Turbomachine à grande vitesse. La présente invention a pour objet une turbo-niachine à grande vitesse, qui pourrait être, par exemple, un compresseur d'air ou une turbine à gaz ou à vapeur, du genre des turbo-maehines dans lesquelles on doit pou voir faire varier le couple moteur pour une même vitesse de rotation.
Les turbocompresseurs qui alimentent en air les moteurs d'avions appartiennent, par exemple, à cette catégorie de turbomachines. Ils doivent, en effet, fonctionner avec un rapport. des pressions à l'entrée et à la sortie qui croît à l'altitude de vol, alors que le mo teur alimenté doit tourner à régime sensible ment constant. Il en est de même des turbines motrices qui entraînent un générateur de courant électrique, notamment un alterna teur, qui doit tourner à vitesse constante, quelle que soit la charge.
Le problème posé par ce genre de ma chines est celui du rendement. En effet, il s'agit de pouvoir faire varier le couple mo teur tout en s'écartant le moins possible de la valeur optimum du rendement.
Une solution de ce problème est donnée par la turbine du genre dans lequel des aubes orientables sont à la fois disposées à l'entrée de la machine et sur le rotor.
Dans les turbomachines à grande vitesse de rotation, cependant, oii rencontre de grosses difficultés constructives si l'on veut, les agencer de façon que l'on puisse faire varier l'orientation des aubes du rotor. Aussi, jusqu'à présent, s'est-on borné à faire varie:. au moi en de volets de réglage la direction du vecteur qui caractérise la circulation du fluide à l'entrée dans la machine.
Il est évident que, dans ce cas, la varia tion du couple possible avec un bon rende ment est plus restreinte que dans le cas d'une, machine dont le rotor est pourvu d'aubes orientables.
La présente invention a. pour but de per mettre d'étendre la gamme des variations du couple compatibles avec un bon rendement sans devoir recourir à des aubes orientables sur le rotor.
La turbomachine selon l'invention est ca ractérisée à cet effet par un rotor compre nant plusieurs éléments pourvus d'aubes dont un au moins est solidaire de l'arbre, tandis due les autres sont montés fous sur cet arbre auquel ils sont. cinématiquement accouplés de faon que leurs vitesses angulaires propres puissent. varier par rapport. à celle constante (le l'arbre, lorsqu'on fait varier l'orientation de volets de réglage disposés à l'entrée de la machine.
Le dessin montre, à titre d'exemples, deux formes d'exécution de la machine selon l'in vention.
La fig. 1 montre des courbes de rende ment en fonction des puissances. En abscisse, on a porté les valeurs de la puissance et en ordonnée le rendement. La courbe a, en trait plein, représente la courbe de rendement obtenue avec les machines décrites dans ce qui suit, et la Bourbe b, en trait pointillé, re présente la courbe de rendement obtenue avec la même machine, mais dans laquelle les aubages mobiles tournent à la même vitesse angulaire. On voit que pour des puissances inférieures et supérieures à celles qui corres pondent au maximum de rendement,
les per tes sont plus faibles, dans le cas des machines décrites que dans le cas d'une machine dont tous les aubages tournent à la même vitesse.
L'aplatissement de la courbe de rende ment est obtenu malgré les pertes par choc occasionnées par le fait que, de part et d'au tre du régime correspondant au rendement optimmn, l'orientation des aubages ne corres pond plus aux directions du fluide.
La fig. 2 est une coupe schématique axiale de la première forme d'exécution, constituée par un compresseur d'air, et la fig. 3 est une vue similaire de la seconde forme d'exécution.
La fig. 4 est un diagramme des vitesses des éléments du rotor de la machine de la fig. 2, en fonction de l'angle d'orientation de ses volets de réglage.
Dans l'exemple de la fig. 2, la machine présente un rotor comprenant trois éléments dont celui du milieu 2 est directement calé sur l'arbre moteur 1 et est pourvu d'aubes traversées en direction axiale par le fluide. De part et d'autre de l'élément 2 sont montés fous sur l'arbre un élément 3 placé du côté d'entrée et pourvu d'aubes traversées en di rection axiale par le fluide et un élément 4 placé du côté de la sortie et pourvu d'aubes, dans lequel le fluide pénètre en direction axiale pour en ressortir en direction radiale.
Les éléments 3 et 4 du rotor sont accou plés cinématiquement entre eiLx et à l'arbre 1 par l'intermédiaire de pignons 5, solidaires en rotation, montés sur l'élément 2. Ces pignons 5 constituent des satellites entraînés en gira tion à la vitesse angulaire de l'arbre 1 et sont en prise avec des dentures planétaires co axiales à l'arbre 1 respectivement présentées par les éléments 3 et 4 du rotor.
La denture de l'élément 3 est extérieure, tandis que celle de l'élément 4 est intérieure. On fait varier la direction de la compo sante de rotation de l'air à l'entrée de la ma chine en modifiant l'orientation de volets de réglage 6 disposés à l'entrée de manière connue.
Le fonctionnement est le suivant: Si la vitesse angulaire propre de l'élément 3, déterminée par l'orientation des volets 6, est égale à celle de l'arbre 1, les trois élé ments 2, 3 et 4 tournent à la vitesse de cet arbre, supposée constante. Si la vitesse de l'élément 3 augmente par rapport à celle de l'arbre 1, les pignons 5 vont tourner sur eux- mêmes dans un sens tel que la vitesse de l'élé ment 4 soit réduite par rapport à celle de l'arbre 1. Inversement, si la vitesse de l'élé ment 3 diminue, la vitesse de l'élément 4 aug mente.
Le rapport des pressions à l'entrée et à la sortie du compresseur décrit est fonction de la position des volets 6. Dans le cas où l'élé ment 3, sous l'effet de l'orientation des volets 6, tourne plus vite que l'élément 2, le rapport de pression est diminué. Si l'élément 3, sous l'effet de l'orientation des volets 6, tourne plus lentement que l'élément 2, le rapport de pression est augmenté. Il est évident que le couple résistant, qui est égal au couple mo teur, est la résultante des couples appliqués aux trois éléments 2, 3 et 4.
Si la machine décrite doit fonctionner comme turbine, on peut, par la manmuvre des volets réglables 6, faire varier les couples des éléments 2, 3 et 4 et, par conséquent, leur ré sultante, tout en conservant la vitesse angu laire de l'arbre sur lequel est monté fixe l'élé ment 2.
La machine de la fig. 3 ne diffère de celle de la fig. 2 qu'en ce que les éléments 2, 3 et 4, sont tous pourvus d'aubes traversées en direction axiale par le fluide.
Les mêmes signes de référence désignent les mêmes organes sur les deux figures. Les deux exemples décrits présentent chacun deux éléments de rotor 3 et 4 à vitesse varia ble par rapport à celle de l'arbre 1. On peut évidemment faire comprendre au rotor phis de deux de ces éléments. Le diagramme de la fig. 4 montre claire ment l'action des volets 6. Ils ont pour rôle essentiel de réduire la composante axiale de la vitesse du fluide à l'entrée des aubes de l'élément 3 en augmentant corrélativement la composante tangentielle, et font donc varier l'angle que fait cette vitesse avec l'axe en même temps que sa valeur.
L'axe des abscisses est gradué selon l'orientation des volets 6, l'angle de 90 correspondant à la position ra diale des volets, et l'axe des ordonnées est gradué en vitesse de rotation. La courbe À représente la variation de la vitesse de rota tion de l'élément 3, la courbe B celle de l'élé ment 4, la droite C la vitesse constante de l'élément 2, en fonction de la position des vo lets 6.
Le travail des éléments du rotor varie se lon la règle d'Euler, avec la transformation de l'angle d'entrée et de la valeur de la vi tesse, la loi de variation de ces travaux étant fixée par la construction de la machine.