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AMELIORATIONS A UN COMPRESSEUR DU TYPE REGENERATIF
A CHAMBRE TOROIDALE
La présente invention concerne des améliorations à un compresseur du type régénératif à chambre toroïdale qui permettent, en réduisant fortement la turbulence et en optimisant le trajet du fluide entre les aubages, de diminuer le bruit du compresseur et d'obtenir une pression de refoulement très élevée tout en conservant de faibles dimensions de ce compresseur.
Les compresseurs du type régénératif à chambre toroïdale sont connus et utilisés chaque fois qu'une forte pression de refoulement et un faible débit sont nécessaires ; ces compresseurs comprennent un rotor pourvu, dans sa zone périphérique, d'aubages qui tournent dans une chambre toroïdale ayant une section transversale supérieure à celle des aubages et dans lequel un bloc de séparation avec un canal périphérique pour le passage des aubages, appelé"strippeur", interrompt la continuité de ladite chambre en séparant le côté d'aspiration du côté de refoulement du compresseur, des éléments d'étanchéité appropriés étant interposés entre lesdites pièces.
De cette manière, le fluide entrant ne suit pas seulement la rotation du rotor mais effectue également un trajet hélicoïdal à travers ladite chambre toroidale en passant plusieurs fois à travers les aubages du rotor pendant son trajet de l'entrée à la sortie du compresseur.
Chaque passage à travers les aubages peut
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donc être considéré comme un étage de compression classique avec pour résultat qu'un compresseur de ce genre permet de réaliser plusieurs compressions au cours duquel le fluide est accéléré plusieurs fois, ce qui justifie le nom de"régénératif"donné au compresseur, qui permet d'obtenir des pressions qui ne pourraient autrement être obtenues qu'en utilisant des compresseurs à étages multiples ou à grande vitesse.
Comme ces compresseurs régénératifs à chambre toroldale conformes à l'état actuel de la technique n'assurent pas un guidage uniforme du fluide pendant son déplacement hélicoïdal dans la chambre toröidale, ils ne permettent pas d'obtenir un rendement élevé, si bien qu'ils ne peuvent pas fournir la pression de refoulement théoriquement réalisable. De plus, cette insuffisance du guidage du fluide provoque, dans les compresseurs déjà connus, une turbulence qui est la cause d'un bruit indésirable et ennuyeux. Dans certaines dispositions déjà connues, on a tenté de réduire ces difficultés en prévoyant des compresseurs de plus grandes dimensions afin d'obtenir une plus grande pression de refoulement et en utilisant des dispositifs de silencieux
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cou e coûteux et compliqués pour diminuer le bruit.
La présente invention a pour objectif de surmonter ces difficultés en proposant un compresseur du type régénératif à chambre toroïdale qui n'est pas seulement économique et très efficace, avec en particulier des dimensions très faibles, mais qui permet en outre de réduire le bruit au minimum tout en assurant une pression de refoulement très importante, ce qui le rend particulièrement intéressant pour les applications domestiques.
Ce résultat est atteint essentiellement en donnant aux aubages du rotor un profil aérodynamique avec une courbure dans la direction du déplacement et
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avec une épaisseur variable, de façon à ce que les distances entre les deux surfaces face-à-face de deux aubages voisins définissant un canal de sortie restent constantes lorsqu'on les mesure perpendiculairement à l'axe dudit canal de sortie.
On obtient ainsi grâce à leur courbure, une entrée correcte et exempte de turbulences du fluide dans lesdits canaux de sortie définis par les aubages, le fluide se déplaçant ensuite d'un mouvement uniforme dans lesdits canaux en vertu de la manière particulière suivant laquelle ils sont conçus, et le fluide sortant finalement avec la vitesse maximale possible à cause de la courbure en avant des aubages et avec, pour résultat final, que l'on obtient une pression de refoulement très élevée.
Conformément à la présente invention, du côté d'aspiration du compresseur où est prévu le bloc de séparation ou strippeur pour l'introduction du fluide dans les canaux définis par les aubages, il est prévu une fente d'entrée de section croissante si bien que le fluide entrant peut pénétrer graduellement dans lesdits canaux sans choc violent contre les aubages du rotor et donc sans turbulences. Sur le côté de refoulement du compresseur, ledit strippeur est pourvu d'arêtes chanfreinées et d'évasements sur les parois de son canal, de façon à former un guidage progressif pour l'entrée des aubages dans ledit canal de strippeur.
Ceci empêche non seulement l'apparition de phénomènes tourbillonnaires mais évite également la constriction brusque provoquée par le strippeur, qui donne lieu à un bruit intense à cause de l'obstruction à l'écoulement du fluide.
Par conséquent, le compresseur régénératif du type à chambre toroïdale comprenant un rotor équipé dans sa zone périphérique d'aubages définissant entre eux des canaux d'écoulement pour le fluide à comprimer et qui tourne dans une chambre toroldale ayant une section
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transversale supérieure à celle des aubages et dans lequel un bloc de séparation avec un canal périphérique pour e e le passage des aubages et appelé strippeur interrompt la continuité de ladite chambre en séparant le côté d'aspiration du côté de refoulement du compresseur, des éléments d'étanchéité appropriés étant interposés entre lesdites pièces est caractérisé, conformément à la présente invention,
en ce que lesdits aubages présentent un profil aérodynamique avec une courbure en direction du déplacement et avec une épaisseur variable telle que les distances entre les deux surfaces face-à-face de deux aubages voisins définissant un canal de sortie restent constantes lorsqu'on les mesure perpendiculairement a l'axe dudit canal de sortie, ledit strippeur étant pourvu, sur le côté d'aspiration du compresseur, d'une fente d'entrée de section croissante pour l'introduction du fluide dans lesdits canaux de sortie définis par les aubages et pourvu, sur le côté de refoulement du compresseur, d'arêtes chanfreinées et d'évasements sur les parois de son canal pour former un guidage progressif pour l'entrée des aubages dans ledit canal de strippeur.
Conformément à un mode de réalisation préféré de la présente invention, lesdits éléments d'étanchéité sont constitués d'un certain nombre de filetages concentriques disposés sur les deux côté du rotor, de façon à former des joints à labyrinthe.
Conformément à un autre mode de réalisation préféré de la présente invention, ledit rotor est réalisé en une pièce, par exemple par coulée, par moulage, etc., y compris ses aubages à épaisseur variable et ses joints de labyrinthe.
Conformément à un autre mode de réalisation préféré de la présente invention, ledit compresseur est entièrement réalisé en plastique. L'invention sera décrite plus en détail ci-après en se référant aux figures en
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annexe qui représentent, à titre d'exemple limitatif, un mode de réalisation préféré auquel des modifications techniques et de construction peuvent être apportées sans se départir de l'objet de la présente invention.
Ces figures sont respectivement :
La figure 1, une vue en perspective partiellement en coupe d'un compresseur régénératif à chambre toroïdale réalisé conformément à la présente invention ;
La figure 2, une vue en coupe de l'avant du compresseur de la présente invention à échelle réduite, prise suivant la ligne AA de la figure 1 ;
La figure 3, une vue partielle par le dessus d'une partie du compresseur sans le rotor, pour illustrer les caractéristiques de son strippeur ;
La figure 4, une vue partielle de la face avec aubages du rotor du compresseur régénératif selon la présente invention.
Dans les figures, le numéro de référence 1 désigne le rotor du compresseur qui tourne avec son moyeu 2 dans une cavité appropriée 3 réalisée dans le corps intérieur 4 du compresseur et comprenant, dans la zone périphérique de sa face inférieure, une série d'aubages 5 plus trois filetages concentriques 6, de façon à former un joint à labyrinthe vis-à-vis dudit corps intérieur 4. Ledit rotor 1, et par conséquent ses aubages 5, tournent dans la direction de la flèche 7 tandis que la chambre toroidale 8 ayant une section transversale plus grande que celle des aubages est délimitée par ledit corps intérieur 4 et que le corps extérieur du compresseur 9 comprend une conduite de refoulement 11 et un trou pour le passage de l'arbre 10 connectant le rotor à un moteur d'entraînement.
Sur la face supérieure du rotor 1 sont également prévus trois filetages concentriques 12, de façon à former un joint
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à labyrinthe vis-à-vis du corps extérieur 9. Lesdits aubages S, qui définissent entre eux des canaux de sortie 13 (voir figure 4), présentent un profil aérodynamique avec leur courbure dans la direction du mouvement 7 du rotor, et leur épaisseur est variable de façon à ce que les distances 14 entre les deux surfaces 15 et 16 face- à-face des deux aubages voisins restent constantes lorsqu'on les mesure perpendiculairement à l'axe 17 du canal de sortie défini par lesdites surfaces.
Ladite chambre toroldale 8 est interrompue par un bloc de séparation (voir figures 1 à 3) ou strippeur 18 comprenant un canal périphérique 19 pour le passage des aubages, de façon à séparer le côté d'aspiration du compresseur constitué d'un trou 20 dans le corps intérieur 4 à travers lequel le fluide entre dans la direction de la flèche 21, du côté de refoulement du compresseur constitué de ladite conduite 11 par laquelle le fluide est refoulé dans la direction de la flèche 22.
Ledit strippeur 18 comprend, dans une position correspondant au trou 20 et donc à son côté d'aspiration, une fente d'entrée 23 ayant une section croissant dans la direction de la flèche 7 (voir figures 1 et 3) pour entraîner le fluide en le guidant dans les canaux de sortie 13 définis par les aubages 5 et comprenant également, sur son côté de refoulement, c'est-à-dire à la conduite 11, des arêtes chanfreinées 25 et 26 (voir figures 1 et 3) et des évasements 27 et 28 des parois 19'et 19'dudit canal 19, de façon à réaliser un guidage progressif pour l'entrée du gaz entraîné par les aubages en rotation 5 dans ledit canal 19 du strippeur 18.
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IMPROVEMENTS TO A REGENERATIVE COMPRESSOR
A TOROIDAL CHAMBER
The present invention relates to improvements to a compressor of the regenerative type with a toroidal chamber which, by greatly reducing turbulence and optimizing the path of the fluid between the blades, reduce the noise of the compressor and obtain a very high discharge pressure. while retaining small dimensions of this compressor.
Compressors of the regenerative type with toroidal chamber are known and used whenever a high discharge pressure and a low flow rate are necessary; these compressors comprise a rotor provided, in its peripheral zone, with blades which rotate in a toroidal chamber having a cross section greater than that of the blades and in which a separation block with a peripheral channel for the passage of the blades, called "stripper" ", interrupts the continuity of said chamber by separating the suction side from the discharge side of the compressor, suitable sealing elements being interposed between said parts.
In this way, the incoming fluid does not only follow the rotation of the rotor but also performs a helical path through said toroidal chamber, passing several times through the blades of the rotor during its path from the inlet to the outlet of the compressor.
Each passage through the blades can
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therefore be considered as a conventional compression stage with the result that a compressor of this kind makes it possible to carry out several compressions during which the fluid is accelerated several times, which justifies the name of "regenerative" given to the compressor, which allows '' obtaining pressures which would otherwise be obtained only by using multistage or high speed compressors.
Since these regenerative compressors with a toroidal chamber conforming to the current state of the art do not ensure uniform guidance of the fluid during its helical movement in the toroidal chamber, they do not allow a high efficiency to be obtained, so that they cannot provide the theoretically achievable discharge pressure. In addition, this inadequacy in guiding the fluid causes turbulence in the already known compressors which is the cause of an undesirable and annoying noise. In some already known arrangements, attempts have been made to reduce these difficulties by providing larger compressors in order to obtain a higher discharge pressure and by using mufflers
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expensive and complicated to reduce noise.
The object of the present invention is to overcome these difficulties by proposing a compressor of the regenerative type with a toroidal chamber which is not only economical and very efficient, in particular with very small dimensions, but which also makes it possible to reduce noise to a minimum. while ensuring a very high discharge pressure, which makes it particularly interesting for domestic applications.
This is achieved essentially by giving the rotor blades an aerodynamic profile with a curvature in the direction of travel and
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with a variable thickness, so that the distances between the two face-to-face surfaces of two neighboring blades defining an outlet channel remain constant when they are measured perpendicular to the axis of said outlet channel.
One obtains thus thanks to their curvature, a correct entry and free from turbulence of the fluid in said outlet channels defined by the blades, the fluid then moving with a uniform movement in said channels by virtue of the particular manner in which they are designed, and the fluid finally leaving with the maximum possible speed because of the curvature in front of the blades and with, as a final result, a very high discharge pressure is obtained.
In accordance with the present invention, on the suction side of the compressor where the separation block or stripper is provided for the introduction of the fluid into the channels defined by the blades, an inlet slot of increasing section is provided so that the incoming fluid can gradually penetrate said channels without violent shock against the blades of the rotor and therefore without turbulence. On the discharge side of the compressor, said stripper is provided with chamfered edges and flares on the walls of its channel, so as to form a progressive guide for the entry of the blades in said stripper channel.
This not only prevents the occurrence of vortex phenomena but also avoids the sudden constriction caused by the stripper, which gives rise to an intense noise due to the obstruction to the flow of the fluid.
Consequently, the regenerative compressor of the toroidal chamber type comprising a rotor equipped in its peripheral zone with blades defining between them flow channels for the fluid to be compressed and which rotates in a toroidal chamber having a cross section
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transverse greater than that of the blades and in which a separation block with a peripheral channel for the passage of the blades and called stripper interrupts the continuity of said chamber by separating the suction side from the discharge side of the compressor, elements of suitable sealing being interposed between said parts is characterized, in accordance with the present invention,
in that said blades have an aerodynamic profile with a curvature in the direction of movement and with a variable thickness such that the distances between the two face-to-face surfaces of two neighboring blades defining an outlet channel remain constant when measured perpendicular to the axis of said outlet channel, said stripper being provided, on the suction side of the compressor, with an inlet slot of increasing section for the introduction of the fluid into said outlet channels defined by the blades and provided, on the discharge side of the compressor, with chamfered edges and flares on the walls of its channel to form a progressive guide for the entry of the blades in said stripper channel.
According to a preferred embodiment of the present invention, said sealing elements consist of a number of concentric threads arranged on both sides of the rotor, so as to form labyrinth seals.
According to another preferred embodiment of the present invention, said rotor is made in one piece, for example by casting, by molding, etc., including its variable thickness blades and its labyrinth seals.
According to another preferred embodiment of the present invention, said compressor is made entirely of plastic. The invention will be described in more detail below with reference to the figures in
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annex which represent, by way of limiting example, a preferred embodiment to which technical and constructional modifications can be made without departing from the object of the present invention.
These figures are respectively:
FIG. 1, a perspective view partially in section of a regenerative compressor with a toroidal chamber produced in accordance with the present invention;
Figure 2, a sectional view of the front of the compressor of the present invention on a reduced scale, taken along line AA of Figure 1;
Figure 3, a partial view from above of a part of the compressor without the rotor, to illustrate the characteristics of its stripper;
Figure 4, a partial view of the face with blades of the rotor of the regenerative compressor according to the present invention.
In the figures, the reference number 1 designates the compressor rotor which rotates with its hub 2 in a suitable cavity 3 made in the internal body 4 of the compressor and comprising, in the peripheral zone of its lower face, a series of blades 5 plus three concentric threads 6, so as to form a labyrinth seal with respect to said inner body 4. Said rotor 1, and consequently its blades 5, rotate in the direction of arrow 7 while the toroidal chamber 8 having a cross section larger than that of the blades is delimited by said internal body 4 and that the external body of the compressor 9 comprises a discharge pipe 11 and a hole for the passage of the shaft 10 connecting the rotor to a motor training.
On the upper face of the rotor 1 are also provided three concentric threads 12, so as to form a seal
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a labyrinth with respect to the external body 9. Said blades S, which define between them outlet channels 13 (see FIG. 4), have an aerodynamic profile with their curvature in the direction of movement 7 of the rotor, and their thickness is variable so that the distances 14 between the two surfaces 15 and 16 face-to-face of the two neighboring blades remain constant when they are measured perpendicular to the axis 17 of the outlet channel defined by said surfaces.
Said toroidal chamber 8 is interrupted by a separation block (see Figures 1 to 3) or stripper 18 comprising a peripheral channel 19 for the passage of the blades, so as to separate the suction side of the compressor consisting of a hole 20 in the internal body 4 through which the fluid enters in the direction of arrow 21, on the discharge side of the compressor constituted by said pipe 11 through which the fluid is discharged in the direction of arrow 22.
Said stripper 18 comprises, in a position corresponding to the hole 20 and therefore to its suction side, an inlet slit 23 having a cross section increasing in the direction of the arrow 7 (see FIGS. 1 and 3) for entraining the fluid in guiding it in the outlet channels 13 defined by the blades 5 and also comprising, on its discharge side, that is to say at the pipe 11, chamfered edges 25 and 26 (see FIGS. 1 and 3) and flares 27 and 28 of the walls 19 ′ and 19 ′ of said channel 19, so as to provide progressive guidance for the entry of the gas entrained by the rotating blades 5 into said channel 19 of stripper 18.