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"perfectionnements apportés aux compresseurs rotatifs et aux machines, telles que des machines motrices avec turbi- nes à combustion, comportant de tels compresseurs."
La 'présente invention est relative à descompres- seurs rotatifs et aux machines, telles que des machines mo- trices avec turbines à combustion, comportant de tels com- presseurs.
Elle a pour but, surtout, de rendre ces compres- seurs tels que, pour un débit donne, ils soient compacts et légers et qu'ils aient un rapport de compression favorable du point de vue de leur encombrement et de leur. poids. Elle a également pour but de réaliser un compresseur avec un ou plusieurs étages centrifuges et u type à entrée unilatéra- le sans que la machine présente certains inconvénients, gé- néralement rencontrés avec des compresseurs d.e ce genre, en ce lui concerne les problèmes d'étanchéité. Un autre but de
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l'invention est fie ré"lieer un compresseur tel, quand sil est incorpore dans une turbine à combustion, qu'jJ soit dis- posa favorablement en ce C1.ni 1 <. c n c >-.
J=n les .o; ibi7¯ t' de lOue''1'3nt ces moyens s-ervf'nt .:i son refroidissement interne et ses sorties (p."ir d"ne lequels on peut Ironuire to"t au moins un certain debr8 de diffusion, j 'invention, sous toc- tes ses formes, concerne des compresseurs centrifuges avec entr<5e L1111-¯l^tY'flle, C'BÇt-w-Cllre ' r e2 compresseurs centrifu- Les pour lesquels l'entrée se trouve d'un c8t6 seulement dru plc'n de x.otr>tion de leurs roues à aubes.
L'invention est particulièrement avpntryeuse qur'nd elle est r'l',.'lirtuP8 ,\ des compresseurs eentri.Ji.ites ét8- blis en série c'es-i3.-thre \ celF O.r-11H' lesquels la compressior se f'-'it à plusieurs /t:'Ce s. Dans ce Cf: et plus spécialement quand il or a nécessite à réduite nu minimum 1,'encombre>ment en longueur et le poids de lr: structure tout en voulant ob-
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tenir une construction robuste et rigide (comme pour des
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avions) l'invention peut solutionner le problè':e iui consis- te a s mener l '!"i1' depuis les sorties, PV8C il?'1 r?'yon compa- rpii ve:1ent 0rcn6, d'un étDGe précèdent, a l'entrée, avec un l'::,ron CO[1].;,":'reti verc.ent réduit, d'un étr'Le suivant.
Danp ce cas on obtient, en plus, l'azv'ntt,e secondr'ire vue l'air, en entrant (1i':18 11 étf'Ge suiv-nt, est soumis à une rotation r:rélimi11i'il'e<,vec un minimum de perte due ch;:,r<..,e de telle sorte que les pert#F, ii l'entrée de 1'éta;e de compression
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suivant peuvent être réduites. L'invention consiste, principalement, combiner
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àn compresseur centrifuge Si entrée unilatérale avec un com- presseur radial ;1 étries multiples et non centrifuges, les rotors de c.''s compresseurs tournant d'une seule pit:C8 et le compresseur radial étant établi du cote 6u compresseur cen- triv?- qui e<.t écarte de l'entrée de celui-ci. Dans certains cas le compresseur iJdi>1 a=it vers l'intérieur et d' n8 l'au- tre vers l'extérieur.
De préférence, on fruit comporter an ¯9 -
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compresseur centrifuge et à entrée unilatérale un rotor por- tant, d'une part, des cubes centrifuges et qui se trouvent
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d'un côté de celui-ci et, c" autre part, des aubes radiales de rotor s'étendant en substance axialement depuis ledit corps et de l'autre côté de celui-ci, le carter du compresseur étant, de préférence; agencé de manière à pouvoir servir de
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logement nu rotor et , supporter des "ubes de stator complé- mentaires desdites aubes radiales de rotor. Dans le ces où l'étage centrifuge doit fonctionner en série avec le com- presseur radial celui-ci est agencé de manière à pgir radia- lement vers l'intérieur.
Pour modifier la direction de l'é- coulement du fluide actif depuis l'extérieur vers l'intérieur pendant qu'il passe axialement d'un cote vers l'autre du ro-
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tor on peut prévoir des ailettes de Lllio Bt-e, di S2 sée de préférence en cascades.
L'invention consiste, également, en vue d'obtenir un refroidissement interne du fluide, à avoir recours une chambre convenant à cet effet et comportant
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des surfaces pour l' éch^n, e de la chaleur, cette chambre pouvant également être agencée pour produire une diffusion et cornue on peut lui donner, à cet effet, une capacité re-
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nativement ;rr-nde, comiarrtivement à la longueur du trajet suivi par le fluid.=1 , elle peut être rendue très efficace.
:Se crlr':01bre ( si elle existe) peut ^2lement f{JLre partie de 1^ structure d'une machine complète et qui prps'ente des proportions favor-bles à 1,, solidité et à la léLreté.
L'invention comprend également le Cns ci) le com- presseur radinl l1t.;,it vers l'extérieur qe qui, de ce point de vue, procure une solution r,u problème d'étpnchéfté. Dans un compresseur centrifuge à entrée unilatérale, il se pré- sente généralement une charge ou poussée axiale élevée et non-équilibrée, lissant sur la roue et qui résulte de la pression du fluide exercée sur la surf.-ce du disque. Il en résulte que du fluide, provenant de la zone périphérique, tend à s'écouler vers l'intérieur derrière la roue et entre
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celle-ci et le carter. Il n'ext j.. aisé 'em,-éc'he ('et é- coij¯ie-=1ent, :l1Ü constitue une ]erte. n appliquant l'inven- tion on i.eut ! ^u7.lir G''r, tout "1:L .-oins en '.
Y'1-. v' , cette pouF S8A axiale et obtenir l'étanchéité en ét'1Jli 2snnt l', l" r (iùre de la -roue centrifuge (c'est--dire du coté opços4 celui 0. se trouve l'entrée du compresseur ce"trifu'Je) clos aubes de rotor à Ecouleront rrdial vers l'extérieur et dont le né- bit se joint, (le préférence, ii celui du compressai r centri- "'1.uA tout eu ,;,:>0;),'" nt RVO:: r une importante 'beaucoup moindre en débit vdumétrique. Suiv2nt une verir'nte on peut ;S<,ire passer le débit a écoulement radial par un conduit distinct afin nu'on puisse s'en servir séparément, spécialement qu-nd les rapports de compression ou les car±,ctérj.stj,qu82 des oea;. compresseurs sont trcs différents pour diverses conditions ne fonctionnement.
L'invention comprend, r,.') plus, la construction
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d'un compresseur comportant plusieurs unités analogues à
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celles spécifiées plus 1.mio.t et "'enc.ées de '11é]ÜÙ)'1} Tue la sortie du côté de l'écoulement ^r, i' 1 d'un 0t'"o précédent soit reliée, - <, des conduits appropriée, > l'entrée e <; , ; l'é- tape l911t??1.fi"1¯e suivant, flt"ÎIE ce 1 '± Oll 1.f it relier les car- tars des unités successives entre-eux, ou ils peuvent for- mer une seule piuce "lors lue les conduits, !"t1 1.m C"±' 0 il délimitent un trajet curviligne, peuvent comporter ; .j j ailettes coudées servant au ulcaEl,e du fluide.
La c1.erl:j0J'e unité d'une série, ainsi "eï:Céc,', peut com,.'ort3r un 't¯n c8Lltrifnv8 .seulement, celui-ci ét<>1'Jt constitué ::r'r :111', roue Foiit une face orte des aubes c8ntrifu!.-os 10f', que sur la face opposée de cette roue peuvent être montées -'ec- ailettes on des ['L11'82 agissant comme un petit compresseur pour ob- tenir l'équilibrage de la "'es:'io'1, ce r1ui J:":
rnAt d'éviter l'intervention de joints et on peut fournir d. l'entrée (1" ce petit compresseur du fluide qui a déjà ''"té comprimé et qui est fourni à cette entrée par une oan-lisation appropriée - 4- -
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De plus et selon l'invention, on peut faire pas- ser le trajet, suivi par le fluide actif depuis la sortie d'un étae centrifuge jusqu'à l'entrée des étapes radiaux agissant vers l'extérieur, par des moyens propres à produi- .re un refroidissement intermédiaire et ce trajet leut éga- lement comporter des moyens diffuseurs. De plus, les auba- Les fixes des étages radiaux peuvent être creux et reliés de manière telle, par des conduits et passades, qu'ils pro- curent un effet de refroidissement du fluide actif pendant qu'il traverse le compresseur.
Les conduits ou passages, - établis entre les étages, peuvent avoir une forme telle qui ils permettent au fluide actif de conserver une vi tesse de turbulence substantielle, l'effet résultant des variations du rayon pouvant intervenir, si nécessaire, pour modifier cette vitesse. Par exemple, une vitesse de turbulence peut exister, pour le dernier étage radial d'une unité et par suite d'une composante constamment radiale et dirigée vers l'intérieur de la direction du trajet suivi par le courant, cette vitesse de turbulence peut augmenter avant l'entrée du fluide dansl'étage (centrifuge) sui vant ,à t el point que l'on ne doit pas prévoir des ailettes de guidage, fixes ou tournantes, ou des ailettes coudées pour coopérer avec les aubes de la roue centrifuge suivante.
Une confusion possible peut se produire entre les expressions "radial" et"centrifuge" utilisées dans la présente description et il y a donc lieu de préciser leur signification. Quand on se sert du mot "radial" pour dési- gner le type d'un compresseur, il s'agit d'un genre de ma- chine analogue à une turbine à vapeur ou à une turbine : Ljungstroem, c'est-à-dire une machine comportant une série concentrique d'aubages annulaires du type à réaction ou à impulsion. Cette distinction- est nécessaire car on pourrait prétendre que dans une machine centrifuge l'écoulement se frit également, d'une manière générale, dans le sens radial.
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Les dessins ci-annexcs 'rentrent, à titre d'ex- emple, deux mo?es de réalisation de l'invention.
Li' fi0.1 montre, en coupe axiale, une mac]iine motrice ..ir=c turbine 8.com'bnstion pour 1" propu1fion par jet on. réaction, cette machine comprenant de:}>" étages cen- trifuges et un compresseur intermédiaire écoulement radial vers l'intérieur et comprenant lui-f'1<me plusieurs ét""g0 s.
La fi.2 montre, sembleblement, un compresseur avec deux "t '"Ge centrifuges, un étye intermédiare (u tut- pe Fi écoulemont redir:1 vers l'intérieur svecune chen'1bre de
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diffusion et avec refroidissement intermédiaire.
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La fiL.3 montre, en cOl1pe schématique, comment
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le refroidissement interne peut être obtenu d ns les au-
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br-ges du sti-ltor du compresseur radi>;1 de la fig.2.
La fi.l montre, schémé'tiquement, une machine établie selon l'invention. Jlle comporte un certain nombre de dispositifs utilisés généralement pour 1., propulsion
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et
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per réaction z. d'une turbine à gi'z{ëlle est du ty- pe général formant un agencement symétrique putour de 1 xe de rotation principal qui est confondu rvee la ligne (e poussée. Comme les particularités générnies et eccéssoires des machines de ce genre sont actuellement bien connues les initiés, il n'est plus nécor,soire de Ins décrire on de les montrer en détr'il.
Une roue 1 de turbine Si garez porte des s [Jube 2
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lui coopèrent avec des aubes complémentaires fixes 3 entre
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lesquelles ;x1s,cent les produits de combustion provenant ces tubes de flamme 4 log;s dans des boîtes :-ir 5. Ta roue 1 de 1^ turbine est montée s.ar un arbre à l'aide
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duquel elle entraîne l'ensemble du compresseur.
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Le compresseur comprend, un premier étr'Le cen- triftlbe, un deuxième étage à écoulement radial vers l'in- térieur (qui lui-même :1 étages multiples) et un troisième étage centrifuge. - é -
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Le compresseur comprend un premier étage cen- trifuge, un deuxième étage à écoulement radial vers l'in- térieur (qui lui-même est à étages multiples) et un troi- sième étage centrifuge.
Le premier étage comporte une roue 7, à entrée unique ou unilatérale, avec des aubes centrifuges 8 soli- daires d'un organe 9, en forme de disque et qui est prolon- gé par le moyeu: de la roue. La roue tourne dans un carter avec paroi externe 10. Celle-ci supporte, au delà de la roue 7, une série annulaire d'ailettes (le diffusion fixes Il. La paroi 10 contourne le compresseur (vers l'arrière de la machine) et se prolonge vers l'intérieur, comme en 10A, vers l'axe principal de la machine. La partie péri- phériqiie du carter a ainsi la forme d'un tore et dans la cavité torique on établit, de préférence, des ailettes de guidage 12 montées, par exemple, sur des traverses 12A, de profil aérodynamique et qui peuvent être creuses.
Les ailettes de diffusion 11 supportent un élément annulaire fixe 13 dont la section transversale a un profil approprié pour qu'il puisse former la paroi interne du passage d'air par lequel s'écoule le débit du premier étage de compres- sion. Cet élément 13 peut être creux et peut être aéré à l'aide des traverses 12A et/ou des ailettes 11 de manière que l'on obtienne un certain refroidissement intermédiaire de l'air comprimé. La partie arrière de la paroi externe du carter, orientée vers l'intérieur, est désignée par 10B.
Cette paroi 10B supporte une série d'anneaux concentriques 14, formant des aubes fixes (le compresseur et qui sont supportés, à leurs extrémités avant, pour chaque anneeu par une bague 15. Les cubes fixes sont disposées suivant des anneaux concentriques analogues -- chaque anneau for- mant un étage -- sur la face arrière du disque 9 de la roue. Lesaubes 16 de rotor sont supportées, d'une manière similaire, à leurs extrémités libres par des bagues 17.
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T'8 compresseur à écoulement rclir'1 verc l'in- térieur, i'O:C01é .:.,:'1' les [uà'T"f 1,1 et 16 et délimite par le disque 9 ,t 1(' pr-rei lOB, C.G'..Stlt'1e p-r lIÜ-'n0rnG, un clel1Ylerne,tci:/'; de compresseur, evi'ilv -U],-'1leITte 1 L'vC'ges Tul- tiples, et débite (1;'118 un espace c:nnl1l['ire IR constitua y=r mn rolon0e'11ellt 19 vers l'arriére ou premier ët-ge en 't .- nt délimita p.'"r un prolongement 'xi '1 lQ(1 de 1' paroi 1C'. Le (1.0rnior 'étc'ue des a17.'-es 16 n'est F:S suivi d'un ±1n- ne,: = el' ;'n1:';e fixes s (l,8 sorte Que 1 '.>,ii: sort (ln deuxième 6tn- e de compresseur en forcent un tl::1Uràillol1 on remous. Par suite (le 1.:.
(;0:r1Ios{.1nt8, dirigée rc6i.":.lernent vers l'intérieur, du trajet s,Üvi 1;:'1' ce tourbillon, '.t. vitesse de turbulence e-,t eUt,mentÔ'3 oc, t; 1 . ' en résulte que e 1 ' ;> 1 1" peut t "?":Cl T.'e't^ .'¯-1 l'en- tr88 du troisième é'8 de compression (1. . ",111e:;^ -lie sr'
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vitesse de turbulence relative soit réduite ou nulle.
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Le troisième étage de compresseur comporte une roue 8C [lvee des subes sensiblement rr'c1ir:les ,¯, cette roue t2nt solidaire de celle du premier' t0e 08 telle sorte nue les trois étr'[es sont entraînés S).n11?lt"në!nent lY'(' ln turbine ;\ l"'il'8 (le l'rrbre foi, 1.: pf'roi l G 1' est prolongée vers 112- eut l'extérieur pour forcer lr pf'rci e V[1.11 t 1 Cu) écru car- ter d11 troi sim0 6t,Ëe de CO'11rressio\!. 1é; ,"'rci arrière 2'; du c 'l'te r supporte les E'll1)eS fixe,- <17 d'nn compresseur ra- dial CCCj;éà'r<11É r: 12" les aubes s t rotor 2-i supportées 8 c<:: la f"ce arrière de If; roue ?G. tes ])8rois '''2 et 1C'. sont .;.e- liées entre-elles pr'r des nu1)es <; Clj.f'-f7:1021 :fj]8S 34 ctr- b]- j. <9 le lona de 1.- périphérie de lr' roue 20.
T.f, ;"C'G1 1 ?1 ¯-"L , partie 11'lt,:C' lltC d'un prolongement t 'tLl'7u."1 Y'e 2";, orien- té vers l'prriere e. entour-nt ZT^r7re 6 en servant se sup- 0 r'- 't 1' yr']'01 pv-ut t ''i du C."1rtor (le 1- tl'l.Ci^1118 et quj, de son coa, sl1,":'orte s es fixes 3 de cel-'e-ci. Des pue li8!'8 appropries ..'.'Î sont supportas p±11' lc' ¯!''1,.C.-.' tubulfire e ? 5 , Dnns un espace e ?1 9 , (3(lj.yni t(: ,7F;:
les ;'1)r"Ge^ r' et 24, on -mené de l'nii. par les pnssz>àes 39 traversant la roue
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20 depuis une région correspondant à l'entrée du troisième étage de compression et délimité par les aubes 21. Cet air est, en substance, à la pression d'entrée et celle-ci est transmise dans l'espace 28 alors qu'un joint approprie 30 peut être prévu pour conserver cette pression. L'air, re- cueilli dens l'espace 38, est aspiré sous forme d'un écou- lement radial et vers l'extérieur par les aubages 23 et 24 et est débité, à une pression élevée, au diffuseur 241.
Com- me la série finale des aubes 24 tourne, l'air débité une vitesse de turbulence comparable ou égale à celle du cou- rant principal de l'air passant entre lesaubes 31. On peut admettre, de cette manière, que les rapports de compression du troisième étage (centrifuge) et du compresseur auxiliaire formé par ce dispositif à écoulement radial sont sensible- ment ou exactement égaux.
Les aubee ponr l'écoulement radial ont été montrées à une échelle un peu exagérée pour des raisons de clarté mais, en pratique, elles sont relative- ment petites car elles doivent êxxx agir seulement sur une partie relativement faible du débit total de la machine, (,e dispositif sert à équilibrer la pression sur la roue du troisième étage de compression pour annuler ou réd.uire la poussée axi-le et pour écarter les difficultés qui se pré- sentent pour rendre étanché l'arrière de la roue du troisiè- me êtage pour éviter lespénétrations d'air depuis s l' exté- rieur.
@ la sortie du système diffuseur 54 , l'air tra- verse le conduit doudé 31 comprenant, au besoin, des ailet- tes coudées 32 et pénètre dans les boites à air des cham- brasde combustion 5.
Il est à noter que la section transversale du conduit, dans lequel fonctionnent les aubes' 14 et 16, paraît être divergente dans le sens. de l'écoulement. En réalité ce , conduit est convergent par ''suite de la diminution du rayon, c'est-à-dire sa section transversale utile diminue à mesure
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,pie le c-,cirr,nc se rapproche de l'arbre 7. :8 "8c1'r' ''3 con- vergence réelle est, bien entendu, f'tt'C...Y'.111 ]1' -''ec con- S7.((1'"tlOi?S 8 (le' COl1StrLlCtiol1, .(".r. exemple r"" 1 :T <e>:1 Île C;0'^;re: S10t1 %. obtenir par ;;'t:;1Lt3 7 1 le ccmprerseur radial.
Ce facteur )JY'"'1St, jour les ;¯.re>,;1*rs ét,'i../'J2, ri.'}tiliSG:C [',',2 [--'n'bes s 1 pl',.1.s courtes et d o n plus robust-s ':1,',1e our le? s fl e i # <1 é >: s, , é t < i e ce f1lÜ rend :,lU8 Üsrl le r'roblèT11e ,les 8011icité1tiol':.,S des t'uses et dee 1;:',n'3s 17. De même, le conduit es' subes 25, 24 parfit être convergent TTeis l'ex- térieur, ^lais cette convergence f'ppp'rente est expérée Si ofuse de l'intervention des dimensions radi;ler.
Sur 1<' :'i;, 2 on s montré un compresseur L peu pl'vS a'p,''1017e il celui de 1'-' rischine de 1s 'f'1",i et cette ìé.2E contre une vDrÚ'nte qui peut être utilisée i onf' un compresseur seul ou pour un compresseur f"isr'nt pr'rtie rlii,ie machine complète, frette variante permet d'obtenir un effet de diffusion plus graduel et procure 3Les possi- bilités d'un refroidissement intermédiài:re.
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Le rotor du compresseur est constitue par un
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corps 4C dont le renier étnbe comprend des aubes radia- les (centrifuges) il:1 et le troisième étE.:,e des aubes a- naloques 42. Sur la face arrière du disque, qui supporte jes aubes 41, sont montes des aubades 4 1 1± un écoule-
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ment radial vers l'intérieur et qui coopèrent avec les
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aubages fixes 4,1, en substance comme montre; sur la :ïj-,-.1.
Le /il)it du deuxième Ôt1be passe par le- aubes 4" par lecquelles il est comprime davantage avant <; T<;boiit #1 an diffuseur 45 et avant de pénétrer d-ns le conduit t 4 , A la sortie du premier étDLe 1r= '.'u¯f; actif .:r[1ese e'rtre une se'rie d'ailettes COil().P8F Il? 01 entre (lc'ns une ch, 'TIbre délimitée p-r une paroi extérieure 18 0t nne paroi intérieure 49. '"'es parois sont sensiblement 1. r1 ' et y'ellV.'.nt i,r8 '1F'eE ,,u i-t r d.Li m r'es- seul' du troisième étage ou fnire partie intégrante de ce- 1 n
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lui-ci ce qui procure un ensemble très rigide et robuste.
Dans la chambre est-établie une cloison 5C qui part de la périphérie de la roue du premier étage, délimite le passa- de pour le dbit de celui-ci, est courbé vers l'arrière et aboutit à l'arrière de ladite chambre. Lesailettes cou- dées 51 facilitent l'inversion sans turbulence de la direc- tion du courant depuis la face externe vers la face inter- ne de la cloison 50. D'autresailettes coudées 52 dirigent le courant vers les aubes 43 et 44.
La paroi48 peut comporter des ailettes 48A pour l"échange de chaleur et l'agencement de l'ensemble de la chambre peut être tel qu'il favorise le refroidissement du fluide qui le traverse. Il est à noter que la cloison 50 est agencée de manière telle que le passage qu'elle délimite pour le fluide, soit progressivement divergent dans le sens,de l'écoulement de manière à agir comme un diffuseur. Les ailettes 53 sont prévues pour diminuer ou éliminer la vitesse de turbulence à la sortie du premier étage et elles peuvent produire également une certaine dif- fusion.
Des traverses radiales creuses 54 supportent la cloison 50 en prenant appui sur lesparois 48 et 49 tout en assurant l'aération de la chr,mbre 55 qui, à part cela, est complètement fermée.
La nature des aubes fixes 14, (fig.1) ou 44 (fig.
2) se prête, d'elle-même, à l'obtention d'un refroidisse- ment intermédiaire. Ces aubes peuvent être creuses en étant constituées, par exemple, en tôle comme bien connu et leur, bagues de liaison peuvent également être creuses pour re- lier des cavités entre-elles et permettre le passage d'un fluide réfrigérant dans celles-ci.