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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX COMPRESSEURS ROTATIFS.
La présente invention est relative à des compresseurs à gaz rotatifs du genre aérodynamique (pour les distinguer de ceux à refoulement positif) et qui comportent un étage centrifuge.
Elle a pour but, surtout,de rendre ces compresseurs tels qu' ils permettent d'obtenir un accroissement important de leur capacité volu- métrique ou de leur "débit massique" par rapport à leur encombrement et à leur poids.
Plus spécialement pour des compresseurs, destinés à faire par- tie de machines avec turbines à gaz pour des avions,il est particulièrement important d'obtenir un débit massique aussi élevé que possible par.unité de surface frontale afin que la machine, pour une consommation spécifique don- née en combustible, puisse avoir un rapport puissance/poids le plus élevé possible.
Le débit massique, dans u compresseur aérodynamique, dépend (exception faite de la densité de l'air) de la vitesse axiale du fluide aspiré par le passage d'admission annulaire et de la surface de celui-ci.
Un débit massique élevé peut, jusqu'à un certain point, être obtenu en ren- dant cette vitesse axiale et la surface de ce passage aussi grandes que pos- sible mais une limite supérieure pour l'accroissement de ces deux grandeurs est imposée quand la vitesse du fluide aspiré, aux extrémités des aubes tour- nantes de la roue du compresseur, s'approche de la vitesse locale du son.
Il a déjà été proposé par le demandeur d'augmenter davantage le débit massique d'un compresseur centrifuge, sans dépasser le nombre de Mach le plus élevé qui puisse être toléré pour ce qui est de la roue du compres- seur, en ayant recours à des ailettes de guidage fixes agencées de manière telle que le fluide, avant de passer entre les aubes de la roue, soit ani- mé d'un mouvement tourbillonnaire dans le sens de rotation de la roue, cet effet étant désigné par "pré-tourbillon Toutefois, malgré qu'on puisse obtenir ainsi un accroissement substantiel du débit massique, il se présen-
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te l'inconvénient que l'intervention d'un tel pré-tourbillon donne lieu à une diminution de la capacité de travail du compresseur.
La présente invention est surtout basée sur la constatation que, lorsque le fluide est animé d'un pré-tourbillon par des aubes qui tournent à une vitesse inférieure à celle de la roue centrifuge, on obtient l'avanta- ge que la réduction inévitable de la capacité de travail est notablement moin- dre pour la raison qu'avec des aubes tournantes le pré-tourbillon est pro- duit en fournissant de l'énergie au fluide.
Dans le brevet Grande-Bretagne N 579.780 on propose de faire comporter à un compresseur centrifuge ou axial un jeu d'ailettes de guida- ge fournissant du fluide au rotor ou à la roue, des moyens étant prévus pour entraîner ces ailettes dans le même sens que le rotor ou la roue mais à une vitesse moindre. Cette proposition implique nécessairement que l'on impose au fluide un pré-tourbillonnement à l'aide d'ailettes tournantes mais il semble qu'on n'a pas réalisé que, pour obtenir le meilleur avantage,le mode d'écoulement du fluide, animé d'un pré-tourbillonnement et avant que ce flui- de n'entre dans les canaux ou passages de la roue, devrait correspondre étroi- tement aux conditions d'un écoulement tourbillonnaire libre.
Contrairement à ce qui est dit dans ce brevet antérieur, la pré- sente invention a pour objet un compresseur à gaz rotatif qui comprend un étage centrifuge avec un passage d'admission sensiblement annulaire et, en plus, un rotor à aubes coaxial pour soumettre le fluide actif à un pré-tour- billonnement dans ledit passage, caractérisé par le fait que le rotor, pour produire le pré-tourbillon, est entraîné à une vitesse angulaire substantiel- lement moindre que le rotor centrifuge, l'agencement des aubes, pour le pré- tourbillon, et du passage d'admission (en ce qui concerne sa configuration et sa longueur entre le rotor pour le pré-tourbillon et l'entrée de la roue centrifuge) étant tel que les conditions d'écoulement du fluide, avant son entrée dans les canaux ou passages de la roue centrifuge, soient approxi- mativement celles d'un tourbillon libre,
les dimensions et prof ils des canaux de la roue centrifuge, à leur entrée, étant tels qu'ils correspondent aérody- namiquement (pour les conditions constructives ou la gamme de ces conditions à envisager) à un écoulement tel du fluide à son entrée dans ces canaux que cette entrée ait lieu sans chocs.
De préférence on donne au diamètre moyen des aubes de décharge du rotor,pour le pré-tourbillon, une valeur plus grande qu'à celui de l'en- trée de la roue centrifuge, le passage d'admission, adjoint à cette roue, étant convergent vers l'axe de rotation commun en ce sens que le diamètre moyen du passage d'admission diminue progressivement vers l'aval.
De préférence, également, on rend le passage d'admission diver- gent vers l'aval, par exemple entre ses parois externe et interne, malgré qu' il forme, néanmoins, un passage convergent pour le gaz (à cause de la dimi- nution progressive du diamètre moyen vers l'aval).
On pourra avantageusement agencer les aubes pour le pré-tourbil- lon et le passage d'admission (en ce qui concerne leur configuration et leur longueur entre le rotor, pour le pré-tourbillon et l'entrée de la roue cen- trifuge) que (pour les conditions constructives ou la gamme des conditions constructives envisagées) la vitesse tourbillonnaire du fluide, quand il est sur le point de pénétrer dans les canaux de la roue centrifuge, soit appro- ximativement égale, pour le diamètre interne de ces canaux, à la vitesse an- gulaire de la roue pour ce diamètre.
On désigne par l'expression "écoulement tourbillonnaire libre" un écoulement en tourbillon pour lequel la vitesse tourbillonnaire varie en raison inverse du rayon alors que l'expression "écoulement tourbillonnaire forcé" se réfère à tout genre de tourbillon autre qu'un écoulement tourbil- lonnaire libre.
Les dessins ci-annexés, montrent, à titre d'exemple, certains mo= des de réalisation de l'invention.
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La fig. 1 montre, en coupe axiale, un compresseur centrifuge avec admission unilatérale propre à faire partie d'une machine avec turbine à gaz pour la propulsion d'un avion par réaction.
La fige 2 montre,en coupe schématique, une partie d'une varian- te.
La fige 3 montre le schéma d'une machine avec turbine à gaz com- portant un compresseur établi selon l'invention.
@ Le compresseur centrifuge, avec admission unilatérale, tel que montré sur la fige 1, comprend une roue centrifuge 1 montée sur un arbre 2 qui, pour l'exemple montré, est supposé être entraîné par une turbine à gaz qui est alimentée en air comprimé par le compresseur et qui est actionnée thermiquement par la combustion d'un combustible,les gaz chauds,ainsi ob- tenus, se détendant dans la turbine.
En amont de la roue 1 et coaxialement par rapport à celle-ci est établi un rotor 3 portant une couronne unique d'aubes 4 pour soumettre le fluide admis à un pré-tourbillon Le rotor 3 tour- ne dans le même sens mais à une vitesse moindre que la roue 1 en étant en- trainé par un train réducteur 5 actionné par un arbre 6 claveté sur-l'ex- trémité avant de l'arbre 20
L'air pénètre dans le passage d'admission annulaire 7 dans le- quel sont logées plusieurs entretoises 8 qui supportent le train réducteur 5 et cet air passe ensuite entre les aubes 4 pour être animé d'un pré-tour- billonnement avant d'être déchargé dans le passage d'admission 9 aboutissant à la roue centrifuge 1.
Pour éviter que le passage 9 soit obstrué par des entretoises pour supporter une paroi fixe 10, on fixe celle-ci au moyeu du rotor 3 de sorte qu'elle tourne avec lui. On peut également monter la paroi 10 de manière telle qu'elle puisse tourner librement et indépendamment de la roue 1 et du rotor E3 Dans l'un ou l'autre cas, la rotation de la paroi 10 sert également à-réduire 1' effet du frottement superficiel du fluide qui traverse le passage 9.
Pour augmenter l'efficacité des aubes pour le pré-tourbillon et pour maintenir la vitesse du rotor 3 aussi basse que possible, il est désira- ble, comme montré, que le diamètre moyen des aubes 4 soit plus grand que ce- lui de l'entrée de la roue 1 Ceci implique que le passage 9 soit convergent vers l'axe de rotation commun de la roue 1 et du rotor 3. Bien que le pas- sage 9 soit divergent, par exemple entre ses parois interne et externe,il constitue néanmoins (pour la raison que son diamètre moyen diminue vers 1' aval) un passage convergent dans lequel le fluide pré-tourbillonnant est ac- céléré .
Les conditions d'écoulement du fluide, avant qu'il pénètre dans les canaux de la roue 1, correspondent approximativement à celles d'un tour- billon libre. Pour obtenir ce résultat il est préférable d'utiliser des au- bes 4, pour le pré-tourbillon, dont les angles d'entrée et/ou de sortie ef- fectifs varient progressivement pour des rayons croissants, le long des au- bes (c'est-à-dire que celles-ci sont tordues) afin que ces aubes provoquent l'écoulement tourbillonnaire libre du fluide qui passe entre elles.
Suivant une variante on peut donner à la torsion des aubes 4 une valeur insuffisan- te pour obtenir un écoulement en tourbillon libre du fluide mais dans ce cas on agence le passage d'entrée 9 de manière telle (en ce qui concerne sa configuration et sa longueur entre les aubes 4 et l'entrée de la roue 1) que, lorsque le fluide tourbillonnant a atteint l'entrée de la roue, le tourbillon forcé produit par les aubes 4 à cause des effets de la couche limite et de la viscosité, se soit transformé naturellement .en écoulement tourbillonnaire libre.
Théoriquement on pourrait utiliser des aubes 4 qui ne soient nul- lement tordues et on pourrait se baser uniquement sur la longueur et la con- figuration du passage 9 pour obtenir la formation naturelle d'un écoulement tourbillonnaire libre. Mais comme ceci nécessiterait l'intervention d'un.pas- sage 9 notablement plus long que celui montré sur les dessins, cette dispo- sition serait probablement trop encombrante pour être pratique, excepté peut-
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être dans le cas d'une disposition analogue à celle de la fig. 2 et qui sera décrite ci-après.
Les aubes de la roue 1 sont recourbées en la. de la manière connue afin que l'on obtienne, en substance, une entrée sans chocs du fluide. Pour obtenir cette condition il est avantageux que la vitesse périphérique locale du fluide, quand il est sur le point de pénétrer dans les canaux de la roue 1, soit approximativement égale, pour le diamètre intérieur de l'entrée, à la vitesse angulaire de la roue pour ce diamètre. Dans ce cas et comme mon- tré sur la fige 1 les parties des aubes, radialement les plus voisines de l'axe de la roue 1, n'ont pas besoin d'être courbées.
Pour un ensemble, analogue à celui de la fig. l, il est probable- ment suffisant que le rotor 3 tourne à une vitesse égale à environ le tiers de la vitesse angulaire de la roue 1, bien que ceci dépende évidemment des conditions constructives à satisfaire dans chaque cas particulier.
La figure 2 montre les parties essentielles d'une variante pour laquelle on se sert, pour créer le pré-tourbillon, d'aubes 4 qui ne sont pas tordues et selon laquelle on se base uniquement sur la configuration et la longueur du passage 9, en aval, pour obtenir le tourbillon libre. Sur la fig. 2 le passage d'admission annulaire 9 est courbé doucement depuis la di- rection radiale vers la direction axiale.
L'aubage 4 pour le pré-tourbillon faisant partie du rotor 3, s'étend en travers de l'entrée du passage 9 et comporte des aubes ayant une section constante sur toute leur envergure (c'est à dire que les aubes sont telles qu'elles produisent des composantes constantes de la vitesse de tourbillonnement suivant leur longueur). Il est à noter que le fluide pénètre dans l'aubage 4 suivant une direction radiale, orientée vers l'intérieur,
et que le fluide tourbillonnant sortant de l'au- bage 4 s'écoule dans une direction générale qui a été modifiée depuis cette direction radiale et orientée vers l'intérieur jusqu'à devenir axiale de sorte qu'on obtient naturellement un écoulement tourbillonnaire libre pour la raison qu'au cours de cette modification de direction les particules du fluide sont obligées de se déplacer selon des rayons différents. L'effet est analogue à celui obtenu à l'aide des aubes fixes à pré-tourbillonnement, bien connues, dont il est question dans le brevet Belgique 464.036. Pour éviter les difficultés de montage de la paroi 10 du passage 9 on agence cette paroi de manière telle qu'elle fasse partie du rotor 3 et tourne avec lui.
Le rotor pour le pré-tourbillon, au lieu d'être entrainé par 1 arbre de la roue du compresseur à l'aide d'un train réducteur, pourrait être actionné, dans le cas d'une machine avec turbine à gaz, par une turbine dif- férente de celle qui entraine la roue centrifuge. Un exemple est montré sché- matiquement sur la fig. 3 et pour lequel la machine avec turbine à gaz com- prend un compresseur centrifuge 11 qui fournit de l'air à un dispositif pro- ducteur de chaleur 12 débitant des gaz chauds qui se détendent dans une tur- bine 13 entrainant le compresseur 11. Ce dernier comporte un rotor de pré-tour- billonnement 14 qui est actionné par une petite turbine 15, formant une tur- bine à basse pression.
Pour une installation de ce genre, il est nécessaire de maintenir une relation de vitesse convenable entre la roue centrifuge et le rotor 14.
L'invention a été décrite principalement en ce qui concerne son application à un compresseur centrifuge à u étage et avec une entrée unila- térale mais elle n'est, bien entendu, pas limitée à cet usage. Elle peut, par exemple, être appliquée à un compresseur centrifuge à un étage et avec des entrées bilatérales ou à des compresseurs centrifuges à plusieurs étages.
L'invention est également applicable à des combinaisons de com- presseurs axiaux et centrifuges et dans ce cas le dernier groupe d'aubes tour- nantes du compresseur axial peut être construit et agencé de manière à pou- voir produire un pré-tourbillon du fluide quand celui-ci est sur le point de pénétrer dans un étage centrifuge plus en aval.
Toutefois, on admet, jusqu'ici, que l'objet de l'invention pro- . cure le plus grand avantage quand il est appliqué à un compresseur centrifu-
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ge à étage unique avec entrée unilatérale, plus spécialement quand celui-ci fait partie d'un turbo-réacteur simple. Pour une machine de ce genre on esti- me que l'invention permet d'obtenir un accroissement très considérable du dé- bit massique, accroissement qui peut être de l'ordre de 60% ou davantage, pour une roue ayant un diamètre et une vitesse périphérique donnés.
De plus, le rendement du compresseur serait amélioré non seulement à. cause d'une aug- mentation très grande du débit massique par rapport à ses dimensions mais également pour la raison que l'on pourra probablement construire la roue cen- trifuge de manière telle qu'un plus. grand nombre des aubes de cette roue puissent être usinées à partir d'une pièce forgée massive. Ceci, à son tour, aurait pour effet de réduire la charge des aubes. L'accroissement attendu du nombre des aubes de la roue qui pourraient être usinées résulte du fait que la présente invention permettrait de donner au diamètre intérieur de 1' entrée de la roue centrifuge une valeur notablement plus grande qu'il n'était possible jusqu'à présent.
Probablement aussi la présente invention permettrait d'utiliser une roue centrifuge ayant une rigidité structurelle notablement améliorée.
REVENDICATIONS
1 Un compresseur à gaz -rotatifqui comprend un étage centri- fuge avec un passage d'admission, sensiblement annulaire et, en plus, un ro- tor à aubes coaxial pour soumettre le fluide actif à un pré-tourbillonnement dans ledit passage, caractérisé par le fait que le rotor;
pour produire le pré-tourbillon, est entrainé à une vitesse angulaire substantiellement moin- dre que le rotor centrifuge, l'agencement des aubes, pour le pré-tourbillon, et du passage d'admission (en ce qui concerne sa configuration et sa lon- gueur entre le rotor pour le pré-tourbillon et l'entrée de la roue centri- fuge) étant tel que les conditions d'écoulement du fluide, avant son entrée dans les canaux ou passages de la roue centrifuge, soient approximativement celles d'un tourbillon libre, les dimensions et profils des canaux de la roue centrifuge, à leur entrée, étant tels qu'ils correspondent aérodynamique- ment (pour les conditions constructives ou la gamme de ces conditions à en- visager) à un écoulement tel du fluide à son entrée dans ces canaux que cette entrée ait lieu sans chocs.
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IMPROVEMENTS MADE TO ROTARY COMPRESSORS.
The present invention relates to rotary gas compressors of the aerodynamic type (to distinguish them from those with positive discharge) and which comprise a centrifugal stage.
Its aim, above all, is to make these compressors such that they make it possible to obtain a significant increase in their volume capacity or in their "mass flow rate" in relation to their size and their weight.
More especially for compressors, intended to form part of machines with gas turbines for airplanes, it is particularly important to obtain as high a mass flow rate as possible per front surface unit so that the machine, for a consumption specific fuel, can have the highest possible power / weight ratio.
The mass flow, in an aerodynamic compressor, depends (except for the density of the air) on the axial velocity of the fluid sucked through the annular intake passage and on the surface thereof.
A high mass flow can, up to a point, be obtained by making this axial velocity and the area of this passage as large as possible, but an upper limit for the increase of these two quantities is imposed when the speed of the fluid sucked, at the ends of the rotating vanes of the compressor wheel, approaches the local speed of sound.
It has already been proposed by the applicant to further increase the mass flow rate of a centrifugal compressor, without exceeding the highest Mach number which can be tolerated as regards the compressor wheel, by having recourse to fixed guide vanes arranged in such a way that the fluid, before passing between the vanes of the wheel, is animated by a vortex movement in the direction of rotation of the wheel, this effect being denoted by "pre-vorticity However, although a substantial increase in mass flow can be achieved in this way, it is
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te the disadvantage that the intervention of such a pre-vortex gives rise to a reduction in the working capacity of the compressor.
The present invention is mainly based on the observation that, when the fluid is impelled by a pre-vortex by vanes which rotate at a speed lower than that of the centrifugal wheel, the advantage is obtained that the inevitable reduction of the working capacity is notably lower for the reason that with rotating vanes the pre-vortex is produced by supplying energy to the fluid.
In Great Britain Patent No. 579,780 it is proposed to make a centrifugal or axial compressor include a set of guide vanes supplying fluid to the rotor or to the wheel, means being provided to drive these fins in the same direction. than the rotor or the wheel but at a slower speed. This proposition necessarily implies that one imposes on the fluid a pre-swirling using rotating vanes but it seems that one has not realized that, to obtain the best advantage, the mode of flow of the fluid, pre-vortexed and before this fluid enters the channels or wheel arches, should closely match the conditions of free swirling flow.
Contrary to what is said in this prior patent, the present invention relates to a rotary gas compressor which comprises a centrifugal stage with a substantially annular inlet passage and, in addition, a coaxial vane rotor for subjecting the compressor. active fluid at a pre-vortex in said passage, characterized in that the rotor, to produce the pre-vortex, is driven at a substantially slower angular speed than the centrifugal rotor, the arrangement of the vanes, for the pre-vortex, and the inlet passage (with respect to its configuration and length between the rotor for the pre-vortex and the inlet of the centrifugal wheel) being such that the fluid flow conditions, before its entry into the channels or passages of the centrifugal wheel, are approximately those of a free tourbillon,
the dimensions and profile of the channels of the centrifugal wheel, at their entry, being such that they correspond aerodynamically (for the construction conditions or the range of these conditions to be considered) to a flow such as the fluid at its entry into these channels that this entry takes place without shocks.
Preferably, the average diameter of the discharge vanes of the rotor, for the pre-vortex, is given a value greater than that of the inlet of the centrifugal wheel, the inlet passage, attached to this wheel, being converge towards the common axis of rotation in that the average diameter of the intake passage gradually decreases downstream.
Preferably, also, the inlet passage is made to diverge downstream, for example between its outer and inner walls, although it nevertheless forms a converging passage for the gas (due to the reduction. gradual decrease in the average diameter downstream).
The vanes can advantageously be arranged for the pre-vortex and the inlet passage (with regard to their configuration and their length between the rotor, for the pre-vortex and the inlet of the centrifugal wheel) that (for the construction conditions or the range of construction conditions envisaged) the vortex speed of the fluid, when it is about to enter the channels of the centrifugal wheel, is approximately equal, for the internal diameter of these channels, to the angular speed of the wheel for this diameter.
The expression "free vortex flow" denotes a vortex flow for which the vortex speed varies inversely with the radius, while the expression "forced vortex flow" refers to any kind of vortex other than a vortex flow. free linear.
The accompanying drawings show, by way of example, some of the embodiments of the invention.
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Fig. 1 shows, in axial section, a centrifugal compressor with unilateral admission suitable for forming part of a machine with a gas turbine for propelling an airplane by jet.
Fig. 2 shows, in schematic section, part of a variant.
Fig. 3 shows the diagram of a machine with a gas turbine comprising a compressor established according to the invention.
@ The centrifugal compressor, with unilateral admission, as shown in figure 1, comprises a centrifugal wheel 1 mounted on a shaft 2 which, for the example shown, is assumed to be driven by a gas turbine which is supplied with compressed air by the compressor and which is thermally actuated by the combustion of a fuel, the hot gases thus obtained expanding in the turbine.
Upstream of the wheel 1 and coaxially with respect to the latter is established a rotor 3 carrying a single ring of blades 4 to subject the admitted fluid to a pre-vortex The rotor 3 rotates in the same direction but at a speed less than the wheel 1 being driven by a reduction gear 5 actuated by a keyed shaft 6 on the front end of the shaft 20
The air enters the annular intake passage 7 in which are housed several spacers 8 which support the reduction train 5 and this air then passes between the vanes 4 to be pre-whirled before be discharged into the intake passage 9 leading to the centrifugal wheel 1.
To prevent the passage 9 from being blocked by spacers for supporting a fixed wall 10, the latter is fixed to the hub of the rotor 3 so that it rotates with it. The wall 10 can also be mounted in such a way that it can rotate freely and independently of the wheel 1 and the rotor E3. In either case, the rotation of the wall 10 also serves to reduce the effect. the surface friction of the fluid passing through the passage 9.
To increase the efficiency of the vanes for the pre-vortex and to keep the speed of the rotor 3 as low as possible, it is desirable, as shown, that the average diameter of the vanes 4 be greater than that of l. entry of impeller 1 This implies that passage 9 converges towards the common axis of rotation of impeller 1 and rotor 3. Although passage 9 diverges, for example between its inner and outer walls, it nevertheless (for the reason that its mean diameter decreases downstream) constitutes a converging passage in which the pre-swirling fluid is accelerated.
The flow conditions of the fluid, before it enters the channels of the impeller 1, correspond approximately to those of a free vortex. To obtain this result, it is preferable to use vanes 4, for the pre-vortex, of which the effective entry and / or exit angles vary progressively for increasing radii, along the vanes ( that is, they are twisted) so that these vanes cause the free vortex flow of the fluid which passes between them.
According to a variant, the twist of the blades 4 can be given an insufficient value to obtain a free vortex flow of the fluid, but in this case the inlet passage 9 is arranged in such a manner (with regard to its configuration and its length between the blades 4 and the inlet of the impeller 1) that, when the swirling fluid has reached the entrance of the impeller, the forced vortex produced by the vanes 4 due to the effects of the boundary layer and viscosity, naturally transformed into a free vortex flow.
Theoretically, one could use vanes 4 which are not twisted at all and one could rely solely on the length and configuration of passage 9 to obtain the natural formation of a free vortex flow. But since this would require the intervention of a passage 9 notably longer than that shown in the drawings, this arrangement would probably be too cumbersome to be practical, except perhaps.
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be in the case of an arrangement similar to that of FIG. 2 and which will be described below.
The vanes of the wheel 1 are curved at the. in the known manner so that one obtains, in substance, an entry without shocks of the fluid. To obtain this condition, it is advantageous that the local peripheral speed of the fluid, when it is about to enter the channels of the impeller 1, is approximately equal, for the internal diameter of the inlet, to the angular speed of the wheel for this diameter. In this case and as shown in fig 1, the parts of the blades, radially closest to the axis of wheel 1, do not need to be bent.
For an assembly, similar to that of FIG. 1, it is probably sufficient that the rotor 3 rotates at a speed equal to about a third of the angular speed of the wheel 1, although this obviously depends on the construction conditions to be satisfied in each particular case.
Figure 2 shows the essential parts of a variant for which one uses, to create the pre-vortex, blades 4 which are not twisted and according to which one is based only on the configuration and the length of the passage 9, downstream, to obtain the free vortex. In fig. 2 the annular intake passage 9 is gently curved from the radial direction to the axial direction.
The vane 4 for the pre-vortex forming part of the rotor 3, extends across the inlet of the passage 9 and comprises vanes having a constant section over their entire span (i.e. the vanes are such that they produce constant components of the vortex velocity along their length). It should be noted that the fluid enters the blading 4 in a radial direction, oriented inward,
and that the swirling fluid exiting the vane 4 flows in a general direction which has been changed from this radial direction and oriented inwards until it becomes axial so that a free swirling flow is naturally obtained. for the reason that during this change of direction the particles of the fluid are forced to move along different radii. The effect is analogous to that obtained with the aid of the well-known pre-vortex fixed vanes, referred to in Belgian patent 464,036. To avoid the difficulties of mounting the wall 10 of the passage 9, this wall is arranged in such a way that it forms part of the rotor 3 and rotates with it.
The rotor for the pre-vortex, instead of being driven by 1 shaft of the compressor wheel using a reduction gear, could be operated, in the case of a machine with a gas turbine, by a turbine different from that which drives the centrifugal wheel. An example is shown schematically in fig. 3 and for which the machine with gas turbine comprises a centrifugal compressor 11 which supplies air to a heat-producing device 12 delivering hot gases which expand in a turbine 13 driving the compressor 11. The latter comprises a pre-whirling rotor 14 which is actuated by a small turbine 15, forming a low pressure turbine.
For such an installation, it is necessary to maintain a suitable speed relationship between the centrifugal wheel and the rotor 14.
The invention has been described mainly with regard to its application to a centrifugal compressor with ustage and with a unilateral inlet, but it is, of course, not limited to this use. It can, for example, be applied to a single-stage centrifugal compressor with bilateral inlets or to multistage centrifugal compressors.
The invention is also applicable to combinations of axial and centrifugal compressors and in this case the last set of rotating vanes of the axial compressor can be constructed and arranged so as to be able to produce a pre-vortex of the fluid. when it is about to enter a centrifugal stage further downstream.
However, it has heretofore been accepted that the object of the invention pro-. cure the greatest benefit when applied to a centrifugal compressor
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Single stage ge with unilateral inlet, more especially when this is part of a single turbo-reactor. For a machine of this type, it is estimated that the invention makes it possible to obtain a very considerable increase in mass flow, an increase which may be of the order of 60% or more, for a wheel having a diameter and a peripheral speed given.
In addition, the compressor efficiency would be improved not only to. because of a very large increase in mass flow in relation to its dimensions, but also for the reason that it is probably possible to construct the centrifugal impeller in such a way that a plus. many of the blades on this impeller can be machined from a solid forging part. This, in turn, would have the effect of reducing the load on the vanes. The expected increase in the number of impeller vanes which could be machined results from the fact that the present invention would allow the inner diameter of the inlet of the centrifugal impeller to be made significantly larger than was previously possible. now.
Probably also the present invention would allow the use of a centrifugal wheel having significantly improved structural rigidity.
CLAIMS
1 A rotary gas compressor which comprises a centrifugal stage with an intake passage, substantially annular and, in addition, a coaxial vane rotor for subjecting the working fluid to a pre-swirl in said passage, characterized by the fact that the rotor;
to produce the pre-vortex, is driven at a substantially lower angular velocity than the centrifugal rotor, the arrangement of the vanes, for the pre-vortex, and the inlet passage (with respect to its configuration and length). - heat between the rotor for the pre-vortex and the inlet of the centrifugal wheel) being such that the conditions of flow of the fluid, before its entry into the channels or passages of the centrifugal wheel, are approximately those of a free vortex, the dimensions and profiles of the channels of the centrifugal wheel, at their entry, being such that they correspond aerodynamically (for the construction conditions or the range of these conditions to be considered) to a flow such as fluid when entering these channels that this entry takes place without shocks.