<Desc/Clms Page number 1>
Appareil du type à hélice pour la propulsion de fluides,
La présente invention est relative à des venti- lateurs, pompes et analogues du type à hélice, et l'objet de l'invention est d'augmenter le rendement manométrique de tels appareils*
Dans la présente spécification, "rendement mano. métrique' signifie le rapport entre la pression obtenue en réalité et la pression théorique correspondant à la Vites- se au sommet de la roue mobile. L'expression 'pas géométrie que* est employée dans son sens ordinaire pour la longueur axiale d'une spire de l'hélice formée par le prolongement hélicoïdal de la corde d'une section d'aube de roue ou d' aube directrice;
maisson emploi est limité la discussion de divers pas géométriques aux rayons variables d'une aube de roue ou aube directrice. Une hélice est dite droite ou gauche suivant qu'elle est engendrée par une rotation, dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens opposée de son rayon générateur se déplaçant vers l'avant le long
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
de son axe; et l'expression *direction hél1cGlda1e- est em- ployée ici pour comparer sous ce rapport divers éléments hé- l1coIdaUJ ou formations l1cQIdales OU bien des éléments ou formations lorsqu'ils sont considérés comme étant des portions d'hélioes.
L'emploi des mots 'courbure relative est limita à la description d'aubes de roue pour désigner le rapport qui existe entre l'ordonnée maxima depuis la ligne médiane de courbure d'un élément aérodynamique jusqu'à la corde Joignant les deux extrémités de la dite ligne mé- diane. et la longueur de cette corde.
La concavité telle que discutée dans cette spéci-
EMI2.2
fixation est relative seulement au rapport qui existe entre la surface concave d'une aube de roue ou aube directrice,et la direction purement oiroontérent1ellel,dans le but de spé- o1tier si la dite surface concave,, sous ce point de vue limi- té. est orientée dans le même Sens* ou dans le sens opposé au sens de rotation de la roue. La notion d'angle que la corde
EMI2.3
de la surface concave fait avec la dite direction circonfé- rentlelle ou avec l'axe de la machine est absente du sens de la dite expression.. La concavité,des aubes de roue est orien- tée dans le même sens que le sens de rotation de la roue.
Lorsque dans des appareils du genre indiquée un courant de fluide passe à travers le rotor il acquiert de-
EMI2.4
puis ce dernier une vitesse retardatrice qui est o1rconté- rentiello en direction,*, et quant à son. sens,, il est la même que celui, de la vitesse du rotor.) et dont la valeur totale est déterminée principalement par le profil et le nombre d' aubes de rotor et par leur vitesse de rotation.
Suivant la présente invention), dans des appareils du genre indiqué;tout le fluide qui entre dans le rotor regoit une composante de la
EMI2.5
vitesse CircOnférent1ellO qui a Un sens opposée à celui de la
<Desc/Clms Page number 3>
vitesse du rotor et de la vitesse de retardement et qui en grandeur est substantiellement en excès par rapport à la vi-
EMI3.1
tesae de retardement.
Le résultat est que la dite composante de la vitesse circonférentielle (après avoir neutralisé le retardement) persiste), Inchangée en direction et en sens* et de grandeur substantielle; et comme la pression donnée au fluide sortant du rotor est proportionnelle au carre.de la vitesse de l'aube de rotor par rapport au fluide qui y entre,
EMI3.2
la composante oirconférentleiie de la vitesse produit un gain de pression très appréciable dans le fluide sortant. Par con-
EMI3.3
séquente dans un appareil donnée l'invention permet d'obtenir un gain de pression plus grand sans augmentation de la vîtes- se de l'aube de rotor,,ou bien d'obtenir un gain de pression donné avec une vitesse d'aube de rotor Plus basse.
Suivant la présente invention. un appareil du type à hélice pour la propulsion de fluide comprend une roue ayant
EMI3.4
des aubes de section adrodyriamlquei qui augmentent en largeur et en surface totale, progressivement dans la direction depuis le sommet jusqu'au moyeu avec une courbure relative appropriée en combinaison avec des moyens d'admission de fluide compre-
EMI3.5
nant un assemblage d'aubes d1rectricehélico!dales co-axial avec la roue et disposé, à donner à 1 entièrstî du fluide en- trant dans la roue un contre-tourbillonnement lequel. en gran- deur, est substantiellement en excès par rapport à la résis- tance de la roue.
si le fluide sortant du rotor doit passer à travers une autre phase de rotor* sa vitesse circonférentieiie rési-
EMI3.6
duelle peut être augmentée Jusque la vitesse oiroonférentiei- le originellement ¯rimée au fluide si, Cependantb le fluide doit quitter l'appareil et doit le quitter sans mouvement de rotation. la dite vitesse circontérantielle résiduelle doit "être neutralisée, par exemple par des aubes de sortie tendant
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
à Imprimer une rotation dans la direction opposée.
Cela.a pour résultat une diminution de l'énergie du mouvement et par conséquent un gain de pression,
L'invention sera décrite ci-après en se référant
EMI4.2
aux dessins ci-joints dans lesquels ig.. 1 est un plan développa de quelques unes des aubes de roues et aubes directrices d'un appareil à simple phase suivant l'invention;
EMI4.3
lI'ilh 2 est un plan développa de quelques unes des aubes de roues et aubes directrices d'un appareil plusieurs phases suivant l'invention;
EMI4.4
F1g,.8 et 4 montrent les diagrammes de vitesse du dispositif de la figure 1 et figure 2 respectivement;
EMI4.5
7iga.n et 8 montrent graphiquement les variations de la pression statique du fluide correspondant aux varia- tions de vitesse indiquées dans les figures 3 et 4 respecti-
EMI4.6
vement..
Fige 7 est un diagramme dans lequel des sections d'aubes sont montrées liées aux rayons de l'élévation d'aube à laquelle elles sont prises.
En se rapportant aux figures 1, 3 et 6,,le chiffre
EMI4.7
2 Indique les éléments sectiomiela des aubes directrices d' admission,, 3 montre des éléments sectlonnels d'aubes de rotor; et 4 des éléments sectionnais d'aubes directrices de sortie.
EMI4.8
tous à la même distance radlaie. À indique l'angle d'attaque e? Ô l'angle auquel le fluide entre dans le rotor, c'est'-à- dire-l'angle d'écoulement vers l'intérieur
La direction générale de l'écoulement fluide à tra- vers l'appareil est parallèle à l'axe,, et dans l'exemple il- lustré, son sens est considéré- être- de gauche à droite,, comme montré par les floches A.
Le sens de la, rotation de la roue ou des roues est celui des aiguilles d'une montre lorsqu'on regarde de gauche$, et est montré dans quelques unes des figu-
<Desc/Clms Page number 5>
res par les flèches B.
La fonction des aubes directrices d'entrée 2 est d' imprimer au fluide qui entre dans les aubes de roue une com- posante de mouvement qui soit circonférentielle et contraire en direction par rapport au mouvement circonférentiel des au- bes.: c'est-à-dire, dans l'exemple illustré,,, une composante dU mouvement circonférentiel contraire au sens des aiguilles d' une montreo Cette composante du mouvement est désignée comme étant un "contre-tourbillonnement".
Les aubes peuvent être ai.- dées à jouer ce rôle par d'autres moyens de changement de la direction du mouvement du fluide; mais dans tous les cas,, les aubes directrices d'admission 2 sont disposées à déterminer la direction finale du fluide lorsque celui-ci entre dans la roue* Afin de produire le contre-tourbillonnement,les aubes directrices 2 sont hélicoïdales et co-axiales avec la roue et de même direction hélicoïdale que la roue;
et leurs surfaces concaves, sont orientées vers les surfaces concaves des aubes. de la roue Elles ont de préférence une section aérodynamique- afin de faciliter l'écoulement aérodynamique, De plus, elles diminuent en général en largeur dans la direction depuis le sommet jusqu'au moyeux
On a déjà proposé de former une hélice avec des au- lies directrices d'admission qui délivrent le fluide à l'héli- ce avec un contre-tourbillonnement de telle grandeur que la résistance de l'hélice soit neutralisée et que le fluide soit obligé de quitter l'hélice avec un mouvement purement axial;
mais suivant la présente invention,, le contre-tourbillonnement est utilisé. comme un facteur essentiel pour la création de la pression, et dans ce but, il est substantiellement en excès par rapport à la résistance et est appliqué à tout le fluide qui entre dans la roue, et est utilisé avec une roue qui est grâce à sa construction capable de produire et d'utiliser un
<Desc/Clms Page number 6>
contre-tourbillonnement de telle grandeur et différentié ra- dialement d'une manière telle qu'il atteigne en pratique l' augmentation de pression qui est latente dans le principe du contre-tourbillonnement*
Ce principe peut '*être expliqué en se reportant aux figures 3 et 6 qui sont respectivement les diagrammes de vi- tesse et de pression d'un élément annulaire,
arbitrairement choisit, du courant fluide.
Représentons par Va en grandeur et en direction la vitesse axiale engendrée par la roue, dans le fluide qui pé- nètre dans cette roue Les aubes directrices 2 font dévier l' écoulement dans la direction Vi, en tendant ainsi à ajouter à la composante axiale Va une composante circonférentielle représentée en grandeur par Vwa et de sens opposé au sens de rotation de la roue.
La rotation de la roue tend cependant à provoquer dans le fluide la vitesse de résistance circonfé- rentieile représentée par dans le même sens que la dite ro- tation. La composante circonférentieiie efficace de la vites- se du fluide qui entre est par conséquent la somme algébrique de Vwa et d, représentée par Vwe. ?va indique la vitesse li- néaire absolue des aubes de roues au rayon:
choisit, de sorte que pva + Vwe = Q est le fluide effectif à la vitesse circon- térentielle d'aube et la résultante de Q et Va) c'est-à-dire Vr est la vitesse d'entrée du fluide par rapport à l'aube. pourvu que l'aube soit de section aérodynamique et que l'angle d'attaque [alpha] soit maintenu endéans des limites convenables, la pression engendrée par l'aube varie comme le carré de la dite vitesse Vr; de sorte que,, de même que PVa est augmenté par l'addition de Vwe, la pression engendrée par la roue aug- mente dans une proportion plus grande..
La composante circon- férentielle de la vitesse Vwa étant -à tous les rayons=. beau-
<Desc/Clms Page number 7>
coup)plus grande que la vitesse retardatrice ¯4* leur somme algébrique Vwe est une vitesse de grandeur substantielle de sens contraire à la vitesse des aubes Cela a pour résultat une valeur plus grande de Q et par conséquent de Vr et la production par la roue de très hautes pressions de fluide* L'on croit que la production de hautes pressions au moyen' de contre-tourbillonnement en excès par rapport à la réels-- tance n'a pas encore été essayée.
Par ce moyen et par les autres caractéristiques de l'invention, on peut construire un ventilateur fermé à vis qui produit des pressions compa- rables à celles des ventilateurs centrifuges, par exemple avec des rendements manométriques; de 0,3 à 0,5 et plus, tout en ayant un rendement mécanique beaucoup plus grand qu'un ventilateur centritugeo
Cependant), les changements de vitesse et de pres- sion du genre indiqué par les diagrammes mentionnés ci-des- sus ne peuvent pas être obtenus en une grandeur suffisante pour créer des pressions substantiellement plus grandes que celles produites par des ventilateurs de construction connue, ou alternativement suffisantes pour obtenir des pressions, jusqu'à présent usuelles,
avec une vitesse angulaire de roue moins substantiellement élevée, à moins de rendre suffisamment for- tes les sections d'aubes de roue aux divers .rayons.
Par conséquente les aubea de roue sont faites sur toute leur longueur en une forme connue en elle-même, notam- ment de section aérodynamique) et par cela,, on entend une section définie par des surfaces postérieure et frontale à courbure si différente que la section est courbée dans la direction de la largeur de l'aube et également de manière à rendre la section d'épaisseur substantielle par rapport à la longueur de corde et avec son bord d'attaque plus épais que son bord arrière:
une telle section augmentant progressivement, @
<Desc/Clms Page number 8>
dans la direction depuis le sommet jusqu'au moyeu, dans ses facteurs de structure produisant la poussée,, notamment la largeur de la section d'aube,, surface totale,, et de préfé- rence aussi le rapport entre l'épaisseur et la longueur de corde, et la courbure relative en toutes sections étant en conformité avec les valeurs variables des dits t'acteurs,
Une telle augmentation est montrée dans la figure
EMI8.1
T oh 0,, D,,3 représentent la section de l'aube en trois rayons différents notamment respectivement le rayon au sommet
EMI8.2
jESt un rayon intermédiaire J:
S1 et le rayon de moyeu Zqt L'on verra que les cordes des sections aérodynamiques indiquées aux divers rayons par cc, cd, .ce,, augmentant en longueur pro- gressivement depuis la section 0 jusqu'à la section E et que
EMI8.3
le rapport entre 1'épaisseur à et la longueur de corde csest,4- à-dire 1.épa1sseur relative de la section aérodynamique aug- mente aussi progressivement de sorte que toute la surface d'
EMI8.4
aube augmente dans la même dJreetJon*.
La courbure relative des sections qui varient ainsi, est réglée de la manière bien
EMI8.5
connue en construction aérodynaaique, pour assurer que les facteurs mentionnés oo-ag1ssent pour donner la levée ou pous- sée requise combinée avec les rapports optima résistance/levée
EMI8.6
pour les diverses sections de l'aube. Dans la prat1que., la courbure relative reste constante, ou, comme montré, elle augmente dans la direction depuis le sommet jusqu'au moyeu.
Le fluide quitte le rotor 3 avec la vitesse de sor-
EMI8.7
tie absolue Ve, dont la composante c1rcontérent1elle a la va** leur V<M et une direction opposée à la rotation du rotor.aul- vant la présente invention on prévoit à l'extrémité.de 0014- tie de l"appare1l- pour la conversion du dit contre-tourb11J!.on- nement l'éS1dUeIL VYe en un. mouvement axial avec gain de pres '1 ni un assemblage d'aube directrice hélicoïdale 4 co-axial, arec la roue.
Un tel assemblage diffère de tout assemblage d'
<Desc/Clms Page number 9>
aube; directrice de sortie connu par l'inventeur, sous deux rapporte,,% D'abord sa direction hélicoïdale -ou plus particu- librement la direction hélicoïdale de la tangente 17 (fig.3) à la ligne médiane aux extrémités réceptrices de ses aubes- est la même que celle des) cordes des aubes de roue et de l' assemblage d'aubes d'admission 2. En second lieu,, sa conca- vite est orientée vers la concavité des aubes de roue..
Une autre caractéristique de l'assemblage 4 est que la dite tan- gente 7 fait un angle substantiel, b dans la figure 3, avec 1'axe de rotor- de manière à recevoir sans choc le contre- tourbillonnement résiduel de la roue,
Fig. 5 montre graphiquement les variations de pres- sions, statiques du fluide pendant son passage à travers l' appareils
La pression tombe pendant le passage du fluide à travers les aubes directrices 2, où la. vitesse circonféren- tielle lui est Imprimée*.
Cette chute de pression est suivie d'un gain très appréciable de pression pendant son passage à travers le rotor,. et par une autre augmentation de pression pendant le passage du fluide à travers les aubes 4, où sa vi- tesse circonférentielle résiduelle est contrebalancée
Figs. 3 et 5 se rapportent aux conditions existant à l'élément de courant choisi, claquât la vitesse d'aube de rotor et la résistance varient en grandeur suivant la posi= tion radiale de l'élément d'aube auquel elles se produisent, et que l'angle d'inclinaison de l'aube est d'ordinaire éga- lement différent aux divers rayons,, la composante circonfé- rentielle de vitesse Vwa et l'angle [gamma] peuvent aussi varier d'une manière correspondante aux divers rayons.
par exemple en supposant une construction de rotor avec un pas géométrie que constant du sommet vers la base de l'aube ainsi qu'un angle d'attaque constant,.alors l'angle [gamma]décroitrait depuis
<Desc/Clms Page number 10>
le sommet jusqu'à la base de l'aube directrice d'entrée avec une rotation correspondante de l'aube directrice de sortie, si celle-ci est présente. vers le parallélisme avec l'axe a- fin de maintenir la même augmentation proportionnelle dans le reniement manométrique sur toute la surface efficace.
Un appareil à double phase (fig.2) comprend des au- bes d'admission 2, des aubes de rotor primaires 3, des aubes entre les phases 5, des aubes de rotor secondaires 8 et des aubes de sortie 4.
Les éléments d'aube d'admission 2, les éléments d' aube de rotor primaires 8 et les éléments d'aube de sortie 4 correspondent aux éléments d'aube d'admission 2.. aux éléments d'aube de rotor 8 et aux éléments d'aube de sortie 4 de la fig. 1.
Comme illustré dans la figure 4. le fluide qui entre dans le rotor 3 regoit par les aubes d'entrée 2 une vitesse Vi composée de la composante axiale Va et de la composante cir- conférentielle Vwa. pendant le passage du fluide à travers le rotor 3, la composante circonférentielle Vwa diminue jusque Vwe à cause de la résistance A et le fluide quitte ainsi le rotor avec la vitesse absolue plus petite Ve composée de la composante axiale Va et de la composante circonférentielle Vwe.
L'assemblage d'aubes inter-phase 5 (fig.2) a la même direction hélicoïdale que l'assemblage d'admission 2 et que les aubes de roue* et ses aubes composantes ont des surfaces concaves orien- tées dans un sens opposé à la concavité des aubes de roue. et les dites aubes ont ce trait en commun avec les aubes de soit-- tie 4 que leurs tangentes, , (fig.4) font un angle substantiel 1 avec l'axe du rotor. Elles regoivent ainsi du fluide avec une vitesse absolue Va et le délivrent avec une vitesse abso- lue qui, dans la plupart des cas,est semblable en direction et en grandeur à Vi.
Pendant son passage à travers le second
<Desc/Clms Page number 11>
rotor la résistance d diminue sa composante circonférentiel-' le Vwa Jusque Vwe; de cette manière le fluide quitte le se- cond rotor avec une vitesse absolue Ve qui comprend la compo- sante circonférentielle Vwe. Ensuite., les aubes de sortie 4 impriment au fluide une vitesse circonférentielle égale à, et de sens apposé à Vwe et agissent ainsi en sens contraire de la composante circonférentielle Vwe, de sorte que le flui- de quitte les aubes 4 substantiellement sans vitesse circon- férentielle.
La pression (voir fige$) décroît pendant le passage du fluide à travers les aubes 2; augmente considérablement dans le premier rotor 3; décroît quelque peu dans les aubes intermédiaires 6; augmente de nouveau considérablement dans le second rotor 6, et un gain supplémentaire de pression est obtenu par l'action des aubes de sortie 4.
Il est préférable d'avoir un rapport entre le dia- mètre au sommet et celui au moyeu tel qu'il évite lui-même la ré-admission d'air dans le rotor). ce rapport pouvant par exemple être 9 ou moins, jusque 1.