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PERFECTIONNEMENTS AUX VENTILATEURS COMPRESSEURS ET POMPES CENTRIFUGES.
L'invention a pour objet des perfectionnements apportés aux appareils centrifuges tels que ventilateurs, compresseurs ou pompes. Pour plus de commodité dans la description, on utilisera dans le cours de la description suivante le terme "du genre indiqué", mais il doit être bien entendu que ce terme englobe les appareils analogues agissant sur un fluide par effet centrifuge, tels que les compresseurs, ventilateurs et les pompes.
Le but de l'invention est d'obtenir un appareil du genre indiqué dont la courbe pression/débit ne comporte aucune zone de pompage, ce qui n'avait jamais été réalisé jusqu'à ce jour, tout en couvrant avec un rendement supérieur à celui des autres appareils une gamme de régime beaucoup plus étendue.
A cet effet, l'invention consiste à utiliser simultanément et en combinaison différents perfectionnements, dont certains avaient pu être pré- conisés séparément auparavent, mais dont l'ensemble n'avait jamais été révélé comme susceptible d'apporter aux appareils de ce genre des qualités très supérieures.
Selon l'invention, la roue est formée de pales à profil d'ailes d'avion enfermées entre des flasques se prolongeant au dejà desdites pales de manière à former un diffuseur tournant, mobile avec la roue, celle-ci étant contenue dans une volute dont les flancs sont largement espacés des flasques de la roue d'une distance comprise entre 1 et 2 fois la largeur de la sortie du diffuseur, et qui comporte d'une part un pavillon d'aspiration arrondi, dont le profil se raccorde avec celui de la partie de flasque recouvrant la roue, et d'autre part un large arrondi de la crosse de volute, c'est-à-dire au raccordement entre la volute et la tubulure de sortie, de préférence cet arrondi sera de l'ordre de 1/10 du rayon de la roue ou du diffuseur tournant.
Les aubes ont un profil d'aile d'avion, pouvant être réduite à la
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ligne médianes le calage des aubes étant déterminé de manière à former avec la trajectoire fluide 19angle d'incidence optimum conduisant à la meilleure finesse de la polaire correspondant au profil choisio
L'invention sera maintenant décrite en se référant, à titre d'exemple, à des formes de réalisation représentées sur les dessins annexés, dans lesquels:
La figo 1 est une coupe transversale d'un appareil du genre indiqué conforme à 1?invention;
La figo 2 est une vue de profil correspondant à la fig. 1;
Les fig. 3 et 4 sont des vues de détail montrant deux formes de réalisation des ailettes;
Les figo 5 et 6 représentent les profils des ailettes des fig. 3 et 4;
Les fig. 7, 8 et 9 sont des graphiques des courbes de débit et pression du dispositif selon l'invention et de dispositifs de types usuels dont les schémas sont représentés-aux figo 10 et 11; -
Les figo 12, 13, 14 et 15 sont des variantes de la fig. 1.
En se reportant au dessin, on voit que l'appareil du genre indiqué comporte une roue 1, dont les aubes 2 sont enfermées entre des flasques 3 et 4.
Ces flasques se prolongent en s'évasant de préférence au delà des palettes centrifuges 2, de manière à former un diffuseur tournant 5. De la sorteg le fluide à la sortie des aubes se détend sans éprouver de frottement sensible sur les flasques mobiles qui sont animées d'une vitesse périphérique comparable à la sienne., contrairement à ce qui se passe dans un diffuseur fixe où la grande vitesse relative de l'air introduit un frottement considérableo
Cette roue est située dans une volute 6 dont les flancs 7 et 8 sont largement espacés des flasques de la roue, d'une distance comprise entre une et deux fois la largeur du diffuseur à sa sortie.
L'expérience montre en effet que le flux qui sort de la roue induit par frottement, dans les espaces 9, 10 qui l'entourent, deux tubes tourbillons qui se prolongent dans les espaces latéraux 11, 12. Il s'est révélé qu'en adoptant une telle forme, il en résulte un relèvement des pres- sions, d'une part, dans la zone des régimes voisins du débit nul et, d'autre part, dans la zone des régimes à grand débit, les dissipations d'énergie dans les espaces latéraux sont diminuées et la puissance absorbée est donc moindre quand les tubes-tourbillons sont bien formés, c'est-à-dire dans la zone des grands débitso Il en résulte une augmentation de rendement sensible dans cette dernière zone, tandis que, dans la première, on note un moindre risque de pompage.
La création de tubes-tourbillons latéraux importants procure en outre l'avantage très appréciable de réduire considérablement les pressions statiques aux points 13, 14 qui constituent entre-fer pour l'arbre et pour la roueen sorte que l'emploi de joints labyrinthes devient inutile.-
La volute est munie d9un pavillon d'aspiration 15 évasé dont la courbure se raccorde à celle du profil de la roue, on évite ainsi le décollement de filets d'air à l'entrée de la roue. L'air rejeté dans la volute s'échappe par la bride de refoulement 16, Contrairement à ce qui avait été fait jusqu'à ce jour,, le raccordement de la bride avec la volute s'effectue au moyen d'un large arrondi 17 dont le rayon de courbure est de l'ordre d'environ 1/10 du rayon de la roue ou du diffuseur tournant ;
il s'est révélé quen choisissant une telle forme contrairement aux enseignements de la théorie et de la pratique usuelle qui préconisaient un raccordement tangent au point 18 ou un faible arrondi tel que 19, il était possible d'amoindrir encore le risque de pompage.
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Les figo 3, 4, 5, 6 montrent les formes d'aubes adoptées pour la roue.
Dans la figo 3, on a représenté une roue dont les formes d'ailet- tes se rapprochent de celles utilisées p our les ventilateurs compresseurs et pompes, et dans la fig. 4 une variante conforme à la technique des compres- seurs d'avionso Dans les deux cas, on parvient à éliminer le décollement qui tend à se produire dans la zone 20 un peu en arrière de l'arrondi maximum ain- si que des survitesses trop importantes en 21 et des sous-vitesses trop fai- bles en 22. On parvient à ces tracés en traçant des sections de la roue : a, b, c, d, etc..., normales à l'écoulement. On fait en sorte que ces sections soient égales entre elles ou, préférablement, à ce qu'elles soient légèrement décroissantes, de l'amont vers l'aval.
Le résultat maximum sera atteint en plaçant, en outre, comme il a été dit, en amont de la roue, un pavillon bien arrondi 23, et un diffuseur tournant 24.
Dans ces conditions, la théorie permet de calculer très exactement les angles d'entrée et de sortie du fluide dans la roue et par conséquent de tracer les trajectoires des filets d'air dans l'espace.
Si l'on développe ces trajectoires en plan, il est facile alors de disposer relativement à ces trajectoires des profils d'ailes d'avions de bonne finesse, soit à épaisseur variable, soit réduits à leur squelette, ce qui permet alors d'utiliser une simple tôle pour la construction, ou bien en- core des profils différents des profils d'ailes mais dont l'expérience a démontré l'efficacité.
Dans le premier cas, correspondant par exemple à la trajectoire moyenne 25 de la fig. 3, pour une aube commençant en 26, point dont le diamètre moyen est sensiblement égal à celui de l'ouie, et se terminant en 27, on aura le développement représenté fige 5, l'aube ayant en 28 et 29 l'intrados et l'extrados d'une aile d'avion ou étant réduite à son'squelette ou ligne moyenne 30. La corde 31 de ce profil sera calée par rapport à la trajectoire développée 32 de manière à faire, pour le régime de fonctionnement choisi, l'angle d'incidence 1 correspondant à la meilleure finesse.
Dans le deuxième cas, correspondant par exemple à la trajectoire moyenne 33 de la fig. 4 pour une aube commençant en 34 et se terminant en 35 et qui comporte une partie plane 36, précédée d'un bec constitué par une portion de cylindre 37 d'axe radial et se raccordant tangentiellement en 38 à la partie plane 36, on aura le développement représenté fig. 6 : le squelette de l'aube se composera d'une partie droite 40 correspondant à la portion plane 36 et d'une partie courbe 42 correspondant au bec 37. Les deux parties se raccordent tangentiellement au point 44.. Le squelette peut être épaissi et, profilé ou non à la manière d'un profil d'aile qui comportera un intrados 45 et un extrados 46. La corde 47 de ce profil fait avec la trajectoire développée 48, l'angle d'incidence i.
Dans ce deuxième cas, au point de vue de la construction, on pourra constituer une roue monobloc, les parties 36 et 37 étant d'une seule venue, fixée sur un moyeu unique, mais en variante, elles peuvent constituer deux demi-roues différentes fixées l'une sur un moyeu 49, l'autre sur un moyeu 50, les deux moyeux étant juxtaposés. Dans ce cas, la joue de la roue pourra également être divisée en deux parties 51 et 52, chacune d'elles étant fixée sur la demi-roue correspondante.
Le premier type de roue convient particulièrement lorsque les caractéristiques demandées imposent des tracés d'aubes fortement inclinées vers l'arrière du sens de rotation, tandis que le deuxième type convient mieux lorsque les aubes doivent être radiales ou voisines de cette p osition, la variante à demi-roues séparées convenant particulièrement bien pour les vitesses périphériques très élevées.
Les fig. 7, 8 et 9, où l'on a représenté les performances d'un appareil conforme à la présente invention (A) vis-à-vis d'un ventilateur clas-
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sique (B) conforme à la figo 10 et d'un compresseur d'avion (C) conforme à la fig. 11, avec diffuseur garni d'aubes fixes, montrent clairement ce résultat.
La figo 7 donne les courbes débit-pression des trois appareils.
La figo 8 donne les courbes débit-rendement des trois appareils.
La figo 9 donne les courbes débit-qualité de pression des trois appareils.
Bien entendu, la comparaison porte sur des appareils de même diamètre de roues (aubes), de même section d'ouïe, de même angle de sortie des aubes de même vitesse de rotation.
On voit sur les figures l'avantage considérable que procure la combinaison des différents facteurs énoncés, l'appareil A couvrant avec des rendements supérieurs aux autres une gamme de régimes de beaucou plus étendue, tout en présentant une qualité de pression meilleure. En outre, tout risque de pompage est éliminée
Dans la fige 12 qui représente à titre d'exemple une autre variante, on utilise une volute 53 de section rectangulaire, le grand côté du rectangle étant placé dans un plan radiale Cette variante convient particulièrement bien pour les roues larges à simple ouïe ou pour les roues à double ouieo Dans la fige 12, on a représenté, à titre d'exemple, une roue 54 à deux ouïes, chaque moitié de la roue 55 et 56 étant du type représenté fig.
3 ou fig 4. Un diffuseur mobile unique 57 est commun aux deux demi-roues dans cet exemple, mais il est bien entendu que sans sortir de l'invention, il pourrait également être divisé en deux parties, chacune d'elles étant cette fois-ci affectée à une demi-roue seulemento
Le montage sera complété par deux pavillons 58 et 59, supportant les paliers 60 par l'intermédiaire de bras profilés 61. En variante, les pavillons peuvent être éventuellement remplacés par des caissons 62 remplissant le même office tout en permettant aux paliers d'être reportés à l'extérieur du fluide..
Une autre variante de volute à section rectangulaire est représentée figo 13, mais cette fois-ci le grand côté du rectangle est placé parallèlement à l'axée Cette variante convient particulièrement bien lorsque l'on utilise des roues étroites, car elle permet de donner aux espaces latéraux 63 et 64 un développement convenableoLe pavillon 65 peut être intégré dans la voluteo
La fig. 14 représente une autre variante dans laquelle la volute 66 a une section circulaire, cette forme convient particulièrement bien aux roues larges, ou aux roues à deux ouieso
Enfin, la fig. 15 représente une variante dans laquelle la volute 67 a une section triangulaire. Comme la précédente, cette forme convient bien aussi aux roues larges ou aux roues à deux ouïes.
Bien entendu, dans toutes ces variantes, les volutes permettent de disposer d'espaces latéraux bien développés et sont pourvues de crosses à large arrondie et les roues sont toujours du type représenté et décrit figo 3 ou figo 40 REVENDICATIONSo
1.- L'invention concerne des perfectionnements aux ventilateurs, compresseurs et pompes centrifuges, selon lesquels la roue comporte des ales à profil d'ailes d9avion enfermées entre deux flasques qui se prolongent au delà desdites pales de manière à former un diffuseur tournant,,
mobile avec la rouets cette dernière étant contenue dans une volute dont les flancs sont espacés des flasques de la roue d'une distance comprise entre une et deux fois la largeur de sortie du diffuseurs cette volute étant munie d'un pavil-
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lon d'aspiration évasé vers 1?extérieur et présentant un large arrondi à son raccordement avec la tubulure de sortie.
2. - Dispositif selon 1, présentant également une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: a) Suivant une forme de réalisation, les aubes commencent en un point dont le diamètre moyen est sensiblement égal à celui de l'ouïe, elles sont constituées par des profils d'ailes d'avion qui peuvent être réduites à leurs squelettes.
Ces aubes peuvent faire, à leur extrémité aval, un angle plus ou moins grand avec le rayon, selon le cas particulier posé. b) Selon une autre forme de réalisation, les aubes sont consti- tuées par une partie plane radiale ou voisine de cette p osition, précédées d'un bec de forme cylindrique à axe radial et se raccordant tangentiellement à elles, elles peuvent être d'une seule pièce formant ainsi une roue mono- bloc, ou être divisées en deux parties juxtaposées, l'une d'elle formant l'é- lément centrifuge proprement dit et comprenant la partie plane, l'autre com- prenant les becs.
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IMPROVEMENTS TO COMPRESSOR FANS AND CENTRIFUGAL PUMPS.
The invention relates to improvements made to centrifugal devices such as fans, compressors or pumps. For convenience in the description, the term "of the kind indicated" will be used in the course of the following description, but it should be understood that this term encompasses similar devices acting on a fluid by centrifugal effect, such as compressors. , fans and pumps.
The aim of the invention is to obtain an apparatus of the type indicated, the pressure / flow rate curve of which does not include any pumping zone, which had never been achieved to date, while covering with an efficiency greater than that of other devices a much wider range of speed.
To this end, the invention consists in using simultaneously and in combination various improvements, some of which may have been recommended separately previously, but the whole of which had never been shown to be capable of bringing to devices of this type very superior qualities.
According to the invention, the wheel is formed of blades with an airplane wing profile enclosed between flanges extending beyond said blades so as to form a rotating diffuser, movable with the wheel, the latter being contained in a volute the sides of which are widely spaced from the flanges of the wheel by a distance of between 1 and 2 times the width of the outlet of the diffuser, and which comprises, on the one hand, a rounded suction chamber, the profile of which is connected with that of the flange part covering the wheel, and on the other hand a wide rounding of the scroll bracket, that is to say at the connection between the scroll and the outlet pipe, preferably this rounding will be of the order 1/10 of the radius of the wheel or the rotating diffuser.
The vanes have an airplane wing profile, which can be reduced to the
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median line the pitch of the blades being determined so as to form with the fluid path 19 optimum angle of incidence leading to the best fineness of the polar corresponding to the chosen profile
The invention will now be described with reference, by way of example, to embodiments shown in the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a cross section of an apparatus of the type indicated in accordance with the invention;
Figo 2 is a side view corresponding to fig. 1;
Figs. 3 and 4 are detail views showing two embodiments of the fins;
Figures 5 and 6 represent the profiles of the fins of fig. 3 and 4;
Figs. 7, 8 and 9 are graphs of the flow and pressure curves of the device according to the invention and of devices of conventional types, the diagrams of which are shown in figs 10 and 11; -
Figs 12, 13, 14 and 15 are variants of fig. 1.
Referring to the drawing, it can be seen that the device of the type indicated comprises a wheel 1, the vanes 2 of which are enclosed between flanges 3 and 4.
These flanges extend by widening preferably beyond the centrifugal vanes 2, so as to form a rotating diffuser 5. From the sorteg the fluid at the outlet of the vanes expands without experiencing any appreciable friction on the moving flanges which are animated. of a peripheral speed comparable to its own., unlike what happens in a fixed diffuser where the relative high speed of the air introduces considerable friction.
This wheel is located in a volute 6, the flanks 7 and 8 of which are widely spaced from the flanges of the wheel, by a distance of between one and two times the width of the diffuser at its exit.
Experience shows in fact that the flow which leaves the wheel induces by friction, in the spaces 9, 10 which surround it, two vortex tubes which are prolonged in the lateral spaces 11, 12. It has been found that ' by adopting such a form, the result is an increase in the pressures, on the one hand, in the zone of neighboring zero flow regimes and, on the other hand, in the area of high flow regimes, the dissipations of energy in the lateral spaces are reduced and the power absorbed is therefore less when the vortex tubes are well formed, that is to say in the zone of large flowso This results in a significant increase in efficiency in this latter zone, while that, in the first, there is a lower risk of pumping.
The creation of large lateral vortex tubes also provides the very appreciable advantage of considerably reducing the static pressures at points 13, 14 which form the gap between the shaft and the wheel so that the use of labyrinth seals becomes unnecessary. .-
The volute is provided with a flared suction bell 15, the curvature of which matches that of the profile of the wheel, thus preventing the separation of air streams at the entry of the wheel. The air discharged into the volute escapes through the discharge flange 16, Contrary to what had been done to date, the connection of the flange with the volute is made by means of a large rounding 17 the radius of curvature of which is of the order of approximately 1/10 of the radius of the wheel or of the rotating diffuser;
it turned out that by choosing such a shape contrary to the teachings of theory and usual practice which recommended a tangent connection at point 18 or a slight rounding such as 19, it was possible to further reduce the risk of pumping.
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Figures 3, 4, 5, 6 show the blade shapes adopted for the wheel.
In figo 3, there is shown an impeller whose fin shapes resemble those used for compressor and pump fans, and in fig. 4 a variant conforming to the technique of aircraft compressors o In both cases, it is possible to eliminate the separation which tends to occur in zone 20 a little behind the maximum rounding as well as excessive overspeeds. high at 21 and too low under-speeds at 22. These plots are obtained by tracing sections of the wheel: a, b, c, d, etc ..., normal to the flow. These sections are made to be equal to each other or, preferably, to decrease slightly, from upstream to downstream.
The maximum result will be achieved by placing, in addition, as has been said, upstream of the wheel, a well rounded horn 23, and a rotating diffuser 24.
Under these conditions, the theory makes it possible to calculate very exactly the angles of entry and exit of the fluid in the wheel and consequently to trace the trajectories of the air streams in space.
If these trajectories are developed in plan, it is then easy to have, relative to these trajectories, airplane wing profiles of good finesse, either of variable thickness, or reduced to their skeleton, which then makes it possible to use a simple sheet for construction, or even profiles different from wing profiles but whose efficiency has been demonstrated by experience.
In the first case, corresponding for example to the average trajectory 25 of FIG. 3, for a vane starting at 26, a point whose average diameter is substantially equal to that of the hearing, and ending in 27, we will have the development shown in fig 5, the vane having 28 and 29 the lower surface and the upper surface of an airplane wing or being reduced to its skeleton or mean line 30. The chord 31 of this profile will be wedged with respect to the developed trajectory 32 so as to make, for the chosen operating speed, the angle of incidence 1 corresponding to the best smoothness.
In the second case, corresponding for example to the average trajectory 33 of FIG. 4 for a blade starting at 34 and ending at 35 and which comprises a flat part 36, preceded by a nose consisting of a portion of cylinder 37 of radial axis and connecting tangentially at 38 to the flat part 36, we will have the development shown in fig. 6: the skeleton of the blade will consist of a straight part 40 corresponding to the flat portion 36 and of a curved part 42 corresponding to the spout 37. The two parts are connected tangentially at the point 44 .. The skeleton can be thickened and, profiled or not in the manner of a wing profile which will include an intrados 45 and an extrados 46. The chord 47 of this profile forms with the developed trajectory 48, the angle of incidence i.
In this second case, from the point of view of construction, it is possible to constitute a one-piece wheel, the parts 36 and 37 being of a single point, fixed on a single hub, but as a variant, they can constitute two different half-wheels. one fixed on a hub 49, the other on a hub 50, the two hubs being juxtaposed. In this case, the cheek of the wheel could also be divided into two parts 51 and 52, each of them being fixed on the corresponding half-wheel.
The first type of impeller is particularly suitable when the required characteristics require the paths of blades strongly inclined towards the rear of the direction of rotation, while the second type is more suitable when the blades must be radial or close to this position, the variant with separate half-wheels, particularly suitable for very high peripheral speeds.
Figs. 7, 8 and 9, where there is shown the performance of an apparatus according to the present invention (A) vis-à-vis a conventional fan.
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sique (B) according to fig. 10 and of an aircraft compressor (C) according to fig. 11, with diffuser fitted with fixed vanes, clearly show this result.
Fig. 7 gives the flow-pressure curves of the three devices.
Figo 8 gives the flow-efficiency curves of the three devices.
Fig. 9 gives the flow-quality pressure curves of the three devices.
Of course, the comparison relates to devices of the same diameter of wheels (blades), of the same louver section, of the same angle of exit of the blades of the same speed of rotation.
The figures show the considerable advantage obtained by the combination of the various factors stated, the apparatus A covering, with higher yields than the others, a much wider range of speeds, while having a better quality of pressure. In addition, any risk of pumping is eliminated
In fig 12 which shows another variant by way of example, a volute 53 of rectangular section is used, the large side of the rectangle being placed in a radial plane. This variant is particularly suitable for wide wheels with a single lug or for double lug wheels In fig 12, there is shown, by way of example, a wheel 54 with two louvers, each half of the wheel 55 and 56 being of the type shown in FIG.
3 or fig 4. A single mobile diffuser 57 is common to the two half-wheels in this example, but it is understood that without departing from the invention, it could also be divided into two parts, each of them being this time - here assigned to a half wheel only o
The assembly will be completed by two pavilions 58 and 59, supporting the bearings 60 by means of profiled arms 61. As a variant, the pavilions can possibly be replaced by boxes 62 fulfilling the same function while allowing the bearings to be postponed. outside the fluid.
Another variant of volute with a rectangular section is shown in figo 13, but this time the long side of the rectangle is placed parallel to the axis This variant is particularly suitable when using narrow wheels, because it allows to give side spaces 63 and 64 suitable development o Pavilion 65 can be integrated into the volute o
Fig. 14 shows another variant in which the volute 66 has a circular section, this shape is particularly suitable for wide wheels, or wheels with two ouieso
Finally, fig. 15 shows a variant in which the volute 67 has a triangular section. Like the previous one, this shape is also suitable for wide wheels or wheels with two gills.
Of course, in all these variants, the volutes make it possible to have well-developed lateral spaces and are provided with wide rounded brackets and the wheels are always of the type shown and described in figo 3 or figo 40 CLAIMS
1.- The invention relates to improvements to fans, compressors and centrifugal pumps, according to which the impeller comprises ales with an airplane wing profile enclosed between two flanges which extend beyond said blades so as to form a rotating diffuser.
movable with the impeller, the latter being contained in a volute, the sides of which are spaced from the flanges of the wheel by a distance of between one and twice the outlet width of the diffusers, this volute being provided with a pavil-
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Aspiration lon flared outwardly and having a large roundness at its connection with the outlet pipe.
2. - Device according to 1, also having one or more of the following characteristics: a) According to one embodiment, the blades start at a point whose average diameter is substantially equal to that of the hearing, they are formed by profiles airplane wings that can be reduced to their skeletons.
These blades can make, at their downstream end, a greater or lesser angle with the radius, depending on the particular case. b) According to another embodiment, the blades are constituted by a flat radial part or close to this position, preceded by a nozzle of cylindrical shape with a radial axis and connecting tangentially to them, they can be of a single part thus forming a monoblock wheel, or being divided into two juxtaposed parts, one of them forming the centrifugal element proper and comprising the flat part, the other comprising the nozzles.