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Pompe ou oompresseur centrifu@ge à étages multiples.
Dans les machines centrifuges pour le refoulement de gaz, vapeurs et liquides et comportant des étages radiaux successifs, le fluide à refouler est progressivement amené à la pression nécessaire par suite de l'effet centrifuge dans les roues mobiles des étages successifs. En même temps, à sa sortie de chaque roue mobile, le fluide à refouler présente encore une certaine vitesse et cette vitesse de sortie, du point de vue de l'élévation de pression poursuivie, constitue une perte. 0'est pourquoi on a souvent proposé déjà de transformer cette énergie cinétique en pression
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autant que possible sans pertes dans des dispositifs (diffuseurs) faisant suite à chacune des roues mobiles.
Mais une telle trans- formation en pression ne peut généralement être réalisée avec un bon rendement que lorsque le canal du diffuseur est long dans le sens radial. De cela il en résulte pour la machine centrifuge un grand diamètre extérieur et l'on aboutit par conséquent à des constructions lourdes et coûteuses. 0' est pour cette raison qu' on ne peut généralement pas parvenir à l'élévation de pression théoriquement désirée dans un diffuseur radial, à cause des gran- des dimensions qui sont nécessaires pour cela.
Cela est désavan- tageux en ce que l'énergie cinétique de la vitesse de sortie d'une roue mobile correspond à une fraction importante de l'élé- vation de pression qu'on devrait pouvoir atteindre dans l'étage considéré, de sorte qu'il importe que cette vitesse de sortie soit transformée en pression autant que possible sans pertes, les dimensions de la machine demeurant aussi faibles que possible.
A sa'sortie du diffuseur il est nécessaire de dévier le fluide à refouler d'environ 180 chaque fois, afin qu'il afflue dans la direction voulue à la roue mobile suivante. Cette déviation du fluide a lieu déjà, la plupart du temps, après qu'il a traversé un diffuseur relativement court dans le sens radial.
Afin d'obtenir une machine centrifuge fonctionnant avec un bon rendement il faut en outre veiller à ce que les pertes d'écoule- ment entre la sortie d'une roue mobile et l'entrée dans la sui- vante soient aussi faibles que poss ible, et 0' est pourquoi il importe que la déviation en question, du point de vue des pertes d'écoulement, ait lieu autant que possible sans pertes..
Cela dit, l'objet de la présente invention est une machine centrifuge à étages multiples pour le refoulement de gaz, vapeurs et liquides dans laquelle à chaque roue mobile fait suite un diffuseur radial et à celui-ci une déviation de l'écoulement de l'extérieur vers l'axe de la machine à l'effet de ranener à l'étage suivant le fluide porté à une pression supérieure dans un étage considéré .
L'objet de l'invention est d'obtenir une /'
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bonne transformation de l'énergie cinétique en pression dans une machine centrifuge de ce genre même en utilisant des diffuseurs et des oanaux de déviation dont le diamètre est relativement petit comparativement à celui des roues mobiles,
Pour cela, l'invention s'appuie sur la constatation que, dans une telle transformation, les pertes d'énergie se produisent principalement là où, en aval du diffuseur, l'écoulement est dévié d'environ 180 ainsi qu'au moment où le moment cinétique imprimé à l'écoulement dans les roues mobiles est compensé par des aubes directrices prévues dans le diffuseur ou en aval de la partie de canal produisant la déviation de l'écoulement .
Les pertes qui accompagnent la déviation sont surtout dues au fait que la déviation nécessaire d'environ 180o ne peut pas se produire sur une distance relativement courte sans un décollement considérable. Quant à la compensation du moment cinétique, elle s'accompagnede p ertes considérables surtout parce qu'à la suite de la déviation la veine fluide arrive aux aubes directrices dans un,;état fortement perturbé et irrégulier.
Cela dit, dans une machine rotative à étages multiples suivant la présente invention, la partie du canal d'écoulement qui fait suite au diffuseur et dans laquelle se produit la déviation présente une section qui diminue d'au moins 10% dans le sens de l'écoulement. De plus, la compensation du moment cinétique à réaliser entre chaque étage et le suivant a lieu dans au moins une rangée d'aubes formant grille dont le pas est petit comparativement à la longueur radiale de la grille. Le diamètre moyen de cette rangée est grand comparativement au diamètre moyen de la roue mobile correspondante. Cette rangée d'aubes directrices assure une arrivée sans choc du fluide dans la roue mobile située en aval.
Dans une machine de ce genre on obtient ce résultat que, dans la partie des oanaux où s'effectue la déviation d'environ 1800, l'écoulement se produit avec accélération, de sorte qu'il ne se produit sensiblement aucun décollement. Toutefois,
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une telle chute voulue de la pression dans la partie des canaux d'écoulement produisant la déviation constitue une perte; mais on peut la compenser presque complètement en réalisant convenablement sous forme de diffuseur la partie de canal suivante orientée dans le sens radial.
A la différence des machines centrifuges couramment employées jusqu'à ce jour et comportant des dispositifs directeurs composés seulement de quelques aubes (par exemple 4 à 8) se prolongeant radialement jursqu' au voisinage de l'arbre de la machine, les rangées d'aubes directrices des machines centri- fuges suivant la présente invention comportent un grand nombre (utilement vingt et plus) d'aubes directrices disposées avec un plus petit pas et qui pour la plupart sont relativement courtes.
De plus il y a intér8t à donner à ces aubes directrices un profil de faible résistance dans le sens de l'écoulement, de façon qu'elles aient une forme convenable du point de vue aérodynamiqu e .
Uneforme d'exécution de l'objet de l'invention est représentée à titre d'exemple au dessin ci-annexé où: -
La fig. 1 est une coupe longitudinale axiale d'une partie d'un turbo-compresseur à étages multiples, la fig. 2 une coupe suivant la ligne II-II de la fig. 1 et la fig. 3 une variante d'un détail.
Sur les fige. 1 et 2 désignent deux roues mobiles successives d'un turbo-compresseur ou d'une pompe centrifuge.
Ces roues mobiles 1, 2 sont rigidement reliées à l'arbre 3, de sorte qu'elles participent à sa rotation. La flèche B indique la direction de l'écoulement du fluide (vapeur, air, liquide ou gaz) que doit refouler le turbo-compresseur ou la pompe centrifuge. A chacune des roues mobiles 1,2 fait suite un diffuseur radi al 4. A ce dernier fait suite à son tour une partie 5 du canal d'écoulement, partie qui produit la déviation de l'écoulement d'environ 180 . Cette partie 5 présente une section qui diminue
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dans le sens de l'écoulement. En désignant par D la section à l'entrée dans la partie 5 et par d la section à sa sortie, il faut d < que le rapport -= 0,9. A la partie 5 succède dans le sens de
D l'écoulement une rangée d'aubes directrices A formant grille.
Le pas de cette rangée est petit et sa longueur radiale est grande par rapport au diamètre de la roue mobile correspondante. Cette grille d'aubes directrices A se compose d'un nombre d'aubes 6 relativement courtes, d'un certain nombre d'aubes 7 se prolongeant radialement vers l'arbre de la machine davantage que les aubes 6 et d'un troisième groupe d'aubes 8 qui s'étendent vers l'arbre encore plus que les aubes 7. Toutes ces aubes 6,7, 8 présentent dans le sens de l'écoulement du fluide à refouler un profil de faible résistance. Chacune de ces grilles d'aubes A donne à l'écoulement la direction voulue pour que l'arrivée à la roue mobile située en aval ait lieu sans choc.
Du fait que la partie 5 de chaque canal d'écoulement présente une section qui diminue d'au moins 10% dans le sens de l'écoulement, il ne se produit dans cette partie pratiquement aucun décollement; en marne temps, il se produit dans cette par- tie 5 une accélération du fluide à refouler lors de sa déviation de 180 ,ce qui se traduit par une égalisation oonsidérable dans le champ d'écoulement sous le rapport de la vitesse, de la direction et de la répartition de l'énergie.
Si on le désire, la grille d'aubes directrices peut également être disposée en amont de la partie 5 produisant la dé- viation d'environ 1800.
Le dispositif directeur servant à compenser le moment cinétique peut aussi, comme le montre la fig. 3, être disposé partie en amont et partie en aval de la partie 5. Sur cette fig. 3 la grille d'aubes directrices placée en amont de la partie 5 a été désignée par E et celle qui se trouve en aval par F.
Seule l'application simultanée des deux caractéristiques principales qui font l'objet de la présente invention, à savoir, le fait de donner à la partie du canal d'écoulement qui fait suite
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au diffuseur et où se produit la déviation une forme telle que sa section diminue d'au moins 10% dans le sens de l'écoulement et d'autre part l'emploi, pour la compensation du moment cinétique, de grilles d'aubes directrices dont le pas est petit relativement à la longueur radiale des grilles et qui ont un grand diamètre moyen relativement au diamètre moyen de la roue mobile correspondante, permet d'utiliser dans des machines centrifuges avec une efficacité maximum pour l'augmentation de la pression et l'amélioration du rendement d'ensemble,
des fractions appréciables d'énergie cinétique qui sans cela se trouveraient perdues dans les diffuseurs radiaux et dans les parties dévi-atrices des canaux d'écoulement.
Il y a intérêt à ce que le passage compris entre la sortie de la roue mobile d'un étage donné et l'entrée dans la roue mobile de,l'étage suivant soit réalisé de façon que la succession des sections soit continue et qu'il ne se produise nulle part de variations brusques de section, que ce soit dans le diffuseur ou dans la partie produisant la déviation ou dans le canal de retour, étant entendu par ce dernier par exemple sur la fig. 1, la partie située en aval des aubes directrices 6.
Parmi les aubes des grilles d'aubes directrices, celles qui sont radialement les plus courtes peuvent être orientables et celles qui se prolongent davantage vers l'arbre étant fixes, ces dernières pouvant aussi présenter une extrémité épaissie pro-
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filée aérodynsmiquanent.