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PRISE D"AIR POUR COMPRESSEUR A ECOULEMENT AXIAL.
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L' invention se rapporte à un compresseur à pales, à écoulement axial, particulièrement destiné à faire partie d9une installation de turbine à gaz.
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Il est bien connu que la vitesse de l'air à l' entrée d'un tel com- presseur doit être aussi uni orme que possible sur toute la surface de cette entrée., Autrement il peut se produire des effets de résonance dans certaines des pales du rotor du compresseur avec, comme conséquenceS' le risque de rop- ture de ces pales.
Cette possibilité est encore plus grande lorsque 1?arflvée de 1.5' air au eompresseur est partiellement obstruée par des organes qui con- stituent une partie de la atructilxe du conduit d'arrivée par exemple par des cloisons transversales de support ayant, en coupe, une forme sensiblement en ligne de courant et qui sont disposées radialement dans le conduit annulaire
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d.9 a.:r:rivée d9 airo La présence de telles parois produit des remous au voisina- ge de leur bord arrière, ces remous nuisant à 1-'uniformi-té de la vitesse du courant d.9 air qui arrive au compresseur.
En conséquence$! 1?invention a pour objet principal de éliminer ces remous d'une manière très simple,. Suivant 19invention, on envoie de 1? air sous pression à l'intérieur de chacune de ces cloisons radiales d'où il est éjecté le long de leur bord arrière ou au voisinage de ce borde à une vitesse rela- tivement 'élevée, dans la zone où des remua pourraient se former sans cela.
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Cette éjection d'air produit un effet d2>entrainement.j) de sorte que 1' air qui passe sur et au voisinage de la surface de la cloison voisine de son bord postérieurs et qui, sans cela, tourbillonnerait et provoquerait la formation
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d'un remous, est entraîné et mélangé avec 1-'air qui s-'échappe à grande vites- se. On obtient ainsi un écoulement continu en ligne de courant et on empêche la formation de remous.
Même si un tel remous venait à se former, ce jet
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d'air le ferait disparaître, en donnant à Pair la direction désirée.
Une simple ouverture en forme de fente continue sur toute la hau-
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teur du bord postérieur d?une cloison serait théoriquement suffisante. Mais
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la largeur d'une telle fente devrait être si faible qu'elle serait, en pra- tique, impossible à réalisera Aussi préfère-t-on percer dans le bord arriè- re d'une cloison, le long de sa longueur dans le sens radial,, une série de petits trous communiquant avec un canal ou une chambre ménagée dans l'inté- rieur de la cloison, ces trous débitant une quantité calibrée d'air prélevé sur le débit du compresseur. En pratique, il n'est pas commode d'avoir des trous calibrés.
Aussi peut-on prévoir., au lieu de tels trous, une arrivée calibrée d'air dans le canal ou dans la chambre dans laquelle ces trous pren- nent naissance.,
Ou bien encore, on peut disposer une série de trous calibres ou de trous alimentés eux-mêmes à partir d'un orifice calibré, le long des sur- faces d'une cloison voisines de son bord postérieur, ces trous communiquant avec un canal ou une chambre interne alimentée sous pression,, la position des trous d'éjection par rapport au bord postérieur étant déterminée expéri- mentalement.
Sur les dessins annexés, on a représenté schématiquement , à ti- tre d'exemple,un mode de réalisation de l'inventiono
La figure 1 est une élévation d'un groupe moteur du type turbine à gaz, le carter qui 1-'entoure étant représenté en coupe.
La figure 2 est une élévation partiellement en coupe, de l'ex- trémité antérieure du groupe moteur, à plus grande échelle., sur laquelle on a représenté deux des cloisons radiales placées en travers du conduit d'arri- vée d'air au compresseur.
La figure 3 est une coupe partielle, à 1.' échelle encore plus gran- de, d'une de ces cloisonso
La figure 4 est une coupe par la ligne 4-4 de la figure 3
Les dessins montrent un groupe moteur à turbine à gaz comprenant un compresseur axial 11 à pales, des chambres de combustion 12 dans lesquel- les l'air venant du compresseur est échauffé par l'addition de combustible et une turbine 13 actionnée par le mélange chaud provenant des chambres 12, cette turbine entraînant le rotor du compresseur et envoyant en outre un jet de gaz par une tuyère 14.
Sur la figure 2 on voit., en 16, une des pales de la première .rangée fixe de pales du compresseur et en 17 une des pales de la seconde ran- gée de pales fixes du compresseur. On voit en 18 et en 19 des pales de la première et de la seconde rangées du compresseur fixées sur le rotor 20 de ce compresseur. Ce dernier est calé sur un arbre 21 tourillonné en 22 dans un support fixe 23 lui-même solidaire d'une des cloisons 24. On supposera qu'il existe quatre cloisons 24 disposées radialement dans le conduit d'en- trée et décalées de 90 l'une de l'autre.
Ces cloisons réunissent une par- tie fixe intérieure 25 du bâti et une partie fixe externe 26 de ce bâti, le bord antérieur de cette dernière étant représenté comme se prolongeant jus- qu'au bord antérieur d'un revêtement 27 en forme de ligne de courante à l'in- térieur duquel est logée la partie principale du groupe rnoteur,
Les figures 1 et 2 représentent un tuyau 29 qui prend de l'air à la sortie du compresseur, par exemple dans le collecteur 30 d'arrivée aux chambres de combustion 12, et qui envoie cet air au conduit 31 disposé dans l'une des cloisons 24.
L'extrémité intérieure du conduit 31 communique., par un canal 32 (figure 3).avec une chambre annulaire 33Cette dernière comme.- nique avec chacun des conduits radiaux 34 situés près du bord arrière d'une des cloisons 24, par l'intermédiaire d'un orifice calibré 35Le bord arriè- re de chaque cloison est percé de plusieurs petits trous parallèles 36 (dont le diamètre a été exagéré à dessein sur les figures 3 et 4) et à travers lesquels la quantité calibrée d'air arrivant au conduit 34 peut s' échapper de manière sensiblement uniforme tout le long du bord arrière de la cloison.
La quantité d'air qui s'échappe ainsi et sa vitesse d'éjection des trous 36 dépendent évidemment des caractéristiques du groupe moteur. Elles peuvent être facilement calculées et vérifiées par Inexpérience. Dans le cas
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d'un moteur ayant une vitesse normale comprise entre par exemple 4.500 et 8.000 tours/minute, on trouvera par exemple que c'est pour une vitesse d'en- viron 5.000 tours/minute que des défectuosités de fonctionnement dans le compresseur sont le plus à craindre.
Pour éviter cet inconvénient (c'est-à- dire pour éviter la formation de remous) 9 il est désirable,, par exemple, de donner à chacun des trous 36 un diamètre de 0,132 cm. et au trou calibré 35 un diamètre d'environ 0,505 cm. en donnant aux jets d'air sortant des trous 36 une vitesse de environ 152 mètres/secondez la pression fournie à la sor- tie du compresseur étant d'environ deux atmosphères absolues.
La masse d'air prélevée au compresseur et arrivant à chaque cloison, dans ces conditions, sera d'environ 006 % de la masse totale d'air passant à travers le compres- seur, la vitesse de cette masse au passage des cloisons étant d'environ 48,8 mètres par secondée
Les trous 36 sont espacés le long du bord postérieur de chaque cloison 24 de manière à obtenir, à une faible distance en aval de ce bord, le même effet qu'une fente intéressant toute la longueur de ce bord, ce qui serait théoriquement une disposition idéale,, c'est-à-dire que la vitesse de sortie de Pair entraîné serait sensiblement constante le long de toute la longueur radiale de la cloison.
s'il était possible de constituer les trous 36 par des orifices calibrés, ce qui supprimerait la nécessité de l'orifice calibré 35, ces trous 36 dans les conditions précitées, devraient avoir un diamètre d'en- viron 0,089 cm en donnant une vitesse de sortie pour lair denviron 198 mètres/seconde. mais, comme on 1-la déjà dite il ne serait pas pratiquement possible de percer dans chaque cloison une série de trous calibrés 36. Par suite, la. disposition représentée sur les dessins et comportant un seul trou calibré 35 par cloison est préférable.
Avec la disposition représentée star les dessins, il peut être nécessaire de souffler dans chaque cloison une masse d'air qui représente une proportion de 121 air traversant le compresseur plus grande que si tous les trous 36 étaient des orifices calibrés (par exemple 0,06 % au lieu de 0.02 %), mais cette différence est néanmoins relativement négligeable.,
Tout ce qui vient d'ètre dit est vrai en supposant une vitesse d'environ 5.000 tours/.minute pour le rotor d'un type particulier de turbine à gaza Mais,, même pour des vitesses plus élevées de rotor, la quantité d'air prélevé au compresseur est encore tout à fait négligeable.
Il ne faut pas oublier que,, avec la disposition représentée sur les dessins, il est facile d'enlever 1-'un quelconque des orifices calibrés 35 (ce que l'on voit immédiatement sur la figure 8). et d'agrandir l'ori- fice, ou de le remplacer par une pièce portant un orifice plus petite si cela est désirable.
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AIR INTAKE FOR AXIAL DISCHARGE COMPRESSOR.
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The invention relates to a vane compressor with axial flow, particularly intended to form part of a gas turbine installation.
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It is well known that the air velocity at the inlet of such a compressor should be as uniform as possible over the entire surface of that inlet. Otherwise resonance effects may occur in some of the airways. compressor rotor blades with the consequent risk of the blades breaking.
This possibility is even greater when the inlet of 1.5 'air to the compressor is partially obstructed by members which constitute a part of the atructilxe of the inlet duct, for example by transverse support partitions having, in section, a section. form substantially in a current line and which are disposed radially in the annular duct
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d.9 a.:r:rivée d9 airo The presence of such walls produces eddies in the vicinity of their rear edge, these eddies impairing the uniformity of the speed of the air current d.9 which arrives at the compressor.
Accordingly $! The main object of the invention is to eliminate these eddies in a very simple manner. According to the invention, we send 1? air under pressure inside each of these radial partitions from which it is ejected along their rear edge or in the vicinity of this edge at a relatively high speed, in the zone where disturbances could form without that.
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This ejection of air produces an effect of entrainment. J) so that the air which passes over and in the vicinity of the surface of the partition adjacent to its posterior edge and which, otherwise, would swirl and cause formation.
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swirl, is entrained and mixed with the air which escapes at high speed. A continuous flow in the current line is thus obtained and the formation of eddies is prevented.
Even if such a swirl were to form, this jet
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air would make it disappear, giving Air the desired direction.
A simple opening in the form of a continuous slit over the entire height
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Theoretically, the posterior edge of a partition would be sufficient. But
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the width of such a slot should be so small that it would be, in practice, impossible to achieve. It is therefore preferable to drill into the rear edge of a partition, along its length in the direction radial, a series of small holes communicating with a channel or a chamber formed in the interior of the partition, these holes delivering a calibrated quantity of air taken from the compressor flow. In practice, it is not convenient to have calibrated holes.
Therefore, instead of such holes, provision can be made for a calibrated inflow of air into the channel or into the chamber in which these holes originate.
Or again, a series of calibrated holes or holes fed themselves from a calibrated orifice can be placed along the surfaces of a partition adjacent to its rear edge, these holes communicating with a channel or an internal chamber supplied under pressure, the position of the ejection holes with respect to the posterior edge being determined experimentally.
In the accompanying drawings, there is shown schematically, by way of example, an embodiment of the invention.
Figure 1 is an elevational view of a gas turbine type power unit with the surrounding casing shown in section.
Figure 2 is a partially sectional elevation of the front end of the power unit, on a larger scale, showing two of the radial bulkheads placed across the air inlet duct to the compressor.
Figure 3 is a partial section, at 1. ' even larger scale, from one of these partitions
Figure 4 is a section through line 4-4 of Figure 3
The drawings show a gas turbine engine unit comprising an axial bladed compressor 11, combustion chambers 12 in which the air coming from the compressor is heated by the addition of fuel and a turbine 13 driven by the hot mixture. originating from the chambers 12, this turbine driving the rotor of the compressor and also sending a jet of gas through a nozzle 14.
In Figure 2 we see, at 16, one of the blades of the first fixed row of compressor blades and at 17 one of the blades of the second row of fixed compressor blades. At 18 and 19, we see the blades of the first and second rows of the compressor fixed to the rotor 20 of this compressor. The latter is wedged on a shaft 21 journaled at 22 in a fixed support 23 which is itself integral with one of the partitions 24. It will be assumed that there are four partitions 24 disposed radially in the inlet duct and offset by 90. one from the other.
These partitions join together an internal fixed part 25 of the frame and an external fixed part 26 of this frame, the front edge of the latter being shown as extending to the front edge of a covering 27 in the form of a line of current inside which the main part of the motor unit is housed,
Figures 1 and 2 show a pipe 29 which takes air at the outlet of the compressor, for example in the manifold 30 arriving at the combustion chambers 12, and which sends this air to the pipe 31 arranged in one of the partitions 24.
The inner end of the duct 31 communicates., By a channel 32 (FIG. 3). With an annular chamber 33 The latter as- nic with each of the radial ducts 34 located near the rear edge of one of the partitions 24, by the intermediary of a calibrated orifice 35 The rear edge of each partition is pierced with several small parallel holes 36 (the diameter of which has been purposely exaggerated in Figures 3 and 4) and through which the calibrated quantity of air arriving at the duct 34 can escape in a substantially uniform manner all along the rear edge of the partition.
The quantity of air which thus escapes and its speed of ejection from the holes 36 obviously depend on the characteristics of the motor unit. They can be easily calculated and verified by inexperience. In the case
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of an engine having a normal speed of between for example 4,500 and 8,000 revolutions / minute, it will be found, for example, that it is for a speed of approximately 5,000 revolutions / minute that operating faults in the compressor are the most to fear.
To avoid this inconvenience (ie to avoid the formation of swirls) it is desirable, for example, to give each of the holes 36 a diameter of 0.132 cm. and at the calibrated hole 35 a diameter of about 0.505 cm. giving the air jets exiting holes 36 a velocity of about 152 meters / second the pressure supplied to the compressor outlet being about two atmospheres absolute.
The mass of air taken from the compressor and arriving at each partition, under these conditions, will be about 006% of the total mass of air passing through the compressor, the speed of this mass as it passes through the partitions being d 'approximately 48.8 meters per second
The holes 36 are spaced along the rear edge of each partition 24 so as to obtain, at a small distance downstream from this edge, the same effect as a slot covering the entire length of this edge, which would theoretically be an arrangement ideal, that is, the entrained air outlet velocity would be substantially constant along the entire radial length of the partition.
if it were possible to constitute the holes 36 by calibrated orifices, which would eliminate the need for the calibrated orifice 35, these holes 36 under the aforementioned conditions, should have a diameter of about 0.089 cm giving a speed output for air of about 198 meters / second. but, as one already said it would not be practically possible to drill in each partition a series of calibrated holes 36. As a result, the. an arrangement shown in the drawings and comprising a single calibrated hole 35 per partition is preferable.
With the arrangement shown in the drawings, it may be necessary to blow into each partition an air mass which represents a proportion of 121 air passing through the compressor greater than if all the holes 36 were calibrated orifices (e.g. 0.06 % instead of 0.02%), but this difference is nevertheless relatively negligible.,
All that has just been said is true assuming a speed of about 5,000 rpm for the rotor of a particular type of gas turbine. But, even for higher rotor speeds, the amount of air taken from the compressor is still quite negligible.
It should be remembered that, with the arrangement shown in the drawings, it is easy to remove any of the calibrated orifices 35 (which can be seen immediately in Fig. 8). and to enlarge the orifice, or replace it with a part having a smaller orifice if desired.