Advantages et inconvénients des pales axiales en aluminium

 

La première génération de pales axiales en aluminium a été coulée entièrement en aluminium. Le moulage peut produire une bonne forme aérodynamique, mais l'aluminium a aussi des points faibles en tant que matériau. Les forces de traction et de compression admissibles sont ainsi nettement inférieures à celles de l'acier. La résistance de l'aluminium diminue rapidement avec des températures plus élevées et le matériau commence à couler. Des inclusions et des fissures peuvent se produire pendant le processus de coulée. Certains défauts peuvent être détectés par les rayons X, d'autres peuvent ne pas l'être.

Le forgeage de l'aluminium présente également peu d'avantages, car le point de fusion de l'aluminium est beaucoup plus bas et le matériau devient mou à des températures plus basses.   

Les domnées élémentaires firées de la nature ont été prises en compte pour la porchaine génération de pales axiales. Les formes de vie simples comme les méduses et les vers et la premiére génération de pales axiales n'ont pas de squelette

     

L'aluminium donne la forme aérodynamique. L'âme interne en acier assure la résistance nécessaire, surtout à haute température, par exemple en cas d'incendie, lorsqu'un désenfumage est nécessaire. Une température de 400°C, par exemple, ne modifie pas significativement les propriétés de l'acier, alors que l'aluminium n' a pratiquement plus de résistance.

Au fil du temps, des noyaux d'acier de différentes formes ont été développés, toujours optimisés en fonction des exigences respectives. Les noyaux doivent avoir une liaison solide avec l'aluminium et le stabiliser, surtout à haute température. Ils ressemblent à des sapins de Noël sous forme d'arbres de Noël, c'est pourquoi les noyaux d'acier de Witt & Sohn AG sont également appelés X-mas-Tree.

 

Versions de pales axiales en aluminium

Il existe des types de base de pales axiales en aluminium:

  • Typ A : pales et moyeu monobloc
  • Typ B : pales et moyeu coulés séparément et reliés entre eux

Pour les rotors de type B, il existe plusieurs méthodes de fixation des pales:

  • Typ B1: boulon de pale fixé entre deux parties du moyeu

  • Typ B2: pales avec boulons en acier séparés fixés au moyeu
  • Typ B3: pales avec boulon en acier coulé fixé au moyeu (Christmas Tree®)

 

Procédé de coulée et probléme éventuel

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Plus un procédé de coulée est complexe, plus la probabilité d'erreurs est élevée (par expemple dans le cas de rotos monoblocs). Plus une piéce moulée est mince, plus le risque de défauts est grande (p. ex pales longues trés étroites). Dans les deuc cas, des tests intensifs et approfondis, par exemple aux rayons X, sont obligatoires pour éviter des ruptures ultérieures de pales ou de rotors dues á des défauts matériels non détectés.

Résistance de I'aluminium (surtout á haute température)

Récemment, les exigences en matière de ventilateurs axiaux ont considérablement augmenté.

  • Vitesses de pointe plus élevées (forces centrifuges plus élevées)
  • Pression / poussée plus élevée (forces axiales plus élevées)
  • Risque de décrochage dû à un fonctionnement dans la plage de courbe caractéristique défavorable (moins de réserves du système, forces dynamiques plus élevées et moins > rupture par fatigue)
  • Résistance thermique plus élevée (situation d'urgence - au-dessus de 400°C/2h)

Par rapport à l'acier simple, l'aluminium est nettement plus résistant à la corrosion que l'acier, tandis que l'acier est trois fois plus résistant. (≈ 70 MPa à 20°C au lieu de ≈ 235 MPa pour l'acier) En outre, la résistance diminue rapidement à mesure que les températures augmentent. Au-delà de 300°C, l'aluminium n' a plus de résistance significative, tandis que l'âme en acier ne subit pratiquement aucune perte de résistance.

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Vue d'ensemble des différentes versions

Type Description Hauteur réglable  Vitesse de pointe possible Température possible Contrôle qualité approfondi requis Coûts de production
A Rotor en aluminium entiérement moulé no high low no low
B1 Pales en aluminium pur fixées au moyeu yes low low yes low
B2 Pales en aluminium pur fixées á l'aide boulon(s) en acier yes low low yes low
B3 Pales en aluminium moulées dans le squelette yes high high no high

 

Évaluation finale: les rotors de type B (pales en aluminium avec noyau en fonte d'acier) peuvent résister aux charges les plus élevées, tout en étant néanmoins les plus chers