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"Perfectionnements aux compresseurs à écoulement axial".
Il est signalé que l'invention a fait l'objet d'une première de- mande de brevet en Grande-Bretagne déposée le 4 juin 1947 n 14825/47 (non encore accordée à ce jour. ) - Une demande de brevet a également été déposée en France le 3 juin 1948 (non encore ac-
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La présente invention a trait à des compresseurs axiaux polyétagés et a pour objet de présenter une méthode et un disposi- tif pour permettre à un tel compresseur de fonctionner avec un bon rendement entre des limites reculées de vitesses de rotation.
Il est d'usage de construire de tels compresseurs de façon à obtenir un bon rendement à une vitesse particulière ou lorsqu'une condition dépendant de la vitesse se trouve réalisée, et une telle
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construction implique l'assortiment des aubes de tous les étages de compression par un choix convenable des caractéristiques des aubes, telles que l'angle d'incidence et la forme, par exemple, pour don- ner une vitesse axiale constante au fluide à comprimer, à la vites- se particulière ou.lorsque la condition dépendant de la vitesse se trouve réalisée.
L'angle d'incidence avec lequel les aubes du rotor fonc- tionnent, pour toute vitesse de rotation donnée, est déterminé par la vitesse axiale du fluide et la direction de déflexion qui lui est impartie par les aubes fixes.
Aux vitesses inférieures à la vitesse d'établissement choi- sie par le constructeur, lorsque l'augmentation de pression par étage est moindre que l'augmentation de pression d'établissement, il existera une tendance d'accélération du courant de l'entrée à la sortie par suite du fait que le rapport de densité totale d'é- tablissement n'est pas atteint. Cette accélération se manifeste par une réduction de la vitesse axiale à l'entrée et une augmenta- tion de cette vitesse à la sortie.
Là où la vitesse axiale du fluide est inférieure à la vi- tesse axiale d'établissement, l'angle d'incidence devient positif et si grand que les aubes pataugent, et là où la vitesse axiale lui est supérieure, les aubes travaillent à un angle d'incidence négatif et ne contribuent donc pas à la mesure de leur capacité à l'augmentation de la pression.
Aux vitesses supérieures à la vitesse d'établissement, lorsque l'augmentation de pression par étage est plus grande que l'augmentation de pression d'établissement, il existera une ten- dance à la décélération du courant de l'entrée à la sortie par suite du fait que le rapport de densité totale d'établissement est dépassé ; cette décélération se manifeste par une augmentation de la vitesse axiale à l'entrée et une diminution de celle-ci à la sortie. Ces phénomènes'sont donc opposés de ceux qui se produisent lorsque la vitesse est inférieure à la vitesse d'établissement et qui ont été décrits ci-dessus.
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On déduit de l'exemple ci-dessus que lorsqu'on s'écarte de la vitesse d'établissement, ou de la condition dépendant de la vitesse, le rendement du compresseur se trouve affecté et que ce résultat défavorable peut être redressé en assurant l'ajustement de l'incidence de toutes les aubes du stator et/ou de toutes les aubes du rotor. Une telle mesure entraîne toutefois des complica- tions mécaniques indésirables.
Le premier objet de la présente invention est de présenter une méthode de commande des conditions du courant du fluide dans un compresseur axial polyétagé de façon à maintenir un haut rendement de compression pour une grande variété de vitesses.
Dès lors, la présente invention comprend, d'un point de vue, la méthode de commander les conditions de l'écoulement dans un com- presseur axial polyétagé de façon à maintenir un haut rendement de compression pour une grande varité de vitesses en ajustant le pas des aubes du stator à pas réglable à l'entrée de chacune d'un cer- tain nombre de sections du compresseur, section dont chacune com- prend un certain nombre d'étages.
Selon la présente invention, à un autre point de vue, un compresseur axial polyétagé comprend un certain nombre de sections d'aubes, chaque section comprenant un certain nombre d'étages, une rangée d'aubes de stator à pas réglable à l'entrée de chacune de ces sections destinées à modifier la déflexion du fluide qui les quitte pour pénétrer dans la section, et un dispositif destiné à régler le pas de ces aubes du stator selon la vitesse de rotation du compresseur, ou selon la condition dépendant de cette vitesse, de manière à commander les conditions de l'écoulement du fluide dans le compresseur d'une manière convenable entre des limites re- culées de vitesses de fonctionnement.
Selon une particularité de l'invention, le dispositif pour régler le pas des aubes du stator à pas réglable peut être relié à un dispositif régulateur et commandé par lui, dispositif régula-
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teur qui est sensible à la vitesse du compresseur, si bien que le pas des aubes est réglé à une valeur prédéterminée d'après la vi- tesse de rotation du compresseur.
Selon une autre particularité de l'invention, le dispositif pour régler le pas des aubes du stator à pas réglable peut être re- lié à un dispositif régulateur sensible à une condition dépendant de la vitesse de rotation du compresseur, condition telle que le rapport entre les pressions entre deux points du compresseur, de façon que le pas des aubes du stator à pas réglable soit réglé à une valeur prédéterminée dépendant de cette condition.
Quelques réalisations de ce compresseur vont maintenant être décrites à titre d'exemples de cette invention, avec référence aux'dessins ci-annexés, où :
La fig. 1 est un plan schématique d'un compresseur axial polyétagé et d'un dispositif pour modifier le pas des aubes du sta- tor à pas réglable, la fig. 2 est une élévation latérale d'une partie du compres- seur, partiellement en coupe pour montrer le montage des aubes à pas réglable, la fig. 3 est une vue fragmentaire montrant le dispositif pour régler le pas d'une rangée d'aubes du stator, la fig. 4 est une coupe schématique suivant la ligne 4-4 de la fig. 2 montrant la manière dont est réglé le pas des aubes du stator à l'entrée d'une section du compresseur, la fig. 5 est une vue correspondante suivant la ligne 5-5 des aubes d'une seconde section du compresseur, et 'la fig.
6 illustre schématiquement une variante de la com- mande pour modifier le pas des aubes du stator.
En se référant aux fig. 1 à 5, on y voit illustré un com- presseur axial polyétagé 10 convenant à un moteur à turbine à gaz d'aviation, ayant une enveloppe de stator 10a portant un certain nombre de rangées d'aubes de stator 11, et un rotor 10b portant une série correspondante de rangées d'aubes de rotor 12, les ran- gées d'aubes 11 et d'aubes 12 alternant à partir de l'entrée 13 du
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compresseur à sa sortie. Le rotor lOb est mené par l'intermédiaire d'un arbre 14 lequel, dans un moteur à turbine à gaz d'aviation, s'étend généralement entre le compresseur et un rotor de turbine.
Le compresseur est divisé en un certain nombre de sections dont chacune comprend un certain nombre d'étages, chaque étage com- prenant une rangée d'aubes de stator 11 et une rangée d'aubes de rotor 12, et la rangée d'entrée d'aubes de stator de chaque section est composée d'aubes à pas réglable dans le but décrit ci-dessus.
Ainsi, dans la construction illustrée, le compresseur est divisé en sections à basse et à haute pression dont les aubes de stator du premier étage 11a constituent les aubes d'entrée réglables de la section à basse pression et dont les aubes de stator du septième étage llb sont les aubes d'entrée réglables de la section à haute pression.
Chaque aube 11a comporte à chaque extrémité un tourillon 15, le tourillon extérieur étant logé dans un coussinet aménagé dans l'enveloppe du compresseur 10a et le tourillon intérieur étant logé dans un coussinet aménagé dans une enveloppe-pallier annulaire avant 16 porté à l'intérieur de l'enveloppe 10a par les aubes di- rectrices d'admission 17. Chacun des tourillons intérieurs 15 a un prolongement 18 en forme de broche saillant à l'intérieur de l'en- veloppe 16, prolongement auquel est fixé un bras oscillant 19.
Chaque bras oscillant porte une broche debout 20 à son extrémité destinée à s'engager dans une encoche d'une bague 21. La bague 21 est montée pour pouvoir tourner sur l'enveloppe 16 et comporte des encoches intérieures à raison d'une encoche pour chaque broche 20 et cela, pour toutes les aubes de stator 11a On voit ainsi que si on fait tourner la bague 21, les bras 19 vont tourner d'un cer- tain angle et les aubes 11a vont également tourner autour de leurs axes longitudinaux et modifier leur pas.
L'arrangement suivant est adopté pour faire tourner la ba- gue à encoches intérieures 21. Le tourillon extérieur 15 d'une des aubes 11a comporte un prolongement équarri 22 saillant hors de l'en- veloppe du compresseur 10a et ce prolongement porte un levier 23
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qui y est fixé et qui est relié par une tringle 24 au piston 25 d'un vérin hydraulique 26. Le télescopage du vérin 26 fait tour- ner le levier 23 pour faire tourner l'aube 11a qui le porte et cette rotation est transmise à la bague 21 par l'intermédiaire du bras associé 19.
Chaque aube llb est montée pour tourner autour de son axe longitudinal grâce à son montage sur l'enveloppe 10a par l'inter- médiaire d'un tourillon situé à son extrémité extérieure. Chaque tourillon 27 porte un bras 28 qui y est fixé et qui est en prise par son extrémité libre avec une bague à encoches intérieures 29 monté de façon à pouvoir tourner dans un rebord 30 comportant un évidement intérieur et appartenant à l'enveloppe 10a Un des bras 28 a un prolongement arrière 31 qui est relié par la tringle 32 au piston 33 d'un vérin hydraulique 34. Le télescopage du vérin 34 fait tourner le levier 28 31 d'un certain angle ce qui fait tourner la bague 29 par rapport à l'enveloppe 10a, ce qui fait tourner les autres bras 28 ce qui fait enfin tourner les aubes llb autour de leurs axes longitudinaux et modifier leur pas.
En se référant plus particulièrement aux fig. 1, 4 et 5, le dispositif destiné à commander le pas est tel que si la vitesse du compresseur est inférieure à une valeur prédéterminée, le pas des aubes 11a et llb est réglé par les vérins 26,34 respectivement de façon qu!elles occupent les positions indiquées par les traits en chaînette, tandis que pour la marche normale à la vitesse pré- déterminée susmentionnée, les aubes occupent la position indiquée en trait plein. Le sens de la rotation du rotor est indiqué par la flèche 35.
Le dispositif de commande comprend un régulateur centrifu- ge 36 mené par une transmission convenable 37 à partir de l'arbre 14. Le régulateur porte un bras de contact 38 et l'arrangement est tel que lorsque la vitesse prédéterminée du compresseur est atteinte, le circuit électrique 39 est fermé par le bras de contact 38 qui rejoint un contact fixe 40, par suite de quoi le courant est
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lancé dans le solénoïde 41. Le solénoïde commande un tiroir rond 42 qui commande l'écoulement du liquide dans un circuit hydrauli- que situé entre la pompe 43 et les vérins 26, 34.
La pompe 43 as- pire un liquide du réservoir 44 et lorsque le solénoïde 41 reçoit du courant, le fluide sous pression est envoyé aux vérins par le tuyau 45, ce qui maintient les leviers 23,31 dans leurs positions indiquées en trait plein (fig. 1) qui correspondent aux positions en trait plein des aubes 11a llb (fig. 4 et 5), tandis que lorsque le solénoïde est privé de courant, les tuyaux 46, menant aux extré- mités opposées des vérins 26,34, reçoivent le liquide sous pression et les leviers 23,31 vont occuper les positions indiquées en chaî- nette. Un ressort 47 est prévu pour solliciter le tiroir rond 42 vers la droite sur les dessins lorsque le solénoïde 41 est privé de courant.
On voit que pour des vitesses inférieures à la vitesse pré- déterminée, les aubes d'admission 11a sont réglées pour augmenter la déflexion qui leur est due dans le sens de la rotation 35 des aubes du rotor 12, tandis que les aubes d'admission llb vers la se- conde section sont réglées pour occuper une position où la déflexion qui leur est due dans le sens de rotation des aubes du rotor 12 est diminuée.
Cet arrangement assure que le pataugeage des aubes du rotor aux petites vitesses de rotation du rotor ne se produit pas.
La vitesse prédéterminée à laquelle la régulation des aubes 11a llb se produit, correspond à une augmentation donnée de la pression entre l'admission du compresseur 13 et l'orifice de refou- lement du compresseur et ce fait est utilisé dans un contrôleur constituant une variante du régulateur 36.
En se référant à la fig. 6, le régulateur centrifuge est remplacé par un régulateur sensible à la pression lequel comprend deux capsules sensibles à la pression, une capsule 50 enfermée dans une chambre 51 en communication avec l'admission du compresseur et
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une capsule 52 enfermée dans une chambre 53 en communication avec l'orifice de refoulement du compresseur. Les capsules agissent sur balancier pivotant 54 dont le pivot 55 est plus rapproché de l'extrémité du balancier reliée à la capsule 52 que de l'autre ex- trémité.
En supposant que les capsules ont des surfaces actives égales, le balancier va basculer pour fermer le circuit 39 au moyen du contact 56 qui va rejoindre le contact 40, lorsque le rapport de la pression d'admission à la pression de refoulement devient supérieur au rapport du bras court au bras long du balancier . La fermeture des contacts 40,56 commande le réglage du pas des aubes 11a llb de la façon décrite en se référant aux fig. 1, 4 et 5.
L'invention n'est pas limitée aux constructions décrites ci-dessus. Le compresseur peut être divisé en plus de deux sec- tions pourvues d'un premier rang d'aubes de stator à pas réglable; au plus sont élevées la vitesse d'établissement et le rapport de compression du compresseur, au plus grand est le changement de pas nécessaire pour améliorer le rendement à des petites vitesses. Par exemple, un compresseur établi pour marcher à grande vitesse peut avoir des rangées réglables d'aubes de stator à l'étage d'admission, au deuxième étage, au septième étage et au dixième étage, les deux premiers ayant leur pas augmenté à petite vitesse et les deux der- niers ayant leur pas diminué.
En outre, au lieu de prévoir deux positions seulement pour . les aubes de stator, on peut faire en sorte que celles-ci occupent plus de deux positions ou bien qu'elles soient commandées par un mécanisme suiveur situé entre le régulateur et les aubes, de façon que le pas de celles-ci soit modifié selon la vitesse de la machine entre des limites prédéterminées de vitesse.