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" Turbine pour la transformation de la pression d'un fluide en travail ou inversement."
Les avions volant à haute altitude, où l'air est faible pression, doivent être alimentés en air, ou en air carburé, par l'intermédiaire d'un compresseur permettant d'obtenir dans le conduit d'aspiration du moteur, une pression comparable à la pression atmosphérique au sol.
Dans ce cas, l'utilisation des compresseurs centrifuges connus, présente les inconvénients suivants :
1 - La puissance absorbée par le compresseur est importante, du fait que le rendement interne de ces compresseurs centrifuges ne dépasse pas 0,65 à 0,70.
2 - Par suite de ce faible rendement interne, l'air
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carburé est échauffé avant son admission dans les cylindres du moteur. Afin d'évitter les auto-allumages, le taux de compression doit, pour cette raison, être !Imité une valeur relativement faible, pour laquelle le rendement du cycle est mauvais*
3 - Pour obtenir, dans les compresseurs centrifuges connus, un taux de compression convenable par roue, il est nécessaire d'atteindre pour ces roues une vitesse circonférentielle élevée, de l'ordre de 350 mitres-seconde. Pour ne pas être conduit à des dime,n- sions trop importantes pour le rotor, on est ainsi amené, pour atteindre cette vitesse circonférentlalle, à faire tourner les roues une vit sa se angulaire tris élevée.
4 - Le moteur de l'avion tournant à une vitesse bien inférieure à celle qu!. est nécessaire pour le rotoi du compresseurs, il devient Indispensable d'interposer, entre ce moteur et ce compresseur, un train d'engrenages multiplicateurs qui absorbe, par frottement, une énergie importante, et quipeut être cause d'avare.
5 - Tous les organes d'entraînament du rotor et les organes de multiplication tournent 8 grande vitesse et doivent 6tre abondamment lubrifies Les entraînements d'huile dans l'air carburé refoulé dans les cylindres du moteur sont importants . la consommation de lubrifiant est élevée.
La présente invention a pour but de remécier à ces inconvénients.
Elle concerne une turbine pour la transformation de la pression d'un fluide en travail ou inversement, caractérisée par ce que la hauteur manométrique produite ou utilisée par une seule roue est répartie sur un ansemble de plusieurs couronnes concentriques d'aubes mobiles
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et fixes, ces aubes ayant une courcure et une inclinaison telles que la composi.tion de la vitesse circonférentielle périphérique d'un aubage quelconque avec la vitesse relative de sortie du fluide de ce même aubage, donne une résultante telle que l'entrée de ce fluide se trouve correctement assurée dans l'aubage qui.
suit immédiatement le précédent dans le sens d'écoulement de ce fluide, cet écoulement étant centrifuge lorsque la machine transforme du travail en pression (compresseur et pompes à liquides) et centripète lorsque la même machine transforme de la pression en travail (Turbines à Gaz, àVapeur et Hydrauliques ).
Suivant un .mode de réalisation, les aubages mobiles sont disposés sur les deux faces d'un même rotor, ce qui permet d'assurer un travail mécanique élevé pour un encombrement réduit.
Suivant un..autre mode de réalisation de l'invenH on les aubages des deux faces sont parcourues en série et de façon centrifuge par le même flux de fluide, ce qui permet d'obtenir une pression terminale élevée.
Dans ce cas, le débit total du fluide est celui qui correspond à une face seulement de la roue, et le taux de compression ou de détente, c'est-à-dire le rapport des pressions initiale et finale, produitou utilisé par la roue, est égale au produit des rapports correspondants à chacune des faces-
Suivant une variante, les aubages des deux faces sont parcourus en parallèle et de façon centrifuge par deux/flux de fluide, ce qui permet d'obtenir un débit élevé.
Dans ce cas, le débit de fluide est doublé, les deux faces de la roue étant parcouruos chacune pnr un débit propre, la réu'nion des deux débits se faisant à la
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périphé 'Le des aubages extérieur::. La pression du fluide est la 1me sur chaque face de In roue, la long des circonfére, s également éloignées c,e centre.
Suivant une variante de cette dernière réalisation le flux 9 fluide, comprimé par les aubapes de 1s première face du 0tor, croise le flux s'échappant des aubagas de la deuxi9mi face du rotor, en pllssant autour de conduis p13rcourus 1, térleurement par le flux s'échappant des aubages de cette :euxime face du rotor.
L'invention s'étend susi;1 aux caractérlstiqueg cl-Slpr9s écrites, et n leurs dl:7erses combinaisons.
Un turbo-compresseur conforme à l'inventl.on, est reprÓ30r: ,À titre d'exemple sur le densin cl-,joint dans le qu 7 : -La fig. 1 est-,une demi-vue de profil, et demie coupe axi ,e oe l' appareil.
La fig. 2 représente d3ux dem3os-coupes de ce tur:o-co7 oss(3ur, perpencilcil31rement 3 son axe, su'vant les l'.pno L) 1-22 et 8 -G de 113 f i ;. 1.
La fig. 3 représente grande échelle une coupe transe 33! aux 8ubagé'!s et les p8rallélorr,rammes des vtt08ses 1. caractérisent le fonctionnement de l'appareil.
Le ftg, 4 est une vue en coupe d'un mode de fixat to n d 7 Il n, aube.
La fl7. 5 est une vue en coupe d'une rerlgnti de ce mode de 'ixa tion. es rif. 6 nt 7 son- des vues de face, et- en coupa d'un .utr mode de n xat10n de l'aube, conforme p 1'i nvant n.
La fig. 8 est une coupe schématique d'une turbine SU'V8, l'invention, mais comportant les deux flux en p[Ji'811] . turbo-com,.)ress,ir représenté sur les fip;.de
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1 à 3, est monté sur-un arbre moteur 1 qui peut être par exemple L'extrémité de l'arbre du moteur d'un avion. Une roue 2 en alliage léger ou tout autre métal, est calée sur l'arbre moteur 1, au moyen d'une clavette 3 et d'un emmanchement conique. Cet emmanchement conique 4, est combiné à une rondelle 3 maintenue par un écrou de blocage 6, vissé sur l'extrémité de l'arbre 1, et convenablement fre iné.
Un disque 7 en alliage léger, ou tout autre métal est fixé contre la roue 2, par exemple au moyen de vis 8 réparties suivant une circonférence voisine du moyen de la roue 1. Le disque 7 s'appuie contre la roue 2 par des portées d'appui dressées 9 et 10 - et présente de pl.us une gorge circulaire 11 voisine de la circonférence des moyens de fixation 8 et dans laquelle s'emboîte une nervure 12 correspondante de.le roue 2.
Le disque 7 et la roue 2, sont de plus, solidarisés par des emboîtages 13 à nervuras radiales, voisins de la périphérie de. cette roue 2.
On réalise ainsi une fixation concentrique du disque 7 à la roue 2, et un maintien rigoureux de ce disque 7, par rapport à cette roue 2, dans le sens circonférentiel, tout en laissant à ces deux éléments, la possibilité de se dilater séparément l'un par rapport à l'autre, dans les directions radiales.
De disque 7, évidé, à sa partie centrale, est obturé par un bouchon 14 en tôlerie légère, fixé sur les bords de ce disque 7, par exemple au moyen de vis 15. Ce bouchon 14 est profilé suivant un cône dont le profil correspond à la forme de la veine gazeuse l'aspiration de l'appareil. Il sert de plus, masquer l'écrou de serrage 6 servant à la fixation de la roue 2 sur l'arbre 1.
La roue 2' et la disque 7 portent sur leur surface externe, des couronnes d'aubes 16 1-162-163 pour le disque
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7 et 17 72-173 pour le roue 2 dites soubes mobiles Le profil 1 de ces aubes (fig.3) 16 -17 varie a' une cou- 1 1... ronne à l'autre, et suivant les caractéristiques de 1' appa- reil (vissa, débit).
Les aubes 16 17 peuvent être en alliage lé-
1 1... car, la @ ou autre métal. Elles peuvent être obtenuos par découpage transversal de barras laminées à leur pro-
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fil. Dans la longueur de ces éléments découpés sont usinés nos t'tons ronds ou 10pygon13ux si8 suffisamment 10n(:s pour p'3c1Y,.ttre le rivetage des aubes sur la roue 2 ou la disque support 7 (flip-.1).
-ans le cas où les aube3 présentent une certf.Jno longueur, ou si la vitesse de la <fio<i? est importante, ces aubes 1 sont, en outre, maint-enjes litir extrémité tzar ri1Jetop; ce tétons 19 sur les ann ,ux 20 forment frett,-,,,, ( ne; . 5 ) .
Les aubes I61-I71 peuvent également (fie.6 e, 7) être enc.-"rées dans les carnalur:. circulaires 21 de la roue 2, avec interposition des pièces intercalaires 22-22 sur lesquelles les bords de la cannelure 2T sont raba "-us par matage 2.
.Jans le cas des aubes do faible saillie, ces dernJ,3ros peuvent enfin être taillées par fraisage dans 1 m'jsso )/':me de la roue.
.Jar:s tous les cas, les aubes peuvent être frottées i leur extrémité par un anneau rivé, comme Il est repr6:'jnté sur la f i. 5.
.ur une portée cyltnàrtquf1 23 de la roua 2 est
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monté un flaaqua bzz, en t31]1.flJize léger ou tout autro métal, portant sur sa face interne' des nervures radiales 25, venues de fonte ou d'estampage avec ce flasque, ou rapportées par soudure ou brasure.
Le flasque 24 constitue la pièce maîtresse du stator; elle est fixée au bâti 50, ou au carter du moteur : elle peut même faire partie intégrante de ce carter.
Sur la face externe ce ce flasque sont usinées deux portées circulaires 26-27, sur lesquelles vient se fixer un collecteur annulaire de refoulement 28, par exemple en tôlerie légère, qui est raccordé l'aspiration du moteur.
L'étanchéité entre le flasque 24 et la partie cylindrique 23 'de la roue2est réalisée au moyen d'un joint à cannelures 29 du type à pertes de charge.
Le jeu longitudinal de l'ensemble de l'arbre 1 et de la roue 2, par rapport au flasque 24, doit être inférieur au jeu laissé entre les aubes 16 1... 171et la paroi. qui. leur fait face. A cet effet, l'arbre moteur 1 doit être fixé longitudinalement dans le palier le plus voisin de la roue 2, de manière à ce que la dilation de cet arbre 1, à l'aplomb du sta tor, soit la plus réduite possi- ble .
En regard des aubes 171-172 de la roue 2, et s'appuyant sur les nervures radiales 25 du flasque 24, est monté un deuxième flasque 30 en alliage léger ou autre métal.
Ce deuxième flasque 30 du stator est fixé aux nervures radiales, 25, par exemple par des boulons 31 traversant des oeillets 32 venus de fonderie, en saillie sur les nervures 25. de deuxième flasque 30 a une forme légèrement conique. Il porte;des couronnes d'aubes fixes 311-312
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fixées ce mo le sont les aubes mobiles 17 1-172sur la roue 2 et intercalées entre ces aubes mobiles 17 17
Ces aubes fixes 311-312 qui ne subissent pas d'efferts du fait de la force centrifuge,
peuvent être constituées d'un métal moins résistant que celui des aubes mobiles 16 17
Enfin la montage rigoureusement concentrique du
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flasque 3 sur la roue 2 est réalisé au moyen de tétons 32 portés par chaque nervure 25, et s'engageant dans une ra'!nu e circulA1re 33 menacée dans le flasque 30.
Le sta+or est compl.été par un flasque externe 34 en 811i'31:- léger ou antre métal, formant carter du stator, et se 1; nt In périphérie du flasque 24, par exemple par boulon,': en emboîtement concentrique 3.
Ce carter 34 porte, sur sa face Interne, sensiblement o(,r. ndiculairo a l'arbre 1, des couronnes d'aubes fixes 37 37 intercalées entre les couronnes d'aubes 3...
1710,:,1 le f, 1-16.- G -16 3..
Le carter 34 se prolonge par une tubulure axiale ;)8, fi 's=1 30, pour le raccordement de la tubulure d'aspira. tion du r morosseur. es deux aubades fixes, les plus voisins de la périphérie '1 et 3I1, sont fixés par 79s moyens décrits plus haut tels que rivure, aux ailes d 1 unnneau -entre toise profil±' t., À sect:1,on en forme d'T1, et constitué en alliage léger ou 1 tut autre métal. La face cylindrique interne de cet anneau 40, est crousée de cannelures forrrant ,joi.nt n pertes de -herFe, avec la surface cylindrique externe de la roue 2 et 7z disque 7.
'-lune des ailes de l'anneau profilé 40 porte une feuil¯: 1re /+ dans loql1Alle e1::t fixé de façon ft anche un anneau :ollecteur 42 formé de deux parois 42 l -4210 l perpencic' Lsires l'axe, et d'une p8ro cvlindrlque z réunissant extérieurement ces premières. La paroi 42 de
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l'anneau 42 est réunie au flasque 24 du stator par une série de tubes 43 soudés, vissés, ou dudgeonnés dans la paroi. 42 . Ces tubes 43, d'autre part, traversent le flasque
2 24 et présentent une' partie filetée 44 dépassant une surface d'appui plane ménagée sur la face externe du flasque 24 autour de l'orifice de passage. Un :écrou 45 vissé sur la partie filetée'44, et s'appuyant sur la surface plane, assure l'étanchéité de l'assemblage.
Enfin, le carter 34 peut être muni à sa surface extérieure, de nervures 46 formant renforcement et favori.- sant le refroidissement de ce carter.
Le fonctionnement de l'appareil ci.-dessus décrit est le suivant :
Le rotor tournant dans la sens de la floche f (fig.3), on considère une couronne d'aubes mobiles 17 et les couronnes, d'aubes fixes 31 31n situées immédiatement de'part et d'autre de celle-ci.. Les aubes fixes de la couronne intérieure 31 inclinées de façon n à réaliser 1'entrée' correcte du fluide dans les aubes mobiles, formant distributeur.
Les aubes fixes, la couronne extérieure 31n-1 jouant au contraire le rôle de diffuseur pour la couronne d'aubes mobiles 17n, et le rôle de distributeur pour la couronne d'aubes mobiles 17n-1
Chaque, couronne 17 1... d'aubes mobiles produit donc une compression indépendante, l'ensemble des cou- ronnes concentriques 17 1 -17. 2... réalisant, en série les uns avec les autres, des étages successifs de compression (ou de xdétente, si le dispositif fonctionne en moteur.
Le fluide gazeix ainsi aspiré par le conduit axial 38 du'carter, est progressivement comprimé par
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les couronnes loblles 16 n... -I6 3 -I6 ; -I 1 du disque 7, puis, passant entre lus tubes 43, ce fluide est ramené vers l'axe da rotation, sous l'ef'f0t ce in pression, par l'Intervalle outra le premier flasque t1 et lA deuxième fl?.;que 30 du stator, ce fluide étant alors guidé r#idlslor.1<3nt par les nervures e:5. Le fluide passe nicrs par l'onvert,, .;i voisine de l'arbre du deuxÍ9me flasque 3!' et s'en-
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fUJP:C ciLS une direction centrifuge dans les couronnes d'aubes fixe ,l et mobiles 16.
Le fluide subi alors une deuxième série de compros ;rs successives, du fait de 1.>. rotation des couronnes d'au noblles 17 portées par la roue 2. Le fluide comprimé F .'.;'xlmum s'échappe dans le collecteur 2h, en passant dans ., tu bes 43.
Les deux fsces du rotor, constitué par la roue 2 et, à disque 7, sont ainsi utilisées pour réaliser deux cnm-3 s'.ons étalées, s'ajoutant l'une l'antre et permett ' de réaliser une pression terminale élevée.
Au lieu d'ajouter, on série, ces deux compression. u3f;ées, réalisées sur chaque face du rotor, on peut mett e. parallèle ces deux compressions de manière dou zur le dé rit de l'8ppnr"!il, la pression terminale étant cell 'j')1aéa avec les aubes d'une seule face du rotor.
Ge c:. Jresseur deux flux est représente se :ém2ti.quemcnt sur "I r.8. Il comporte essentiellement un stator composé d'un )lecteur d'entrée 51 voisin de l'axe, de deux flasques cnnt .S 5z -5¯ portant les couronnes 0 'AUt. s fixes 371 31 1 l. e d'un 0 ] le c te tl rue sortie 55.
Le rotor est constitué d'une toue :)4 calée sur 1.'ar 55 et préseninf, sur chacune de ses faces, des cour< :3S d'aubes mobiles 161-16" 2... -17-17 1 interca- 168s <1;: e les oouronnen d'aubes fixes 37-7-31-1 du si cr.
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Les deux flux se propagent de part et d'autre de la roue 54,'de façon symétrique et centrifuge.
La puissance absorbée par chacune des phases du compresseur de l'invention est exprimée par :
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W = P ( U 1 cos \( ,1 Uo Vo cos o(o ) P étant le poids de fluide traité par seconde g l'accélération de la pesanteur
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Ulla vitesse d'entreinement à la périphérie de l'aub8f-e mobile V la vitesse absolue du fluide à la sortie de l'aubade mobile Ó1 l'angle que font entre elles, ces deux vitesses, U. la vitesse d'entraînement à l'entrée de l'aubade mobile v. la vitesse absolue du fluide cette entrée, Ó. l'angle que font entre elles les deux vitesses.
On peut se rendre compte, sur la figure 3 que l'inclinaison des aubes mobiles, à l'oufe, en avant du mouvement, a pour effet de donner l'angle une valeur ,supérieureà 90 , donc, d.e donner au terme (Uv. cos une valeur positive.
De même, -la légère inclinaison des aubes mobiles 17n à la sortie, en avant du mouvement, a pour n effet de diminuer.vers zéro la valeur de l'angle Ó1 Le cosinus de cet angle tend vers 1, et la valeur
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du terme U1 V1 cons c(1 augmente en tendant vers le pro- duitu1-v1
La valeur des angles Ó1,Ó1 peut évidemment varier, tout en étant limitée par les considérations d'usinage des aubes.
Le même, la hauteur des aubes, projetée sur un 'rayon, peut également varier, la hauteur de ces aubes et leur pas devant toutefois permettre un guidage conve-
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nable de a veine fluide.
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exemple r,- cnér1 que: On supposa un rotor de 52) m/m do dlem4tro , tournant 2500 tours minute, et possédant' 6 étafas cio oompression sur chacune rie ses faces. Les oncles d sor.t , apposés partant égsux â I55 . Le débit d'air est o suppôt de 1 kg par seconde.
Pour les différentes phasses de compression, 'le trave @ p ,duit est :
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1 na f ...... 150 K g m s (Kl1CJr:r8mms-m9tres-seconde) 2 ,il;]: 1 ...... 200 fi " " ;" il ...... 285 " il n rr 4'- " .. .... 390 " " n il 5 'r 50 fi il Il il 6 '- " ...... 62 fa " Il Il
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sol b '1' te ',RI.. 2.Ifi4 K m pour une face 4.308 1( ç m 7, pour les deux faces ne rouo de compresaeur ordinal ra, <3o même àÍsm0tre r' ir et t intér i.eur, munie d'aubas rai-1 ,ales et touri. r la méme vitesse aurait donné, dans les mêmes conù¯ . n. , une puissance Interne de 500 Kgms par côté de 1'01]', s. t 1000 Kms pour lea àoux f8ces, soit une puissan ce:.' ,;at fois plus petite. rendement du compresseur de l'Invention fi"t de l'-" ,lre ie 0,90.
La puissance interne de 4.308 Qmfi trouv' p:; s haut, correspond, compte tenu de ce rende ment , un- élévation de pression suffisante pour réez 1 l' a.; 'ra !.on d'un moteur tournant à 4.000 M d'altitu >, une pi' sic a é;ale F celle du sol. i 'appareil de l'invention prôssnte aussi les avant' s' ichniqutgs suivants : '- Le r0ndl'Jm'1nt interne do l'Slp8reil 1 est 1,,portant, a' oint 0,90 alors que les compresseurs connus Lut ur. ,'sne Jment voisin de 0,'70. Le rendem0nt n-,6cgniqijo ..." de l'appareil est également élevé du fait de là suppreE!-
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@ sion des engrenages, et de la réduction au minimum des paliers et des,- sur,.faces de frottement.
Le rendement: global de l' appareil de l'invention est pour ces deux..raisons très avantageux.
2 -réchauffement du fluide comprimé est réduit pour les raisons qui justifient l'élévation de rendement,
Dans le cas de.,moteurs d'avions, cet avantage permet des compressions élevées sans risque d'auto-allumage.
3 - La vitesse circonférentielle périphérique du rotor qui, dans.. les compresseurs connus, atteint
3 à 400 mètres seconde, est réduite, dans l'appareil de l'inventon, à 70 mètres environ pour un même résultat.
4 - Cette vitesse réduite permet le calage direct du rotor, en bout d'arbre du moteur, ce qui supprime les engrenages multiplicateurs - réduit l'encombrement et les pertes d'éne.rgie par frottement.
5 - Les entraînements d'huile, sont supprimés, - dans le cas où -le compresseur est calé en bout d'arbre du moteur.
6 - Le. compresseur de l'invention permeten outre, comme les compresseurs centrifuges connus, d'aug- menter le taux de compression totale pour les moyens ordi- naires, tels que l'emploi de plusieurs roues en série, ou l'augmentation de la vitesse cironférentielle par accroîs- sement du diamètre ou de la vitesse de la roue.
L'invention s'étend aux dispositifs décrits, aussi bien s'ils servent comme turbo-compresseurs ou au contraire comme turbine motrice alimentée par un fluide comprimé.
L'invention s'étend aux dispositifs décrits, quel que soit le fluide utilisé, vapeur, gaz parfait, liquide, l'invention est aussi susceptible de nombreuses appli-
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cations et notamment des suivantes :
1 - Turbines à vapeur.
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2 - Rocom.rcssion des vapeurs perdues dans le domaine cela récupéra tion de la chaleur.
3 Compresseurs de irez ou vapeurs dans 1'Indus- trio du froid.
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4 - Compresseurs d'air 'basas et haute )r'(')ssi(m dans ï' r,dustrio de l'air comprimé, et l'aviation.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.