Compresseur à roue centrifuge Le débit-masse des compresseurs à écoulements radiaux dépend de leur diamètre extérieur que l'on ne peut augmenter au-delà de certaines limites, en particulier dans les machines d'aéronautiques où il est important de réduire autant que possible le maître-couple et le poids.
Pour pallier cet inconvénient, c'est-à=dire pour augmenter le débit-masse sans augmenter le dia mètre extérieur du compresseur, tout en conservant le même rapport de pression, on a cherché à aug menter le diamètre extérieur de la section d'admis sion de la roue mobile à écoulement radial (rouet).
Toutefois, si l'écoulement absolu à l'entrée du rouet est entièrement axial, la vitesse relative au diamètre extérieur de la section d',admission attein dra, dans ces conditions, des valeurs prohibitives, compte tenu de la déflection à réaliser dans la partie axiale du rouet.
Si l'on veut augmenter le diamètre extérieur de la section axiale d'admission, il faut engendrer un écoulement à moments cinétiques positifs au dia mètre extérieur d'entrée du rouet. Mais cela entraîne une diminution du taux de compression réalisable pour les filets fluides situés dans la partie extérieure de la veine. Si l'on tient à conserver l'entrée axiale absolue au diamètre intérieur, donc à réaliser le taux de compression maximum pour les filets flui des correspondants, il est nécessaire de fournir un travail de compression égalisateur en amont du rouet.
Ce travail préparatoire sera d'autant plus néces saire que le diamètre extérieur de la section d'ad mission du rouet sera grand.
Pour atteindre un débit spécifique intéressant, le rapport du travail préparatoire au rayon extérieur et du travail préparatoire au rayon intérieur, sera de l'ordre de 1,5 à 2,0. Une telle variation radiale du taux de compression n'est pas réalisable dans un étage axial classique.
Toutefois, si l'on ajoute, en amont du rouet du compresseur radial, un étage axial dit transsoni que , les conditions d'écoulement dans ce dernier permettent, précisément, de réaliser la variation re quise du travail de compression en même temps qu'un débit spécifique très élevé.
Dans cette roue mobile axiale transsonique, cha que aube travaille avec de grands rapports de pres sion et des nombres de Mach élevés au sommet, et à de plus faibles rapports de pression et nombres de Mach au pied.
En intercalant entre cette roue axiale transsoni que et la roue radiale une couronne d'aubes direc trices fixes convenablement adaptée, on aura l'écou lement requis à l'entrée de la roue mobile à écoule ment radial, pour un diamètre extérieur de section d'admission augmenté.
Une telle disposition permet donc d'augmenter le débit-masse du compresseur centrifuge sans aug menter son diamètre extérieur, et de réaliser une machine à taux de compression voisin de 6.
Le compresseur objet de l'invention est caracté risé en ce que l'entrée axiale de la roue centrifuge est précédée d'une roue axiale transsonique, tra vaillant avec des rapports de pression et des nom bres de Mach plus élevés au sommet des aubes qu'à leur pied.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du compresseur objet de l'invention. La fig. 1 représente schématiquement, en demi- coupe axiale, cette forme d'exécution.
La fig. 2a représente schématiquement une coupe d'un aubage d'une roue centrifuge du type usuel, la coupe étant faite par un plan parallèle à l'axe de rotation au rayon intérieur de l'aubage ; cette figure montre, en outre, le triangle des vites ses correspondant.
La fig. 2b est analogue mais correspond au rayon extérieur de l'aubage.
Les fig. 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b concernent le cas du compresseur représenté à la fig. 1, mais sans aubes directrices d'entrée ; celles de ces figures dont les numéros portent l'indice a correspondent au rayon intérieur des divers aubages et celles portant l'indice b au rayon extérieur;
avec cette nota tion, les fig. 3a et 3b concernent l'étage transsoni que, les fia. 4a et 4b les aubes directrices intermé diaires et les fig. 5a et 5b la roue centrifuge.
Le compresseur représenté sur la fig. 1 comporte successivement dans la direction de l'écoulement une couronne d'aubes directrices fixes 1 solidaire des deux parties coaxiales 2,3 du stator, une cou- ronne d'aubes axiales mobiles 4 solidaires du rotor 5, d'axe a-a, et formant une roue axiale transsoni que (à titre d'exemple, le taux de compression des aubes mobiles de cette roue peut être:
1,3 au pied de ces aubes et 1,8 à leur extrémité), une couronne d'aubes directrices fixes 6 et, finalement, une cou ronne d'aubes mobiles radiales 7 dont l'entrée axiale fait suite aux aubes directrices 6. Le passage com pris entre le carter extérieur 3 et le moyeu des aubes 4 et 6 est convergent vers la roue centrifuge.
Sur la coupe de l'aube 7, la zone 7a munie de hachures pointillées est celle qui correspond à l'aug mentation du diamètre d'entrée de la roue radiale. Les nombres portés verticalement donnent à titre d'exemple diverses valeurs du diamètre en centimè tres et les nombres portés horizontalement indiquent les vitesses périphériques correspondant à ces dia mètres.
La comparaison de la fig. 2, d'une part, et des fig. 3 à 5, d'autre part, illustre le fonctionnement du compresseur représenté et l'avantage technique que l'on peut en tirer.
Sur ces diverses figures, on a adopté les nota tions suivantes : u pour les vitesses de rotation, v pour les vitesses absolues (v. étant la valeur de cette vitesse dans le plan méridien), Mu, pour le nombre de Mach correspondant à la vitesse relative.
Sur les fig. 2, on a considéré le cas d'une roue centrifuge de modèle habituel ayant, à titre d'exem ple, un diamètre extérieur d'entrée de 40 cm pour un diamètre intérieur de 18,5 cm. La valeur de la vitesse relative d'entrée au rayon extérieur de l'au- bage correspond à un nombre de Mach de 0,9 pour une vitesse périphérique u = 260 m/s .
Les fig. 3a et 3b montrent que, en conservant les mêmes vitesses de rotation et le même diamètre intérieur d'entrée, dans le compresseur représenté, l'étage transsonique 4 réalise un travail de compres sion préparatoire plus grand au rayon extérieur qu'au rayon intérieur. Il résulte en effet du triangle des vitesses de la fi-. 3a que l'on a au rayon inté rieur un produit u .
0 VZ, (où V,4 est la composante tangentielle de la vitesse absolue V et 0 V.,, la diffé- rence des composantes tangentielles des vitesses ab solues d'entrée et de sortie) égal à 14 400 et du tri angle des vitesses de la fig. 3b qu'au rayon extérieur de l'étage transsonique ce produit passe à<B>31000,</B> soit un peu plus du double.
Les fig. 4a et 5a montrent qu'au rayon intérieur les aubes directrices fixes 6 redressent axialement la vitesse du fluide avant son entrée dans la roue centrifuge.
Les fig. 4b et 5b montrent qu'au rayon extérieur ces aubes directrices 6 ne redressent pas complète ment la vitesse absolue du fluide sortant de l'étage transsonique, de sorte que l'obliquité de cette vitesse composée avec la vitesse périphérique permet d'ob tenir un nombre de Mach du même ordre que celui de la fig. 2b, mais avec un diamètre extérieur d'en trée de la roue quia passé de 40 cm à 45,4 cm, la vitesse périphérique étant augmentée de façon cor respondante.