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" Perfeotionnements apportés aux diffuseurs des compresseurs d'une installation motrice avec turbine à combustion interne ".
La présente invention est relative à des dif- fuseurs des compresseurs d'une installation motrice avec turbine à combustion interne, mette installation étant du genre de celles comprenant un compresseur centrifuge propre à fournir de l'air, par l'intermédiaire de moyens de combustion, à une turbine ; et elle concerne plus spé- cialement mais non exclusivement un système diffuseur pour un compresseur faisant partie d'une installation motrice de ce genre et qui sert à la propulsion par ré- action des engins d'aviation.
Pour cette application particulière le problème suivant s'est posé immédiate- ment -- et l'invention donne une solution de ce problè- me -- que lorsqu'une installation motrice avec turbine à combustion interne, du genre spécifié, est utilisée pour la propulsion par jet de réaction à l'aide d'une tuyère à section constante il est inévitable qu'un compresseur centrifuge, ayant des caractéristiques constructives
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constantes, ne s'adepte pas correctement à la turbine pour toute la zone des vitesses réglables de la machine.
Ainsi si les gorges du diffuseur sont suffisamment ré- duites pour que l'on évite une chute brusque de la pres- sion de l'air débité aux altitudes élevées, on sacrifie une certaine partie du rendement quand on vole à des bas- ses altitudes à cause de l'étranglement qui se produit dans les gorges du diffuseur. L'invention a surtout pour but d'écarter cette difficulté et de rendre le compres- seur tel qu'il puisse fonctionner, dans de telles condi- tions variables, avec un rendement notablement plus éle- vé que dans les conditions usuelles.
L'invention consiste, principalement, à faire comporter au compresseur d'une installation du genre en question, un ensemble diffuseur dont la section trans- versale du passage, à l'entrée, est réglable, des moyens, de préférence automatiques, étant prévus pour régler cette section en fonction d'une variable qui dépend du débit de l'installation, le réglage étant tel, pour toute vitesse donnée du compresseur, que la courbe caractéris- tique de le relation entre le rapport de compression/ débit du compresseur soit modifiée (par rapport à la caractéristique sans un tel réglage) dans un sens pour lequel on conserve un meilleur rapport de compression pour un accroissement du débit à cause de l'augmentation de ladite section transversale pour un accroissement du débit et vice versa.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, on fait dépendre les moyens de réglage de la différence existant entre les pressions statiques en un point, qui se trouve dans la gorge du diffuseur, et en un point en
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amont de celui-ci et pour lequel lesdites pressions sont égales pour une valeur donnée du débit supérieure à la valeur pour laquelle on obtient une chute brusque de la pression à n'importe quelle vitesse donnée, comprise dans la zone des vitesses de l'installation et on agence les- dits moyens de réglage de manière qu'ils puissent provo- quer l'accroissement de la section transversale de l'en- trée du diffuseur quand le débit augmente au-dessus de la- dite valeur donnée.
Suivant une variante, on fait dépen- dre le fonctionnement des moyens de réglage des varia- tions de la pression atmaphérique avec l'altitude et on les agence de manière telle que la section transversale de l'entrée du diffuseur diminue quand la pression baro- métrique décroît avec l'augmentation de l'altitude, la variation de la pression barométrique avec l'altitude étant liée au débit à travers l'installation à cause de sa dépendance de la température ambiante.
Les dessins oi-annexés montrent, à titre d'ex- emple, plusieurs modes de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre, sous forme d'un graphique, de quelle manière Inapplication de l'invention permet de modifier les caractéristiques du compresseur.
La fig. 2 montre, en coupe, un dispositif établi selon l'invention pour modifier la section transversale du passage d'un diffuseur de compression à l'aide d'une surface élastique appliquée sur la paroi fixe d'une ai- lette de diffuseur.
La fige 3 montre, sohématiquement, une commande hydraulique pour un ensemble diffuseur à passages mul- tiples et à l'aide d'une surface élastique analogue à celle de la fig. 2.
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La fig. 4 montre, semblablement, une variante d'une partie de la disposition montrée sur la fig. 3.
La fig. 5 montre, schématiquement, un autre dispositif établi selon l'invention.
La fig. 6 montre, en coupe longitudinale sché matique, l'ensemble d'une installation motrice pour la propulsion d'un avion par réaction et à laquelle on peat appliquer l'invention.
La fig. 7 montre, en co upe transversale sché- matique, un compresseur centrifuge ordinaire utilisé dans une installation de ce genre et elle montre également une variante pour la constitution de la paroi réglable du diffuseur.
La fig. 8 montre, schématiquement, un dispositif de commande barométrique pour obtenir le réglage de la section de passage du diffuseur.
Sur la fig. 6 on a désigné par 30 un compres- seur centrifuge avec des ailettes de diffuseur 1, par 31 le dispositif de combustion alimenté par le compresseuri par 32 une turbine qui entratne le compresseur et par 33 la tuyère pour le jet propulseur, l'ensemble constituant une installation pour la propulsion par réaction du type Whittle. Pour une installation de ce genre, le diffuseur du compresseur a ordinairement une forme générale mon- trée, en partie, sur la fig. 7, des passages de diffusion multiples étant délimités par les ailettes 1. On décri- ra ci-dessous ltinvention comme étant appliquée à un compresseur de ce genre.
Sur le fig. 1 on a montré, en traits pleins, les courbes caractéristiques typiques C de la relation; rapport de compression (R)/débit (sous la forme M/To
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indépendante des dimensions), pour un compresseur de ce genre êvec diffuseur non-réglable et pour différentes vitesses constantes, la courbe de fonctionnement 0 de la turbine étant superposée à ces courbes C. Par suite de l'emplacement occupé par la ligne SL, de variation brus- que de pression, on voit que le diffuseur est constitué de manière qu'il soit normalement exempt de ces varia- tions brusques pour toutes les conditions de marche. Les courbes en traits interrompus montrent comment la oarac- téristique du compresseur est modifiée par l'application de l'invention.
Cette modification n'affecte pas, en substance, la performance aux vitesses corrigées et élevées de la machine, du moment que l'installation est consti- tuée de manière à fonctionner au voisinage de son rende- ment maximum à ces vitesses, mais elle permet d'obtenir une amélioration à des vitesses plus basses.
Pour pouvoir faire varier la section transver- sale du ou des passages de diffusion l'invention, suivant un de ses modes de réalisation, a recours à des moyens par lesquels la surface d'au moins un élément de paroi délimitant de tels passages soit réglable pour pouvoir augmenter et diminuer la section transversale du passage à l'endroit où ces moyens sont établis sans que lesdits éléments de parois aient à être déplacés dans leur en- semble et sans donner lieu, par conséquent, à des diffi- cultés constructives radicales. Du point de vue de 1' écoulement utile du fluide il est évident que la partie réglable de la surface doit être obligée à former une continuité régulière avec l'ensemble de cette surface pour éviter les turbulences locales et les pertes qui en résultent.
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Sous cet aspect l'invention permet d'obtenir un diffuseur dont une partie au moins d'une surface dé- limitant son passage est déformable, d'une manière rég- leble, pour étrangler ce passage localement et plus ou moins suivant nécessité. De préférence mais non nécessai- rement, une surface de paroi seulement est construite de cette manière.
On se propose d'obtenir cette déformation réglable en constituant une partie de la paroi sous for- me d'une surface métallique flexible et, de préférence, élastique (par exemple à l'aide d'un revêtement en tôle d'acier à ressort) derrière laquelle on établit un or- gane déformateur constitué par exemple par une botte ou capsule hydraulique ou pneumatique qui prend appui sur un revêtement métallique et étant capable de courber ce- lui-ci plus ou moins, des moyens étant prévus pour com- mander cet organe et qui, dans le cas du compresseur con- sidéré, peuvent comporter des moyens propres à provoquer un effet identique dans plusieurs passages de diffuseur, en parallèle. Des dispositifs de ce genre sont montrés sur les figs. 2 à 5.
Sur la fig. 2 on a montré une partie d'une ai- lette fixe 1 de diffuseur et qui est généralement cons- tituée en une pièce coulée et usinée qui est logée avec soin entre les deux parois latérales de l'enveloppe ou carter du compresseur. L'ailette a un profil aérodyna- mique et comme les nécessités constructives obligent nor- malement que les dimensions, en section transversale, des passages soient déterminées, en pratique, entièrement par le choix de profils appropriés pour les ailettes, il est à noter qu'il est spécialement avantageux que ces profils puissent être conservés exactement et restent toujours à l'état non-interrompu et uni du point de vue
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aérodynamique.
Dans la paroi 1A de l'ailette est logée une lame 2, en acier à ressort, qui est fixée à une extré- mité, de préférence son extrémité amont, et chevauche une cavité ménagée dans l'ailette alors que son autre ex- trémité peut coulisser pour permettre une légère courbure de la lame par une flexion en forme d'arc. Suivant une variante on donne à la bande élastique une longueur suf- peut fisante et une courbure en cymaise et elle/alors être ancrée à ses deux extrémités. On donne à cette lame une forme initiale afin qu'elle ait toujours une tendance à se déformer vers ltintérieur, c'est-à-dire vers l'ai- lette.
Dans la cavité, ménagée dans l'ailette, est logé un sac 3, en caoutchouc synthétique, dans lequel débouche un conduit approprié par lequel on peut introduire une quantité plus ou moins grande d'un fluide sous pression, en vue de gonfler le sac. Par sa déformation, le sac re- foule la lame élastique plus loin dans le passage du diffuseur en diminuant ainsi la section transversale en cet endroit lequel est choisi de manière à correspondre à la gorge ou l'étranglement du diffuseur. L'agencement peut être tel que le sac lui-même puisse former un joint latéral pour réduire au minimum les fuites d'air qui peuvent se produire entre les bords de la lame 2 et les parois latérales du carter du compresseur.
Il est évident que bien des variantes peuvent être imaginées sans peine pour cette construction de principe/
Si l'on a recours à un dispositif analogue à celui de la fig. 2 pour un compresseur avec diffuseur mul- tiple, on peut utiliser une commande analogue à celle de la fig. 3 qui est un dispositif à "pression égale" c'est- à-dire que toutes les surfaces flexibles des différents
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passages du diffuseur sont soumises à un effet de com- mande identique, ce qui présente l'inconvénient qu'il n'en résulte pas nécessairement une égalité dans la va- riation d'un passage de diffuseur et celle d'un autre.
Il est à noter toutefois que les constitutions des sur- faces élastiques peuvent, en général, être adaptées les unes aux autres de manière que l'on obtienne une égalité, pour ainsi dire complète, en pratique: entre leurs effets.
Pour l'exemple montré sur la fig. 3 on monte sur l'ailet- te 1 du diffuseur une lame élastique 2 et une capsule 3 comme ci-dessus. Dans la paroi du compresseur on relie deux points S, où existent des pressions statiques lo- cales, par des conduits appropriés respectivement aux deux faces d'un diaphragme flexible 5 logé dans une boite appropriée 6. Le diaphragme 5 est solidaire d'une tige 7 articulée à un tiroir 8 qui commande le distribution de l'hile sous pression, fournie par une pompe 9, dans deux tubes 10 munis chacun d'un étranglement ou orifice cali- bré 10A. Sur un des tubes 10 est branché un conduit 11 relié en parallèle aux différentes capsules 3.
Le dépla- cement du tiroir 8, produit par le diaphragme 5 à cause de la différence entre les pressions régnant respective- ment aux points S, donne lieu à des variations de pres- sion dans le conduit 11 et, par conséquent, dans les cap- sules 3. Au delà des étranglements 10A l'huile retourne vers un réservoir par uh conduit 12. Un conduit, avec une soupape de soulagement, branché sur la sortie de la pompe est montré sur la fig. 3 pour le retour de l'huile au ré- servoir. Les joints ou piquages S sont choisis à la suite d'un essai empirique de manière qu'on obtienne une pres- sion différentielle qui convienne au but poursuivi. La théorie, qui est à la base de cette séleotion, est la
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suivante.
On suppose que le compresseur tourne à une vitesse constante et que lesconditions, qui autrement sont constantes, ainsi que la température ambiante dimi- nuent progressivement. Dans ce cas la vitesse, dans la gorge du diffuseur, diminue et le pression statique, rég- nant dans celle-ci; augmente. Il se produit alors une chute de pression à la sortie du diffuseur quand un cer- tain retard se produit, pour l'écoulement du courant ga- zeux, dans la gorge du diffuseur. On peut trouver, en amont de ladite gorge, au point tel que la pression sta- tique, en ce point,soit égale à la pression statique dans la gorge pour un débit légèrement supérieur à celui pour lequel une chute brusque de pression est susceptible de se produire.
Dans ces conditions on peut se servir de la différence entre les deux pressions statiques, comme pro- posé. On voit sur la fig. 3 que le diaphragme n'est d'au- cune façon sollicité par un ressort et il existe donc une possibilité pratique que son fonctionnement devienne ins- table. La fig. 4 montre un mode de réalisation avec une commande à ressort pour le quel le diaphragme 5 est sblli- cité par des ressorts 13 agissant sur un levier 14 arti- culé à la tige 7 et pivotant autour de 15. La position du pivot 15 est variable à ltaide d'une capsule baromé- trique 16 reliée au pivot 15 par un ensemble articulé.
Comme la force perturbatrice sur le diaphragme varie avec l'altitude, la force de contrôle ou l'effet du ou des ressorts (s'il existe) doit également varier avec l'al- titude et la fig. 4 montre comment cela peut être fait.
La fig. 5 montre une variante d'une commande hydraulique fonctioement avec un déplacement à "volume égal" admis dans les capsules. Dans ce cas on a montré
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également les piquages S, le diaphragme 5 et la tige de commande 7. On peut agir simultanément sur plusieurs cap- sules 3 pour obtenir un déplacement égal de celles-ci.
La tige 7 actionne le tiroir 17 d'un distributeur dans lequel l'huile est admise depuis une pompe par le tube 18 et fournie à deux tubes 19 aboutissant respectivement aux extrémités d'un cylindre dans lequel travaille un piston 20 qui commande un plateau 1. Les mouvements du plateau sont transmis à des soufflets 22 contenant de 1' huile et qui communiquent respectivement, par des conduits 23, avec les différentes capsules 3. Chaque ensemble hy- draulique 22, 23, 3 forme un tout séparé et étanche de sorte qu'un déplacement donné du piston 20 provoque la déformation de toutes les capsules 3. Chacun de ces en- sembles peut comporter des moyens d'appoint par vidange ou remplissage, par exemple pour l'une des positions ac- tives extrêmes, comme bien connu pour des dispositifs hy- drauliques similaires.
Le tiroir 17, par son déplacement, permet d'obtenir le retour de l'huile en excès par deux conduits 24 aboutissant au réservoir et on se rend aisé- ment compte que la position du piston dépend ainsi de la pression différentielle existant entre les points S.
Dans ce qui précède, on a décrit,d'une manière assez détaillée, la surface élastique d'une ailette fixe de diffuseur mais il est bien entendu qu'au moins une face analogue pourrait être établie sur les parois laté- rales du compresseur, ces parois délimitant également le passage du diffuseur. Il peut également se présenter des cas où la paroi de la capsule elle-même convienne à rem- plir la fonction nécessaire en étant, par exemple, cons- tituée de manière à pouvoir se déformer dans le sens voulu.
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De plus, les moyens de commande indiqués ci-dessus peuvent être combinés avec d'autres commandes nécessaires à la marche du compresseur, par exemple, avec une commande par laquelle on obtient la modification de la section utile de la tuyère de propulsion ou un dispositif d'alimenta- tion en combustible, commandé bverométiquement, ou encore bien d'autres combinaisons.
Il n'est pas essentiel, pour la mise en oeuvre du principe qui se trouve à la base de l'invention, que la possibilité d'une variation de la section transversale des passages du diffuseur du compresseur soit obtenue à l'aide de lames élastiques comme décrit ci-dessus. Comme variante et comme montré sur la fig. 7, on peut articuler les bouts libres des ailettes 1 du diffuseur au corps de celles-ci, le réglage de ces bouts autour de leurs pivots étant obtenu par un système articulé commandé, par exem- ple, par des moyens hydrauliques analogues à ceux décrits à propos des figs. 3 à 5.
Si la forme des ailettes se prê- te d'elle même à une telle disposition, elles peuvent être montées de manière que leur ensemble soit réglable par rapport à un pivot d'articulation,
De plus et comme variante des piquages stati- ques S, on peut modifier la section transversale des pas- sages du diffuseur en fonction des variations de la pres- sion barométrique quand on change d'altitude. Ceci peut être obtenu à l'aide d'une capsule barométrique qui agit sur une serve-commande par exemple après avoir déterminé les dimensions qui conviennent le mieux à ces passages pour des altitudes diff-érentes et en ayant recours à une came propre à agir en conséquence sur les moyens de
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commande, laposition angulaire de la came étant réglée barométriquement suivant l'altitude.
Ceci est montré @ schématiquement sur le fig. 8, le réglage étant obtenu à l'aide d'une capsule barométrique 35 qui agit, par un ensemble articulé 36, sur une servo-commende appropriée 37, reliée par une biellette 38 à une bague 40 portent des cames et coaxiale au compresseur, lesdites cames étant propres à agir respectivement sur les ailettes réglables du diffuseur. Pour cette disposition on considère la variation barométrique avec l'altidude comme étant une variable dont dépend le débit de la masse gazeuse à tra- vers l'installation à cause de sa relation avec la température ambiante. Cette relation n'est pes stricte- ment exacte mais elle l'est suffisamment pour des buts pratiques.
D'autre part, dans le ces d'une installation avec turbine à gaz établie à poste fixe, une simple com- mande en fonction de la vitesse de la turbine est suffi- sante pour donner à cette installation un degré plus éle- vé de souplesse ce qui est représenté par l'aplatisse- ment des courbes caractéristiques montrées sur le fig. 1.
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