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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2514416A1
Family ID 1853294
Probable Assignee Eljer Mfg
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title CONSTRUCTION DE TURBOCOMPRESSEUR
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE UNE CONSTRUCTION DE TURBO-COMPRESSEUR DU TYPE A
CARTER DE TURBINE DIVISE. POUR EMPECHER UNE RUPTURE OU FISSURATION DE
LA CLOISON DE SEPARATION 34 QUI DIVISE LE CARTER 12, 16 EN DEUX
CHAMBRES 36, 38, CETTE CLOISON EST SEPAREE DU CARTER ET DES MOYENS
SONT PREVUS POUR PERMETTRE A AU MOINS LA PLUS GRANDE PARTIE DE LA
CLOISON DE SE DEPLACER RADIALEMENT PAR RAPPORT AU CARTER. A CET EFFET,
PAR EXEMPLE, LE CARTER COMPORTE UNE RAINURE ANNULAIRE DANS LAQUELLE LE
BORD DE LA CLOISON EST MONTE AVEC UN JEU RADIAL 33.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention se rapporte aux turbocom-
presseurs et plus particulierement a une construction de
carter pour la partie de turbine d'un turbocompresseur.
Les turbocompresseurs sont des dispositifs eco-
nomiseurs d'energie pour des moteurs a combustion interne, en
particulier des moteurs diesels pour camions, tracteurs
et analogues Un turbocompresseur peut etre considere com-
me une turbine et un compresseur combines, les roues de la turbine et
du compresseur etant accouplees ou reliees entre elles par un arbre
commun Les gaz d'echappement provenant d'un moteur a combustion
interne sont envoyes a la roue de turbine Les gaz traversent la roue
de turbine, ce qui permet l'extraction d'energie des gaz et provoque
la rotation de ladite roue Les gaz sont ensuite envoyes a 1 '
echappement La roue du compresseur comprime l'airambiant et
l'introduit dans la conduite d'admission du moteur Un turbocompresseur
est, par consequent, un dispositif pour
refouler a une pression elevee gavage) de l'air ou un me-
lange combustible-air dans un moteur a combustion interne,
le turbocompresseur utilisant l'energie (pour faire tour-
ner la roue de la turbine) contenue dans les gaz d'echap-
pement autrement dissipes A la difference du compresseur bien connu
qui preleve la force motrice necessaire pour
entrainer la roue du compresseur directement sur le vile-
brequin, le turbocompresseur tire sa force motrice de 1 '
energie contenu dans les gaz d'echappement.
La presente invention se rapporte a un perfec-
tionnement apporte au carter de la partie de turbine d' un
turbocompresseur Dans certaines applications, on a trouve commode de
diviser la chambre torique ou en forme d'anneau formee a l'interieur
du carter de turbine en deux parties, ces deux parties etant
delimitees par une cloison de separation circulaire s'etendant
radialement et par le reste du carter La cloison de separation s'
etend a partir d'une partie la plus exterieure du carter et, de la,
radialement vers l'interieur en direction de l'etranglement annulaire
par lequel les gaz d'echappement
s'ecoulent jusqu'a la roue de turbine La turbine est ha-
bituellement du type a ecoulement radial centripete Des exemples d'une
telle construction de carter sont represen- tes dans les brevets des
EUA no 3 270 495, delivre le 6 Septembre 1966,au nom de Connor, et N O
3 292 364, delivre
le 20 Decembre 1966 au nom de Cazier.
Dans une construction de turbocompresseur du ty-
pe a carter divise typique, telle qu'illustree dans ces
deux brevets americains, le carter pour la partie de tur-
bine du turbocompresseur ainsi que la cloison de separa-
tion s'etendant radialement sont formes en une seule pie-
ce, par exemple en fonte de iron Pendant le fonctionnement du
turbocompresseur, les gaz d'echappement chauds, arrivant
dans le turbocompresseur en provenance des cylindres du mo-
teur a combustion interne entrent dans l'une des deux -
chambres formees dans la partie de turbine du carterr ou dans
ces deux chambres Ces gaz sont tres chauds et, par conse-
quent, ils provoquent des changements dans les dimensions du carter,
ces changements etant dus a l'effet habituel de la dilatation
thermique qui decoule de l'accroissement de la temperature La cloison
de separation et le carter ont tous deux tendances a se dilater
radialement lorsque la temperature s'eleve Cependant, la cloison de
separation atteint les temperatures plus elevees que le carter du fait
que cette cloison de separation est exposee aux gaz chauds sur ses
deux surfaces tandis qu'une surface de la
paroi du carter est exposee a l'air ambiant plus froid.
Du fait de cette difference de temperature, la dilatation thermique
non contenue de la cloison de separation serait
plus grande que celle du carter dans la direction radiale.
La moindre dilatation du carter contient la dilatation thermique de la
cloison de separation, induisant ainsi des contraintes thermiques
indesirables dans la cloison
de separation En outre, la forme du carter de turbine di-
vise est auto-contraignante en ce sens que des changements
de temperature produisent des contraintes thermiques, me-
me en l'absence de gradients de temperature, accroissant S ainsi les
niveaux de contrainte globaux On a trouve que
ces contraintes ont eu quelquefois pour effet une defail-
lance ou une fissuration de la cloison de separation avec
une panne consecutive du turbocompresseur.
Conformement a l'enseignement de la presente in-
vention, le probleme de la dilatation radiale differentiel-
le est resolu Pour obtenir ce resultat, le turbocompres-
seur et la cloison de separation sont fabriques separement, dans un
mode de realisation, la peripherie radialement la plus exterieure de
la cloison de separation s'etendant dans une rainure formee dans la
partie adjacente de la chambre du carter de la turbine Un jeu radial
est prevu
entre la partie radialement la plus exterieure de la cloi-
son de separation et la partie radialement la plus exte-
rieum-de la rainure dans laquelle la peripherie de la cloi-
son de separation s'etend et est disposee Grace a cette
construction, la cloison de separation peut se dilater ra-
dialement, coulissant radialement vers l'exterieur a l'in-
terieur de la rainure a sa peripherie la plus exterieure au cours du
fonctionnement, et n'induit aucune contrainte dans le carter, un tel
mouvement radial etant pratiquement non entrave Par consequent, on
evite qu'il se produise des contraintes induites thermiquement dans la
cloison de separation La peripherie radialement la plus exterieure de
la cloison de separation est, de preference cannelee
ou striee de facon a former des segments axialement deca-
les alternant angulairement, les segments etant sollicites
normalement en eloignement les uns des autres dans une di-
rection axiale de facon a produire ainsi une action de cen-
trage ou de positionnement entre le carter et la cloison de separation
Pour faciliter le montage, le carter est fabrique en deux parties,
l'une des parties etant munie d'une encoche annulaire continue de
sorte que, lorsque les deux parties sont jointes, il est forme une
rainure
annulaire continue De preference, la cloison de separa-
tion est formee en une matiere resistant a la chaleur,
telle que de l'acier inoxydable, qui peut avoir un coef-
ficient de dilatation thermique plus eleve que celui de
la fonte de iron dans laquelle le reste du carter est forme.
Selon une autre variante de l'invention, le ra-
yon le plus exterieur de la plaque de separation est egal au rayon le
plus exterieur de la rainure du carter qui la recoit, la plaque de
separation etant formee avec un joint de dilatation annulairement
continu Dans cette seconde construction, la dilatation vers
l'exterieur de la partie principale de la cloison de separation
circulaire est absorbee par le joint de dilatation, seule la
dilatation de la partie de bord la plus exterieure de la cloison de
separation exercant une force dirigee radialement vers
l'exterieur contre le carter de la turbine.
D'autres caracteristiques de l'invention appa-
raitront a la lecture de la description qui va suivre et
a l'examen du dessin annexe dans lequel: la figure 1 est une vue en
coupe longitudinale d'une partie de carter de turbine de
turbocompresseur construite conformement a la presente invention,
cette
vue montrant egalement la position de la roue de turbi-
ne habituelle et de la roue de compresseur associee au carter;
la figure 2 est une vue de cote de la cloi-
son de separation de la figure 1; et la figure 3 est une vue partielle
semblable
a celle de la figure 1 et qui represente une variante.
Sur le dessin auquel on se referera maintenant,
la reference generale 10 designe un carter pour la par-
tie de turbine d'une turbocompresseur Le carter est an-
nulairement continu et est forme par une premiere moitie
ou demi-carter 12 qui comporte une serie de pattes 14 an-
gulairement espacees qui en font partie integrante La
reference 16 designe un demi-carter ou moitie complemen-
taire qui comporte egalement une serie de pattes 18 angu- lairement
espacees qui, lors de l'assemblage des moities,
sont disposes en coincidence avec les pattes 14 La refe-
rence 20 designe une rainure annulairement continu dans laquelle
s'adapte un joint d'etancheite 22 annulairement
continu forme, par exemple, en fil metallique La refe-
rence 24 designe un rivet ou boulon servant a fixer en-
tre elles les pattes complementaires 14 et 18 On pour-
rait utiliser d'autres moyens, tels qu'une soudure, pour
joindreentre elles les moities (pieces 12 et 16) La re-
ference 28 designe une entaille s'etendant radialement formee sur une
face de la partie de rebord exterieure
de la moitie du carter 12 tandis que la reference 29 de-
signe une partie de paroi circulaire s'etendant axiale-
ment qui s'etend jusqu'a la face de la partie de rebord
de la moitie de carter, a partir de l'entaille 28.
La reference 30 designe l'un quelconque des
segments d'une serie de segments s'etendant circonfe-
rentiellement, axialement decales, disposes a la peri-
pherie d'une cloison de separation circulaire en forme de disque, la
cloison de separation etant designee par la referenoe 34 La cloison
circulaire 34 est perceed'une ouverture centrale de facon a pouvoir
recevoir la roue
de turbine 46 La reference 33 designe une espace ou in-
tervalle libre s'etendant radialement entre la partie ra-
dialement la plus exterieure de la paroi 34 (qui compor-
te les segments 30) et la partie de paroi 29 s'etendant axialement. La
reference 36 designe une premiere chambre
de turbine annulairement continue tandis que la referen-
ce 38 designe une seconde chambre de turbine annulaire-
ment continue, ces deux chambres etant delimitees par la cloison de
separation 34 qui s'etend radialement vers l'interieur dans le carter
12, 16 La reference designe une partie radialement la plus interieure
de la moitie de carter 12 tandis que la reference 42
designe une partie de carter radialement la plus in-
terieure de la moitie de carter gauche 16 Un etran-
glement 44 est defini comme la partie radialement la plus interieure
des chambres 36, 38 dans la region adjacente aux parties 40, 42 La
reference 46 designe une roue de turbine classique tournant autour
d'un axe 47, la roue de 'turbine faisant tourner une roue de
compresseur 48, la roue de turbine 46 et la roue de compresseur 48
etant toutes les deux montees sur
un arbre commun 50 Le fonctionnement est le suivant.
Des gaz d'echappement chauds sont intro-
duits par des conduits appropries, formes dans le tur-
bocompresseur (non represente), dans l'une des cham-
bres annulaires 36 et 38 ou dans les deux Les gaz
s'ecoulent radialement vers l'interieur par l'ouver-
ture etranglee 44 et sur la peripherie de la roue de turbine 46 Il
s'ecoulent ensuite le long des pales et entre les pales de la roue de
turbine et sortent ensuite dans une direction approximativement axiale
pouretre ensuite evacues La rotation de la roue de
turbine 46 provoque la rotation de la roue de compres-
seur 48 de facon ainsi a comprimer de l'air ambiant pour envoyer
ulterieurement de l'air ou un melange combustible-air au moteur a
combustion interne Les
parties restantes du compresseur, telle que les car-
ter du compresseur, n'ont pas ete representees etant
donne qu'elles n'entrent pas dans le cadre de la pre-
sente invention et sont bien connues dans-cette techni-
que.
Au cours du fonctionnement, la cloison de se-
paration 34 se dilate radialement dans une mesure supe-
rieure a la dilatation radiale des parties de carter 12 et 16 Grace au
jeu ou espace libre 33, la peripherie
exterieure de la cloison de separation peut se depla-
cer radialement vers l'exterieur sans etre retenue de -
facon ainsi a eviter les contraintes mecaniques qui au-
trement se produiraient dans la cloison de separation
si sa peripherie exterieurin'etait pas libre de se de-
placer radialement vers l'exterieur Une telle absence de liberte de
mouvement radialement vers l'exterieur a ete une caracteristique des
constructions de carter de
turbine a cloison de separation anterieures et a con-
duit, comme note ci-dessus, a des defaillances dans la cloison. La
fonction des segments alternes axialement
opposes est triple En premier lieu, les segments per-
mettent de meilleures tolerances de largeur de la rai-
nure etant donne que leur largeur est plus facilement
commandee que l'epaisseur de la tole metallique de de-
part En second lieu, les segments n'offrent qu'un con-
tact lineaire avec les pieces coulees de sorte que le frottement entre
la cloison de separation et les pieces coulees peut etre commande En
troisiemelieu, la forme
sinueuse des segments permet d'etablir une charge axia-
le prealable commandee aux fins du positionnement de la cloison de
separation, c'est-a-dire que les segments fonctionnent comme une
rondelle ondulee elastique de sorte que la charge prealable, au
montage, peut etre
reduite au minimum.
Sur la figure 2, a laquelle on se referera
maintenant, on a represente une vue laterale qui mon-
tre la configuration gaufree ou ondulee de la periphe-
rie la plus exterieure de la cloison de separation cir-
culaire 34 On voit que la peripherie 30 prend une con-
figuration sinueuse ou ondulee.
Dans un mode de realisation specifique de 1 ' invention, la cloison de
separation 34 est fabriquee en acier inoxydable austenitique AISI 321,
les moities
de carter 12 et 16 etant fabriquees en fonte nodulaire.
Sur la figure 3 a laquelle on se referera main-
tenant, on a represente une variantede la cloison de se-
paration 34 Dans ce mode de realisation, la peripherie
exterieure de la cloison de separation peut etre egale-
ment gaufree ou autrement deformee pour tenir compte des
differences de dilatation thermique Le lecteur observe-
ra qu'il n'est besoin d'aucun jeu semblable au jeu 33 du
mode de realisation de la figure 1 Dans ce mode de rea-
lisation, le mouvement radial de la majeure partie du dis-
que 34 ', qui est semblable au disque 34, par rapport au
carter est rendu possible par un joint de dilatation an-
nulairement continu constitue par une rainure 60 formee
dans le disque La rainure 60 est delimitee par des par-
ties 62 et 64 s'etendant axialement et par une partie 66
s'etendant radialement Le lecteur comprendra que la rai-
nure a une etendue circonferentielle ou annulaire conti-
nue et est, de preference, situee au voisinage de la par-
tie radialement la plus exterieure de la cloison de sepa-
ration 34 La section d'expansion 60 peut etre formee
par estampage du disque qui definit la cloison de separa-
tion Le lecteur sera maintenant a meme de concevoir fa-
cilement que la dilatation radiale de la cloison de sepa-
ration 34 ', telle que provoquee par les temperatures ele-
levees, provoque une deformation du joint de dilatation Grace au joint
de dilatation 60, les forces radiales
qui decoulent de temperatures elevees provoquent une de-
formation du joint de dilatation 60 par opposition a 1 ' accumulation
de contraintes indesirablement elevees dans la cloison de separation
34 ' La dilatation des parties du disque situees radialement a
l'interieur du joint de dilatation est absorbee par le joint de
dilatation La
dilatation radiale de la partie du disque situee radiale-
ment au-dela du joint de dilatation engendre des contrain-
tes dans cette partie mais ces contraintes, etant moins
importantes, ne provoquent pas de defaillances Sur la fi-
gure 3, le bord de la cloison de separation 34 ' a ete re- presente
espace de la paroi 29 de la rainure, et plus
epais que le reste du disque pour la clarte de l'illustra-
tion.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Une construction de turbocompresseur du ty-
pe a carter de turbine divise comprenant des premiere et
seconde chambres de turbine annulaires ( 36,38) pour rece-
voir des gaz chauds, lesdites chambres etant positionnees a
l'interieur d'un carter annulaire ( 12,16), une roue de
turbine ( 46) positionnee radialement a l'interieur des-
dites chambres annulaires, la partie radialement la plus
interieure dudit carter comportant un etranglement annu-
laire ( 44), la roue de turbine etant positionnee radiale-
ment a l'interieur de l'etranglement et recevant les gaz chauds
s'ecoulant radialement vers l'interieur a travers l'etranglement de
faccnainsi a faire tourner la roue de turbine, la roue de turbine
etant accouplee a une roue de compresseur ( 48) qui en est axialement
espacee, la roue de compresseur etant agencee pour comprimer l'air,
les premiem Bet seconde chambres annulaires etant deli-
mitees par une cloison de separation ( 34,34 ') angulai-
rement continue s'etendant a partir de la partie radia-
lement la plus exterieure du carter en direction dudit etranglement,
cette construction etant caracterisee en ce que:
1) La cloison de separation ( 34,34 ') est separa-
ble du carter, la peripherie radialement la plus exterieu-
re de la cloison de separation etant recue dans une rainu-
re annulairement continue formee dans le carter; 2) des moyens (
33,60) sont prevus pour permettre
au moins a la plus grande partie de la cloison de separa-
tion d'etre l'objet d'un mouvement radial par rapport au carter; si
bien que la dilatation radiale de la cloison de separation, provoquee
par les temperatures elevees, peut s'effectuer pratiquement
independamment des changements de dimensions du carter provoques par
de telles temperatures
elevees.
2 Construction de turbocompresseur selon la re-
vendication 1, caracterisee en ce que le carter est forme par deux
moities de carter ( 12,16) annulairement continues, l'une ( 12) de ces
moities de carter comportant au moins une partie ( 28,29) de la
rainure annulairement continue. 3 Construction de turbocompresseur
selon l'une
des revendications 1 et 2, caracterisee en ce que les mo-
yens permettant un mouvement radial sont constitues par un espace
radial libre ( 33) forme entre la peripherie
radialement la plus exterieure de la cloison de separa-
tion ( 34) et la peripherie ( 29) radialement la plus ex-
terieure de la rainure.
4 Construction de turbocompresseur selon la re-
vendication 3, caracterisee en ce que la peripherie radia-
lement la plus exterieure de la cloison de separation ( 34)
est munie de segments ( 30) decales axialement dans des di-
rections opposees, les segments etant alternativement en
contact avec les cotes axiaux opposes de la rainture.
Construction de turbocompresseur selon l'une
des revendications 1 et 2, caracterisee en ce que les mo-
yens permettant un mouvement radial sont constitues par un joint de
dilatation ( 60) angulairement continu forme en une seule piece avec
la cloison de separation ( 34 ') et dispose radialement plus proche du
carter que de la partie radialement la plus interieure de la cloison
de separation. 6 Construction de turbocompresseur selon l'une
des revendications 3 et 5, caracterisee en ce que les ma-
tieres dans lesquelles le carteret la cloison de separa-
tion sont construites ont des coefficients de dilatation
thermique differents.
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