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"Perfectionnents aux machines Hydrauliques à écoulement axial,
Cette invention se rapporte aux pompes, turbines à réaction ou autres machines hydrauliques du type à rotor en hélice, dans lesquelles la direction générale de 1'écou lement du fluide à l'endroit du rotor est ou devient sensi- blement parallèle à l'axe de celui-ci. Pour fonctionner ef- ficacement en pratique comme pompe ou turbine, une machine de ce genre doit habituellement comprendre des aubes direc- trices appropriées montées d'un ou des deux côtés du rotor,
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ainsi qu'une enveloppe conformée de manière à favoriser l'é- coulement.
Dans une pompe à hélice à écoulement axial la ro- tation commandée du rotor produit dans le fluide soumis à son action, un courant en spirale qui peut être decomcs en un curant axial et une giration circonférentielle. En gé- néral} si l'on néglige les pertes diverses dues au frotte- ment, aux remous et aux fuites et le léger gain dû a l'éner- .-le cinétique recouvrable du courant axial, on peut aire que, tadisque la composante axiale détermine la quantité de flui- de pompée, la composante giratoire est un facteur de l'expres- s ion de la pression ou hauteur de refoulement.
On peut mon- trer théoriquement que la pression produite pour une valeur quelconque du rayon du disque du rotor, est proportionnelle au produit de la giration par la vitesse circnféretielle du rotor correspondant à ce rayon ou, en d'autres termes, est proportionnelle au produit du rayon par la giration corres- pondant à ce rayon, pour une vitesse constante du rotor.
Avec une turbine à hélice à écoulement axial, les conditions générales sont inverses, car dans ce cas la gira- tic.n imprimée au fluide dont l'écoulement est produit par une différence de pression ou hauteur de chute. est un fac- teur important du couple développé au rotor, tandisque le volume de fluide nécessaire pour obtenir la force motrice voulue doit dépendre de la vitesse du courant axial.
Dans les pompes et turbines du type a écoulement axial, des aubes directrices sont habituellement nécessaires du côte admission du rotor, la fonction de ces aubes direc- trices étant d'empêcher la formation d'une giration préala- ble inutile dans le cas des pompes et d'imposer une giration préalable utile dans le cas des turbines bien qu'il soit parfois avantageux de .produire une giration préalable dans
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une turbine à l'aide d'une chambre de giration en spirale.
Des aubes directrices sont habituellement nécessaires dans les pompes du cote refoulement du rotor, quoiqu'on puisse parfois les remplacer par une chambre de giration. Il est rare que des aubes directrices soient nécessaires du côté échappement du rotor dans les turbines, bien qu'on puisse en employer pour satisfaire à certaines conditions.
L'invention a pour but principal d'établir une construction simple de machine hydraulique à. écoulement axial dans laquelle les combinaisons pratiques les plus efficaces de la, giration et du courant axial sont employées dans les conditions du service.
Pour une pompe à écoulement axial dont les pales du rctor forment une vis ou hélice vraie, normale, de pas uniforme, la théorie indique que le courant axial et le glissement sont uniformes pour tous les rayons du disque du rotor, tandisque la giration de refoulement varie directe- ment avec le rayon et que la pression de refoulement produite varie directement suivant le carré du rayon. La courbe de pression est donc une parabole et la surface représentant la répartition de la pression sur le disque du rotor est un parabooîde de révolution. Il y a par suite une grande dif- férence entre la pression engendrée près de l'axe -du rotor et celle produite près de sa périphérie, et cette courbe de pression fortement inclinée implique une tendance à la formation d'un contre-courant vers le centre du disque du rotor.
Cet inconvénient a conduit a. employer couramment des moyeux de relativement grands diamètres, en vue de diminuer dans son ensemble la courbe des pressions et d' obtenirde meilleures conditions hydrodynamiques en supprimant les va- leurs les moins élevées de la pression.
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Si l'on ne considère que la seule repartition de la pression, la condition, idéale serait d'avoir une pres- sion uniforme pour toutes les valeurs du rayon, mais en pratique cela implique des conditions d'écoulement anormales et une mauvaise répartition du pas des pales du rotor, à moins qu'on n'emploie des moyeux ae très grands diamètres.
On a fait de nombreuses propositions qui ont eu peur ré- sultat de se rapprocher d'une répartition uniforme de la pression; parmi elles on peut mentionner des dispositifs dans lesquels la vitesse giratoire est amenée à varier in- versement au rayon afin que chaque élément du fluide puisse développer au rotor un couple d'égale puissance.
Pour un pas et un diamètre moyens déterminés du rotor etdu moyeu, ces dispositifs présentent le défaut qu'une proportion exces- sive de la pression de pompage doit être enge drée avec un rayon de faible longueur, ce qui implique une augmentation du pas moyen ou un accroissement de la vitesse de rotation, par comparaison avec un rotor à hélice vraie de même dimen- sion et pour la même force motrice. L'augmentation du pas .moyen exagère l'inclinaison excessive des pales du rotor près de leur base, tandisque l'augmentation de la vitesse de rotation entraîne un accroissement des pertes par frot- tement.
Dans le cas d'une pompe à hélice, une autre objection réside en ce que les aubes directrices du refoulement aussi bien que les pales du rotor ont une tendance à prendre des formes compliquées en ce qui concerne la réparti tien de leur* inclinaisons ou pas.
L'invention a donc aussi pour but d'agencer les détails de la machine de manière à produire, dans la répar- tition de la pression, le compromis pratique le plus favo- ralbe, en combinaison avec un modèle simple et rcbuste
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de rotor développant les vitesses spécifiques les plus éle - vées compatibles avec le souci- d'éviter des pertes par frot- tement indésirables, tandis que les aubes directrices ont de construction simple,
Dans la machine hydraulique à écoulement axial suivant la présente invention, dans laquelle le roter peut être employé seul ou en combinaison avec des aubes direc- trices placées d'un ou des deux côtés de ce rotor,les pa- les du rotor ou les aubes directrices, ou bien les unes et lesautres ,
sont conformées de telle manière que la vitesse linéaire de giration imprimée au fluide qui s'écoule à tra- vers le rotor, soit approximativement la même pour toutes les valeursdu rayon.
Bien entendu, l'expression "imprimer une giration à" comprend aussi le fait d'imprimer une giration supplémen- taire à, un courant de fluide qui a déjà tourné dans le même sens ou dans le sens opposé.
Ainsi par exemple, si le courant de fluide est déjà soumis à une giration constante dans un sens, le fait d'imprimer une giraticn constante analogue dans le sens opposé équivaudra à supprimer toute giration du fluide.
Bien que l'effet giratoire constant suivant l'in- vention puisse âtre obtenu partiellement ou entièrement en donnant une certaine forme aux aubes directrices, on préfère obtenir cet effet uniquement en répartissant convenablement le pas des pales du rotor, que le rotor soit, ou non, em- ployé conjointement avec des aubes directrices.
Dans la définition ci-dessus, le mot "approximati- vement doit être pris dans son sens le plus large de façon à indiquer plus que de petites variations constructives, Ainsila vitesse giratoire peut changer pour différentes
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valeurs du rayon et l'écart par rapport à la vitesse gira- toire noyenne peut dans certains cas atteindre 25 % Une
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analyse nathétuatique montrera plus clairement la nature de l'écart permis par rapport à la condition théorique de la giration constante.
Si ± représente la pression engendrée par le re- foulement du rotor en un point ± écarté de l' axe , et si
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OC)l cl, c2 .... sont des constantes, 1' équation l11athérr,atique de la pression engendrée par un roter à hélice vraie est
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11 = 02r 2à tandisque pour un rotor satisfaisant à la ccndi- tion de la giration constante, 1* équation est h = c1r et que, pour un rotor établi suivant la répartition idéale
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théorique de la pression) elle devient h =co.- Ces équations sont celles des "courbes de pression", et les "surfaces de pression" qui indiquent la répartition de la pres&icn sur les disques du rctor s'obtiennent en faisant tourner ces courbes
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autour de l'axe du rotor.
L'expression "dia6rz..:'..e de pres- sion" va être employée peur désigner la surface située sous la courbe de pression, c'est-à-aire la surface recoupée, entre la courbe de pression et l'axe de référence (à partir duquel les ordonnées de la pression sont mesurées ), par des ordonnées aux abscisses pR et R, où R représente la va-
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leur iuaxiuum du rayon du disque et pR la valeur du rayon au mmyeu.
Si k est le rayon de pressicn", c'est-à-dire ii (:1t>,-p(le radiale du centre de gravité du diagramme de ores- s1en a. partir de l'axe du rotor ( des exposants étant plu- ployés pour désigner des valeurs particulières de ) on peut dire que
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pour le rotor à hélice vraie k2 3 R. 2--=¯L,
2 1 - p3 tandisque pour le rotor à gira- 2 1 - P3
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'i0I1 constante ..,..,, ,* *#. 3 - R. # ' # -# ,
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1 1 - p2
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et pour le rotor â pression constante ka = 2 R. 1 - p 1 - p - 2 R" (1 t p)p
Toutes les constructions de rotor dans lesquelles le rayon de pression a une valeur différente de k1 par moins de 0.075 R (1 - p)permettent d'obtenir une reparti ion sa- tisfaisante de la pression buivant la présente invention.
Ce qui suit peut être considéré comme un exemple de cette définition des limites de variation permises par rapport aux conditions de giration constante'. L'équation h = cn rn représente une famille de courbes de pression dont les trois courbes de pression mentionnées plus haut sont des membres particuliers. Le rayon de pression kn pour un membre quelconque de cette famille de courbes est représenté par
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n + 1 '" p-n + k = n 1 R 1 - p. n ¯2 .
On peut voir que les valeurs limi- n n + 2 1 ¯ pn + 1 tes supérieures et inférieures du rayon de pression mentionné ci-dessus sont obtenues respectivement quand n a des valeurs légèrement plus grandes que 1.5 et légèrement moins grandes que 0,5 Donc toutes les constructions de rotor pour lesquel- les les courbes de pression sont représentées par h = cn rn
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ot) est compris entre oo5 et 1,5, sont comprises dans la définition ci-dessus des limites permises de variation par rapport aux conditions de giration constante.
On remarquera que beaucoup d'autres constructions de rotor, peur lesquel- les les courbes de pression ont une forme mathématique tcta lement différente, donneront aussi une répartiticn satisfai- sante de la pression pourvu que léurs rayons de pression soient compris dans les limites indiquées. ces considérations seront rendues plus claires,:par une comparaison des diagrammes représentés sur les quatorze premières figures des dessins annexés.
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Dans ces dessins :
Figs. 1 et 2 montrent respectivement un diagramme de vitesse et une courbe de pression pour un rotor à hélice vraie,
Figs. 3 et 4 sont des diagrammes analogues peur un rotor à pression constante,
Figs. 5 et 6 sent des diagrammes analogues peur un rotor à giration constante suivant 1'invntion et
Fige* 7 et 8. Figs. 9 et 10, Figs. 11 et 12 et
Figs. 13 et 14 sont des diagrammes analogues pour quatre au- tres constructions de rotor suivant l'invention.
Les autres figures des dessins montrent des dis- positions ecnstructives et seront décrites plus tard.
Dans ces diagrammes comparatifs, la nomenclature suivante est employée : ' r = distance radiale à partir de l'axe du rotor. u = vitesse circonférentielle du rotor. v = vitesse absolue de l'écoulement. w = vitesse de la giration x vitesse axiale théorique. y = vitesse axiale réelle de l'écoulement. h = pression.
ss = angle relatif d'écoulement. angle des aubes drictices d'échappement
Dans chaque diagramme on prend trois rayons r1 r2 r3 et des exposants sont ajoutes à chacun des autres éléments pour indiquer le rayon auquel ils correspondent, le raycn r2 étant à mi-chemin entre les rayons r1 et r3 ces diagrammes sont décrits en supposant que le rotor est employé dans une pompe, mais l'application à une turbine peut être facile- ment obtenue par une simple inversion, de sorte que, par
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exemple,devient l'angle des aubes directrices d'admission.
Avec un rctor quelconque, s'il n'y avait pas de glissement, la rotation des pales tournant avec une vitesse de révolution imprimerait à une particule de fluide situer
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a une distance j de l'axe, une vitesse axiale x ( égale au produit de la vitesse de révolution par le pas )'- En prati- que cependant, il doit y avoir un certain glissement ( dési- gné par ) d'où il résulte que le courant réel de fluide a une composante axiale % ( moindre que le produit de x
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par une quantité :s ) et une composante circonférentielle jv, ces quantités étant reliées entre elles par les équations : x x - y tangente , et --1 w w u La pression 1 engendrée pour une valeur r du rayon
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est proportionnelle â w u et par suite aussi â u2s- Le pas, pour une valeur 1:
du rayon, est égal a et est donc pro- portionnel r p ortionnel â ##"-- - 2'7fn Un rotor est habituellement établi de manière à satisfaire a. certaines conditions de service, et ( sauf quand on spécifie le contraire ) les diagrammes montrent seulement les résultats obtenus lorsque le rotor fonctionne dans les conditions pour lesquelles il a été établi. Dans
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ces conditions, l'angle relatif d'écoulement fi est l'angle réel des pales, et la vitesse axiale théorique x est égale au produit de la vitesse de révolution par le pas.
Toutefois, lorsque le-rotor travaille dans des conditions différentes de celles pour lesquelles il a été établi,l'angle relatif d'écoulement cesse d'être l'angle réel des pales et la vitesse axiale théorique x devient éga
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¯IOdu1t de la vitesse de révolution par le pas virtuel.
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Ces circonstances seront discutées plus à fond en se réfé- rait au rotor à giration constante des Figs. 5 et 6.
Figs. l et 2 se rapportent à un rotor à hélice vraie dont le pas est uniforme pour toutes les valeurs du rayon. On remarquera que la vitesse axiale d'écoulement y et le glissement x-y/.x sont uniformes pour toutes les va- leurs du rayon et que la vitesse de oiraticn w varie direc- tement avec le rayon. La pression 11 est donc proportionnelle au carré du rayon et la courbe de pression est une parabole, comme le montre la Fig. 2.
Figs. 3 et 4 se rapportent à un rotor établi en vue de la répartition idéale théorique de la pression. Dans ce cas, la vitesse de giration w varie inversement au rayon et la pression h est la même pour toutes les valeurs du rayon. On remarquera que 1'angle des pales ss associé avec la plus petite des trois valeurs du rayon, est dans ce cas obtus. Ceci illustre la constatation faite plus haut que ( a moins d'employer des moyeux de grands diamètres) la condi- tion idéale de la pression uniforme implique des conditions d'écoulement anormales et une mauvaise répartition du pas des pales du rotor.
Le diagramme des vitesses et la courbe des pres- sions peur la forme préférée de rotor suivant l'invention sont représentés respectivement sur les Figs. 5 et 6. Dans cette construction, le pas des pales du rotor varie dans une airec- tion radiale de manière à imprimer au fluide traversant le rotor3 cu à recevoir de ce fluide, une vitesse de giration sensiblement uniforme pour toutes les valeurs du rayon.
Ainsi, le pas pour la valeur r du rayon est proportionnel à r c ou .2 est une constante. Avec cette construction de rotor, le glissement, dans-une pompe à hélice, augmente in-
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térieurement vers l'axe, tandisque la pression augmente extérieurement vers la périphérie de manière à varier avec la première puissance du rayon. La courbe des pressions con- siste ainsi en deux lignes droites également inclinées sur l'axe,et la surface montrant la répartition de la pression sur le disque du rotor est celle d'un cône renversé engen- dré par la rotation de la courbe des pressions autour de l'axe. On peut voir que la montée de la pression qui, lors- qu'elle est accentuée tend à produire un contre-courant vers l'axe, est beaucoup plus faible que pour un rotor à hélice vraie.
Par exemple, si sur les Fige, 2 et 3, r1 est pris comme rayon du moyeu et 3 comme rayon du rotor, le rayon du moyeu étant alors égal à 30% du rayon du rotor, la montée de la pression dans le cas d'un rotor à gira- tion constante ( Fige 6 ) est moins que la moitié de calle constatée dans le cas d'un rotor à hélice vraie équi- valent ( Fig. 2 ).
La description faite dans le paragraphe précédent concerne seulement les résultats obtenus lorsque le rotor travaille dans les conditions de service pour lesquelles il a été établi, ces résultats étant représentés en traits pleins sur les Figs. 5 et 6. Celles-ci montrent aussi, en pointillés et en traits mixtes, les résultats obtenus avec d'autres conditions de service. Les lignes en traits mixtes représentent le cas dans lequel la pression est diminuée, avec comme conséquence une diminution de la vitesse de gl-. ration et un accroissement de la vitesse axiale d'écoule- ment, l'angle relatif d'écoulement et le pas virtuel étant plus grands que l'angle des pales et le pas réel.
Les lignes en pointillés représentent le cas dans lequel la pression est augmentée, avec comme conséquence un accroissement de la
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vitesse de giration et une diminution de la vitesse axiale d'écoulement, l'angle relatif d'écoulement et le pas virtuel étant moindres que l'angle des pales et le pas reel un remarquera- que la vitesse de giration est encore constante pour toutes les valeurs du rayon dans chaque cas, ainsi que l'angle absolu d'échappement et le rapport entre la pres- sion et le rayon} mais les valeurs de ces constantes varient quand on change les conditions de service.
Les figs. 7 et 8 et les figs. 9 et 10 montrent respectivement des diagrammes établis pour deux rotors oui diffèrent du rotor à giration constante (Figs. 5 et 6) à un point correspondant à peu près aux limites permises men- tionnées ci-dessus. Ces deux rotors s'écartent au maximum d'environ 25% de la condition de giraticn constante, le premier (Figs. 7 et 8) se rapprochant des conditions de l'hélice simple tandisque le second (Figs.9 et 10) se rapproche des conditions de presicn constante.
Les rayons de pression pour ces cinq rotors sont indiqués par les lignes pointillées marquées sur les Figs.
2, 4, 6 8 et 10 le rayon.1:3 étant pris comme rayon maximum du disque du rotor, tandisque le rayon r1 est pris comme rayon du moyeu. Ainsi, en employant la notation de l'analyse mathémtiue donnée ci-dessus, r3 R et r = pR. Sur les dessins, .r-, est égal à 30 10 de r3 de scrte que p = 0,3 et dans cet exemple, le rapport entre le rayon de pression et le rayon maximum R présente approximativement les va- leurs suivantes pour les cinq rotors:
pour le rotor à hélice vraie (Fig. 2) 0.765 peur le rotor à pression constante (Fig,4) 0. 650 pour le rotor à giration constante (Fgi.6) 0.713 pour le rotor à limite supérieure (Fig. 8) 0.750 pour le rotor à limite inférieure (Fig.10) 0.676.
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Il est à remarquer qu'avec le rotor à giration constante, seul le "rayon de pression effectif , sur lequel les calculs pratiques sont habituellement basés, a l'avanta- ge d'être égal au "rayon de pression". Le "rayon de pression effectif peut être défini comme étant le rayon pour lequel la pression réelle engendrée est égale à la "pression effec- tive", c'est-à-dire aux pressions engendrées en tous les points du disque du rotor, la pression effective étant ain- si obtenue en divisant le volume déterminé par la rotation du diagramme de pression par la surface du disque du rotor.
Avec le rotor à giration constante, le rayon de pression effectif est en théorie.un peu plus court seulement que celui constaté avec le rotor à hélice vraie ( dans le cas particulier montré sur les diagrames, il est plus court d'en- viron 3 1/2 % ), et l'accroissement théorique de la vitesse de révolution est par suite négligeable. En pratique, avec une pompe à hélice, on a constaté que pour la même pression et la même quantité, la vitesse de révolution est légèrement plus faible pour un rotor à giraticn constante que pour le rôtir à. hélice vraie équivalent, à cause de gains réalisés dans d'autres sens.
On peut obtenir la giration approximativement constante voulue soit par une répartition appropriée du pas et de la surface des pales du rotor, soit en partie par ces moyens et en partie par l'inclinaison des aubes direc- triceb d'adission Pour une pompe à hélice, il est théori- quement possible d'assurer une giration constante du côté refoulement du rotor, même avec un rotor à hélice vraie- ( c'est-à-dire un rotor dont les pales forment une hélice à pas constant) de longueur axiale convenable, en tordant ou recourbant les aubes directrices radiales d'admission ad-
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jacentes au rotor de manière à produire une alimentation forcée près de l'axe et une alimentation réduite près de la périphérie.
Le diagramme.des vitesses et la courbe des pres- sions pour une semblable disposition sont montrées en traits pleins sur les Figs.ll et 12, ( les résultats obtenus avec un rotor à hélice vraie à alimentation normale étant soufres en pointillés pour permettre la comparaison), et l'inclinai- son des aubes directrices d'admission est indiquée en dessous du diagramme des vitesses sur la Fig. 11. On remarquera que la courbe des pressions (Fig. 12) pour cette disposition est identique à celle constatée pour le rotor à giration cons- tante(Fig. 6 ) , mais bien que la giration soit la même, cette disposition ne serait pas très satisfaisante er pra tique à cause des pertes par remous et de l'inégalité de l'écoulement.
On peut voir en effet que la vitesse axiale d'écoulement ± est plus grande près de la périphérie et plus petite près de l'axe, alors que la tendance générale est que les vitesses d'écoulement deviennent uniformes sur une section transversale à l'axe, ou même légèrement plus grandes près de l'axe que près de la périphérie. De plus, cette disposition n'a pas l'avantage, que possède le rotor à giration constante, de donner un angle d'échappement cons- tant.
Un compromis entre cette disposition et la cons truction préférée, dans laquelle la condition de giration constante voulue est obtenue uniquement par la forme des pales du rotor, peut avoir une valeur pratique dans cer- tains cas. Dans ce compromis, la condition voulue peut être à peu près réalisée, en partie par la répartition du pas des pales et en partie par une torsien des aubes directrices d'admission.
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Figs. 13 et 14 montrent respectivement un diagram- me de vitesse et une courbe de pression pour une autre cons- truction qui peut avoir son utilité dans certains cas. Dans cet exemple, on emploie de nouveau le rotor à hélice vraie et les aubes directrices d'admission sont tordues ou re- courbéesde manière à produire une alimentation forcée près de l'axe et une alimentation réduite près de la périphérie.
Le degré de torsion des aubes d'admission est cependant moindre qeu dans la disposition montrée sur les Figs. 11 et 12 et il est tel que la direction absolue du courant refoulé du côté refoulement du rotor soit la même pour toutes les valeurs du rayon.
On remarquera que la giration n'est plus la .même pour toutes les valeurs du rayon, mais l'écart d'avec .les conditions de giration constante ( sauf dans des circonstances impliquant des taux de glissement anormalement élevés ) demeure encore dans les limites men- tionnées. La courbe de pression pour cette construction est montrée sur la Fig 14 et le rayon de pression indiqué par la ligne pointillée ( pour des valeurs normales du glissement ) est situé entre ceux des constructions des FigSe 6 et 8 Cette construction, hier;
quelle ne possède pas uns efficacité aussi élevée que la construction préférée des Figs. 5 et 6, présente ( de même que la construction pré- férée ) l'important avantage pratique que les aubes direc- trices d'échappement peuvent avoir une inclinaison constante d'un bout à l'autre. On remarquera que l'on peut aussi ob- tenir un angle d'échappement absolu du rotor uniforme avec des fermes de rotor autres que le rotor à hélice vraie, en tordant les aubes directrices d'admission d'une manière ap- propriée à. la forme des pales du rotor.
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Comme on l'a dit, la construction préférée est celle dans laquelle le pas des pales du rotor varie dans une direction radiale de manière à imprimer au fluide tra- verseant le rotor, ou à recevoir de ce fluide, une vitesse de giration uniforme pour toutes les valeurs du rayon. Dans cette forme du rotor, la répartition du pas, combinée avec une projection et une distribution de la surface des paes suffisantes pour produire des conditions constantes d'eccu lement est propre à faire de ce type de roter un ensemble mécanique beaucoup plus robuste qu'un rotor à. hélice vraie équivalent.
De plus, l'emploi dtun rotor à giration constan- te présente un autre avantage important dais la construc- tion des pompes à hélice (brièvement mentionne dans le pa- ragraphe précédent ) pour cette raison que, avec une vi- tesse uniforme d'écoulement axial, la direction absclue et la vitesse du fluide refoulé par le rotor ( représentées par et v sur la Fig. 5)sont constantes pour toutes les valeurs du rayon. Ceci donr.e aux aubes directrices d'échap- pement, lorsqu'elles sont disposées près du.rctor, la possi- bilité d'être de construction très simple) car l'inclinaison de leurs bords voisins du rotor est alors uniforme d'un bout à l'autre.
L'invention peut être réalisée de différentes fa- gons, mais les Fige* 15 à 32 des dessins annexés représentent à titre d'exemple quelques constructions avantageuses de po pes et de turbines suivant l'invention. Sur ces dessins :
Fig. 15 est une coupe verticale par un plan axial d'une forme d'exécution simple de pompe,
Fig. 16 est un diagramme montrant des coupes cy- lindriques des pales du rotor et des aubes directrices d'ad- mission et d'échappement correspondant à trois valeurs dif- fernetes du rayon,
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Fige 17 est un plan du rotor de la pompe,
Fige 18 est, dans'le Haut, un plan des aubes di- rectrices d'échappement et, dans le bas, un plan des aubes directrices d'admission,
Fig.
19 est une vue analogue à celle de la Fige 15 montrant une autre forme de pompe employant des aubes di- rectrices d'échappement réglables.
Fig. 20 est une élévation de côté d'une partie de l'enveloppe de la pompe représentée sur la Fig. 19,
Fig. 21 montre une autre variante dans laquelle un rotor mobile axialement est utilisé,
Fig. 22 est une coupe axiale par une turbine uti- lisant des aubes directrices d'admission du type pivotant.
Fig. 23 représente une variante de la turbine de la Fige 22,
Fig. 24 montre une autre variante permettant au courant da traverser le rotor dans les deux sens ,
Fig. 25 représente une construction utilisant une chambre en spirale,
Fig. 26 montre une construction utilisant deux rotors sur le même arbre,
Fig. 27 représente une construction comportant deux rotors tournant en sens inverses, et
Figs. 28 à 32 représentent différentes autres formes de rotor, Fig. 29 étaat une coupe axiale par le rotor de la Fig. 28.
La forme simple de pompe à écoulement axial repré- sentée sur les Figs. 15 à 18 comprend un rotor à pales tra vaillant entre deux groupes d'aubes directrices qui sont coaxiales et adjacentes au rotor, et entouré d'une envelop- pe cylindrique A pourvue d'un orifice d'aspiration 'évasé.
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Les pales B sont portées à la racine par un moyeu cylin- drique B1 de diamètre approprié monté sur un arbre .moteur B . Dans la construction représentée le rotor possède qua- tre pales B dont, les bords sont en forme de faucille '( voir
F 17) et il n'a pas de jante, les extrémités libres des pales touchant presque les parois de l'enveloppe A. Les aubes directrices d'admission C et les aubes directrices d'échappement D sont montées dans l'enveloppe de pompe A à leurs extramités extérieures et dans des bcssages con venables C1 et D à leurs extrémités intérieures, le bos- sage des aubes directrices d'échappement D1 contenant des paliers pour l'arbre B2 du rotor.
Le rotor est du type à giration constante dent les conditions d'écoulement ont été décrites avec référen- ce aux Figs 5 et 6. La Fig. 16 montre la coupe transversale de chaque pale du rotor à l'endroit du moyeu, à mi-rayon ( cette ligne de coupe est montrée en pointillés sur les
Figs 15 et 17) et à l'extrémité de la pale, les trois rayons des coupes représentées correspondant donc aux rayons r1 r2 r3 de la Fig.6 On remarquera que les coupes de la face travaillante des pales sont rectilignes et sont i clinées à des angles correspondant à ss1 ss2 ss3 du dia- gramme de la Pige 5, tandisque les faces postérieures des pales sont bombées pour obtenir l'épaisseur et la robustesse nécessairesau milieu, tout en conservant l'acuité des bords des pales.
De la sorte, le pas ou inclinaison des pales, qui est uniforme dans une direction axiale pour toute valeur donnée du rayon) décroît radialement vers l'extérieur de manière à imprimer au courant de fluide soumis à l'action du rotor une vitesse de giration au refoulement qui possède la même valeur linéaire pour toutes les valeurs du rayon.
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La surface transversale nette utile pour 1' écoulement du fluide entre les pales est proportionnée de manière que la composante axiale du courant soit approximativement cons- tante pour toutes les valeurs du rayon. Dans ces conditions, il ressort de la description faite ci-dessus avec référence à la Fig. 5 que l'angle d'échappement absolu du rotor (c'est- à-dire l'inclinaison de la trace de chaque particule indivi- duelle de fluide sur le plan transaxial d'échappement du rotor ) est constant pour toutes les valeurs du rayon.
Les flèches des Fige, 16 et 17 indiquent le sens de rotation du rot or
Les aubes directrices d'admission C (voir par- ticulièrement la Fig. 16 et le bas de la Fige 18) sont en majeure partie situées dans des plans de direction axiale et leur fonction principale est d'empêcher la production d'une giration préalable excessive et de guider le fluide régulièrement dans une direction axiale vers le rotor.
Les bords des aubes d'admission voisins du rotor sont ce- pendant da préférence légèrement recourbés dans le sens de la rotation du rotor ( comme c'est montré en C2 sur la Fig. 16 ) afin d'empêcher des remous de se produire dans le courant dirigé vers les pales. Ces bords sont aussi incurvés pour se conformer aux variations de la longueur axiale du rotor ( voir Fige. 15 et 16 ), qui est plus grande au moyeu et diminue radialement vers l'extérieur pour s'adapter à la variation axiale du pas des pales. Dans l'exemple représenté il y a sept aubes directrices d'admission et les bords supé- rieurs de ces aubes ( c'est-à-dire ceux qui sont près du rotor ) sont disposés dans des plans radiaux.
Comme la direction du courant d'échappement abso- 1u du rotor est uniforme pour toutes les valeurs du rayon,
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l'angle de "ramassage" des aubes directrices d'échappe- ment D est aussi uniforme sur toute la longueur de chaque aube. ces aubes d'échappement D sont recourbées de façon que le fluide qui les quitte s'écoule dans une direction axiale. Elles servent à convertir la giration en pression ou en énergie sans augmenter la vitesse axiale d'écoule- ment. Dans l'exemple représenté, il existe sept aubes d'é- chappement et leurs bords inférieurs sont disposés dans des plans radiaux.
Avec cette disposition, le rotor en tournant tra- vaille pour aspirer le fluide dans une direction axiale à travers l'espace situé entre les aubes directrices d'admis- sion et pour imprimer au fluide une vitesse giratoire de refoulement qui est constante pour toutes les valeurs du rayon, la vitesse axiale du courant étant unifcrue. cette vitesse axiale d'écoulement détermine la quantité de fluide pompée et la vitesse de giration est convertie en pression ou en énergie par les aubes directrices d'échappement. Les sections transversales de passage du fluide à travers la machine sont telles qu'elles ne produisent qu'un minimum de perturbations dans les conditions d'écoulement axial stable.
Dans ce qui précède, la rotor a été décrit comme étant du type à giration constante. On remarquera que des résultats à peu près aussi satisfaisants au point de vue de la répartition de la pression sur le disque du rotor peuvent aussi être obtenus si la répartition du pas ne donne qu'une approximation des conditions de giration constante. Le ro- tor peut ainsi avoir une forme intermédiaire entre celles décrites avec référence'aux Figs. 7 et 9.
On doit cependant .rappeler que tout écart considérable d'avec la condition de
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giration constante à moins qu'il ne soit accompagne d'un changement de la vitesse axiale d'écoulement résultant par - exemple a'une torsion des aubes directrices d'admission effectuée de la manière indiquée au bas dela Fig.
13) aura pour résultat un angle variable d'écoulement absolu du côté échappement du rotor et nécessitera par conséquent des aubes directrices d'échappement d'une forme beaucoup plus compliquée.,
On observera que, pour les aubes d'échappement d'une pompe à hélice, l'angle de "ramassage" (c'est-à-dire l'inclinaison des bords des aubes directrices d'échappe- ment qui sont adjacents au rotor) n'est correct, une fois déterminé, que pour une combinaison déterminée de la pres- sion et de la quantité pour toute vitesse de révolution don- née du rotor. Cette combinaison déterminée, de la pression et de la quantité correspond habituellement avec l'inci- dence de l'efficacité maximum que l'on peut obtenir pour une vitesse de révolution donnée.
Pour obtenir des effi- cacités maxima. pour d'autres combinaisons de quantité et de pression avec la vitesse de révolution donnée, l'angle de Il ramai:! sage des aubes directrices d'échappement doit pou- voir être varié pour s'adapter à chaque direction absolue correspondante de l'écoulement venant du rotor. Avec des aubes directrices d'échappement à surfaces hélicoïdales, qui conviennent pour les conditions d'écoulement imposées par un rotor à hélice vraie, tout réglage de ces aubes suivant leurs a.xes longitudinaux aurait pour résultat de les déca,ler par rapport au pas.
Toutefois, avec des aubes directrices ayant un angle de "ramassage"uniforme pour se' conformer aux conditions d'écoulement imposées par un ro- tor à giration constante, les aubes ou leurs bords de "ra-
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massage" peuvent pivoter autour de leurs axes lognitdinaux pour s'adapter à une variation très étendue des ccnditicnb de travail de la .machine avec,dans des limites étendues, une efficacité correspondante très élevée. une construction de ce genre est représentée sur les Figs 19 et 2u.
Dans cette construction, le rctor et les aubes directrices d'admission sont disposés d'une manière analogue aux organes correspondants de la construction des Figs, 15 à 18 (sauf que la variation de la longueur axiale du rctor est compensée par la conformation de sa. surface de refoule- ment, de sorte que la surface d'admission du rotor et la surface d'échappement des aubes directrices d'admission sont planes) et ne seront pas décrits d'une façon plus détaillée, les mènes lettres de référence étant utilisées.
Toutefois) les aubes directrices d;'échappement sont dispo- sées différemment et chaque aube d'échappement E est montée dans l'enveloppe A de façon à pouvoir tourner autour d'un axe longitudinal. A cet effet, chaque aube E est munie d'une queue cylindrique E de grand diamètre qui pabse à travers l'enveloppe A et qui porte a. l'extérieur de celle-ci un dis- que E2 percé de fentes E3 à travers lesquelles passent des boulons E4 qui pénètrent dans des trous creusés Dans l'en- veloppe. De cette façon, lorsque les boulons E 4 sont desser- rés le disque E2 et par suite aussi l'aube E peuvent être tourné d'un petit angle.
Les extrémités internes des aubes E sont situées près du moyeu B1 du rotor qui,dans cet exemple, se prolonge dans l'espace entre les aubes dirctrice On re- marquera que les aubes directrices d'chappement peuvent être dispoée d'autres façons de manière à pcuvoir tourner autour de leurs axes longitudinaux et que des organes (tels que par exemple ceux qui sont représentes sur les Figs. 22
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et 23) peuvent être prévus pour faire tourner simultanément toutes les aubes d'échappement dans les cas où. le réglage individuel de ces aubes ne d.onne pas satisfaction.
Au lieu de monter les aubes directrices d'échap- pement adjacentes au rotor, il peut parfois être préférable de réserver un interstice entre ces organes. Si le rotor ou le groupe d'aubes directrices d'échappement sont alors rendus mobiles dans une direction axiale de manière à va- rier la longueur axiale de cet espace libre,on peut obtenir un effet assez semblable à celui produit en faisant tourner les aube y auteur de leurs axes, car les conditions d'écou- lement du fluide quittant le rotor seront celles d'un tour- billon forcé ou composé, et cas conditions tendront à de- venir, clans l'espace libre, celles d'un tourbillon libre.
La direction absolue d'écoulement des particules de fluide variera ainsi à différentes distances axiales du rotor et la longueur axiale de l'espace libre peut être réglée de manière que l'angle de "ramassage" des aubes directrices d'échappement coïncide presque complètement avec la direc- tion absolue Ci' écoulement.
Une construction de ce genre est représentée sur la Fige 21, sur laquelle les aubes directrices d'admission et d'échappement sont disposées de la même façon que dans la construction des Figs. 15 à 18 (les mêmes lettres de réfé- rence sont employées) sauf qu'il y a une plus grande distance antre elles Tufois dans cet exemple, le rotor est monté de manière à pouvoir être déplacé axialement, dans l'espa- ce libre séparant les deux groupes d'aubes, de la position montrée en traits pleins à celle représentée en pointillés, Le rotor est de préférence encore du type à giration cons- tante et comporte des pales F portées par un moyeu F1 monté sur 1'arbre de rotor F1et -sa construction est identique à
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celle a écrite avec référence aux Figs. 15 à 18.
La construction de la Fig. 21 est aussi intéres- sante dans le cas où. le rotor lui-même n'est pas établi de facon à donner des conditions de giraticn coûtante exactes, ou dans le cas où des conditions à peu près sembla- bles aux conditions de giration constante sont obtenues avec ur. rotor à hélice vraie, en tordant les aubes direc- trices d'admission. Dans ces cas, les conditions d'écul ment du fluide quittant le rotor seront celles d'un tour- bille!. composé d'un des genres dépendant des lois régissant les variations du pas du roter ou le degré de torsion des aubes directrices d'admission. Le passage graduel de ce tourbillon composé à un tourbillon libre obligera la re- lation entre la giration et le rayon à varier à différentes distances axiales du rotor.
La direction absolue d'écoule- ment des particules de fluide changera aussi et il deviendra ainsi possible de choisir une longueur axiale pour l'espace libre entre le rotor et les aubes directrices d'échappement, de manière que ces aubes puissent être de construction sim- ple et avantageuse sans perte sérieuse au point de vue ae l'efficacité.
Les constructions des Figs. 15 à 21 ont été décri- tes en: se référant spécialement à leur emploi comme pompes écoulement axial. Ces constructions peuvent cependant servir aussi comme turbines à écoulement axial, bien que dans ce cas certaines modifications soient généralement dés irables.
Si l'on considère d'abord la construction simple des Figs. 15 à 18, dans laquelle un rotor du type à gira- tion constante est monté entre deux groupes d'aubes direc- trices fixes, coaxiales et-adjacentes au rotor) les aubes
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directrices d'admission de 'la turbine (qui étaient les au- bes directrices d'échappement D de la pompe) agissent de manière à imprimer un mouvement giratoire au fluide en- trant dans le rotor.
Ce fluide agit sur les pales B du ro- tor et fait tourner celui-ci, l'énergie giratoire du fluide étant transformée en une.torsion exercée sur l'arbre du rotor B2si le travail se faisait dans des conditions d'efficacité théorique idéale, le fluide perdrait tout son mouvement giratoire et celui-ci serait transformé en tor- sion ou couple, et la direction absolue du fluide quittant le rotor serait axiale. Il est visible que les aubes di- rectrices d'échappement (qui étaient les aubes directrices d'admission C de la pompe) deviendraient alors inutiles et pourraient être supprimées.
Toutefois, dans les cas ou le fluide quittant le rotor conserve un mouvement giratoire considérable, il peut être désirable d'avoir des aubes direc- trices du côté échappement afin de diminuer la possibilité de la formation d'un noyau d'air et d'éviter que l'évacua- tion soit retardée par un écoulement en spirale, Si ces aubes directrices étaient adjacentes au rotor, leurs bords voisins du rotor seraient légèrement recourbés à 1'encon tre du sens de rotation du rotor (au lieu d'être recourbées dans le sens de rotation comme dans le cas de la pompe) afin d'évite les pertes par remous.
Les considérations qui déterminent l'inclinaison des bords des aubes directrices d'admission lorsque ces bords sont adjacents au rotor d'une turbine sont exacte- ment les mêmes que celles qui ont été citées au sujet des aubes directrices d'échappement d'une pompe. Ainsi, si 1'on emploie un rotor à giration constante, les bords des au- bes directrices d'admission devraient avoir une Inclinai-
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son cojnstante d'un bout à l'autre afin d'imprimer une direc- tion absolue constante d'écoulement au fluide pénétrant dans le roter.
Comme dans la pompe,l'inclinaison réelle de ces aubes directrices ne sera théoriquement correcte que pour une combinaison déterminée de la pression et de la quantité par chaque valeur de la vitesse de révolution du rctor et la variante représentée sur les Figs. 19 et 20, dans la- quelle les aubes directrices E peuvent pivoter autour de leurs axes longitudinaux, présente une importance consi- dérable pour une turbine, canule on le comprendra sans ex- plications supplémentaires.
Il est aussi permis, dans une turbine, de s'é carter quelque peu des conditions de giration constante dans la répartition du pas établie pour l'ensemble du ro- tor, mais la coopération du rotor avec les aubes directrices adjacentes en vue de se rapprocher de la giration constante comme cela a été décrit à, propos de la pompe, n'a qu'une faible valeur pratique dans la turbine.
La construction de la Fig. 21, qui ménage un es- pace libre de longueur axiale constante ou variable entre le rotor et les aubes directrices d'échappement de la pompe, est d'une importance considérable pour une turbine. Dans ce cas, la présence d'un espace libre réglable permet une la- titude considérable dans la forme des aubes directrices d'admission (c'est-à-dire les aubes directrices d'échappe- ment de la pompe ) et dans la répartition du pas des pales du rotor, car les effets des changements de forme peuvent être largement compensés par un réglage de l'espace libre et le changement consécutif du contrôle de la direction absolue de l'écoulement.
Cette considération conduit à une importante va- riante de construction des machines hydrauliques suivant
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l'invention, cette construction, dont des variantes sont représentées sur les Figs. 22 à 24, est spécialement Impor- tante pour une turbine et sera par suite décrite en se réfé- rant à cette application, mais on peut bien entendu l'appli- quer avec avantage, dans certains cas, à une pompe à écoule- ment axial
Dans la construction de la Fig 22, le rotor à hélice,
qui est établi pour satisfaire aux conditions de gi- ration constante ou approximativement constante et comprend des pales K portées par un moyeu 1(1 monté sur l'arbre du rotor K2 peut tourner dans une enveloppe à courant descen- dant cylindrique vertical G L'admission au sommet de cette enveloppe se fait horizontalement et peut se faire soit à travers une série de passages convenablement disposés, soit a travers un.
passage continu ménagé entre un rebord G1 de l'extrémité supérieure de l'enveloppe G et un couvercle G2 supporté par un bossage fixe G3 à travers lequel passe l'arbre du rotor K2 le rebord G1 et le couvercle G@ étant assemblés par des boulons G4L'admission horizontale est commandée par une série d'aubes pivotées verticalement H du type pivotant équilibré (comme celles couramment employées avec les turbines hydrauliques dont l'admission se fait vers l'intérieur et de haut en bas), les boulons G4 étant avantageusement utilisés comme pivots pour les aubes.
Le nombre et les dimensions des aubes H, qui sont groupéesen cercle concentriquement à l'axe du rotor, sont de préférence tels que, quand toutes les aubes sont tournées "en travers , le passage d'admission soit complètement fermé
Il est aussi préférable de prévoir des organes permettant de faire tourner simultanément ces aubes autour de leurs axes.
La Fig. 22 montre à titre d'exemple une disposition avanta-
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geuse, dans laquelle une étoile J peut tourner sur le bos- sage fixe G3 et présente des encoches J1 dans lesquelles peuvent coulisser des broches J montées sur les extrémités internes de bras J3 portés par les aubes H. De la sorte, lors- qu'on fait tourner l'étoile J d'un petit angle, soit direc- tement à la main, soit à l'aide d'un mécanisme de commande approprié, toutes les aubes H tournent simultanément et l'angle d'admission du fluide au sommet du passage descen- dant subit une variation correspondante.
Au lieu d'avoir le profil rectangulaire habituel, les aubes H peuvent avoir, si on le désire, des bords inclines ou incurvés, comme c'ebt représenté en pointillés en ET' et H2 respectivement.
Ces aubes directrices H agissent de façon à impri- mer un mouvement giratoire au fluide qui s'écoule dans la turbine tous l'effet de la différence de hauteur entre le niveau d'amont et le niveau d'aval de la échine. Les con- ditions de giration primitivement imposées par les aubes directrices au fluide admis sent celles qui s'obtiennent dans un tourbillon forcé, dans lequel la vitesse giratoire est directement proportionnelle au rayon. Le courant descen- dant se produit cependant et les conditions naturelles im- posées au courant giratoire descendant sent celles d'un tourbillon libre, dans lequel la vitesse giratoire est in- versement proportionnelle au rayon.
On pase air¯si graduel- lement de l'écoulement en tourbillon force à l'écoulement en tourbillon libre et il y aura une condition intermédiaire
De tourbillon composé qui correspond assez approximative- ment aux conditions de giration coûtante voulues, tadisque, dans des limites assez étendues, les conditions ne diffère- ront pas sensiblement de cènes d'une giration constante.
Donc, si l'on place le rotor dans l'enveloppe à a courant descendant G à un endroit où existe cette condition
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intermédiaire, le fluide arrivera au rotor dans des condi- tions de giration à peu près constante, La. répartition du pas des pales du rotor K est de préférence telle qu'elle se conforme exactement à la loi régissant la relation entre la giration et le rayon dans la phase Intermédiaire choisie entre les conditions de tourbillon forcé et libre. On peut faire en sorte que cette relation se rapproche fortement des conditions de giration constante et, en pratique,il n'y aura qu'une relativement petite perte. d'efficacité si le rotor se conforme exactement à ces conditions.
Dans la construction de la Fig @2 le rotor occupe une position fixe dans l'enveloppe à courant descendant G, mais il sera généralement préférable de monter le rotor de manière que sa position puisse être réglée axialement, afin de compenser les variations de la position la plus efficace qui peuvent être provoquées par les variations de la pres- sion) de la quantité de fluide et de l'inclinaison des aubes directrices d'admission. La Fig. 23 représente une construction de ce genre et sert aussi à montrer une va- riante de la disposition des aubes d'admission.
Dans la construction de la Fig. 23, le rotor com- prend despales L montées sur un moyeu L porté par l'arbre du rotor L2 et il est établi pour satisfaire à des condi- tions de giration constante ou approximativement constante.
Le rotor tourne dans une enveloppe cylindrique à courant descendant M et est monté de manière à pouvoir être déplacé axialeuent , dans l'enveloppe) de la position montrée en traits pleins à la position montrée en pointillés. L'admis- sion se fait par un passage incliné formé entre un rebord Fil de l'extrémité supérieure de l'enveloppe M et un couvercle usiné M 2 porté par un bossage fixe M2à travers lequel passe
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l'arbre du rotor L2,le couvercle M2 étant fixé au rebord
M par des boulons M * L'admission est commandée par des aubes N du type pivotant équilibré montées à pivct Sur les boulons M4 qui sont disposées de façon que les axes de ro- tation des aubes N soient situés suivant la surface d'un cône de même axe que le rotor.
Cette modification des aubes d'admission a pour effet de changer les ccrditicns d'écou lement en tourbillon du fluide à la partie supérieure du passage d'admission, et de permettre de se rapprocher, plus tôt et plus près, des conditions de giration constante, à la partie supérieure de l'enveloppe à courant descendant. On remarquera que les bords des aubes peuvent être conformées de la façon indiquée en H1 et H2 sur la Fig. 22, afin de modifier les conditions d'écoulement à la partie supérieure du passage à courant descendant.
L'inclinaison du passage d'admission et des axes des aubes peut varier pour satisfaire aux nécessités de cas particuliers, les cas extrêmes étant celui qui est représenté sur la Fig. 22 où l'admission se fait horizontalement, et celui de la Fig. 19 où 1* admis- sion se fait verticalement.
L'emploi d'aubes d'admission inclinées présente l'avantage de permettre d'effectuer le réglage de l'admis- sion et da la giration (en faisant tourner les aubes autour de leurs axes) d'une façon commode au moyen d'un simple organe de petit diamètre onté concentriquement à l'axe du roter.
Dans l'exemple représenté, chaque aube N présente près d'un de ses bords une petite saillie M1 qui est enga gée dans une encoche N2 d'un disque N3 monté de façon à pouvoir tourner sur le bossage fixe M3
Quand les constructions des Figs. 22 et 23 sont employées cernée turbines, il n'est généralement pas néces-
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s aire de prévoir des aubes directrices d'échappement, mais si l'on utilise de ces aubes, elles peuvent être soit fixes, soit du type pivotant réglable et être montées dans un pas- sage d'échappement horizontal ou incliné. On peut aussi les monter ocaxialement au rotor et adjacentes à celui-ci) d'une manière analogue a celle décrite à propos des Figs. 15 a 21.
On observera que les constructions des Figs. 22 et 23 peu- vent aussi fonctionner comme pompes, mais dans ce cas il sera généralement nécessaire de disposer des aubes direc- trices du côté admission.
La disposition dans laquelle des aubes équilibrées réglables sont utilisées dans des passages annulaires con- vergents ou divergents, des deux cotés du rotor, constitue une construction pratique avantageuse pour une turbine ré- versible utilisant la marée ou pour une pompe réversible, pour cette raison que les conditions d'admission et d'é- chappement dans les deux sens d'écoulement peuvent être fa- cilement déterminées à l'aide de simples organes extérieurs agissant sur les aubes directrices.
Une construction de ce genre est représentée sur la Fig. 24 et elle comprend un rotor 0 du type à giration constante monté sur un arbre 01 de manière à tourner dans une enveloppe cylindrique P munie à ses extrémités supérieure et inférieure de rebords P1P2 Deux groupes d'aubes pivotantes équilibrées et R sont respectivement montés entre ces rebords P 1 P 2 et des pièces extrêmes fixes P3 P , et commandent l'admission et l'échap- pement de l'enveloppe p Les pièces fixes sont assemblées par des boulons p5 qui alternent avec les pivots autour des- quels les aubes % R peuvent tourner.
Les aubes Q du groupe inférieur sont portées par des tiges Q1 qui vont jusqu' au sommet de la machine où l'on peut les faire tourner pour Régler les aubes Q, au moyen d'un organe de commande simple
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cornue par exemple celui représenté sur la Fige 22. De même, les aubes R sont montées sur des manchons R entourant les tiges Q1 et qui peuvent aussi être commandées à, l'aide d'un organe placé au sommet de la machine. L'ensemble de celles- ci est de préférence disposé symétriquement par rapport à un plan médian horizontal) de sorte que les conditions d'ccu lement sent les mêmes lorsque le courant est ascendant que lorsqu'il est descendant.
Dans les constructions montrées sur les Figs. 22 a 24, il peut dans certains cas être désirable d'employer des aubes fixes au lieu des aubes pivotantes équilibrées et l'on peut aussi obtenir un effet analogue en construis- sant l'admission (dans le cas d'une turbine) eu l'échappe- ment (dans le cas d'une pompe) sous la forme d'une série de passages disposés tangentiellement ou d'un passage unique en spirale, avec ou sans aubes directrices. La Fig. 25 repré- sente une corstruction de ce genre qui est plus spécialement destinée à être utilisée cornue pompe mais qui peut aussi ser- vir de turbine.
Dans cette construction, un rotor à giration con- stante s est monté sur un arbre S1 au-dessus et près d'au- bes directrices d'admission fixes. 82, dans une enveloppe S3 qui se termine à la partie supérieure en un passade d'échappe- ment en spirale S4 dont la forme rend inutile l'emploi d'au- bes directrices d'échappement.
Dans certains cas (qu'il s'agisse de pompes ou de turbines) les conditions de travail peuvent exiger l'emploi de deux ou plusieurs rotors dispcsés en série sur le même arbre, au lieu d'un seul rotor. Une construction à deux rctcrs est représentée .à titre d'exemple sur la Fig. 26.
Dans cette construction} les deux rotors T T1 sent tous deux du type à giration constante et sont montés sur ur. arbre T2
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de manière à tourner dans *Une enveloppe fixe T3Des groupes d'aubes directrices T4 T5 T6 alternent avec les rotors, le groupe intermédiaire Tagissant ainsi simultanément comme groupes d'aubes d'admission pour l'un des rotors et comme groupes d'aubes d'échappement pour l'autre rotor.
Comme le montre le dessin, les aubes T T5T6 sont fixées dans l'en- velcppe T3 près des rotors, mais on observera que certaines de ces aubes peuvent être montées à pivot suivant leurs axes longitudinaux comme dans la construction de la Fig. 19 ou bien encore que les groupes extrêmes d'aubes T4T6 peu- vent être montés à une certaine distance des retors et peu- vent être du type pivotant équilibré qui a été décrit à propos des Figs22 à 24.
Dans une autre construction (Fige 27), qui peut être avantageuse dans certains cas, soit pour des pompes, des turbines ou d'autres machines hydrauliques du type à écoulement axial, deux rotors U U1 du type à giration cons- tante sont montés l'un près de l'autre sur des arbres co- axiaux U2 U3 qui sont reliés l'un à l'autre par des en- grenages ou d'une autre manière de façon à tourner en sens opposés, l'un des rotors ayant des pales dont le pas est à droite tandis que le pas des pales de l'autre rotor est à gauche.
Avec cette construction) on peut employer des aubes directrices U4 du côté admission de la pompe (ou du côté échappement de la turbine), mais il ne sera généralement pas nécessaire de prévoir des aubes directrices du coté échappement de la pompe (ou du côté admission de la tur- bine), car le second rotor U remplira lui-même les fonc- tions de ces aubes direcgrice
De la sorte, si les deux rotors sont sensible- ment Identiques (à part le renversement du sens des pales et une t-olérance quelconque pour les pertes -hydrauliques ) ,
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la giration imprimée par l'un des rotors sera exactement annulée par l'autre rotor.
Si les deux rotors ont des pas matériellement différents, la compensation voulue de la gi- ration peut encore être obtenue en disposant la transmission entre les deux arbres de manière à leur donner des vitesses de rotation relatives" appropriées. Un avantage de cette construction réside en ce que le second rotor remplira par- faitement les fonctions des aubes directrices pour toutes les conditions d'écoulement. Un autre avantage consiste en ce qu'une puissance et une pression plus grandes sont com patibles avec un diamètre de rotor donné et une vitesse de révolution donnée.
On remarquera que, si l'on supprime la transmission entre les deux arbres, cette construction hy- draulique.peut être employée comme mécanisme de transmission hydraulique, l'un des rotors, U par exeaple, relié à l'arbre mcteur U2agissant comme pompe trndisque l'autre rotor U1 relié à l'arbre entraîné U3 agit comme turbine.
Dans toutes les constructions décrites, la cons- truction du rotor peut varier de différentes façons, du moment qu'elle reste conforme aux conditions-de giraticn constante eu approximativement constante. Les figs 28 à 32 montrent à titre d'exemples différentes formes modi fiées de rotor, les flèches indiquant le sens de rotation dans le cas où elles sont employées dans une pompe. Ainsi, les Figs. 28 et 29 représentent un rotor muni de deux pales a bards radiaux V monté entre un moyeu cylindrique V1 et une jante protectrice V .
La Fig. 30 montre un rotor à jante analogue muni de trois-'pales v3 dont les bords sont en forme de faucille. D'autres formes de jante et de moyeu'( par exemple conique ou incurvée comme c'est montré par la jante par les lignes pointillées V 4 V5 respectivement sur la Fig.29) euvent être employées quand il est avantageux de le faire.
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Les Figs 31 et 32 représentent deux rotors sans jante possédant respectivement quatre et cinq pales V et V ; dans l'un des cas les deux bords des pales sont disposés tan- gentillement tandis que dans l'autre cas les bords posté- rieurs des pales sont tangentiles tandis que leurs rebords antérieurs sont en partie tangentiels et en partie recourbés en forme de faucille. On observera que la disposition des pales peut être modifiée de beaucoup de manièrestandisque le nombre de pales et la surface projetée sur un plan trans# axial peuvent présenter la répartition et la relation par rapport à la surface totale du disque qui conviennent le mieux aux conditions de travail.
La projection des pales dans un plan passant par l'axe peut présenter des bords de pales rectilignes; incli- nés ou incurvés; lorsqu'on a déterminé la direction d'un des bords la mieux appropriée aux conditions de travail la pro- fondeur de la pale et le profil de l'autre bord de celle-ci seront déterminés par le pas et la répartition de la surface : projetée dans un plan transversal.
Des coupes cylindriques des pales faites à un rayon quelconque peuvent avoir des bords parallèles, len- ticulaires, dirigés suivant l'écoulement ou présentant toute autre forme appropriée suivant les conditions de travails ' et les bords des paies peuvent être arrondis.
Les considérations constructives citées pour les pales de rotor s'appliquent aussi aux aubes directrices.
On peut employer diverses formes d'enveloppe con- venant le mieux aux dispositions constructives des turbines et des pompes qui comprennent des rotors établis pour sa- tisfaire aux conditions de giration approxiativement uni forme, et les axes des machines peuvent être verticaux, horizontaux ou inclinés suivant ce qui convient le mieux
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aux conditions de travail particulières.
Les contours intérieurs des enveloppes doivent être tels qu'ils évitent de brusques changements de la di- rection et de la vitesse d'écoulement du fluide et qu'ils réduisent au minimum pratique les pertes par frottement et par remous.
A part la variation radiale de pas ou d'inclinai- son nécessaire pour produire un effet de giraticn ccnstan- te ou s'en rapprocher, on peut donner aux pales du rotor une variation axiale de pas ou d'inclinaison sans que ce soit un obstacle à la condition suivant laquelle la vitesse giratoire imprimée au fluide est approximativement la même pour toutes les valeurs du rayon.
Il est bien entendu que les diverses construc- tions et dispositions décrites en détail ci-dessus, sont données à titre d'exemples seulement et que des modifica- tions peuvent y être apportées sans s'écarter de l'in- vention.
De même, bien que l'inventicn ait été décrite plus particulièrement dans son application aux pompes et turbines à écoulement axial, elle est aussi applicable à d'autres genres de machines hydrauliques, telles par exemple que les hélices propulsives, auquel cas le rotor à hélice peut être employé seul ou conjointement avec des aubes direc- trices.
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