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PERFECTIONNEMENTS AUX COMPRESSEURS AXIAUX A ETAGES MULTIPLES.
Cette invention est relative aux compresseurs axiaux à étages mul- tiples utilisés, par exemple, pour comprimer l'agent moteur gazeux dans les moteurs à turbo-réaction et autres turbines à gaz.
Suivant la présente invention, dans un compresseur axial à étages multiples, au moins dans les premiers étages, le diamètre du moyeu augmente avec la distance axiale depuis l'entrée et le diamètre de l'enveloppe augnen- te aussi mais à un degré moindre, afin que, tandis que la section du passage annulaire des gaz entre le moyeu et l'enveloppe diminue progressivement, le diamètre moyen de ce passage et des jeux d'ailettes du rotor augmente progres- sivement dans une plus grande mesure que si le diamètre de l'enveloppe res- tait constant.
Par "jeu d'ailettes du rotor" on entend ici l'ensemble des ailet- tes de rotor constituant un étage du compresseur.
Des compresseurs incorporant l'invention peuvent offrir certains avantages sur les types connus de compresseurs axiaux dans lesquels, alors que la distance axiale augmente depuis l'entrée, le diamètre de l'enveloppe diminue ou reste-inchangé. La nature de ces avantages ressortira des expli- cations suivantes.
Dans un compresseur axial à étages multiples conçu pour des vites- ses du gaz par rapport aux ailettes qui ne dépassent pas la vitesse du son, il existe une limite supérieure à la vitesse moyenne permise pour les ailet- tes du rotor, la valeur de cette limite dépend de la vitesse sonique du gaz.
La vitesse sonique du gaz-augmente avec la température et comme le gaz est chauffé par sa compression, la vitesse sonique du gaz passant dans le com- presseur augmente lorsque la distance axiale augmente depuis l'entrée, c'est- à-dire lorsque le gaz est comprimé davantage. Pour cette raison, la valeur de la limite supérieure permise pour la vitesse moyenne des ailettes du rotor aug-
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mente avec l'augmentation de la distance axiale depuis l'entrée.
La vitesse moyenne des ailettes du rotor dans un certain jeu d'ai- lettes est fonction du diamètre moyen de ce jeu d'ailettes et de la vitesse angulaire du rotor. Comme cette vitesse angulaire est nécessairement la même sur toute la longueur du compresseur, l'augmentation du diamètre moyen d'un jeu d'ailettes augmente la vitesse moyenne des ailettes de ce jeu. Un avan- tage de l'augmentation de la vitesse moyenne des ailettes d'un jeu est que le travail de compression effectué par l'étage constitué par le jeu d'ailet- tes en question augmente. Donc, en augmentant progressivement le diamètre moyen suivant la présente invention et par conséquent en augmentant progres- sivement la vitesse moyenne des ailettes, le travail effectué par les derniers étages du compresseur se trouve augmenté en proportion du travail total effec- tué.
Ceci non seulement a pour effet d'améliorer le rapport de compression mais aussi d'améliorer la caractéristique du compresseur à charge partielle, comme on l'expliquera ci-après.
A charge partielle, lorsque le compresseur tourne relativement lentement, les ailettes des premiers étages ont tendance à se trouver "en perte de vitesse". Cette perte peut s'étendre progressivement d'étage en éta- ge depuis l'entrée quand la vitesse du compresseur diminue. Les ailettes "en perte de vitesse" n'exercent qu'un effet de compression réduit mais elles ab- sorbent néanmoins une énergie hors de proportion avec l'effet de compression, il est donc nettement avantageux à faible charge de tirer autant de travail de compression que possible des'derniers étages qui ne sont pas "en perte de vitesse". La présente invention permet d'obtenir une plus grande proportion du travail total de compression des derniers étages que cela n'est possible avec les compresseurs axiaux des types connus de capacité équivalente.
On peut donc obtenir ainsi une amélioration de la caractéristique du compres- seur à faible charge.
On peut réaliser l'invention de différentes manières et on décri- ra à titre d'exemple trois réalisations spécifiques en se référant aux des- sins annexés, dans lesquels :
La Figure 1 est une coupe longitudinale d'un compresseur axial réalisant une forme de l'invention caractérisée en ce que le diamètre moyen du passage annulaire des gaz augmente progressivement sur toute la longueur du compresseur.
La Figure 2 est une coupe longitudinale d'un compresseur axial dans lequel le diamètre moyen du passage annulaire des gaz augmente progres- sivement dans les premiers étages alors que dans les derniers étages l'augmen- tation du diamètre est moins forte et la Figure 3 est une coupe longitudinale d'un compresseur axial dans lequel le diamètre moyen du passage annulaire des gaz augmente progres- sivement tandis que dans les derniers étages, ce diamètre diminue légèrement.
Les compresseurs axiaux représentés sur les dessins ont neuf éta- ges, chaque étage comprenant un jeu d'aubes fixes 10a à 10i et un jeu d'ai- lettes du rotor lla à lli. Après le dernier jeu d'ailettes du rotor lli, se trouve un dernier jeu d'aubes fixes 12. Les jeux d'ailettes du rotor 11a à 11i sont montés à la périphérie des disques de rotor 13 qui sont à leur tour montés sur un arbre creux 14. Cet arbre creux 14 est supporté à l'avant par un roulement à rouleaux 15 et à l'arrière par un roulement à billes 16. Ces roulements sont montés respectivement sur des supports 17 et 18 qui sont à leur tour supportés par l'enveloppe extérieure 19 (Figure 1) ou 19a et 19b (Figure 2) ou 19a et 19c (Figure 3) grâce à des bras radiaux (non représentés).
Un accouplement d'entraînement 20 est prévu à l'extrémité arrière de l'arbre creux 14. Un profilage aéro-dynamique 21 est placé sur le support 17.
A l'extrémité antérieure ou d'entrée du compresseur se trouve une entrée' d'air annulaire 22 délimitée par l'enveloppe 19 ou 19a et le sup- port 17 tandis qu'à l'extrémité arrière ou de sortie il y a une sortie annu- laire d'air délimitée par l'enveloppe 19 ou 19b @ 18.
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On remarquera que dans le compresseur représenté sur la Figure 1, le diamètre du moyeu du rotor, c'est-à-dire le diamètre aux racines des ailet- tes du rotor 11a à lli augmente progressivement-depuis l'entrée jusqu'à la sortie. Le diamètre intérieur de l'enveloppe 19 augmente aussi de l'entrée à la sortie, mais à un degré moindre.
La section du passage annulaire des gaz entre le moyeu et l'en- veloppe diminue donc progressivement depuis l'entrée 22 jusqu'à la sortie 23. Cependant, le diamètre moyen de ce passage, indiqué en traits de chainet- te 24, augmente progressivement et dans une plus grande mesure que si le dia- mètre de l'enveloppe restait constant.
Dans le compresseur représenté sur la Figure 2, les cinq premiers étages sont disposés de la même manière que sur la Figure 1, sauf que'le dia- mètre du moyeu et par conséquent le diamètre moyen du passage annulaire des gaz, indiqué par les lignes 25 en traits de chaînette, augmente plus rapide- ment que sur la Figure 1. Dans les quatre demies étages, le diamètre inté- rieur de l'enveloppe 19b reste constant alors que le diamètre du passager annulaire des gaz continue à augmenter mais moins vite que sur les cinq pre- miers étageso Par conséquent, le diamètre moyen du passage annulaire des gaz augmente seulement très légèrement dans les. quatre derniers étages.
Dans le compresseur représenté sur la Figure 3, les cinq premiers étages sont disposés comme sur la Figure 2, mais la disposition des quatre der- niers étages est quelque peu différente, car le diamètre du moyeu augmente très peu tandis que le diamètre intérieur de l'enveloppe 19c est sensible- ment réduit. Par conséquent, dans les quatre derniers étages, le diamètre moy- en du passage annulaire des gaz, indiqué par la ligne 26 en trait de chaînet- te, diminue légèrement.
Un but de la disposition représentée sur la Figure 2, dans laquel- le le diamètre moyen du passage annulaire des gaz n'augmente pas aussi rapi- dement dans les derniers étages que dans les premiers, et celui de la dispo- sition représentée sur la Figure 3, dans laquelle le diamètre moyen du pas- sage des gaz diminue dans les derniers étages, est d'éviter d'avoir à employ- er des ailettes indésirablement courtes dans les derniers étages pour obtenir la réduction requise de section transversale du passage.
On peut dessiner les compresseurs de manière que dans les pre- miers étages, la vitesse axiale du gaz soit approximativement constante mais diminue progressivement dans les derniers étages jusqu'à une valeur pour la- quelle le gaz peut être commodément guidé dans des passages courbes tels que ceux d'un diffuseur.
Puisqu'il est possible avec un compresseur construit suivant 1' invention de retirer plus de travail des derniers étages du compresseur, ce- lui-ci, pour un rapport de compression et un débit massique donnés,peut avoir un plus petit nombre d'étages que dans les constructions antérieures, ce qui permet au compresseur d'être à la fois plus court et plus léger avec une lon- gueur d'arbre correspondante plus courte entre les roulements supportant le rotor et par conséquent de réduire la tendance au fouettement de l'arbre du rotor.
REVENDICATIONS
1. - Compresseur axial à étages multiples, caractérisé en ce qu' au moins dans les premiers étages, le diamètre du moyeu augmente avec la dis- tance axiale depuis l'entrée et le diamètre de l'enveloppe augmente aussi mais à un degré moindre, afin que,tandis que la section du passage annu- laire des gaz entre le moyeu et l'enveloppe diminue progressivement, lé dia- mètre moyen de ce passage et des jeux d'ailettes du rotor augmente progressi- vement dans une plus grande mesure que si le diamètre de l'enveloppe restait constant.
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