CH325949A - Compresseur à écoulement axial - Google Patents

Compresseur à écoulement axial

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CH325949A
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CH
Switzerland
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compressor
rotation
shaft
sleeve
rotor
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English (en)
Inventor
John Penn Alfred
Alan Nevard Leslie
Original Assignee
Napier & Son Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/026—Multi-stage pumps with a plurality of shafts rotating at different speeds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description


  Compresseur à écoulement     axial       L'invention a pour objet un compresseur à  écoulement axial à plusieurs étages, caractérisé  en ce qu'il comprend deux rotors coaxiaux  montés de façon à pouvoir tourner l'un par rap  port à l'autre, et un accouplement     débrayable     pour rendre solidaires en rotation ces deux ro  tors, dont l'un porte au moins     l'aubage    de  l'étage d'entrée et l'autre au moins     l'aubage    de  l'étage de sortie, ce     dernier    rotor étant solidaire  en rotation d'un organe     d'entraînement.     



  La disposition du compresseur selon l'in  vention permet de faciliter sa mise en route et  son accélération, ce qui est particulièrement  avantageux lorsqu'il est utilisé, par exemple  pour comprimer du fluide de travail dans une  installation telle qu'une installation à turbine à  gaz ou à moteur Diesel suralimenté, qui doit  être     lancée    par une source d'énergie extérieure  et dans laquelle le compresseur doit atteindre  une vitesse assez élevée pour que l'installation  puisse fonctionner de façon autonome. Lorsque  les deux rotors sont solidaires en rotation, le  compresseur selon l'invention fonctionne de la  même manière qu'un compresseur à écoulement  axial de construction usuelle.  



  Dans le cas de son utilisation dans une ins  tallation à turbine à gaz, par exemple, le com  presseur selon l'invention présente également  l'avantage de permettre d'améliorer l'adaptation    de la caractéristique pression-écoulement mas  sique du compresseur à celle de la turbine pour  les différents régimes. En     effet,    avec ce, com  presseur, l'étage d'entrée au moins peut- être  rendu inopérant aux charges moyennes ou fai  bles, de sorte que, en fait, le compresseur est  transformé en un compresseur présentant un  plus petit nombre d'étages et une meilleure ca  ractéristique d'à-coups dans la partie moyenne  et inférieure du domaine des écoulements mas  siques.  



  Le dessin représente, à titre d'exemple, une  forme d'exécution du compresseur à écoulement  axial faisant l'objet de la présente invention, et  une variante de détail.  



  La     fig.    1 est une vue avec arrachement, par  tiellement en élévation latérale et partiellement  en coupe axiale de cette forme d'exécution,  constituant le compresseur d'une installation à  turbine à gaz.  



  La     fig.    2 est une vue en coupe axiale, à  plus grande échelle, d'une partie de la forme  d'exécution représentée à la     fig.    1.  



  La     fig.    3 est une vue partielle avec arrache  ment, partiellement en élévation latérale et par  tiellement en coupe axiale de la variante.  



  La     fig.    4 est un diagramme     illustrant    le  fonctionnement de     cette    forme d'exécution.      La forme d'exécution représentée aux     fig.    1  et 2 est destinée à fournir de l'air comprimé à  une turbine (non représentée), par l'intermé  diaire d'une chambre de     çombustion    (non re  présentée). Le compresseur comprend une en  veloppe cylindrique 10 qui porte plusieurs ran  gées circulaires d'aubes de stator 11 et deux  rangées circulaires 12 et 13 d'aubes de guidage  à position angulaire réglable. Un arbre 14 est  monté     axialement    dans l'enveloppe 10 et com  prend une partie formant moyeu portant plu  sieurs rangées circulaires 15 d'aubes de rotor.

    L'arbre 14 est accouplé de façon permanente à  la turbine. Les rangées d'aubes 15 appartien  nent à un étage de sortie et à des étages précé  dents du compresseur. Un manchon 16 formant  moyeu est monté sur l'arbre 14, de façon à  pouvoir tourner librement sur cet arbre. Plu  sieurs rangées circulaires d'aubes de rotor 17  d'un étage d'entrée et d'étages suivants du com  presseur sont montées sur ce manchon. Celui-ci  est susceptible d'être rendu solidaire en rota  tion avec l'arbre 14 au moyen d'un accouple  ment     débrayable    18. Alternativement, ledit  manchon peut aussi être immobilisé par rap  port à l'enveloppe 10 du compresseur au moyen  d'un frein 19. L'accouplement 18 et le frein 19  sont représentés de façon plus détaillée à la       fig.    2.

   Des disques coniques 20 et 21 sont     cla-          vetés    à l'arbre 14 et sont sollicités l'un vers  l'autre par des ressorts 22 et 23. Des rebords  de scellage 24 et 25 susceptibles de glisser l'un  par-dessus l'autre sont respectivement disposés  au voisinage des périphéries des disques coni  ques 20 et 21. Une partie annulaire 26, soli  daire du manchon 16, à son extrémité, présente  intérieurement un logement annulaire dont les  côtés ont une inclinaison qui est la même que  celle des surfaces coniques des disques 20 et  21.

   L'espace compris entre les disques 20 et 21,  et qui est limité à la périphérie par les rebords  de scellage 24 et 25 est susceptible d'être ali  menté en fluide sous pression, par exemple en  air ou en huile, à     partir    du centre creux de l'ar  bre 14 et à travers un passage 27. Pour per  mettre un fonctionnement automatique, la pres  sion de ce fluide peut être rendue fonction de  la vitesse de rotation, ledit fluide étant, par    exemple, de l'air à la pression de sortie du com  presseur ou de l'huile fournie par une pompe  centrifuge.

   Lorsque le fluide sous pression pé  nètre ainsi dans ledit espace, les disques coni  ques 20 et 21 sont écartés l'un de l'autre contre  l'action de ressorts 22 et 23, de sorte que leurs  surfaces coniques viennent en prise avec les  parois du logement annulaire de la partie 26 et  rendent ainsi le manchon 16 et l'arbre 14 soli  daires en rotation.    Inversement, lorsque la pression est réduite,  les ressorts 22 et 23 forcent les disques coni  ques 20 et 21 de venir hors de prise avec les  côtés du logement annulaire de la     partie    26, de  sorte que le manchon 16 cesse alors d'être soli  daire en rotation de l'arbre 14.  



  Le frein 19 comprend un tambour 28     cla-          veté    au manchon 16. Des sabots de friction ar  qués 30 sont montés sur des axes fixes 29, à  l'intérieur du tambour 28. Au moyen d'un mé  canisme d'expansion non représenté, ces sabots  peuvent être écartés vers l'extérieur, de façon à  venir en engagement avec le tambour 28 et à  maintenir ainsi ce tambour stationnaire, de  même que le manchon 16 auquel il est relié.  



  L'accouplement     débrayable    18 et le frein  19 sont actionnés indépendamment l'un de l'au  tre par des mécanismes de commande appro  priés et peuvent être mis en fonction de la façon  et au moment voulus pour obtenir les meilleu  res conditions de fonctionnement. Dans la va  riante représentée à la     fig.    3, une partie annu  laire 31 présentant intérieurement un logement  à côtés inclinés est également solidaire du man  chon 16 à son extrémité. Un disque 32 est     cla-          veté    à l'arbre 14. Ce disque présente plusieurs  larges encoches radiales 33 à parois parallèles.

    Des masses 34, susceptibles de glisser vers l'in  térieur et vers l'extérieur en se rapprochant et  en s'éloignant respectivement de l'axe de l'arbre  14 sont disposées dans lesdites encoches. Ces  masses présentent des flancs inclinés 35 dont  l'angle d'inclinaison est identique à celui des  parois latérales du logement annulaire de la  partie 31. Lorsque l'arbre 14 tourne, lesdites  masses sont projetées vers l'extérieur et vien  nent en prise avec les parois du logement annu-      faire. Lorsque la vitesse de rotation de l'arbre  14 augmente, la force centrifuge exercée par  ces masses augmente également jusqu'à ce que  la force de friction qu'elles exercent sur les pa  rois du logement annulaire dépasse la résistance  s'opposant à la rotation du manchon 16, de  sorte que ce manchon commence alors de tour  ner.

   Aux vitesses de rotation normales, la force  centrifuge exercée par les masses 34 est si  grande qu'il ne se produit pas de glissement  entre lesdites masses et les parois du logement  annulaire.    Cette variante comprend également un frein  correspondant au frein 19 de la forme d'exécu  tion des     fig.    1 et 2, mais de construction quelque  peu différente. Un anneau 36 présentant une       surface    de friction concave 37 susceptible de  venir en prise avec la surface extérieure de la  partie annulaire 31 est normalement maintenu  en position de repos par un ressort 38. A gau  che de l'anneau 36 se trouve une came 39 à  face annulaire présentant des surfaces de rampe  40.

   Des saillies fixes 41 coopèrent avec ces  surfaces de rampe, de sorte que si la came est  entraînée en rotation, les surfaces de rampe 40  montent sur les saillies 41 de façon à déplacer  l'anneau 36 jusqu'en prise de friction avec la  surface extérieure adjacente de la partie 31 et  à maintenir ainsi le manchon 16 stationnaire.  Dans cette variante, l'accouplement et le frein  sont combinés en un seul mécanisme du fait  que l'organe 31 leur est commun.    Pour la mise en route du compresseur, on  maintient tout d'abord le manchon 16 station  naire par engagement du frein. On accélère en  suite l'arbre 14 jusqu'à la vitesse désirée au  moyen d'un moteur de démarrage, non repré  senté.

   Du fait que le rotor comprenant le man  chon 16 et les aubes 17 qu'il porte n'est pas  entraîné en rotation par le moteur de démarrage,  la charge appliquée à ce moteur est inférieure  à     ce    qu'elle serait s'il avait à accélérer les deux  rotors. La rotation des rangées circulaires d'au  bes 15 de l'étage de sortie et des étages précé  dents assure la production d'une certaine quan  tité d'air comprimé pour la turbine et, à une  certaine vitesse, la puissance engendrée par la    turbine et disponible pour     entraîner    le compres  seur dépasse celle nécessaire pour entraîner  l'arbre 14. Le compresseur continue par consé  quent d'être accéléré. Le frein peut alors être  desserré, de sorte que le rotor comprenant le  manchon 16 soit libre de tourner.

   Le courant  d'air circulant à travers les aubes 17 commence  de faire     tourner        ce    rotor 16-17. En d'autres  termes, cette partie du rotor commence de tra  vailler à la façon d'un moulin à vent. Lorsque  le rotor 16-17 tourne     suffisamment        vite,    il peut  être accouplé à l'arbre 14, de sorte que l'en  semble des deux rotors tourne d'une seule pièce.  Dans la variante de la     fig.    3, la construction  est telle que la force de friction agissant entre  les poids 34 et les parois du logement de la  partie 31 à la vitesse de rotation voulue de  l'arbre 14 vainc la résistance opposée à sa rota  tion par le manchon 16.

   Dans les deux formes  d'exécution, l'entraînement par friction de l'ac  couplement     débrayable    peut être     utilisé    pour  augmenter ou remplacer l'effet de moulin à vent  utilisé pour accélérer le rotor 16-17 jusqu'à la       vitesse    désirée.  



  La     fig.    4 illustre les avantages de la forme  d'exécution décrite pour le fonctionnement en  charge partielle. Cette figure représente le rap  port de compression (R) en fonction de l'écou  lement massique (W) à travers le compresseur.  La courbe (T) est la caractéristique de charge  de la turbine, c'est-à-dire qu'elle représente  l'écoulement massique d'air requis par la tur  bine pour différentes pressions et pour une  charge constante. La courbe     C1    représente les  débits maxima du compresseur lorsque les étages  de sortie et précédents fonctionnent seuls, tan  dis que la courbe     C2    représente les débits  maxima du compresseur lorsque tous les étages  fonctionnent.  



  Admettons que le compresseur fonctionne,  les étages de sortie et précédents étant seuls  efficaces, c'est-à-dire selon la courbe caracté  ristique     C1.    Il est évident d'après la     fig.    4 que  le compresseur peut alimenter la turbine correc  tement selon ladite caractéristique mais que,  aux vitesses élevées, le     rapport    de     pressions     correspondant à l'écoulement massique désiré      est élevé et que le compresseur absorbe par  conséquent une puissance considérable.

   La con  sommation de puissance du compresseur peut  être réduite dans de grandes proportions aux  vitesses élevées en mettant les étages d'entrée  du compresseur en fonctionnement, de sorte que  le compresseur fonctionne selon la courbe ca  ractéristique     C,.    Aux faibles vitesses, la courbe       C.,    se trouve toutefois au-dessous de la ligne de  charge T de la turbine, de sorte que le débit  du compresseur à ces vitesses n'est pas appro  prié. En conséquence, il est alors désirable de  faire fonctionner le compresseur selon la courbe  caractéristique<I>Cl,</I> jusqu'au point     x.    par exemple,  et de passer alors à la courbe caractéristique     C.,,     au point y de     cette    courbe.

   On remarquera que,  du fait que ce passage d'une courbe caracté  ristique à l'autre a lieu à une vitesse déterminée,  les points x et y se trouvent tous deux sur la  même ligne de vitesse constante S. Afin de  réduire encore le travail de compression lors  de la mise en route, on pourrait faire fonction  ner le compresseur selon la courbe caractéris  tique<I>CI</I> jusqu'à une plus faible vitesse, par  exemple jusqu'au point     z    de la courbe carac  téristique<I>CI</I> et, de là, jusqu'au point y, le réglage  du débit pourrait être obtenu par un réglage  approprié des aubes de guidage 12 et 13.

Claims (1)

  1. REVENDICATION Compresseur à écoulement axial à plusieurs étages, caractérisé en ce qu'il comprend deux rotors coaxiaux montés de façon à pouvoir tourner l'un par rapport à l'autre, et un accou plement débrayable pour rendre solidaires en rotation ces deux rotors, dont l'un porte au moins l'aubage de l'étage d'entrée et l'autre au moins l'aubage de l'étage de sortie, ce dernier rotor étant solidaire en rotation d'un organe d'entraînement. <B>SOUS-REVENDICATIONS:</B> 1.
    Compresseur selon la revendication, ca ractérisé en ce que ledit accouplement dé- brayable est un accouplement centrifuge agencé de façon à accoupler automatiquement l'un à l'autre les deux rotors, à une vitesse de rotation déterminée. 2. Compresseur selon la revendication, ca ractérisé par des aubes de guidage à position réglable. 3. Compresseur selon la revendication, ca ractérisé par un frein permettant d'immobiliser, par rapport au stator, le rotor qui porte l'aubage de l'étage d'entrée.
CH325949D 1952-12-15 1953-12-15 Compresseur à écoulement axial CH325949A (fr)

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