Compresseur<B>à</B> eouronnes d'aubes alternativement -fixes et mobiles juxtaposées. <B>Il</B> a<B>déjà</B> été proposé de réaliser des turbo compresseurs<B>à</B> plusieurs étages, non plus sous<B>la</B> forme radiale multicellulaire due<B>à</B> Rateau et généralement en usage, mais sui vant une disposition axiale semblable<B>à</B> celle des turbines<B>à</B> vapeur usuelles, c'est-à-dire avec des ailettes radiales.
Cette forme présente l'avantage de sup primer les multiples changements dans la direction du fluide qu'impose entre chaque éta(,e le retour de la sortie d'une roue<B>à</B> Vouïe de la roue suivante, et d'éviter ainsi les per tes sensibles qu'entraînent la longueur et le caractère sinueux du trajet dans les diffu seurs. Outre cet avantage d'un meilleur ren dement, la disposition axiale conduit<B>à</B> une construction plus compacte, plus légère et de moindre encombrement. Toutefois l'appli cation de ce principe a présenté certaines difficultés.
Les premiers essais procédaient en effet de l'idée d'une réversibilité possible du fonc- tionnement de la turbine ordinaire et mé connaissaient la différence fondamentale qui résulte de ce que, tandis que les canaux de turbines entre ailettes d'une même cou ronne sont presque exclusivement conver gents et que l'écoulement du fluide s'y ef fectue en tout cas<B>à</B> vitesse croissante, les canaux d'au moins l'une ou l'autre des par ties mobile et fixe des compresseurs axiaux doivent présenter des sections croissantes, c'est-à-dire se comporter comme des diffu seurs.
Or, si l'écoulement accéléré dans les tuyères ou canaux de turbines est dans une larue mesure indifférent aux phénomènes de frottement, comme le montre le rende ment très élevé de la détente, le fonctionne ment invérse des canaux divergents de coin- presseurs est au eontraire très sensible<B>à</B> tou tes les imperfections susceptibles de trans former le ralentissement de la couche limite en une stagnation par décollement des lignes de courant.
Les premières tentatives ont donc échoué pour avoir, en particulier, pour suivi la réalisation<B>de</B> rapports de compres sion par étage du même ordre que ceux cor- respondants des turbines, et trop élevés. L'application récente aux turbo-machines de la théorie de l'aile portante a pu fournir le,# bases de prévisions conformes aux résultats expérimentaux.
Suivant cette théorie, l'effet utile d'un ailettage, consistant en la déviation d'un courant fluide, est rattaché<B>à</B> la portance des aubes ou ailes, c'est-à-dire<B>à</B> la compo sante, no#rma1ï-, <B>à</B> la vitesse relative moyenne du courant par rapport<B>à</B> l'aube, de la force exercée sur le fluide par l'ensemble des au bes constituant l'ailettage, tandis que la perte d'énergie est égale au produit de la résistance, ou composante parallèle,<B>à</B> la vi tesse relative moyenne, par cette même vi tesse.
Dans les compresseurs axiaux réalisés jusqu'à, ce jour, les ailettes ont<B>été</B> construi tes de façon<B>à,</B> ce que la compression s'effec tue principalement dans la couronne mobile, la couronne fixe ayant principalement pour but de redresser le flux dévié dans la partie mobile. Or, le calcul montre, et l'expérience vérifie, que, pour un travail utile déter miné, le rendement atteint un maximum lorsque la compression est répartie<B>à</B> peu près également entre les ailettages mobiles et fixes.
En définissant, par analogie<B>à</B> hi. théorie des turbines, par #,degré de réac tion le rapport de la compression dans la couronne mobile<B>à</B> la compression de l'étage, le degré de réaction serait donc voisin de 1/-2.
L'objet de la présente invention est uti eompresseur <B>à</B> couronnes d'aubes alternati vement fixes et mobiles juxtaposées<B>à</B> la façon de celles des turbines<B>à</B> vapeur, carac térisé en ce qu'au moins la plupart des cou ronnes fixes et mobiles sont pourvues d'ai lettes semblables et symétriquement dispo sées, de sorte que la compression<B>y</B> est réa lisée<B>à</B> la fois dans les éléments fixe et mo bile, et que le degré de réaction<B>y</B> est voisin de #1/2.
La fig. <B>1</B> montre,<B>à</B> titre d'exemple, le diagramme des vitesses, relatif<B>à</B> l'ailettage d'un compresseur selon l'invention. La vi tesse absolue du fluide<B>à</B> l'entrée et<B>à</B> la sor- tie des aubes mobiles, ou<B>à</B> la sortie et l'en trée des aubes fixes, est représentée par v, et v2, la vitesse relative correspondante par <I>w, et</I> w#!, tandis que la vitesse périphérique de la roue est représentée par u. On voit que les triangles de vitesse des ailettages fixe et mobile sont approximativement égaux et symétriquement disposés par rap port<B>à</B> l'axe A-A.
Dans une forme d'exécution dans la quelle au moins la plupart des couronnes fixes et, mobiles sont pourvues d'ailettes semblables et symétriquement disposées, la réalisation du régime de réaction qui est en principe le plus favorable pour un nom bre d'étages indéfini, doit être préparée avant l'admission au premier étage mobile de réaction 1/2', en communiquant au fluide la -vitesse tangentielle v,<B><I>-</I></B> cos a,. -Cette pré paration peut être réalisée au moyen d'un système de canaux ou d'aubes préparatoire. Toutefois, on peut aussi utiliser dans ce but les premiers étages du compresseur.
Dans une telle forme d'exécution, les couronnes fixes et mobiles des premiers étages sont alors telles que le fluide acquiert progressi vement au cours de la traversée de ces éta ges le mouvement moyen d'entraînement qui correspond, pour les étages ultérieurs,<B>à</B> un degré de réaction voisin de 1/2.
La fig. <B>2</B> illustre,<B>à</B> titre d'exemple, le, cas d'un compresseur dans lequel le régime de réaction 1/#., n'est réalisé qu'après la tra versée des trois premiers étages. La -vitesse d'entrée<B>v,</B> est axiale, ce qui correspond<B>à</B> la majorité des cas. Comme dans le diagramme précédent, le segment<B>0-0'</B> représente la vitesse moyenne u des éléments mobiles, les vecteurs U'origine <B>0</B> correspondent aux vi tesses absolues, -et ceux d'origine<B>0'</B> aux vi tesses relatives.<B>0-1</B> représente ainsi la vi tesse absolue vi et 0'-I <B>la,</B> vitesse relative 10, d'entrée dans la première roue.
Cette roue communique au fluide la -vitesse tan gentielle<B>1-l',</B> de sorte que les -vitesses ab solue et relative<B>à</B> la sortie de cette roue sont respectivement 0-l' et 0'-I'. L'élément directeur suivant permet de réduire cette composante tangentielle de V-2, laissant subsister une composante tangentielle rési duelle 1-2 après la traversée<B>du</B> premier couple de rangées mobile et fixe. La vitesse absolue d'entrée dans le second couple de rancée mobile et fixe sera donc 0-2. Pai- analogie, elle sera,<B>0-3</B> après la traversée du deuxième et 0-4 après la traversée du troi sième couple.
Les conditions de traversée des étages s'acheminent ainsi, en trois éta <I>ges,</I><B>à</B> celles applicables aux étages ulté rieurs représentés par les triangles syniétri- ques par rapport<B>à</B> l'axe A-A de vitesse ab solue 0-4, 0-4' et relatives 0'-4, W-4', pour lesquels le degré de réaction est 1/1,.
On peut -démontrer que la vitesse relative moyenne, plus élevée dans les premiers éta- (),es mobiles que dans les suivants, et les ré ductions successives de la vitesse tangen tielle qu'effectuent les roues directrices, per mettent souvent de réduire de<B>1,</B> sur 4 ou 5, <B>le</B> nombre de ces étages. On peut d'ailleurs accentuer cet avantage en communiquant an fluide avant son entrée dans la première roue, par un aubage directeur convenable une vitesse de composante tangentielle op posée<B>à</B> la rotation.
Compressor <B> with </B> crowns of alternately fixed and juxtaposed blades. <B> It </B> has <B> already </B> been proposed to produce turbo compressors <B> with </B> several stages, no longer in <B> the </B> multicellular radial form due <B> to </B> Rateau and generally in use, but following an axial arrangement similar <B> to </B> that of conventional <B> steam </B> turbines, that is to say with radial fins.
This form has the advantage of eliminating the multiple changes in the direction of the fluid imposed between each stage (, e the return of the output of one wheel <B> to </B> Vouïe of the following wheel, and thus avoiding the appreciable losses caused by the length and the sinuous character of the path in the diffusers. In addition to this advantage of a better yield, the axial arrangement leads to a more compact construction , lighter and smaller in size However, the application of this principle has presented certain difficulties.
The first tests in fact proceeded from the idea of a possible reversibility of the operation of the ordinary turbine and knew the fundamental difference which results from the fact that, while the channels of turbines between fins of the same crown are almost exclusively convergent and that the flow of the fluid takes place there in any case <B> at </B> increasing speed, the channels of at least one or the other of the mobile and fixed parts of the axial compressors must have increasing sections, that is to say behave like diffusers.
However, if the accelerated flow in the nozzles or turbine channels is to a large extent indifferent to friction phenomena, as shown by the very high efficiency of the expansion, the reverse operation of the divergent channels of the wedge-pressers is at stake. On the contrary, very sensitive <B> to </B> all imperfections liable to transform the slowing down of the boundary layer into stagnation by detachment of the current lines.
The first attempts therefore failed to have, in particular, to monitor the achievement of <B> </B> compression ratios per stage of the same order as those corresponding to the turbines, and too high. The recent application of the airfoil theory to turbo-machines has provided the basis for predictions consistent with experimental results.
According to this theory, the useful effect of a fin, consisting of the deflection of a fluid current, is related <B> to </B> the lift of the blades or wings, that is to say <B> at </B> the component, no # rma1ï-, <B> at </B> the average relative speed of the current with respect to <B> at </B> the vane, of the force exerted on the fluid by the set of au bes constituting the finning, while the energy loss is equal to the product of the resistance, or parallel component, <B> at </B> the average relative speed, by this same speed.
In axial compressors produced up to this day, the fins have <B> been </B> constructed so that the compression takes place mainly in the movable ring gear, the main purpose of the fixed ring being to straighten the flow diverted in the moving part. However, the calculation shows, and the experiment verifies, that, for a determined useful work, the efficiency reaches a maximum when the compression is distributed <B> to </B> approximately equally between the mobile and fixed fins.
By defining, by analogy <B> to </B> hi. theory of turbines, by #, degree of reaction the ratio of compression in the mobile ring <B> to </B> the compression of the stage, the degree of reaction would therefore be close to 1 / -2.
The object of the present invention is a compressor <B> with </B> crowns of alternating fixed and movable blades juxtaposed <B> à </B> in the manner of those of turbines <B> à </B> vapor, charac terized in that at least most of the fixed and movable crowns are provided with similar and symmetrically arranged fins, so that the <B> y </B> compression is achieved <B> at </B> both in the fixed and mo bile elements, and that the degree of reaction <B> y </B> is close to # 1/2.
Fig. <B> 1 </B> shows, <B> to </B> by way of example, the speed diagram, relating <B> to </B> the fin of a compressor according to the invention. The absolute speed of the fluid <B> at </B> the inlet and <B> at </B> the outlet of the blades, or <B> at </B> the outlet and the inlet of the fixed blades, is represented by v, and v2, the corresponding relative speed by <I> w, and </I> w # !, while the peripheral speed of the wheel is represented by u. It can be seen that the speed triangles of the fixed and movable vanes are approximately equal and symmetrically arranged with respect to <B> to </B> the axis A-A.
In one embodiment in which at least most of the fixed and mobile rings are provided with similar and symmetrically arranged fins, achieving the reaction regime which is in principle the most favorable for an indefinite number of stages , must be prepared before admission to the first mobile reaction stage 1/2 ', by communicating to the fluid the tangential speed v, <B> <I> - </I> </B> cos a ,. -This preparation can be carried out by means of a system of preparatory channels or blades. However, the first stages of the compressor can also be used for this purpose.
In such an embodiment, the fixed and movable rings of the first stages are then such that the fluid gradually acquires during the passage of these stages the mean driving movement which corresponds, for the subsequent stages, <B > to </B> a degree of reaction close to 1/2.
Fig. <B> 2 </B> illustrates, <B> to </B> by way of example, the case of a compressor in which the reaction speed 1 / #., Is only achieved after the tra poured from the first three floors. The <B> v, </B> input speed is axial, which corresponds <B> to </B> most cases. As in the previous diagram, the segment <B> 0-0 '</B> represents the average speed u of the moving elements, the vectors U'origin <B> 0 </B> correspond to the absolute speeds, and those original <B> 0 '</B> at relative speeds. <B> 0-1 </B> represents the absolute speed vi and 0'-I <B> the, </B> relative speed 10, entry into the first wheel.
This wheel communicates to the fluid the tangential speed <B> 1-l ', </B> so that the -speeds ab solue and relative <B> to </B> the output of this wheel are respectively 0-l 'and 0'-I'. The following directing element makes it possible to reduce this tangential component of V-2, leaving a residual tangential component 1-2 after crossing <B> of the </B> first pair of mobile and fixed rows. The absolute speed of entry into the second mobile and fixed rancid pair will therefore be 0-2. By analogy, it will be, <B> 0-3 </B> after crossing the second and 0-4 after crossing the third pair.
The conditions for crossing the floors are thus conveyed, in three stages <I>ges,</I> <B> to </B> those applicable to the subsequent floors represented by the synietric triangles with respect to <B> at </B> the axis AA with absolute speed 0-4, 0-4 'and relative 0'-4, W-4', for which the degree of reaction is 1/1 ,.
It can be shown that the mean relative speed, higher in the first stages (), are mobile than in the following ones, and the successive reductions in the tangential speed effected by the steered wheels, often make it possible to reduce by <B> 1, </B> out of 4 or 5, <B> the </B> number of those floors. This advantage can moreover be accentuated by communicating a fluid before it enters the first wheel, by a suitable steering vane, a speed of tangential component op posed <B> to </B> the rotation.