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On sait qu'il est souvent nécessaire d'apporter des retouches aux roues des ventilateurs, compresseurs ou pompes centrifuges, tournant . une vitesse imposée, quand, après mise en exploitation, on s'apergoit que les carac- téristiques fournies s'écartent quelque peu de celles qui sont demandées*'
Avec les roues du type classique, non munies d'un
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diffuseur tournant avec la roue,, c'est-à-dire celles pour lesquelles il y a égalité de diamètre entre les flan- ques et l'extrémité des pales, on ne dispose que de deux moyens pour effectuer ces retouches : diminuer le diamè- tre des pales; retoucher l'angle de sortie des pales;
le premier moyen ne pouvant d'ailleurs être utilisé que s'il s'agit de réduire la pression fournie.
Les roues du type muni d'un diffuseur tournant prolongeant les flasques de la. roue, sont plus favorisées car, aux deux moyensci-dessus décrits, s'en ajoute un troisième: augmenter le diamètre des pales. Celui-ci peut en effet s'utiliser sans augmenter le diamètre de la roue, car on dispose, à l'intérieur du diffuseur tournant, de toute la place voulue pour allonger les pales. Il de- vient donc possible, avec ce type de roues, non seulement de diminuer la pression en raccourcissant les pales, mais encore de l'augmenter en les allongeant, sans qu'il soit nécessaire de retoucher l'angle de sortie.
Cependant, si les-roues à diffuseur tournant sont de petites dimensions, ou très étroites, il arrive que ces retouches-soient délicates, en raison de la difficulté qu'il y a d'accéder à l'extrémité des paies, à l'inté- rieur du diffuseur.
Le perfectionnement, objet de la présente inven= tion, supprime ces difficultés. Il consiste à, utiliser des ailettes auxiliaires, disposées à la périphérie du diffu- seur tournant et donc à un emplacement très accessible. Ces ailettes, qui tournent avec la. roue, sont séparées des pales principales par un large intervalle dans lequel il n'y a pas de transformation d'énergie mécanique en énergie de fluide, mais seulement transformation, par l'effet du diffuseur tournant, d'énergie cinétique en énergie poten- tielle. Suivant le nombre, la. largeur et l'inclinaison des ailettes, celles-ci pourront corriges les caractéris- tiques fournies, soit en sustentent la pression!,- soit, au contrine
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en la. diminuant.
En outre,rendant la courbe caractéristique de pression entièrement tombante depuis le point de débit nul, elles renforceront l'effet d'anti-pompage qui est un avantage connu desrroues à diffuseur tournant.
Enfin, la, commodité d'emploi de pareilles a.ilet- tes est telle que, dans bien des cas, on les emploiera. avec avantage, en dehors même de tout problème de retouche de caractéristiques, surtout en combinaison avec dévoues munies de pales radiales qui sont celles présentant les plus grandes facilités de construction; l'avantage d'une telle combinaison étant d'obtenir des courbes caractéris- tiques de pression ayant même allure que celles fournies par des roues dont les pales, au lieu d'être radiales, sont couchées en arrière du sens de rotation, et dont la construction est plus coûteuse.
Le perfectionnement objet de l'invention sera mieux compris et des exemples de mise en oeuvre en seront donnés dans la description qui suit se référant au dessin annexé dans lequel :
La figure 1 est une vue schématique partielle d'une roue selon l'invention, dans un plan perpendiculaire à son axe de rotation et avec tracé des triangles des vi- tesses d'écoulement du fluide;
La figure 2 est une vue en coupe radiale de la. roue de la figure 1;
La. figure 3 est une vue partielle d'une roue, ana- l.ogue à' celle de la figure 1, avec tracé des triangles des vitesses'pour un autre régime (diminution du débit);
La figure 4 est une vue analogue à la précédente, avec tracé des triangles des vitesses pour un autre régime (augmentation du débit par rapport à la. figure 1) ;
La figure 5 est un graphique de fonctionnement -
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comparé de la roue, avec en abscisse le débit et en ordon- née la. pression fournie, la- vitesse de rotation étant suppo- sée constante;
La figure 6 est un exemple de traçage d'une ailette;
La. figure 7 représente un exemple de montage d'une ailette sur le diffuseur tournant, vu en coupe suivant l'axe VII-VII de la figure 8;
La figure 8 est une autre vue du montage de l'ai- lette de la figure 7, avec coupe suivant l'axe VIII-VIII de cette dernière figure; La. figure 9 est une vue, analogue à la figure 8, d'une variante de montage d'une ailette.
Aux figures 1 et 2, où l'on a représenté, à ti- tre d'exemple, une roue à pales radiales, on voit i'axe de rotation en 00', l'ouïe d'aspiration en 1, l'extrémité des pales principales en 2, le bord d'attaque d'une ailette auxiliaire en 3, son bord de fuite en 4, situé à titre d'exemple à le. même distance de l'axe que l'extrémité 6 du diffuseur tournant. Celui-ci est composé de deux fla.s- que$ 6 et 7, qui prolongent les flasques 8 et e de la roue, entre lesquels sont insérées les paies principales 10.
Dans l'exemple, on a choisi un type de pale muni de cuillers d'entrée 11, comme dans les roues utilisées dans les com- presseurs d'avion, mais il est bien entendu que tout autre tracé peut être adopté pour les pales principa.les 10 qui, au lieu d'être radiales, pourront être couchées en ar- rière ou en avent du sens de rotation. Demême, la lon- gueur et la. divergence des flasques 6 et 7 du diffuseur tournant peuvent être différentes de celles de cet exemple.
A la figure 1, on a représenté le triangle des vitesses de l'écoulement fluide à la sortie des pales principales en 2. On e U2 : vitesse périphérique de la
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roue pour ce point 2 ; Vu2 : composante tangentielle de la. vitesse absolue de l'écoulement en ce même point 2 ; Vm2 : composante méridienne de cette même vitesse au même pointe V2 est donc la vitesse absolue résultante. La dif- férence Vu2 - U2, avec son signe, est la composante tan- gentielle relative (pour un observateur tournent avec la @ roue) et W2 est la vitesse relative résultante.
Au. point 3', situé un peu en dedans de la péri- phérie du diffuseur tournant, et choici coma centre des ailattes auxiliaires, le triangle des vitesses se sera. déformé comme suit : La- vitesse périphérique U3', du point 3', a grandi vis-à-vis de U2 dans le rapport des rayons des points 3' et 2. La composante tangentielle de la, vitesse absolue d'écoulement est liée à Vu2 et à U2 et U3' par la condition : U3' x Vu3' U2 x Vu2, puisqu'il n'y a eu aucune transformation d'énergie mécanique en énergie de fluide dans le diffuseur tournant.
La composante méridienne de la. vitesse d'écoule- ment Vm3' a décru, vis-à-vis de Vm2, dans le rapport des sections équatoriales, comptées respectivement sur des cylindresd'axe 00'et de rayons R2 et R3', entre les fias- ques 8 et 9 et 6 et 7.
La vitesse absolue résultante est devenue V3', et la, vitesse relative résultante est devenue W3', beau- . coup plus grande que W2 et beaucoup plus rapprochée de la, tangente à la. circonférence de rayon R3' que W2 ne l'é- tait de la tangente à la circonférence de rayon R2.
Les ailettes auxiliaires 12 (une seule d'entre elles est représentée à la figure 1), constituées dans l'exemple par des lames Plates, ou mieux, par un profil d'aile d'avion symétrique, sont disposées de manière à
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avoir leur axe 3-4 confondu avec la direction W3', avec leur centre en 3' et leurs bords d'attaque en 3, et de fuite en 4.
Dans ces conditions, aucune force de portance n'est créée. On ne constatera donc, pour ce régime, aucune différence dans la pression fournie par la roue, que les ailettes auxiliaires soient en place ou enlevées.
A la figure 3 (avec ailettes calées rigoureusement dans la- position déterminée figure 1), on a recommencé le tracé des triangles des vitesses pour un autre régime, différent de celui de la figure 1, et caractérisé par une diminution du débit, donc de la composante méridienne de la vitesse Vm2.
La. nouvelle vitesse relative résultante W'3' est plus rapprochée de la. tangente à la circonférence de rayon R3' que celle W3' de la figure 1. Il en résulte qu'une force de portance 13, dirigée vers l'intérieur de la. roue, est créée sur les ailettes et, en conséquence, on constate une augmentation de la pression, entre l'inté- rieur du diffuseur tournant et l'extérieur de la. roue. La. pression fournie a été augmentée.
Inversement, à la figure 4, on a étudié un autre régime dans lequel le débit est augmenté, et par conséquent la. composante méridienne v"m2 est devenue plus grande que vm2 de la figure 1. On trouvera, que la. nouvelle vitesse relative résultante W"3' est plus écartée de la. tan-, gente à la circonférence de rayon R3' que W3' de la figure 1. Une force de portance 14 sera ainsi créée sur le profil de l'ablette, mais elle sera dirigée, cette fois- ci, vers l'extérieur de la roue. La couronne d'ailettes auxiliaires se comporte alors comme un aubage de turbine et restitue de l'énergie mécanique à l'arbre de la machine
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en diminuant la pression fournie.
Le graphique de la figure 5 avec la débit Q porté en abscisse et la pression fournie P en ordonnée, la vitesse de rotation étant supposée constante, rend compte du fonctionnement de la roue analyse à l'aide des figures 1, 3 et 4.
La. courbe I est celle de la roue, les ailettes auxiliaires étant enlevées. La courbe II est celle de la roue garnie d'ailettes auxiliaires. Le point d'intersec- tion A des deux courbes est celui du régime analysé à la figure 1. Le point B est celui du régime analysé figure 3 et, enfin, le point C est celui du régime analysé figure 4.
La courbe II est celle qui est obtenue avec l'em- ploi d'un nombre d'ailettes auxiliaires N bien déterminé, chacune d'elles ayant une largeur L comptée entre bord d'attaque 3 et bord de fuite 4 également bien déterminée, c'est-à-dire que cette courbe correspond à un produit N x L bien déterminé, et à une orientation des ailettes qui est celle déterminée par le tracé de la figure 1.
On comprend facilement, sans recommencer le tracé des figures 1 à 4, que si, sans changer l'orientation des ailettes auxiliaires, on augmente la valeur du produit N x L, les forces de portance 13 et 14, des figures 3 et 4, seront augmentées et l'on obtiendra, une nouvelle courbe III passant toujours par le point A, mais faisant un angle plus grand avec la courbe initiale I que la courbe 11. In- versement, si l'on diminue la valeur du produit N x L, sans modifier l'orientation des ailettes, on aura une nouvelle courbe IV passant encore par le point A, mais faisant un angle moins grand avec la. courbe 1 que la, courbe II.
Par conséquent, en faisant varier uniquement le paramètre N x L, sans d'ailleurs qu'il soit nécessaire
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d'atteindre des valeurs N x L élevées par rapport à la circonférence 2 # R3' (en pratique, il sera préférable de ne pas dépasser un rapport 2) (R3' 0,4 en choisissant
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2 ) .l:t31 en outre, pour N, un nombre premier différent de celui choisi pour les pales principales, par exemple 11, 17 ou 19, afin d'éviter les interférences des sillages des pales principales) on remplace la courbe unique initiale 1 par un faisceau de courbes ee croisant toutes au point A.
On comprend également facilement, sans recommencer la tracé des figures 1 à 4, que si, cette fois-ci, on avait choisi pour tra.cer la figure 1 une composante méri- dienne Vm2 plus grande que celle adoptée, on aurait trou- vé une direction de la vitesse relative W3' qui aurait fait un angle plus grand avec la tangente à la circonférence de rayon R3' que celui représenté sur la. figure 1. Le point d'intersection sur la figure 5 est D, situé à droi- te de A. En faisant varier maintenant la valeur du produit N x L, on aura un nouveau faisceau de courbes se croisa.nt toutes en D (représentées en traits interrompus).
Si, au lieu de prendre une valeur de la compo- sante méridienne Vm2 plus grande que celle de la figure 1, on l'avait prise -plus petite, on aurait de même, en fai- sant varier N x L, obtenu un nouveau faisceau de courbes, mais cette fois-ci avec un point d'intersection E, situé à gauche de A (courbes représentées en traits Mixtes).
On peut recommencer autant de fois qu'on le dé- sire ;, et en définitive, on aura. remplacé la courbe ini- tiale I par une bande s'étalant largement au-dessus et au-dessous de part et d'autre de celle-ci.
Si donc, il est nécessaire de procéder à une retouche de la roue, soit pour augmenter la pression,
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fournie soit pour la. diminuer, on voit que plusieurs solu- tions seront possibles, en agissant soit sur le produit N x L seul, soit sur l'orientation donnée aux ailettes auxiliaires, soit en agissant sur lesdeux simultanément.
Dans-tous les cas, il y aura. une solution opti- mum, au point de vue du rendement, que l'on obtiendra. en faisant varier le produit N x L et l'orientation, de telle manière que l'engls d'incidence que fait le profil de l'ailette avec la. direction W3' soit voisin de celui de meilleure finesse de la polaire de ce profil. Il est fa- cile de voir, par l'examen des figures 1 à 4, que cette condition est facile à réaliser et, qu'en fait, les ailet- tes auxiliaires fonctionnent toujours dans des conditions très voisines de l'optimum, parce qu'elles sont toujours très couchées vers 11 arrière du sens de rotation, et qu'ainsi leur emploi est un excellent moyen de faire va-- rier les caractéristiques d'une roue sans que ce soit au détriment du rendement.
L'examen de la figure 5 fait apparaitre, en outre, que parmi toutes les courbes réalisables au moyen de l'adjonction des ailettes auxiliaires, il sera. facile d'en trouver plusieurs qui seront toujours régulièrement tombantes à partir du point zéro et qu'ainsi, l'emploi d'ailettes, en nombre, largeur et calées à l'angle voulu, procurera la possibilité de supprimer tout danger de pom- page.
Enfin, la figure 5, qui montre les larges possi- bilités de fonctionnement d'une roue à pales principales radiales, choisie comme exemple, et munie d'ailettes auxi- liaires. prouve que cette combinaison est susceptible d'applications très étendues et peut remplacer avanta- geusement la solution classique consistant à utiliser une gamme de roues d'angles de sortie différents, écho-
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lonnés par exemple de 900 (parles radiales) à 600 (couchées en arrière).
Dans le cas des figures 1, 3 et 4, on a supposé, pour rendre plus clair l'exposé du fonctionnement, que les ailettes auxiliaires étaient réduites à leur centre 3'.
Cette simplification n'est admissible que si la largeur L des ailettes, comptée entre le bord d'attaque 3 et le bord de fuite 4, est très petite, ce qui rend les rayons des points 3 et 4 presque égaux eu rayon R3'.
A la figure 6, on a représenté le tracé plus compliqué, mais rigoureusement correct d'une ailette pour laquelle la différence des rayons des points 3 et 4 n'est plus négligeable, et qui fournit, en outre, un supplément de pression tel que la. composante tangentielle.de la. vi- tesse relative à la sortie, au point 4, est sensiblement plus grande que celle qui résulte de la. loi U4 x Vu4 = U2 x Vu2. Ce tracé est donné à titre d'exemple pour un cas analogue à celui de la figure 3, c'est-à-dire pour lequel il y a une force de.... portance créée sur l'ailette de manière à engendrer une augmentation de pression.
En outre, les pales principales ne sont plus radiales, mais font un angle de 60 avec la. tangente à la, circonférence de rayon R2. Enfin, le profil choisi pour les ailettes auxiliaires n'est plus un profil symétrique, mais un pro- fil incurvé.
Les triangles des vitesses s'établissent sans difficulté pour les trois rayons R2, R3 et R4, et l'on déduit les directions W3 et W4. On décelé les positions des points 3 et 4, de telle manière que les deux directions W3 et V4 se coupent en parties égales. On trace l'arc de cercle 15 tangent à W3 et W4 aux points 3 et 4. On a ainsi la trajectoire de l'écoulement dans la zone d'action
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desaileties. Ou fa.it tourner cet arc, autour du point 4, d'un engle 1 dont le. va.leur est celle de l'angle d'inci- dence de meilleure finesse du profil d'aile qui seraaiop- té pour les ailettes.
On obtient ainsi l'arc 16 qui joue, vis-à-vis de l'ailette, le mme rôle que la. corde du pro- fil d'aile adopté. Il coupe la. circonférence de rayon R3 au point 3"' qui sera le bord d'attaque de l'ailette. Entre 3"' et 4 on trace, par rapport à l'arc 16, l'intrados et l'extrados du profil d'aile 17, d'après les coordonnées du catalogue de profils. On a ainsi obtenu un tracé qui donne- ra. des ailettes donnant le supplément de pression désiré avec l'angle d'incidence 1 optimum, donc dans' les meilleu- res conditions de rendement.
Selon une forme de réalisation possible indiquée en exemple eux figures 7 et 8, on a figuré une pale prin- cipale 10 entièrement radiale et une ailette auxiliaire 12, qui, constituée d'un même métal que les flasques 6 et 7 du diffuseur tournant, -est fixée sur celui-ci par soudure. L'ailette 12 est profilée et tracée suivant la méthode de la figure 6.
Cette ailette est fortement sollicitée par la. force centrifuge, surtout dans le cas des roues de com- presseur. Il est donc nécessaire de l'empêcher de'se.dé- former. Pour cela., on lui donne une courbure dans le plan axial, la. concavité regardant l'extérieur de la. roue. Sous l'action de la force centrifuge, elle tend à prendre na- turellement la courbure inverse 12' représentée en traits interrompus sur la figure 8, mais pour cela. elle doit pas- ser d'abord pa.r le. -position intermédisire horizontale, en écartent les flasques 6 et 7 du diffuseur.
Ceux-ci sont également sollicités par la. force centrifuge et tendent à prendre naturellement des posi-
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tions 6' et 7', moins divergentes que leurs positions au repos, en se rapprochant l'un de l'autre. Les deux mouve- ments s'opposent l'un à l'autre et l'équilibre initial sera donc maintenu.
La figure 9 représente une variante de la cons- truction prévue aux figures 7 et 8. L'ailette 12 est alors constituée d'une matière différente et plus légère (allia- ge léger ou plastique) que celle constituant les flasques 6 et 7, de manière à ce que l'ailette soit moins sollicitée par la force centrifuge. Ne pouvant plus être soudée, elle est maintenue en place dans des alvéoles 18 découpés à l'emporte-pièce, ou par tout autre moyen, dans les flasques 6 et 7, et dont les contours épousent ceux du profil de l'ailette. Ces alvéoles sont fermés par des plaquettes 19, soudées sur les faces extérieures des flasques 6 et 7.
Bien entendu, ces exemples ne sont pas limitatifs et l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer que les ailettes seront creuses, qu'elles pourront avoir une section variable, être plus épaisses au centre qu'aux extrémités, de manière à constituer une poutre moins déformable, que leurs extrémités pourront être pliées, de manière à permettre une fixation par rivetage, etc...
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