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"Perfectionnements apportés aux compresseurs'**
L'invention est relative à des compresseurs dans les- quels les courants fluides passent sur des aubes disposées suivant des cascades formées par une ou plusieurs séries d'aubages établis concentriquement autour d'un axe de rotation, les aubes étant paral- lèles à cet axe dans le sens de leur longueur. Elle concerne égale- ment la combinaison, avec une installation motrice avec turbine à gaz, des compresseurs du genre spécifié ainsi que le montage d'une telle installation sur un aéronef (avion) comme machine motrice principale.
Les compresseurs avec des aubages du genre indiqué étaient, jusqu'ici, du type à écoulement radial, l'entrée étant axiale et la sortie radiale ou l'entrée étant radiale et la sortie axiale de sorte que chaque série d'aubes mobiles était utilisée pour un étage seulement. Pour ce genre de compresseurs du type à écoule- ment radial, les conduits dans lesquels circulent les fluides sont généralement compliqués pour la raison qu'ils comprennent au moins une volute ou tout autre conduit de forme compliquée pour permettre la. mise en place de l'arbre entraîneur et, le cas échéant, de la ma- chine destinée à actionner les compresseurs.
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L'invention a pour but de réaliser un compresseur du genre spécifié pour lequel on obtient un effet double eu à deux étages pour une série d'aubes mobiles et pour lequel on évite l'usage de conduits de forme compliquée.
On a déjà proposé, pour des turbines, de se servir d'une série unique d'aubages de rdor disposés parallèlement à l'axe de rotation et avec une admission partielle telle que l'écou- lement du fluide ait lieu en un ou plusieurs endroits de la circonférence le long de laquelle ces aubes sont établies, cet écoulement se faisant radialement vers l'intérieur et en travers de l'aubage et en un ou plusieurs endroits de cette cir- conférence et radialement vers l'intérieur en travers de l'auba- ge.
L'invention consiste, principalement, à faire compor- ter aux compresseurs du genre en question, au moins une série d'aubes de rotor disposées axialement et des conduits fixes délimitant un canal d'écoulement pour le fluide en travers des aubes susdites de manière que le fluide puisse s'écouler radialement vers l'intérieur en travers desdites aubes pour une partie de la circonférence le long de laquelle ces aubes sont établies et radialement vers l'extérieur sur une autre partie de ladite circonférence de telle sorte que chaque aube de rotor agisse deux fois sur le fluide au cours d'un tour com- plet, l'aubage de rotor ayant un profil à impulsion, en substan- ce pur, c'est-à-dire que l'accroissement de la pression, en tra- vers de l'aubage du rotor, soit substantiellement égale à zéro.
L'invention consiste, également, à faire comporter au compresseur au moins deux séries d'aubages concentriques de rotor en formant ainsi au moins quatre étages de compression.
De préférence, on donne aux aubes du rotor un profil en subs- tance symétrique par rapport à une normale occupant la corde de l'aube en son milieu. On peut prévoir, en plus de la ou des aubages de rotor, une ou plusieurs séries d'aubages de stator établis suivant des circonférences concentriques à celles des séries d'aubes du rotor, les aubages du stator étant limités, de préférence, aux parties de la circonférence le long de la- quelle ces aubages sont établis et qui sont traversées par le canal prévu pour l'écoulement du fluide.
De préférence aussi, on do.ne aux aubages du stator un profil à réaction c'est-à-dire tel qu'on obtienne un accrois- sement substantiel de la pression en travers de l'aubage de stator.
On peut prévoir des corps internes fixes pour délimi- ter le canal d'écoulement du fluide à l'intérieur du compres- seur (à l'intérieur de la circonférence délimitant la série la plus interne de l'aubage de rotor ou de stator) et si le ou les arbres, portant le ou les rotors munis du ou des aubages du ro- tor, traversent ledit canal à l'intérieur du compresseur, un corps à profil aérodynamique entoure, de préférence, le ou les arbres en question.
Si l'on a recours a plus d'une série d'aubes, celles-ci peuvent être établies sur le même rotor ou sur des rotors in- dépendants et, dans ce dernier cas, les rotors peuvent tourner
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dans le même sens ou dans des directions opposées) De plus, le canal d'écoulement pour le fluide peut ou bien être direct à travers le compresseur, c'est-à-dire diamétralement, ou les directions moyennes du courant à l'entrée et à la sortie peu- vent être obliques l'une par rapport à l'autre.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemple, quelques modes de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre, en coupe perpendiculaire à l'axe de rotation, un compresseur établi conformément à l'invention.
Les fig. 2 et 6 montrent d'autres réalisations éta- blies selon l'invention.
Le compresseur, montré sur la fig. l, comprend un grou- pe cylindrique de plusieurs séries d'aubes mobiles ou de ro- tor 1, des séries d'aubes fixes 2 à l'entrée et des séries d'au- bes fixes 3 à la sortie, ce groupe étant établi entre deux par- ties 4 et 5 d'un conduit dans lequel passe un fluide.
Le com- presseur proprement dit est logé dans un carter 6 qui communi- que avec les parties 4 et 5 par l'inté@méeliaire de buses 7 et 8 prévuea respectivement à l'entrée et à la sortie des corps profilés internes 9 et des parties pleines 10 établies entre les séries d'aubes fixes 2 et 3 déterminent la direction gé- nérale des trajets suivis par le fluide dans le compresseur alors que les pertes aérodynamiques sont réduites en logeant l'arbre 11, qui entraîne les séries d'aubes mobiles 1, dans un corps profilé fixe 12.
La direction générale du courant à l'entrée et à la sortie est indiquée par les flèches 13 et 14 et le sens de rotation de la série d'aubea mobiles 1 est indiqué par la flèche 15.
On voit que le compresseur comprend deux étages d'au- bes mobiles 1 et d'àubes fixes 2 du c8té de l'entrée, sui- vis par deux étages d'aubes mobiles 1 et d'aubes fixes 3 à la sortie, ce qui fait, au total, quatre étages pour lesquels on se sert seulement de deux séries d'aubes mobiles comparative- ment aux quatre séries d'aubes mobiles normalement nécessaires pour un compresseur ou turbine du type radial ordinaire.
Comme déjà dit, le fait d'utiliser des aubes avec profil à impulsion pour les aubages du rotor constitue une caractéristique de l'invention.
- Si, au contraire, l'on se servait d'un profil quelcon- que à réaction pour ces aubages, tout accroissement de pres- sion, en travers de ces aubages et à l'entrée du canal d'écou. lement serait compensé par une chute de pression correspondante, en travers de l'aubage ; à la sortie dudit canal. Ceci ne con- cerne toutefois pas les aubages de stator puisque les profils et les angles des aubages du stator à l'entrée et à la sortie du canal peuvent différer, d'une manière appropriée, entre-eux de sorte qu'un accroissement de pression, en travers des auba- ges du stator, se produit à la fois à l'entrée et à la sortie.
L'utilisation d'aubages à impulsion pour certaines au moins des séries d'aubes du stator n'est pas entièrement exclue
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@ mais elle ne présente, en général, aucun avantage. Au con- traire, elle compliquerait davantage la forme des passages internes imbriqués et serait incompatible avec ce que l'on entend par un canal d'écoulement substantiellement droit ou direct pour le fluide.
Si un accroissement de la charge totale, fournie par le compresseur, devient nécessaire sous la forme d'une charge de pression, l'accroissement de celle-ci doit se faire en tra- vers de l'aubage du stator ou dans le diffuseur, ce dernier étant généralement une source de perte et d'inefficacité de sorte qu'il doit être évité.
Si l'on désire un accroissement de la charge totale sous forme d'une charge cinétique, il vaut mieux détendre le débit de compression jusqu'à la pression finale dans un con- duit de détente plutôt que de vouloir agencer le compresseur du type spécifié de manière qu'il devienne une madhine unique- ment à impulsion.
En réalité le fluide s'écoule seulement dans le sens radial au milieu du trajet suivi. Vers les parois délimitantes, le courant peut être très écarté du sens radial et à cet ef- fet les séries fixes peuvent comporter des aubes dont le pro- fil varie depuis le milieu du trajet, suivi par le courant, vers les parois susdites en vue d'obtenir un meilleur effet aérodynamique.
Des guides d'entrée, formés par des séries d'aubes fixes, peuvent être établis en amont des premières séries d'aubes mobiles des étages d'entrée et/ou de sortie quand cela est nécessaire pour obtenir une stabilité aérodyna- mique ou pour d'autres raisons ; les orientations de certai- nes aubes, fixes ou mobiles, pourront également être rendues réglables, dans un but de contrôle*
Des bagues circulaires servent à maintenir l'une ou les deux extrémités des aubes mobiles et l'une ou les deux bagues peuvent être fixées à un ou à des disques solidaires du ou des aubes d'entraînement, la liaison étant rigide ou flexible comme celle utilisée pour les bagues de retenue des turbines radiales de Ljungstrom. Quand les bagues sont seule- ment prévues à une extrémité des séries d'aubes mobiles, pour être fixées à un ou plusieurs disques,
les séries d'aubes fi- xes et les corps profilés internes peuvent être introduits par l'autre extrémité de ces aubes.
Un exemple d'une telle disposition, pour un compres- seur avec deux séries d'aubes mobiles, est montré sur la fig.
2, qui est une coupe faite par l'axe de rotation et suivant le plan moyen du courant fluide. Les séries d'aubes 16 du rotor sont fixées aux disques 17 à l'aide de bagues circu- laires 18 et des organes de fixation 19. Les disques 17 sont calés sur l'arbre 20 qui tourne dans des paliers 21 suppor- tés par la pièce fixe 22. La direction générale du courant fluide à l'entrée et à la sortie du compresseur est montrée par les flèches 25 et 24. La coupe du corps profilé 12 (fig.l) n'a pas été montrée sur la fig. 2.
Dans le cas spécial d'un compresseur, comprenant une série d'aubes unique et une série d'aubes internes fixes et de corps profilés, il est possible, comme montré sur la
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fig. 3 d'établir des bagues 26 aux deux extrémités des aubes mobiles 27 solidaires des disques 28, ceux-ci tournant dans des paliers 29 montés sur des parties internes fixes 30 por- tant une série d'aubes, en étant entraînés extérieurement et non pas, intérieurement par un arbre axalDans ce cas, un corps profilé, comme celui désigné par 12 sur la fig. 1, n'est pas nécessaire.
Les entraînements des diverses séries d'aubes mobiles peuvent également se faire depuis l'intérieur et non pas par des arbres axiaux intérieurs si l'on se sert de trans- missions à engrenages, chaînes ou courroies jusqu'aux disques mobiles, portant les aubes.
Il est à noter que sur la fig. 3, la section du con- duit formé par les pièces fixes 30 diminue axialement dans le sens.de l'écoulement du fluide, comme montré par les flèches
31 et 32 à l'entrée et à la sortie, entre la buse d'entrée 33 et la buse de sortie 34. Une telle disposition est particuliè- rement avantageuse quand des variations importantes de densité se produisent dans le compresseur. L'organe fixe 22 et les séries d'aubes fixes 23 de la fig. 2 peuvent également être agencés de manière à former des passages analogues à ceux de la fig. 3.
La longueur axiale des aubes, qui peut être adopte, est limitée par les tensions et autres facteurs et afin de pouvoir disposer de grandes longueurs utiles, le compresseur peut être constitué par plusieurs unités ou ensembles d'aubes, analogues à ceux décrits plus haut et placés bout à bout ayant le même axe de rotation. On peut également se servir de bagues circulaires et auxiliaires pour supporter les aubes entre leurs extrémités.
Bien que l'invention ait. été décrite comme se rappor- tant plus spécialement à un compresseur à quatre étages, il est évident que l'invention n'est nullement limitée à ce mode de réalisation et qu'elle peut être appliquée à des compresseurs ayant .une seule série d'aubes mobiles ou un nombre quelconque de ces séries. De môme elle s'applique à des compresseurs à écou- lement mixte, avec les mêmes avantages que ceux avec:écoulement radial, en établissant une ou plusieurs des séries d'aubes mo- biles et/ou d'aubes fixes de manière qu'elles puissent guider le fluide à l'entrée et à la sortie de la machine vers une di- rection parallèle à l'axe ou toute autre direction jugée dési- rable.
L'invention comprend également l'appliqation des com- presseurs, tels que déorits,à une machine motrice comprenant un compresseur et une turbine à gaz construits d'une manière similaire. Ces éléments constitutifs peuvent être accouplés par un arbre ou par un disque commun, auquel sont fixées des au- bes et la chambre de combustion peut être disposée de manière que la direction du courant gazeux dans la turbine soit la même, opposée ou inclinée par rapport à celle du courant d'air tra- versant le compresseur, suivant les conditions à remplir pour @ la.machine.
Une ou plusieurs de ces combinaisons de compresseur et de turbine donnent des machines avec turbine à gaz, simples ou compound, par lesquelles l'énergie en excès peut être utili- sée pour former un jet de propulsion ou comme énergie prise sur l'arbre depuis la turbine principale ou une turbine auxiliaire.
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La fig. 4'montre, à titre d'exemple, un schéma d'un des dispositifs possible. Il convient à une machine compound double et à deux arbres avec un compresseur B.P. entraîné par une turbine B.P. et un compresseur H. P. L'air entre suivant la flèche 35, traverse le compresseur B. P. comprenant deux élé- ments 36 et 37 reliés par un conduit 38, et passe par le con- duit 39 dans le compresseur H.P. Cet air pénètre alors dans la chambre de combustion 41 et le courant de gaz chauds, qui en résulte, coule par la turbine H. P. 42, le conduit 43, la turbi- ne B. P. 44 et le conduit de sortie 45 vers une tuyère formant un jet de propulsion. De l'énergie est recueillie, en outre sur l'arbre de la B. P. ou celui de la H.P. ou est fournie à une turbine auxiliaire ou à une combinaison quelconque de ces trois éléments.
Les deux arbres B.P. et H.P., désignés par 46 et 47 sont montrés comme étant concentriques. Il est à noter qu'on peut si nécessaire permettre une tolérance pour la variation de la densité du coté "compression" de la machine en réduisant les hauteurs des aubes dans les divers compresseurs traversés par l'air. Par contre, quand des débits à pressions élevées sont nécessaires pour un compresseur, un nombre d'éléments, tels que 36 et 37 du compresseur B. P. de l'exemple ci-dessus, peuvent être mis en jeu et il en est de même pour les turbines.
La disposition des conduits, montrée sur la fig. 4, con- vient tout particulièrement au cas où l'on dispose d'un emplace- ment réduit, par exemple dans une aile d'avion, puisque tous les conduits et la chambre de combustion peuvent, pour ainsi dire, être maintenus dans le même plan icelui de la fig. 4). Ce genre de turbine à gaz peut également être utilisé avec avanta- ge et à cause du conduit unique, quand on doit se servir de ré- frigérants entre les compresseurs, c'est-à-dire dans les con- duits 38 et 39, ou de réchauffeurs entre les turbines, dans le conduit 43, ou encore d'échangeurs de chaleur entre 45 et l'en- trée de la chambre de combustion 41. Il est évident que l'inven- tion n'est nullement limitée à l'exemple montré quant au nombre d'arbres, celui des éléments des compresseurs et des turbines.
Une application particulière des compresseurs, cons- titués selon l'invention, est la propulsion par réaction d'un fluide, des dispositifs à poussée ascensionnelle. Pour la pro- pulsion de bateaux ou d'avions, ces compresseurs peuvent être logés dans des conduits et le fluide,après avoir traversé le compresseur, est évacué sous forme d'un jet. Pour des avions, les conduits peuvent être logés dans des carlingues, des fuse- lages et des ailes épaisses, l'air aspiré étant évacué comme un jet. En étant orienté vers le bas, le jet peut être utilisé pour exercer un effort ascensionnel sur l'avion et dans ce cas le conduit est normalement perpendiculaire à l'avion.
Le compresseur peut également être établi entre deux ailes avec son axe établi dans le sens de la longueur des ailes, ce qui convient surtout à des avions volant à une vitesse plus grande que la vitesse acoustique et dans ce cas l'usage d'ailes à bi- plans faciliteront fortement la solution des problèmes de tension, qui sont à considérer pour les ailes d'appareils vo- lant à une grande vitesse. Les tuyères peuvent avoir une sec- tion sensiblement rectangulaire et peuvent être contrôlés à l'aide de volets qui peuvent être reliés aux commandes généra- les de l'avion. Du combustible peut être brûlé dans l'air dé- bité par les compresseurs de manière à augmenter la poussée et à donner des vitesses plus grandes au jet.
Les fig. 5 et 6, à titre d'exemple seulement, montrent l'utilisation des compresseurs pour la propulsion d'un avion.
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Les compresseurs 52 sont logés dans deux conduits 53 d'une aile portante d'avion 48. Les moteurs 49, entraînant les compresseurs, peuvent être établis aux endroits les mieux ap- propriés. La direction du vol est indiquée par la flèche 50 et la sortie de l'air, débité par les compresseurs, par les petites flèches 51. Des volets, analogues à ceux ordinairement utilisés pour des avions, peuvent être placés, s'ils sont sensi- blement rectangulaires, à l'endroit arrière de chaque conduit 53 pour régler l'effet du jet propulseur.
REVENDICATIONS
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1 - Compresseur du genre spécifié, comportant au moins une série d'aubes de rotor disposées axialement et des conduits fixes délimitant un canal d'écoulement pour le fluide en travers des aubes susdites de manière que le,fluide puisse s'écouler radialement vers l'intérieur en travers desdites aubes pour une partie de la circonférence le long de laquelle ces aubes sont établies et radialement vers l'extérieur sur une autre partie r,t . ' de ladite circonférence de telle sorte que chaque aube de rotor ,'*''#- agisse deux fois sur le fluide au cours d'un tour complet, l'au- bage de rotor ayant un profil à impulsion, en substance pur, c'est-à-dire tel que l'accroissement de la pression en travers de'l'aubage du rotor, soit substantiellement égale à zéro.
2 - Compresseur tel que spécifié sub 1, comportant au moins deux séries d'aubages concentriques de rotor en formant ainsi au moins quatre étages de compression.
3 - Compresseur tel que spécifié sub 1 ou 2, dans lequel on donne aux aubes du rotor un profil en substance symétrique par rapport à une ligne normale coupant la corde de l'aube en son milieu.
4 - Compresseur tel que spécifié sub 1 ou 3, pour lequel on prévoit, en plus de la ou des aubages de rotor, une ou plu- sieurs séries d'aubages de stator établis suivant des circonfé- rences concentriques à celles des séries d'aubes du rotor, les aubages du stator étant limités de préférence, aux parties de la circonférence le long de laquelle ces aubages sont établis et qui sont traversées par le canal prévu pour l'écoulement du flui- de.
5 - Compresseur tel que spécifié sub 1 à 4 dans lequel, on donne aux aubages du stator un profil à réaction, c'est-à-di- re tel qu'on obtienne un accroissement substantiel de la pres- sion en travers de l'aubage de stator.
6 - Compresseur tel que spécifié dans l'une quelconque des revendications précédentes, pour lequel on prévoit des corps internes-fixes pour délimiter le canal, l'écoulement du fluide à l'intérieur du compresseur (à l'intérieur de la circonféren- ce délimitant la série la plus interne de l'aubage de rotor ou de stator) et si le ou les arbres, portant le ou les rotors munis du ou des aubages du rotor, traversent ledit canal à l'in- térieur du compresseur ; un corps à profil aérodynamique entou- re, de préférence le ou les arbres en question.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.