<Desc/Clms Page number 1>
Compresseur centrifuge comportant des rotors coaxiaux.
La présente invention a pour objet un compresseur centrifuge comportant des rotors coaxiaux animés de vitesses angulaires différentes et dans lequel un rotor entraîné de l'extérieur est monté à l'intérieur d'un second rotor qui tourne plus lentement et qui constitue un diffuseur à dis- que pour les filets du fluide sortant du premier totor.
Les avantages des compresseurs centrifuges de ce genre rési- dent dans le fait que les pertes par frottement sont moin- dres. Il est aussi connu de munir le rotor tournant lente- ment d'un aubage, en vue de l'entraîner par le courant des gaz à comprimer. Cependant la puissance mécanique nécessaire à son entraînement est faible, et l'on ne peut pas absorber ainsi une notable énergie résiduelle des gaz en cours d'ecou lement.
<Desc/Clms Page number 2>
L'objet de l'invention se distingue de ces réalisa- tions connues surtout par le fait que ce second rotor, qui tourne plus lentement, comporte une turbine qui est action- née par le fluide sortant du diffuseur à disque tournant et qui fournit une puissance mécanique supérieure à celle que ce rotor absorbe lui-même. Cette particularité offre l'a- vantage de la possibilité de réduire notablement le dia- mètre du diffuseur pour les filets du fluide sortant du premier rotor animé d'une vitesse élevée. Ceci réduit les dimensions des surfaces de frottement et, par suite, les pertes par frottement.
On pourra en outre adopter une disposition telle que les aubes de la turbine du second rotor, qui tourne lentement; commencent au point même où la composante tan- gentielle de la vitesse d'écoulement dans le diffuseur égale la vitesse circonférentielle du second rotor, de sorte que la composante tangentielle de la vitesse relative y soit nulle. Ainsi la vitesse relative est dirigée suivant des plana méridiens, et la turbine peut recevoir des aubes planes disposées dans les plans méridiens.
Si ces aubes commencent au point où les filets du fluide sortant du diffuseur à disque retournent vers l'arbre, c'est à dire au commencement; à l'intérieur ou à la fin du coude corres- pondant, les aubes peuvent être réalisées sur toute leur longueur sous forme de cloisons planes situées dans des plans méridiens. Dans les conduits' radiaux ainsi constitués, la composante tangentielle de la vitesse d'écoulement dimi- nue continuellement, de sorte qu'une quantité correspon- dante de travail mécanique est transmise aux aubes et, par suite, au rotor tournant à faible vitesse.
En outre, le fluide ainsi ramené vers l'arbre peut, dans un modèle corné portant plusieurs étages de pression, être introduit dans la roue mobile suivante du rotor animé d'une vitesse élevée.
<Desc/Clms Page number 3>
Dans un compresseur à plusieurs étages de pression réalisé ainsi, le fluide sortant de la turbine passe dans l'étage de compression suivant à l'intérieur de l'enveloppe tournante du second rotor, de sorte que l'arbre entraîné à grande vitesse et portant calées sur lui les roues mobiles constitue le premier rotor, et son enveloppe entraînée plus lentement par les turbines, le second rotor. un diagramme des vitesses intéressant de l'écoulement sortant de l'aubage de la roue mobile montre une composante tangentielle de la vitesse qui forme avec la vitesse de sor- tie relative un angle d'environ 600, avec la vitesse absolue de sortie, un angle d'environ 20 ;
il correspond à un dia- mètre extérieur du diffuseur à disque tournant lentement Qui est avantageusement égal à 1,5 à 1,8 fois le diamètre de l'aubage de la roue mobile ; on obtient alors, dans le rotor tournant lentement, un écoulement dont la vitesse relative est dirigée suivant les méridiens si sa vitesse angulaire est comprise entre le quart et le tiers de celle du rotor tournant rapidement.
On pourra utiliser l'excès de puissance mécanique fournie par la turbine ou, en cas de compresseurs à plusieurs étages de pression, de l'ensemble des turbine, pour entraîner un précompresseur à plusieurs aubages dont les roues mobiles sont calées sur le second rotor.
D'autres détails et caractéristiques apparaîtront au cours de la description qui va suivre, description faite à l'appui du dessin annexé sur lequel on a représenté sché- matiquement, et a titre d'exemple non limitatif, deux modes de réalisation du compresseur centrifuge qui fait l'objet de la présente invention. Sur la figure 1, le premier rotor, qui tourne à vitesse élevée, ne comporte qu'une seule roue mobile et sur la figure 2, plusieurs roues mobiles.
@
<Desc/Clms Page number 4>
Comme on le voit sur la figure 1, l'arbre 2 sur lequel est calé le rotor 3 constitue le premier rotor, animé d'une grande vitesse. Le gaz à comprimer, qui traverse le rotor 3 dans le sens des flèches, passe d'abord, après sa sortie de l'aubage 4, dans le diffuseur tournant 5 qui est formé par les disques du rotor, disques qui dépassent radialement les aubes 4 comprises entre eux. n sortant du diffuseur à disque 5 qui tourne ensemble avec le rotor 3, les gaz à comprimer en- trent dans le diffuseur à disque 6 qui ne comporte pas non plus des aubes.
Pendant leur parcours à travers le diffuseur à disque 6, les gaz arrivent au point 8 où la composante tan- gentielle de la vitesse d'écoulement peut déjà être égale à la vitesse circonferentielle du rotor 7 à ce point, vans ce cas, on peut faire commencer ici un aubage comportant des au- bes planes disposées dans des plans méridiens. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, on a supposé que l'égalité de la composante tangentielle de la vitesse d'écou- lement et de la vitesse circonférentielle du rotor 7 est at- teinte au point 9. C'est ici que commencent les aubes planes 10 qui sont situées dans des plans méridiens. Au lieu de com- mencer en 8 ou en 9, ces aubes peuvent aussi commencer en 11.
Elles se terminent en 12. Jans les conduits radiaux formés par les aubes, l'écoulement perd fortement la composante tangentiel le de sa vitesse, ce qui a pour -effet de transmettre son énergi: aux aubes 10 et, par suite, au rotor 7. En sortant des conduits formes par les aubes 10, le gaz comprimé arrive dans la chambre annulaire 13 d'où il est évacué par la tubulure 14. La puissan- ce transmise aux aubes 10 et, par suite, au rotor 7, sert au fonctionnement d'un précompresseur qui comporte les aubages 16 et 16 fixés dans le rotor 7, tandis que les aubages fixes 17 et 18 sont solidaires du capot du bâti stationnaire 19.
Le gaz entrant dans le compresseur à travers la tubu- lure 20 est d'abord précomprimé au moyen du précomprsseur corn- @
<Desc/Clms Page number 5>
portant les aubages mobiles 15,16 ainsi que les aubages fixes 17, 18, pour passer ensuite au rotor 3 tournant rapidement dans lequel il est comprimé davantage.
Un précompresseur à écoulement centripète, tel que celui représenté sur la figure 1 offre l'avantage que les longueurs des aubes appartenant respectivement aux différents aubages ne diffèrent pas très fortement les unes des autres; parce que leurs diamètres moyens diminuent dans le sens de l'écou- lement. Comme le montre le dessin, les longueurs des aubes cor- respondant aux diamètres choisis doivent même croître légè- rement vers l'intérieur, 'ce qui a une influence favorable sur les fuites.
D'autre part, le rapport de compression n'est pas aussi élevé que dans un aubage radial parcouru dans le sens centrifuge par le fluide, aubage dans lequel les lon- gueurs des aubes doivent décroître fortement.dans le sens de l'écoulement.
Entre ces deux modes de réalisation sont compris des précompresseurs à aubage axial dans lesquels l'écoulement est parallèle à l'arbre. Tous les trois modes peuvent s'appliquer à l'invention. On donnera la préférence à l'un ou l'autre se- lon les conditions de chaque cas particulier. Jans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, l'aubage radial à aussi écoulement centripète est particulièrement avantageux/parce qu'il donne un guidage intéressant du gaz de la tubulure d'en- trée 20 au rotor 3.
Le carter 21 est divisé suivant le plan de symétrie horizontal et fermé latéralement par le capot 19 qui porte les aubagee 17 et 18. Le rotor 7 tournant à faible vitesse est tourillonné dans le carter fixe 21, tandis que l'arbre 2 du rotor tournant rapidement et comportant la roue mobile 3 est monté dans le moteur d'entraînement; non représenté.
La figure 2 montre, en demi-élévation et en demi-coupe, un compresseur dont le rotor animé d'une grande vitesse com-
<Desc/Clms Page number 6>
porte plusieurs roues mobiles 22,23,24, dans lesquels le gaz est comprime graduellement. Comme précompresseur, on a choisi ici un compresseur axial, à plusieurs aubades; dans lequel les &ubages 25,26,27,28 sont fixes, tandis que les cubages 29,30, 31 et 32 tournent ensemble avec le rotor faible vitesse 33.
L'air qui entre parallèlement c- l'axe dans le compresseur par- court d'abord ces aubages et arrive ensuite dans la chambre annulaire 34 qui est entourée en partie par des parois au rotor lent 33, et en partie par des parois de l'élément fixe 35. En sortant de la chambre 34, l'air arrive dans la zône des aubes 4 de la première roue mobile 2L du rotor à grande vitesse, pas,-,- dans le diffuseur à disque 5 tournant rapidement, dans le dif- fuseur à disque 6 tournant lentement et entre dans la turbine comportant les aubes lu, comme on l'a expliqué précédemment en référence à la figure 1.
L'air parcourt d'une façon ana- logue les autres étages, comportant respectivement les roues mobiles 23 et 24, pour passer ensuite dans la chambre annulaire 13 et finalement dans la tubulure de sortie 14.
La poussée axiale des rotors doit, dans chaque cas, être compensée d'une manière connue, par exemple au moyen de pistons de décharge.
Pour des raisons de résistance mécanique, le parut 36 s'applique sur des nervures 37 de la paroi extérieure mobile 38 de l'enveloppe.
Lorsqu'on désire dissiper une partie de la chaleur de compression entre les différente étages sans introduire l'air à comprimer, entre les différents étages, dans des radiateurs intermédiaires à refroidissement par eau, on pourra munir la paroi 36 d'ouvertures 39 à sa circonférence intérieure et d'ou- vertures 40 à sa circonférence extérieure . Les parois 36 et 38 constituent dans ce cas, avec les ailettes ou aubes intermé- diaires 37, une roue de ventilateur qui aspire de l'air froid à travers les ouvertures 39 et refoule de l'air chaud à travers les ouvertures 40. Grâce à une conformation appropriée des au-
<Desc/Clms Page number 7>
bes 37, on peut obtenir un certain débit voulu d'air de re- froidissement ainsi qu'une vitesse de sortie absolue minimum à travers les ouvertures 40.
La paroi 41 peut être refroidie d'une manière analogue, à condition d'être munie extérieurement d'aubes 42. Dans ce cas, l'air de refroidissement arrive entre les parois fixes 43 et 44. Le conduit d'air délimité par les parois 43 et 44 est avantageusement ouvert en bas et fermé en haut, tandis qu'on prévoit, d'autre part, des chicanes qui renvoient l'air chaud sortant à la périphérie du rotor à faible vitesse vers le haut, afin d'éviter que l'air de refroidissement ..échauffé ne soit aspiré à nouveau.
Il est bien entendu que l'on pourrait apporter aux modes de réalisation décrite divers changements, additions et perfectionnements sans altérer pour cela l'économie générale de l'invention.