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.Perfectionnements aux compresseurs à flux axial à étages multiples
Cette invention se rapporte à des compresseurs à flux axial à étages multiples destinés plus particulièrement, bien que non exclusivement, à des installations motrices à turbines à combustion interne pour la propulsion dans l'air, où le compres- seur débite dans une chambre à combustion envoyant les produits de combustion dans une machine à combustion interne qui peut être une turbine, pour effectuer la propulsion soit par l'action de jet ou réaction des gaz d'échappement, soit autrement.
Suivant l'invention, dans un compresseur à flux axial, à étages multiples qui comprend un rotor équipé d'aubes et une enveloppe coaxiale pouvant être fixe ou tourner en contre-rota- tion, et équipée d'aubes destinées à coopérer avec des aubes mon- tées sur le rotor, ce dernier est pourvu d'une ou plusieurs cou- ronnes d'aubes à l'extrémité basse pression conjuguées avec des
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couronnes d'aubes juxtaposées, une de chaque qui sont montées sur une pièce formant manchon et font saillie vers l'intérieur sur ce manchon, qui est disposé coaxialement par rapport au rotor et monté pour pouvoir tourner librement autour de celui-ci,
ce man- chon portant aussi une ou plusieurs couronnes d'aubes faisant saillie vers l'extérieur pour engendrer un courant d'air ou agir sur un courant d'air indépendant de celui qui traverse les étages haute pression du compresseur.
Cette disposition permet non seulement d'employer le courant d'air indépendant à des fins différentes de celles aux- quelles est destiné directement le courant d'air principal qui traverse les étages haute pression du compresseur, comme par exemple l'alimentation d'une turbine actionnant le compresseur, mais elle assure encore d'autres avantages du fait qu'en s'arran- geant pour faire tourner dans le même sens que le rotor princi- pal des couronnes d'aubes qui normalement devraient être fixes ou même tourner en sens contraire suivant le principe de la contre- rotation, les conditions relatives à l'entrée du courant d'air principal à travers le compresseur sont rendues plus aisées et que, les vitesses relatives des aubes à l'extrémité d'entrée étant ainsi plus faibles, l'indice de Mach diminue,
en donnant lieu aux avantages résultants, au point de vue du poids et des autres caractéristiques qui dépendent normalement de l'indice de Mach*
Suivant une disposition convenable, le manchon et les aubes qui en font saillie vers l'extérieur, sont enfermés dans un conduit fixe qui peut lui aussi porter des aubes en saillie vers l'intérieur coopérant avec les aubes en saillie vers l'exté- rieur du manchon qui peut tourner librement pour créer un courant d'air à basse pression indépendant de celui qui traverse les éta- ges haute pression du compresseur.
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Lorsque le compresséur est incorporé dans une installa- tion de turbine à combustion interne pour la propulsion dans liair, le oourant d'air peut être employé directement ou après passage @ travers un autre système d'aubes, en vue d'augmenter la pous- sée dans l'air.
Suivant une caractéristique subsidiaire de l'invention le manchon qui peut tourner librement est espacé dans le sens axial de la partie de l'enveloppe qui porte les aubes en saillie, vers l'intérieur coopérant avec les aubes en saillie vers l'ex- térieur du rotor, de telle manière qu'un échange de grandeur li- mitée peut se faire entre les deux courants d'air qui se trou- vent de cette façon en communication.
Lorsque le compresseur est utilisé ou doit être utili- sé dans une installation de propulsion, comme celle mentionnée ci-dessus, l'hélice à air ou l'aubage de soufflerie fonctionnant dans l'espace annulaire entre le manchon et l'enveloppe peuvent refouler lzair dans un ou plusieurs orifices ou tuyères, dont la décharge est utilisée pour contribuer à la propulsion par ré- action ou par passage à travers une ou plusieurs hélices ou pro- pulseurs . pales disposés d'une manière appropriée. De préféren- ce, l'orifice ou tuyère peut être établi dans une chambre annu- laire entourant.les étages haute pression du compresseur et dans laquelle l'air est refoulé par l'hélice à air ou l'aubage de soufflerie.
Ainsi, suivant l'un de ses aspects, l'invention concer- ne un compresseur à aubes à flux axial destiné à une installa- tion motrice à combustion interne pour la propulsion dans l'air, qui, en dehors de ses fonctions de fournir l'air nécessaire à la commande de la turbine ou autre moteur à combustion interne, est spécialement aménagé pour effectuer, par l'intermédiaire d'une tuyère ou d'un orifice, son refoulement soit dans l'atmosphère
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soit sur une hélice aérienne ou un propulseur à pales pour pro- voquer une poussée en vue de contribuer à la propulsion.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on se réfè- rera ci-après, à titre d'exemple, au dessin schématique annexé, dont l'unique figure est une coupe axiale simplifiée de la moi- tié supérieure d'une disposition de compresseur à flux axial à étages multiples suivant l'invention.
Le compresseur représenté comprend un rotor principal R garni d'aubes, et une enveloppe externe coaxiale C, également garnie d'aubes, qui présente sur une certaine partie de la lon- gueur un rayon notablement plus grand que celui de l'autre élé- ment. A l'extrémité qui possède le plus grand rayon et qui cor- respond à l'entrée ou extrémité à basse pression du compresseur, .une nervure Ca dirigée radialement vers l'intérieur, ou de pré- férence une srie de ces nervures réparties circonférentiellement autour de l'axe, est fixée à l'enveloppe et cette ou ces nervures se terminent en une bride circonférentielle Cb fixée à un disque Cc dans lequel est monté un roulement à billes B pour le rotor R.
on comprendra que le rotor peut être tourillonné du côté de la sortie ou extrémité à haute pression du compresseur de toute manière convenable ; par exemple lorsque le compresseur fait par- tie d'une installation de turbine à combustion interne, ce ro- tor est généralement fixé , cette extrémité à l'un des éléments porte-aubes à réaction mutuelle de la turbine à combustion in- terne et partage un palier commun avec ce dernier.
Dans l'espace annulaire formé entre l'enveloppe C et le rotor principal R, là où se trouve la plus grande largeur ra- diale, est disposé un rotor auxiliaire, comprenant une paroi ap- proximativement cylindrique A coaxiale au rotor principal R et entourant ce dernier sur une partie de la longueur, son rayon étant avantageusement égal aussi à celui de l'enveloppe C à l'en- @
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droit du rayon minimum, c'est-à-dire que la paroi cylindrique A est a peu près dans le prolongement de la partie de 1?enveloppe C à l'endroit du rayon le plus petit.
A la paroi A est fixée une nervure radiale Ao dirigée vers l'intérieur (ou une série de ces nervures réparties circonférentiellement) dont l'extrémité radia- lement interne est fixée à un disque Ab monté par l'intermédial- re de roulements à billes D sur l'arbre du rotor principal R.
Sur la surface interne de la paroi A sont fixées une série de couronnes d'aubes aO destinées à coopérer avec des couronnes d'aubes correspondantes rO portées par le rotor principal R, tandis que la -surface externe de cette paroi A porte une ou plusieurs couronnes d'aubes de soufflerie a destinées à coopérer avec une ou plusieurs couronnes d'aubes c portées par la partie de l'enveloppe c de plus grand rayon.
La partie de l'enveloppe c de plus petit rayon porte des couronnes d'aubes c1 qui coopèrent avec des couronnes d'aubes correspondantes r1 montées sur le rotor principal R, de manière à former les étages haute pression du compresseur.
Comme c'est représenté, la partie de l'enveloppe C de plus grand rayon est prolongée axialement de manière à recouvrir sur une certaine étendue la partie de plus petit rayon et former avec la surface externe de celle-ci, ou de préférence avec une chemise enveloppante qui y est fixée, un conduit annulaire E qui entoure les étages haute pression du compresseur, ce conduit s'ouvrant à l'une de ses extrémités axiales directement dans l'espace annulaire entre l'enveloppe C à l'extrémité d'entrée du compresseur et la paroi cylindrique A du rotor auxiliaire;
à son autre extrémité le conduit est pourvu d'un orifice ou une tuyère ou de préférence d'une série de tuyères ou orifices répartis cir- oonférantiellement, à travers lesquels l'air peut s'échapper en n ou plusieurs filets ou courants dirigés axialement qui, dans
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le cas où le compresseur fait partie intégrante d'une installa- tion motrice à combustion interne pour la propulsion dans l'air, peuvent être susceptibles d'engendrer une poussée contribuant à la propulsion par réaction ou par leur action sur un ou plusieurs propulseurs à pales disposés d'une manière appropriée.
Dans la forme d'exécution représentée, le cylindre ro- tor auxiliaire A portant les aube internes aO et les aubes ex- ternes a bien que se trouvant sensiblement dans le prolongement de la partie de moindre rayon de l'enveloppe c, en est séparé axialement de manière que l'air passant à travers l'aubage basse pression rO, aO, ait accès au conduit E, et que, de même, l'air passant à travers l'aubage de soufflerie a, c ait accès à l'auba- ge à haute pression r1, c1.
En service, l'air entrant par le diffuseur, formé par l'enveloppe C, la nervure Ca et la bride Cb, après avoir été soumis à l'action de itaubage basse pression rO, aO et ensuite à celle de l'aubage haute pression r1, c1,est refoulé à l'extré- mité haute pression du compresseur; au cas où la turbine fait partie d'une installation motrice à combustion interne, l'air haute piession est refoulé dans l'ouverture étranglée de la onambre de combustion, indiquée en T en traits interrompus.
Par suite de la réaction du courant de 1a prise d'air sur les aubes basse pression coopérantes rO, aO, à l'extrémité d'entrée du com- presseur, le rotor auxiliaire A se met à tourner à une vitesse différentielle par rapport au rotor principal, notamment à une vitesse inférieure à celle du rotor principal;
dans ces condi- tions, Hélice ou aubage de soufflerie a, c disposé dans l'espace annulaire entre l'enveloppe et le cylindre rotor auxiliaire A devient opérant aussi, pour aspirer de l'air par le diffuseur, ce courant d'air étant envoyé principalement dans le conduit E par exemple pour être utilisé dans la tuyère ou l'orifice de propul-
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Ainsi, la disposition de compresseur ci-dessus décrite, permet non seulement de réduire les vitesses relatives des aubes à l'extrémité d'entrée du compresseur et de réduire d'une maniè- re- correspondante l'indice de Mach en assurant les avantages qui en résultent en ce qui concerne le poids et les caractéristiques dépendant de l'indice de Mach, mais elle donne aussi le moyen d'augmenter la poussée qui,
dans le cas où le compresseur fait partie d'une installation motrice pour la propulsion, peut être utilisée avantageusement pour contribuer à la propulsion.
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1.- Compresseur à flux axial à étages multiples, com- portant un rotor pourvu de couronnes d'aubes et une enveloppe ,coaxiale, fixe ou tournant suivant le principe de la contre- rotation, équipée de couronnes d'aubes destinées à coopérer avec les couronnes d'aubes du rotor, ce dernier possédant à son extrémité basse pression une ou plusieurs couronnes d'aubes con-
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juguées avec des couronnes d'aubes juxtaposées dont une de chaque côté, portées de manière à être dirigées vers l'intérieur par une pièce en forme de manchon coaxiale au rotor et montée de façon à pouvoir tourner librement par rapport à celui-ci,
ce manchon portant aussi une ou plusieurs couronnes d'aubes dirigées vers l'extérieur pour engendrer un courant d'air ou agir sur un courant d'air indépendant du courant d'air principal traversant les étages haute pression du compresseur.
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Multistage axial flow compressors improvements
This invention relates to multistage axial flow compressors intended more particularly, although not exclusively, for power plants with internal combustion turbines for propulsion in air, where the compressor delivers into a combustion chamber. sending the combustion products into an internal combustion machine which may be a turbine, to effect propulsion either by the jet action or reaction of the exhaust gases, or otherwise.
According to the invention, in a multistage axial flow compressor which comprises a rotor fitted with vanes and a coaxial casing capable of being fixed or rotating in counter-rotation, and fitted with vanes intended to cooperate with the vanes. mounted on the rotor, the latter is provided with one or more crowns of vanes at the low pressure end combined with
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juxtaposed vane crowns, one of each which are mounted on a part forming a sleeve and project inwardly on this sleeve, which is disposed coaxially with respect to the rotor and mounted to be able to rotate freely around the latter,
this sleeve also carrying one or more vane crowns projecting outwardly to generate an air current or act on an air current independent of that which passes through the high pressure stages of the compressor.
This arrangement not only makes it possible to use the independent air stream for purposes different from those for which the main air stream which passes through the high pressure stages of the compressor is intended directly, such as for example the supply of a turbine operating the compressor, but it also provides other advantages in that by arranging to rotate in the same direction as the main rotor vane rings which normally should be fixed or even rotate in the same direction as the main rotor. opposite direction according to the principle of counter-rotation, the conditions relating to the entry of the main air stream through the compressor are made easier and that, the relative speeds of the blades at the inlet end being thus more low, the Mach index decreases,
giving rise to the resulting advantages in terms of weight and other characteristics which normally depend on the Mach index *
According to a suitable arrangement, the sleeve and the vanes which protrude from it outwardly are enclosed in a fixed duct which can itself also carry vanes projecting inwardly cooperating with the vanes projecting outwardly. the sleeve which can rotate freely to create a low pressure air flow independent of that which passes through the high pressure stages of the compressor.
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When the compressor is incorporated in an internal combustion turbine installation for propulsion in air, the air flow can be employed directly or after passing through another system of blades, in order to increase the pressure. sée in the air.
According to a subsidiary characteristic of the invention, the sleeve which can rotate freely is spaced in the axial direction from the part of the casing which carries the projecting vanes, inwardly cooperating with the externally projecting vanes. of the rotor, so that an exchange of limited magnitude can take place between the two air currents which are in this way in communication.
When the compressor is used or is to be used in a propulsion plant, such as that mentioned above, the air propeller or the blower blade operating in the annular space between the sleeve and the casing can push back. Air in one or more orifices or nozzles, the discharge of which is used to aid propulsion by reaction or by passage through one or more propellers or thrusters. blades arranged in an appropriate manner. Preferably, the orifice or nozzle may be established in an annular chamber surrounding the high pressure stages of the compressor and into which the air is discharged by the air propeller or the blower blade.
Thus, according to one of its aspects, the invention relates to an axial flow vane compressor intended for an internal combustion power plant for propulsion in air, which, apart from its functions to provide the air required to control the turbine or other internal combustion engine is specially designed to effect, through a nozzle or an orifice, its discharge either into the atmosphere
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or on an overhead propeller or a bladed thruster to induce thrust to help propulsion.
In order to make the invention fully understood, reference will be made below, by way of example, to the appended schematic drawing, the only figure of which is a simplified axial section of the upper half of an arrangement of multistage axial flow compressor according to the invention.
The compressor shown comprises a main rotor R fitted with vanes, and a coaxial outer casing C, also fitted with vanes, which has over a certain part of the length a radius notably greater than that of the other element. is lying. At the end which has the largest radius and which corresponds to the inlet or low pressure end of the compressor, a rib Ca directed radially inwards, or preferably a series of these ribs distributed circumferentially. around the axis, is fixed to the casing and this or these ribs end in a circumferential flange Cb fixed to a disc Cc in which is mounted a ball bearing B for the rotor R.
it will be understood that the rotor may be journaled to the high pressure outlet or end side of the compressor in any suitable manner; for example when the compressor is part of an internal combustion turbine installation, this rotor is generally fixed, this end to one of the mutually-reacting vane-bearing elements of the internal combustion turbine and shares a common level with the latter.
In the annular space formed between the casing C and the main rotor R, where the greatest radial width is found, is disposed an auxiliary rotor, comprising an approximately cylindrical wall A coaxial with the main rotor R and surrounding the latter over part of the length, its radius being advantageously also equal to that of the envelope C at the end.
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right of the minimum radius, ie the cylindrical wall A is approximately in the continuation of the part of the envelope C at the location of the smallest radius.
To the wall A is fixed an inwardly directed radial rib Ao (or a series of these circumferentially distributed ribs), the radially inner end of which is fixed to a disc Ab mounted by the intermediary of ball bearings. D on the main rotor shaft R.
On the internal surface of the wall A are fixed a series of crowns of blades aO intended to cooperate with the corresponding crowns of blades rO carried by the main rotor R, while the external surface of this wall A carries one or more Crowns of blower blades a intended to cooperate with one or more crowns of blades c carried by the part of the casing c of greater radius.
The portion of the casing c of smaller radius carries vane crowns c1 which cooperate with corresponding vane crowns r1 mounted on the main rotor R, so as to form the high pressure stages of the compressor.
As shown, the portion of the casing C of larger radius is extended axially so as to cover over a certain extent the portion of smaller radius and form with the outer surface thereof, or preferably with a enveloping jacket attached thereto, an annular duct E which surrounds the high pressure stages of the compressor, this duct opening at one of its axial ends directly into the annular space between the envelope C at the end of inlet of the compressor and the cylindrical wall A of the auxiliary rotor;
at its other end the duct is provided with an orifice or a nozzle or preferably with a series of nozzles or orifices distributed circumferentially, through which the air can escape in n or more threads or streams directed axially who in
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the case where the compressor is an integral part of an internal combustion power plant for propulsion in air, may be liable to generate a thrust contributing to the propulsion by reaction or by their action on one or more thrusters at blades arranged in an appropriate manner.
In the embodiment shown, the auxiliary rotary cylinder A carrying the internal vanes aO and the external vanes a, although lying substantially in the extension of the portion of smaller radius of the casing c, is separated from it. axially so that the air passing through the low pressure blading rO, aO, has access to the duct E, and that, likewise, the air passing through the blower blade a, c has access to the high pressure blading r1, c1.
In service, the air entering through the diffuser, formed by the casing C, the rib Ca and the flange Cb, after having been subjected to the action of low pressure rO, aO and then to that of the high vane pressure r1, c1, is delivered to the high pressure end of the compressor; in the event that the turbine is part of an internal combustion power plant, the high intake air is forced into the constricted opening of the combustion chamber, indicated in T in dotted lines.
As a result of the reaction of the air intake current to the cooperating low pressure vanes rO, aO, at the inlet end of the compressor, the auxiliary rotor A begins to rotate at a differential speed with respect to the compressor. main rotor, especially at a speed lower than that of the main rotor;
under these conditions, propeller or blower a, c placed in the annular space between the casing and the auxiliary rotor cylinder A also becomes operative, to suck air through the diffuser, this air current being sent mainly in the duct E for example to be used in the nozzle or the propulsion orifice
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Thus, the compressor arrangement described above not only allows the relative speeds of the vanes at the inlet end of the compressor to be reduced and correspondingly to reduce the Mach index while ensuring the advantages. which result in terms of weight and characteristics depending on the Mach index, but it also gives the means of increasing the thrust which,
in the case where the compressor is part of a power plant for propulsion, can be used advantageously to contribute to the propulsion.
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1.- Multistage axial flow compressor, comprising a rotor provided with crowns of blades and a casing, coaxial, fixed or rotating according to the principle of counter-rotation, equipped with crowns of blades intended to cooperate with the rotor blades rings, the latter having at its low pressure end one or more blade rings con-
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rimmed with juxtaposed crowns of vanes, one of which on each side, carried so as to be directed inwards by a part in the form of a sleeve coaxial with the rotor and mounted so as to be able to rotate freely with respect to the latter,
this sleeve also carrying one or more crowns of vanes directed outwards to generate an air current or act on an air current independent of the main air current passing through the high pressure stages of the compressor.