombre d'éléments supérieur à deux. Dans le mode de réalisation que montre la figo 15, l'élément de liaison entre les éléments d'aube 26 et 262, fixés avant l'assemblage par des points de soudure 27 et 28 au dis- que moyeu 29 et au disque de recourvrement 30, est constitué par une forte tôle intermédiaire 31.
L'assemblage peut être effectué par des points de soudure indiqués par les flèches 32, ou au joint 33 entre les deux éléments 261 et 262 à l'aide d'une soudure à fusion automatique ou semiautomatique, par exemple à l'aide d'une soudure Ellira. Dans ce cas, comme du reste dans tous les autres exemples on peut en principe remplacer la soudure par points par une soudure tendre.
La fig. 16 représente un mode de réalisation dans lequel les ailes axiales des éléments d'aube 341 et 342 sont fortement raccourcies.
La tôle de liaison 35 engagée sur ces ailes est faite en deux éléments.
Sur le bord d'attaque, cette tôle est repliée sur elle-même et reçoit un profil d'aile tel que le montre la fig. 6 par exemple. Dans ce cas on obtient aussi une cavité entre les éléments 341,342, et 35, cavités qui peuvent servir à l'aspiration de la couche-limite ou au refroidissement des aubes par l'intérieur.
Dans le mode de réalisation que montre la fig. 17, l'aube est composée de deux éléments 361, 362 et d'un élément intermédiaire 37. Une aube de ce genre peut être rectiligne ou incurvée en arc de cercle de sorte qu'il est possible, après la fixation des.éléments 361 et 362 res- pectivement au disque moyeu 38 et au disque .de recouvrement 39, de glisser l'élément intermédiaire 37 de l'extérieur ou de l'intérieur sur les éléments
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361 et 362 et de procéder ensuite à la liaison
Les modes de réalisation décrits concernent les moyens pour la construction de rotors de compresseur à écoulement radial. Mais ces modes de réalisation conviennent également aux turbines à écoulement radial.
Dans ce cas, notamment, il peut être indiqué de refroidir les aubes par l'intérieur. Les modes de réalisation décrits sont également applicables aux aubes directrices fixes, par exemple dans les étages d'inversion.
Revendications o
1.- Turbo- machine à écoulement radial dans laquelle les aubes destinées à former les canaux sont reliées à deux disques latéraux délimi- tant les canaux, caractérisée en ce que chaque aube est faite en au moins deux éléments dont l'un est fixé à l'un des disques et 1-'autre à l'autre disque avant l'assemblage des aubes et des disques pour le montage du rotor, de façon que ce montage puisse avoir lieu par le seul assemblage des éléments d'aube entre eux et sans la fixation des éléments d'aube sur l'un des disques.