Diffuseur

Le diffuseur et la roue compresseur (impeller) forment un couple indissociable et complémentaire. La roue compresseur est chargée de donner de la vitesse au flux d’air aspiré par les pales de son inducteur. Après avoir été dévié de 90°, à l’intérieur même de l’impeller, le flux d’air est ensuite expulsé à grande vitesse par l’expulseur vers l’entrée du diffuseur. Le rôle du diffuseur est de transformer la vitesse de l’air (énergie cinétique) en pression. Ce mécanisme n’est possible qu’en le faisant circuler dans un passage divergent, étroit en entrée, évasé en sortie. Un autre renvoi d’angle dirige cette fois le flux d’air ralenti vers la chambre après lui avoir fait traverser un deuxième diffuseur également redresseur. L’effet recherché est de ralentir à nouveau le flux afin d’augmenter encore la pression mais aussi de le laminer de façon à le présenter correctement autour de la chambre.

J’ai donc essayé d’appliquer la théorie en façonnant un rond en aluminium et, comme toujours, le passage de l’un à l’autre est jalonné de dilemmes… Au final, il faut trancher et fraiser!

Mes choix

J’ai pris l’option suivante : 12 coins (wedges) pour le diffuseur radial et 6 pales (blades) pour le rouet (impeller) . Avec du recul, je me suis aperçu que ce choix n’était peut-être pas tout à fait pertinent (je m’en explique dans la page Entrée d’air).

En effet, ma micro-turbine fait énormément de bruit au démarrage. Je me permets de vous rappeler qu’elle n’est pas encore parvenue à l’autonomie… Je sais également que les turboréacteurs équipés de compresseurs centrifuges ont la réputation d’être très bruyants mais ça n’explique pas tout…

J’ai prévu de réduire le nombre d’aubes du nouveau diffuseur axial qui passera de 48 à 36 (48 sur la photo). Il est actuellement en cours d’élaboration et sera doté d’aubes profilées contrairement à l’actuel. Je pense ainsi renforcer l’effet divergent des aubes en les faisant plus grosses (plus espacées) et donc moins nombreuses.

Le diffuseur actuel et celui en construction sont tous deux issus d’un rond d’aluminium 2017A. Ce sont des pièces tournées qui doivent avoir une géométrie parfaite. Les usinages sont concentriques ce qui implique de bien déterminer à l’avance leur ordre. Tout démontage, remontage d’une pièce sur mandrin entraîne une perte de concentricité. Il faut donc l’éviter et ne réserver le démontage/remontage que pour des usinages non déterminants.

Le shroud se monte en se centrant sur le diffuseur grâce à une gorge circulaire.

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gorge de centrage sur shroud

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segment de centrage sur chacune des aubes du diffuseur radial

Le diffuseur se fixe en se centrant sur la flasque inox du moyeu à l’aide de 3 vis M3.

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on aperçoit le trou de passage du lubrifiant et l’une des cages à roulement. Les 3 trous M3 à 120° n’apparaissent pas ici

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Le rôle du diffuseur axial est de redresser le flux d’air qui a tendance à tourner autour de la chambre et de le ralentir en augmentant la pression. Il comporte 48 aubes divergentes dépourvues de profil. Je regrette ce choix. Le diffuseur axial en cours d’élaboration n’en comptera plus que 36 mais ses aubes seront divergentes et auront un profil. Affaire à suivre…

Tout cela serait incomplet sans un usinage particulièrement intéressant. Il s’agit de créer un entrefer entre l’expulseur du rouet et le bord d’attaque des aubes du diffuseur radial. Cet entrefer, également appelé diffuseur lisse, évite des désagréments (voire le pompage). Sans lui le compresseur n’assurerait plus son rôle et cela se traduirait par l’apparition de fortes vibrations à haut régime. J’ai effectivement eu de forts à-coups vers 30.000trsmn mais étaient-ils pour autant liés à l’absence d’entrefer?…  Le taux recommandé de l’entrefer se situe entre 1.04 et 1.06 (diamètre bord d’attaque du diffuseur/diamètre expulseur). J’ai prévu d’emblée de porter cette valeur à 1.04 sur le diffuseur en cours de réalisation. Pour un mécanicien qui recherche l’ajustement idéal (sans jeu) c’est assez déroutant mais facile à réaliser… Une autre solution serait de diminuer le diamètre de l’impeller mais je ne  la retiens pas. Les caractéristiques en seraient altérées en particulier celles du trim. On trouve sur le web un grand nombre de documents traitant du sujet.

L’entrefer est utilisé sur les pompes à compresseur centrifuge mais la présence d’un entrefer sur un turboréacteur à compresseur centrifuge est-elle nécessaire ?

Les diffuseurs du commerce sont usinés sur des fraiseuses à commande numérique cinq axes. N’ayant pas ce type de machine à ma disposition, je dois compenser en réalisant plusieurs montages adaptés à chaque usinage. Vous pouvez consulter l’article “Diffuseur2 & shroud2 en cours de réalisation” pour de plus amples explications…

 

nouveau diffuseur