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"Perfectionnements apportés aux compresseurs ou pompes cen- trifuges".
L'invention est relative aux compresseurs ou pom- pes centrifuges.
Elle a pour but, surtout, de rendre ces machines telles que leur capacité volumétrique soit fortement augmen- tée par rapport à leurs dimensions et à leur rendement et qu'en plus leur construction soit simplifiée et leur fabri- cation rendue plus aisée.
Bien que l'objet de l'invention soit décrit com- me s'appliquent à la compression de l'air, il peut être uti- lisé pour d'autres fluides.
Divers dispositifs ont été proposés jusqu'ici
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pour améliorer les compresseurs centrifuges. Pour un com- pres seur avec entrées bilatérales dans lesquelles sont é- tablies des aubes de uida,e qui se trouvent dans le pro- longement des aubes radiales-axiales du compresseur, on a déjà proposa d'avoir recours à des ailettes de guidage fixes pour les entrées et qui dirigent l'air admis suivent une direction sensiblement axiale afin que l'on puisse augmen- ter la vitesse linéaire des aubes de guidage avec le rayon.
A cet e@fet, une sorte de tourbillon forcé doit être formé pour leiuel la vitesse de turbulence augmente avec le rayon.
Cn a également proposé d'utiliser des ailettes de guidage fixes, établies aux entrées et lui servent à diriger un cou- rant radial vers l'intérieur (centripète) suivant un trajet spiraloïdal et on a prévu des aubes de uidae rotatives, écartées axialement des bords d'attaque des prolongements axiaux-radiaux des aubades centrifuges.
Pour l'un de ces dispositifs connus il n'a pas été proposé de se servir de prolongements dont les bords d'attaque sont recourbés vers l'avant dans 'e sens de leur rotation, de même que toute suestion concernant l'usage d'aubes de guidage tournantes avec angle d'entrée variable redialement n'a été faite. Lp particularité, que les ailettes fixes doivent produire un effet de tourbillon tel que la vitesse de turbulence varie inversement avec le rayon et que les aubes de guidage rota- tives doivent, par conséquent, s'adapter à une telle varia- tion (ainsi qu'à un accroissement de la vitesse linéaire avec le rayon)', paraît donc avoir été ignorée jusqu'ici.
L'invention consista, principalement, à faire comporter aux machines, du genre en question, des ailettes de guidagefixes à l'entrée, de préférence avec un profil constant en section transversale et des angles d'entrée et de sortie constants sur toute leur longueur, ces ailettes étant agencées de manière telle qu'elles puissent provoquer un remous pour le fluide s'écoulant entre-elles et dans le
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même sens de rotation que celui de la roue à aubages de la machine, les dites ailettes de guidage étant suivies, en aval, par un ou plusieurs passages d'admission qui amènent le fluide à des aubes de guidage tournantes constituées par des prolongements des aubages radiaux de ladite roue,
ces prolongements comportant des aubes dont les bords d'attaque ont un pas qui est moindre (c'est-à-dire sont axiaux ou sont presque axiaux) à leurs embases et dont l'angle d'inclinai- son hélicoidal augmente progressivement avec le rayon, le- dit angle, en tout point intermédiaire de l'aube, étant tel que lefluide vienne agir su.r les aubes de guidage suivant un angle d'attaque réduit ou nul aux conditions de fonction- nement normales de telle sorte que la composante de turbu- lence 'de la vitesse du fluide, admis dans la roue et qui résulte des aubes de guidage et de la forme donnée aux pas- sages d'admission, soit inversement proportionnelle au ray= on.
Il y a lieu de tenir compte, non seulement de la compo- sante de turbulence de la vitesse du fluide admis, mais éga- lement de l'accroissement de la vitesse linéaire .avec le rayon pour les aubes de guidage tournantes, L'invention con- vient tout particulièrement à des compresseurs avec entrées bilatérales ayant la forme de passages annulaires et coaxi- aux à l'axe principal du compresseur tout en étant symétri- ques -par rapport au plan de rotation et de symétrie de la roue dudit compresseur.
Quand on se sert d'aubes de 'guidage tournantes qui sont courbées comme celles des aubages de la roue, par rapport au plan axial-radial, il peut être néces- saire, pour des raisons de solidité et des difficultés de fabrication, de laisser leur embase non-courbée et, par con- séquent, une caractéristique subsidiaire de l'invention est que les aubes de guidage tournantes ont un angle d'inclinai- son égal à zéro (c'est-à-dire sont axiales) aux endroits où le rayon est minimum.
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Quand on se sert seulement d'aubes de guidage tournantes, la capacité volumétrique d'une roue, tournant à vitesse élevée, est limités par les conditions que les extrémités libres ou sommets des aubes ne doivent pas ve- nir agir sur le courant relatif avec une vitesse voisine de la vitesse locale du son.
Cette condition limite le ray- on extérieur de l'entrée du compresseur. l'invention envi- sage de se servir d'une combinaison telle d'aubes de quida- ge fixes et tournantes que l'on puisse adopter une grande entrée et que les aubes tournantes rencontrent le fluide admis, pour tous les rayons, avec un angle d'attaque rela- tif, oui est réduit ou nul, sans qu'il en résulte une ré- duction importante de la capacité volumétrique. la plus grande efficacité des aubes de uidae à l'entrée, combinée avec l'accroissement important de la capacité volumétrique par rapport aux dimensions, obtenue selon la présente inven- tion, permet d'augmenter considérablement le rendement adia- batique.
Le dessin ci-annexé montre, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention.
Les fis.l et 2 montrent, respectivement en cou- pe axiale et en coupe selon A-B fig. 1 la pprtie intéressante d'un compresseur, avec des aubes de gurdage typiques, éta- bli selon l'invention.
La roue ou rotor 1 du compresseur porte des au- bages radiaux 2 de part en d'autre de l'Orne 3 établie dans son plan de symétrie et de rotation. La roue tourne dans un carter avec parois latérales 4 et qui, ru coté e l'axe sont recourbées vers l'extérieur en 4A. Les aubades 3 com- portent des prolongements axiaux- 2A. formant des aubes de uidae tournantes et qui sont recourbées de manière telle que l'air entrant axialement subisse une accélération. Par conséquent, ils ont un angle d'inclinaison qui augmente radialement a partir de l'axe de rotation. Les entrées du
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compresseur comportent des passages limités par les parois 5 et 6 faisant partie de la structure fixe.
Les parois 5 font partie intégrante ou sont solidaires des parties 4A du carter. Les parois 6 peuvent faire partie ou être rendues solidaires des paliers supportent la roue 1. Dans les pas- sages annulaires, ainsi formés, on établit une série d'an- neaux 7 en cascade, qui peuvent être constitués en plusieurs parties dans le sens circonférentiel pour faciliter l'assem- blage mais qui forment, en réalité, des ailettes continues délimitant des passages subdivisés pour diriger l'air, admis radialement, suivant une direction axiale, Ces anneaux 7 sont supportés par l'emboîtement d'encoches 7A (fig.2) dans des encoches correspondantes ménagées dans les bords internes d'une série d'ailettes de guidage fixes 8.
Certaines de cel- les-ci sont montrées en coupe sur la fi&.2 et sont fixées aux parois 5 et 6 par d.es rivets ou analogues qui traversent des pattes recourbées 8A de ces ailettes 8. Celles-ci en étant ainsi fixées et en étant nombreuses, par exemple en étant écartées entre-elles de 25 mm environ, supportent con- venablement les anneaux 7 dont ils sont rendus solidaires par l'emboîtement des encoches.
Au bord extérieur ou d'éntrée des ailettes 8, leur direction est radiale par rapport à l'axe de la roue.
Leur bord intérieur ou de sortie fait un angle de 42 (dans ce cas particulier). avec la tangente à un cercle dont le cen- tre se trouve sur ledit axe'. Depuis le bord extérieur au bord intérieur, les ailettes 8 sont recourbées suivant un arc de cercle. Les bords de chaque ailette 8 sont parallèles à l'axe. Les ailettes,,de chaque côté de la roue, sont orien- tées dans le marne sens que celui de la rotation de cette roue indiquée par une flèche (fig.2).
L'air, admis dans le compresseur et dévié par les ailettes, quitte celles-ci avec une composante de.turbulence.
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Tout en continuant a former un remous, cet nir traverse les passades, délimités par les arois 5 et 6, et passe en- tre les anneaux 7 de sorte qu'il reçoit ainsi une composan- te axiale qui donne à son mouvement résultent une allure générale hélicoïdale.
La forme des ailettes, c'est-à-dire leur coude et leur courbure, est telle qu'elle satisfasse à la condi- tion que la composante de turbulence de la vitesse de l'air doit être inversement proportionnelle au rayon. Un exposé général de conditions similaires se trouve dans le brevet Grande-Bretagne n 511 278.les partiesde guidage et tour- nantes 2A, de la roue, ont leurs bords d'attaque 2B orientés suivant des angles tels que, pour tous les rayons, ils vien- nent en contact avec le courant relatif avec un angle d'at- taque réduit ou nul pour les conditions de fonctionnement ncrmal en ce 'lui concerne le remous formé dans ce courent avant qu'il n'atteigne les bords 2B.
Bour l'exemple montré, pour lequel les aubes de guidage 2A sont constituées par des s prolongements curviligne des aubages 2 de la roue et pour lequel il est nécessaire, peur des raisons de solidité, de laisser les embases 2C des aubes 2A sans courbure, le moment angulaire produit par les ailettes fixes 8 ayant une valeur telle que la composante de turbulence de la vitesse soit éale à ou ;eu différente de la vitesse des aubes pour une valeur du rayon égale à celui del'embase à l'entrée.
Le courant relatif dans la roue, à l'endroit de l'embase, est donc sensiblement axial et la condition d'un en:..,le relatif d'attaque, réduit ou nul, pour les aubes de guidage tournantes, est satisfaite même @ l 'endroit où se trouve leur embase et où les aubes ne sont donc pas courbées ainsi que pour les autres parties de ces aubes.
On peut admettre qu'avec la disposition, telle
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que décrite, un compresseur à entrées bilatérales peut avoir une valeur du Q/ égale à 1,17 pour un taux de compression ND3 d'environ 2,5 et égale à environ 0,4 pour un taux de compres- sion d'environ 5, Q étant la capacité d'air frais en pieds cubes par seconde, N la vitesse angulaire en tours par secon- de, et D le diamètre de la roue en pieds. On obtient ainsi une valeur de 60% supérieure à celle réalisée avec des com- presseurs qui ne sont pas établis selon l'invention et sans que l'on constate des difficultés de compressibilité à l'en- trée.
L'invention convient tout particulièrement à des machines du genre de celles décrites dans les brevets Gran- de-Bretagne n 456.980; 461.887 et 471.368 pour lesquels il est très important d'obtenir une capacité volumétrique aussi grande que possible, par rapport à leurs dimensions et à leur poids.
Il est à noter que la condition désirée de la variation de la vitesse de turbulence, en raison inverse de celle du rayon, peut être obtenue à l'aide d'ailettes analogues aux ailettes 8 mais dont les bords font un cer- tain angle avec l'axe de la roue, en les tordant de manière que les angles d'incidence varient le long de ces ailettes.
Hais si l'on rend les bords des ailettes parallèles audit axe et si les passages font dévier la direction générale du courant depuis un sens centripète vers un sens axial, elles peuvent avoir une section constante sur toute leur longueur ce qui est, évidemment, un grand avantage. Pour cette raison on a indiqué cette réalisation comme étant cel- le à laquelle on donne la préférence mais sans exclure les autres.
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"Improvements made to compressors or centrifugal pumps".
The invention relates to compressors or centrifugal pumps.
Its aim, above all, is to make these machines such that their volumetric capacity is greatly increased in relation to their dimensions and their efficiency and that in addition their construction is simplified and their manufacture made easier.
Although the object of the invention is described as applicable to the compression of air, it can be used for other fluids.
Various devices have been proposed so far
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to improve centrifugal compressors. For a compressor with bilateral inlets in which there are uida vanes, which are located in the extension of the radial-axial vanes of the compressor, it has already been proposed to use guide vanes. fixed for the inlets and which direct the intake air follow a substantially axial direction so that the linear speed of the guide vanes can be increased with the radius.
For this purpose, a kind of forced vortex must be formed whereby the speed of turbulence increases with the radius.
It has also been proposed to use fixed guide vanes, established at the inlets and serve to direct a radial inward (centripetal) current along a spiral path, and rotating uidae vanes axially spaced from the sides have been provided. leading edges of the axial-radial extensions of the centrifugal blades.
For one of these known devices, it has not been proposed to use extensions whose leading edges are curved forward in the direction of their rotation, as well as any question concerning the use of The rotating guide vanes with redially variable entry angle have not been made. The peculiarity is that the fixed vanes must produce a vortex effect such that the speed of turbulence varies inversely with the radius and that the rotating guide vanes must, therefore, adapt to such a variation (as well as 'to an increase in linear speed with the radius)', therefore seems to have been ignored so far.
The invention consisted, mainly, in making the machines of the kind in question comprise guide vanes fixed at the inlet, preferably with a constant profile in cross section and constant inlet and outlet angles over their entire length. , these fins being arranged in such a way that they can cause a stir for the fluid flowing between them and in the
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same direction of rotation as that of the bladed wheel of the machine, said guide vanes being followed, downstream, by one or more inlet passages which bring the fluid to rotating guide vanes formed by extensions of the vanes radials of said wheel,
these extensions comprising vanes whose leading edges have a pitch which is less (that is to say are axial or are almost axial) at their bases and whose helical inclination angle increases progressively with the radius, said angle, at any intermediate point of the vane, being such that the fluid acts on the guide vanes at a reduced or zero angle of attack under normal operating conditions such that the component of turbulence of the speed of the fluid, admitted into the wheel and which results from the guide vanes and from the shape given to the inlet passages, ie inversely proportional to the radius = on.
Consideration must be given not only to the turbulence component of the speed of the admitted fluid, but also to the increase in linear speed with the radius for rotating guide vanes. very particularly suitable for compressors with bilateral inlets having the form of annular passages and coaxial with the main axis of the compressor while being symmetrical with respect to the plane of rotation and of symmetry of the wheel of said compressor.
When using rotating guide vanes which are curved like those of the wheel vanes, with respect to the axial-radial plane, it may be necessary, for reasons of strength and manufacturing difficulties, to leave their non-curved base and, therefore, a subsidiary feature of the invention is that the rotating guide vanes have an angle of inclination equal to zero (i.e. are axial) at the locations where the radius is minimum.
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When only rotating guide vanes are used, the volumetric capacity of a wheel, rotating at high speed, is limited by the conditions that the free ends or tops of the vanes must not act on the relative current with a speed close to the local speed of sound.
This condition limits the external radiation of the compressor inlet. the invention contemplates using such a combination of fixed and rotating quideck vanes that a large inlet can be adopted and the rotating vanes meet the admitted fluid, for all radii, with a relative angle of attack, yes is reduced or zero, without resulting in a significant reduction in volumetric capacity. the greater efficiency of the uidae vanes at the inlet, combined with the significant increase in the volumetric capacity with respect to the dimensions, obtained according to the present invention, makes it possible to considerably increase the adabatic efficiency.
The accompanying drawing shows, by way of example, one embodiment of the invention.
Figures 1 and 2 show, respectively in axial section and in section according to A-B fig. 1 the interesting feature of a compressor, with typical shaping vanes, established according to the invention.
The compressor wheel or rotor 1 carries radial vanes 2 on either side of the Orne 3 established in its plane of symmetry and rotation. The wheel rotates in a casing with side walls 4 which, on the side of the axis, are curved outwards at 4A. The blades 3 include axial extensions 2A. forming rotating uidae vanes which are curved in such a way that the air entering axially is accelerated. Therefore, they have an angle of inclination which increases radially from the axis of rotation. The entries of
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compressor have passages limited by the walls 5 and 6 forming part of the fixed structure.
The walls 5 form an integral part or are integral with the parts 4A of the casing. The walls 6 can form part or be made integral with the bearings supporting the wheel 1. In the annular passages, thus formed, a series of rings 7 is established in cascade, which can be formed in several parts in the direction circumferential to facilitate assembly but which in reality form continuous fins delimiting subdivided passages for directing the air, admitted radially, in an axial direction. These rings 7 are supported by the interlocking of notches 7A ( fig. 2) in corresponding notches made in the internal edges of a series of fixed guide vanes 8.
Some of these are shown in section on the fi & .2 and are fixed to the walls 5 and 6 by rivets or the like which pass through the curved tabs 8A of these fins 8. These being thus fixed and being numerous, for example by being spaced apart by approximately 25 mm, suitably support the rings 7 with which they are made integral by the interlocking of the notches.
At the outer or entry edge of the fins 8, their direction is radial with respect to the axis of the wheel.
Their inner or exit edge is at an angle of 42 (in this particular case). with the tangent to a circle whose center is on said axis'. From the outer edge to the inner edge, the fins 8 are curved in an arc of a circle. The edges of each fin 8 are parallel to the axis. The fins, on each side of the wheel, are oriented in the same direction as that of the rotation of this wheel indicated by an arrow (fig.2).
The air, admitted into the compressor and deflected by the fins, leaves them with a component of turbulence.
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While continuing to form a swirl, this nir crosses the passageways, delimited by the edges 5 and 6, and passes between the rings 7 so that it thus receives an axial component which gives its movement an appearance. general helical.
The shape of the fins, ie their bend and curvature, is such as to satisfy the condition that the turbulence component of the air speed must be inversely proportional to the radius. A general statement of similar conditions is found in Great Britain Patent No. 511,278. The guide and turning parts 2A of the wheel have their leading edges 2B oriented at angles such that, for all spokes, they come into contact with the relative current with a reduced or zero angle of attack for normal operating conditions as regards the eddy formed in this current before it reaches the edges 2B.
For the example shown, for which the guide vanes 2A are formed by curvilinear extensions of the vanes 2 of the wheel and for which it is necessary, for fear of reasons of solidity, to leave the bases 2C of the vanes 2A without curvature, the angular momentum produced by the fixed vanes 8 having a value such that the turbulence component of the speed is equal to or; eu different from the speed of the blades for a value of the radius equal to that of the base at the inlet.
The relative current in the wheel, at the location of the base, is therefore substantially axial and the condition of: .., the relative attack, reduced or zero, for the rotating guide vanes, is satisfied. even @ the place where their base is located and where the blades are therefore not bent, as well as for the other parts of these blades.
We can admit that with the provision, such
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as described, a compressor with bilateral inputs can have a value of Q / equal to 1.17 for a compression ratio ND3 of about 2.5 and equal to about 0.4 for a compression ratio of about 5 , Q being the capacity of fresh air in cubic feet per second, N the angular velocity in revolutions per second, and D the diameter of the wheel in feet. A value of 60% greater than that obtained with compressors which are not established according to the invention and without any difficulty in compressibility at the inlet is thus obtained.
The invention is particularly suitable for machines of the type described in Gran-de-Bretagne Patents No. 456,980; 461.887 and 471.368 for which it is very important to obtain a volumetric capacity as large as possible, in relation to their dimensions and their weight.
It should be noted that the desired condition of the variation of the speed of turbulence, in inverse ratio to that of the radius, can be obtained using fins similar to fins 8 but whose edges form a certain angle with the axis of the wheel, by twisting them so that the angles of incidence vary along these fins.
But if the edges of the fins are made parallel to said axis and if the passages deflect the general direction of the current from a centripetal direction towards an axial direction, they can have a constant section over their entire length which is, of course, a great advantage. For this reason this embodiment has been indicated as the one to which the preference is given but without excluding the others.