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L'invention concerne des dispositifs pour régler la circulation de fluides dans des conduits.
Si la vitesse du fluide est non uniforme à travers la section de passage du courant de fluide, ceci peut avoir des conséquences indésirables. Par exemple, la vitesse peut être non uniforme en différentes régions à travers la section d'entrée d'un compresseur dynamique à aubes rotatives, en raison, notamment, de la' rupture de la veine fluide dans l'admission au compresseur, pour certaines conditions opératoires. Cette non uniformité, dans la vitesse d'entrée du fluide, peut amener le compresseur à présenter des à-coups ou phénomènes de pompage, ou, de toute façon, un comportement défectueux du point de vue du rendement.
Des conditions
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semblables de courant non uniforme peuvent intervenir dans le conduit d'admission formant compresseur d'un réacteur ou statoréacteur et déterminer un mauvais fonctionnement du système de combustion alimenté en fluide par le conduit susvisé. Lorsqu'une turbine à gaz est alimentée en fluide par un système de combustion principal, des conditions de combustion non uniformes, dans ce dernier système, peuvent avoir pour conséquence une vitesse non uniforme du fluide quittant la turbine, et ceci peut amener des troubles de fonctionnement, par exemple dans le système de réchauffag ou de post - combustion disposé en aval de la turbine.
En vue de pallier ces difficultés, l'invention consiste à prévoir, dans le courant d'un fluide circulant dans un conduit, une pluralité d'aubes ou volets disposés successivement dans la section de passage et s'étendant chacun longitudinalement dans la direction transversale au courant, chaque volet étant monté de façon pivotante autour d'un axe longitudinal par rapport à lui de façon à permettre de faire varier la résistance opposée par le volet au fluide se présentant à l'entrée, et des moyens étant prévus pour permet- tre de faire pivoter chaque volet indépendamment d'au moins certains des autres volets en correspondance avec les varia- tions de la vitesse du fluide incident venant se présenter dans la région du volet, cela dans un sens propre à s'opposer à de.telles variations sous l'effet de la-susdite résistance.
Sous la forme la plus rudimentaire, les vqlets peuvent être constitués par de simples plaques substantiellement alignées dans le courant fluide, de telle façon que leur épais- seur s'oppose au passage, ou dont certaines peuvent être inclinées par rapport au courant de telle façon que leur
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largeur constitue un obstacle variable avec leur inclinaison ou incidence, c'est-à-dire un obstacle croissant avec ladit'e inclinaison. De préférence cependant, les volets sont profilés en section transversale et même peuvent se présenter, dans leur position normalement inactive, avec une légère inclinaison vis-à-vis du courant.
Lorsque, par exemple, en réponse à une au @entation de la vitesse d'amenée du fluide dans la région du volet, l'inclinaison de celui-ci est augmentée, le courant de fluide dans cette région tend à être retardé sans qu'il en résulte de retard correspondant en d'autres régions de la section transversale de passage.
En variante par rapport à la commande indépendante du pivote- ment de chaque volet, on peut prévoir aussi la commande simultanée d'un groupe de volets indépendamment de celle des autres volets ou groupes de volets.
Lorsque les volets sont utilisés dans un conduit comprenant un corps central tel qu'une entrée de compresseur ou une sortie de turbine, ils présentent avantageusement la forme d'une série ou rangée autour du corps central, en avant des aubages du compresseur dans le premier exemple ou entre les aubages de la turbine et le système de réchauffage ou post-combustion dans le second cas. Lorsqu'ils sont utilisés dans un conduit n'ayant pas de corps central tel que susvisé, par exemple dans une unité de réacteur ou stato- réacteur, ils peuvent avantageusement former une sorte de .grille entre l'entrée du compresseur et le système de, combus- tion de ladite unité.
L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, supposé appliqué à un compresseur à courant axial, et des des-
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sins ci-annexés, lesquels complément et dessins ne sont, bien entendu, donnés surtout qu'à titre d'indication.
La fig. 1, de ces dessins, est une section longitu- dinale à travers le compresseur axial.
La fig. 2 est une vue en bout des volets d'admission dudit compresseur, à une échelle grandie.
Les fig. 3, 4, 5 et 8 sont des vues semblables, de cariantes de volets applicablesau compresseur de la fig. 1
Les fig. 6,7 et 9 sont des vues schématiques d'un compresseur, avec les divers systèmes de commande respectifs.
Dans le mode de réalisation des fig. 1 et 2, le compresseur axial comporte un.rotor 1 et un carter périphérique formant stator 2, avec des rangées alternées d'aubages mobiles 3 et d'aubages fixes 4 respectivement attachés au rotor et au stator, et disposées successivement dans le sens de traversée du fluide. En amont du rotor se trouve un corps d'entrée central fixe 5, disposé au centre du stator et de façon à former avec celui-ci une entrée annulaire 6. Une rangée d'aubes de guidage 7 sont disposées à la manière usuelle au travers de la section d'entrée en amont de la première rangée d'aubages mobiles.
Conformément à 1*. invention, il est prévu, notamment en amont ou à l'entrée des aubes de guidages, une rangée de volets 8, dont chacun s'étend radialement entre le corps central 5 et le carter 2 du stator, en étant monté de façon pivotante autour d'un axe radial. A cet effet, les volets ont à leurs extrémités intérieure et extérieure, respectivement, deux pivots 9 et 10 qui s'engagent dans es logements correspondants 11,12 de la structure fixe adjacente, pivots et logements ayant des faces terminales 13, 14 pour positionner radialement lesdits volets. Le pivot extérieur 9
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sur chaque volet présente un tourillon coaxial 15 qui s'étend à travers le carter de stator, et chaque tourillon de ce genre porte un bran de manivelle 16 extérieurement au stator.
Sur chaque bras est fixé un doigt ou maneton 17 qui peut ainsi tourner autour de l'axe du tourillon 15, selon un arc, notamment dans le sens aval du courant. Chaque doigt 17 vient s'appuyer sur une extrémité d'un ressort à lame 18 qui s'étend d'une façon générale dans le sens de l'aval à partir du doigt 17, l'autre extrémité dudit ressort étant fixé rigidement par un rivet 19 à une pièce 20 solidaire du stator. L'ensemble, est tel que la charge du ressort sur le doigt ou maneton 17 tend à s'opposer au pivotement du volet à partir de la position normale montrée sur la fig. 2, pour laquelle il est légèrement incliné par rapport à la direction du courant à l'entrée, le ressort étant'alors légèrement infléchi.
L'axe de pivotement de chaque volet est disposé en aval du centre de pression ou de poussée du volet, par rapport au fluide s'approchant dans la direction générale A, de sorte que prend naissance sur le volet un couple aérodynamique tendant à accroître son inclinaison ou incidence par rapport à la direction d'entrée, couple auquel s'oppose le ressort. Lorsque le courant à travers le passage d'entrée est normal et uniforme pour chaque volet, les divers volets seront semblablement et légèrement inclinés par rapport à la direction du courant à l'entrée. Lorsque la vitesse incidente du fluide sur un volet s'accroît, le couple aérodynamique sur ledit volet s'accroît également, ce qui l'amène à pivoter/ contre la charge de son ressort.
Le volet est alors dans une position (telle qu'indiqué en pointillé sur la fig. 2) pour laquelle il retarde substantiellement le courant local de fluide et ainsi tend à protéger les aubages du compresseur en amont du volet
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contre l'accroissement de la vitesse incidente du fluide.
Des butées d'extrémité 21, 22 sont prévues sur le stator, qui viennent en contact avec le bras 16 pour la position légèrement inclinée du volet et pour sa position la plus inclinée, de façon à s'opposer à ce que le volet ne dépasse ces positions extrêmes. Comme la charge du ressort n'a pas besoin alors d'augmenter avec le couple aérodynamique pour équilibrer suffisamment ce dernier, la tension du ressort peut être relativement faible, ce qui permet d'obtenir une sensibi- lité relativement élevée par rapport à la vitesse incidente du fluide. Cependant, le ressort doit être capable de ramener le volet à sa position normale lorsque ladite vitesse redevient elle-même normale.
Bien que les volets de la fig. 2 aient une section transversale de profil biconvexe symétrique, ils pour- raient aussi, comme montré pour les volets 8a de la fig.. 3, présenter un profil dissymétrique produisant une poussée ou portance à incidence zéro et donnant ainsi la possibilité de réduire l'inclinaison des volets dans la position normale représentée, mais il est possible que cela ne réduise pas les pertes, en raison de ce que des volets cambrés tels que Sa¯ donnent lieu à des pertes plus élevées que des volets symétriques, pour une incidence donnée.
Dans.les modes de réalisation représentés, les volets, dans leur position normale, sont semblablement inclinés, et pareille disposition est prévue pour la commande du,pivotement des volets. En conséquence, deux volets ou davantage, semblable. ment soumis à un accroissement de la vitesse d'approche du fluide, pivoteront simultanément, en restant parallèles les uns aux autres, et le fluide passant entre les volets tendra à les quitter avec une composante de vitesse circonférentielle
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Le mode de réalisation de la fig. 4 évite cette tendance. Selon ce dernier mode, on dispose une rangée cir- conférentielle de volets 8, 8b dans le conduit d'entrée d'un compresseur, en adoptant les mêmes dispositions générales que fig. 1 et 2, en ce qui concerne notamment le montage oscillant des volets.
Cependant, les paires adjacentes de volets sont montées, dans leur position normale, avec de légères inclinai- sons en sens inverse, de sorte que les bords d'attaque desdits volets soient plus rapprochés que leurs bords de fuite, et que le passage 25 entre eux soit divergent dans la direction du courant de fluide. Les pivots radiaux extérieurs d'une paire de volets sont munis dé tourillons 15 coaxiaux, l'un d'eux portant un élément ou secteur denté 26 et l'autre un bras 27 avec un élément ou secteur denté.complémentaire 28. Les secteurs dentés engrènent ensemble, de sorte que les angles de rotation des deux volets sont égaux et de sens contraire.
Un maneton ou doigt 17 disposé sur le bras 27 est propre à venir s'appuyer sur un ressort à lame 18 fixé rigidement, le stator comportant des supports de ressorts et des butées limiteuses de course comme dans le cas des fig. 1 et 2. Le mode opératoire du volet 8 portant le bras de manivelle est le même que celui des volets de la fig. 1, tandis que le second volet 8b oscille semblablement dans le sens opposé.
En conséquence le courant moyen entre les deux volets -est toujours disposé coaxialement.
On peut faire travailler dans un même groupe plus de deux volets. Ainsi, dans le mode de réalisation de la fig.
5, chaque volet 8, 8c a un tourillon ou arbre 15 et un secteur denté monté dessus. Les'secteurs dentés 29 des volets intermédiaires 8c du groupe sont disposés de façon à venir en
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prise avec les secteurs correspondants des autres volets adjacents. Les pales d'extrémité 8 d'un groupe ont des éléments dentés tronqués 30 en prise avec seulement un secteur denté adjacent 29. Un élément denté 30 porte un bras de manivelle 31 en prise avec un ressort 18 comme plus haut.
L'ensemble de la rangée de volets peut être divisée de cette manière, par exemple à raison de six groupes similaires et manoeuvrables indépendamment.
Dans chacun des modes de réalisation susvisés, la position normale des volets est choisie de façon à correspondre à une valeur déterminée de la vitesse moyenne du fluide incident attaquant la rangée de volets, chaque volet pivotant sous l'effet d'un accroissement local de cette valeur. D'une façon générale, cependant, la vitesse moyenne du fluide incident est sujette à des variations importantes. Les divers modes de réalisation suspécifiés peuvent être modifiés comme indiqué fig. 6, pour s'adapter aux variations de la vitesse moyenne. Les pièces 20, sur lesquelles les ressorts à lame 18 sont fixés, sont montés, non plus sur le stator 2, mais sur un anneau 35 embrassant extérieurement le carter du stator et tournant avec celui-ci. Dans un but de clarté, on a représenté seulement une pièce 20 sur la fig. 6.
Une articulation 36, sur l'anneau 35, est reliée par une bielle 37 à la tige de piston 38 d'un servopiston 39 opérant dans un cylindre 40, de façon. que le mouvement dudit piston fasse tourner l'anneau. Des passages 41, 42 aux extrémités du cylindre communiquent chacun avec des lumières 43,44 dans un distributeur 45. Ce dernier forme un cylindre 46 pour un piston-tiroir 47 déplaçable parallèlement au servopiston. Les extrémités élargies du piston-tiroir contrôlent des lumières correspondantes du
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distributeur. Celui-ci a une entrée 48 pour le fluide sous pression, communiquant avec la portion amincie du tiroir et avec des sorties d'échappement 49,50 opposées aux lumières 43,44. Un .levier 51 est articulé, à une extrémité, à la tige de piston 38 du servopiston 39 et s'étend transversalement à cette tige.
Une bielle 52 relie le tiroir à un point intermé- diaire du levier 51. L'autre extrémité du levier 51 est articulée à une tige 53 qui s'étend parallèlement à l'axe du tiroir et est reliée à l'extrémité libre d'un soufflet 54 disposé avec son axe parallèle à celui de la tige du piston.
L'extrémité du soufflet opposée au levier est attachée à la paroi d'une chambre fixe 55 entourant le soufflet. L'ensemble est tel que, sur contraction ou extension du soufflet, la tige de commande 53 amène le levier 51 à pivoter par rapport à la tige 38 du servopiston. Le tiroir 47 est alors déplacé de manière à admettre le fluide à l'une des lumières 43, 44, de sorte que le servopiston 39 est déplacé proportionnellement au déplacement du soufflet. Par ce déplacement du servopiston, le levier 51 pivote autour de son articulation sur la tige 53, ' et ramène ainsi progressivement le tiroir 47 à sa poation initiale.
L'intérieur du soufflet est relié à un collecteur de pression cinétique ayant des prises elles-mêmes reliées à six tubes de Pitot orientés vers l'amont du courant de fluide, ces tubes étant disposés uniformément autour de la section d'entrée du compresseur dans une région en avant de la rangée des volets 8. La chambre 55 entourant les soufflets est reliée à un collecteur de pression statique 58 ayant des prises elles- mêmes reliées à six tubes de pression statique 59 dirigés latéralement, chacun d'eux adjacent à l'un des tubes de Pitot.
Selon une variante, le collecteur de pression statique peut
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avoir une seule liaison avec un tube de pression statique 60 agencé de façon à répondre à la pression statique moyenne dans le courant incident. L'ensemble est tel que le soufflet se dilate sous l'effet d'un accroissement du rapport de la pression moyenne cinétique à la pression moyenne statique dans le courant incident à l'entrée. La liaison entre le servopiston 39 et ltanneau 35 est tel que le mouvement du soufflet, sur un accroissement dudit rapport, amène l'anneau à tourner dans une direction qui tend à infléchir'davantage les ressorts à lames 18.
Ainsi, les ressorts à lames exercent une plus grande charge sur les volets lorsque la vitesse moyenne en tête du fluide incident augmente, et la sensibilité du pivotement du volet en réponse à un accroissement local de la vitesse incidente est en rapport avec l'accroissement général de la vitesse moyenne incidente. Comme la différence de pression sur les soufflets est également une fonction de la densité du fluide venant frapper les volets, le dispositif agit de façon à accroitre la charge du ressort sur chaque volet en fonction de la densité du fluide, et par suite la charge du fluide sur le volet est accrue.
Dans le compresseur montré sur les fig. 1 et 2 ou comme modifié en référence à l'une des fig. 3 à 6, les charges aérodynamiques sur un volet ou sur un groupe de volets peuvent mener quelquefois à une vibration excessive. En conséquence, chaque volet 8 ou au moins l'un des volets coagissant avec un groupe est muni, ainsi que montré sur les fig. 1 et 2, d'une plaque d'amortissement fixée à un prolongement 63 du pivot intérieur 9 du volet. Le dash-pot cylindrique 64 entoure la plaque 62 avec seulement un légey jeu autour de la périphérie de cette dernière, qui est disposée diamétralement par rapport
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au dash-pot.
Celui-ci comporte une cloison radiale fixe 65 et un raccord 66 pour un fluide amortisseur au moins légèrement pressurisé, lequel peut être avantageusement de l'air prove- nant du tube çentral de Pitot 67 ménagé dans le corps central.
La plaque 62 et le dash-pot 64 coagissent de la manière connue pour amortir les vibrations dans le volet pivotant.
Comme variante pour faire pivoter le volet par la charge aérodynamique qui lui est appliquée, le volet peut être entraîné en rotation par une servo-commande, ainsi que montré sur la fig. 7. Le volet 8 est monté de façon pivotante comme dans le mode de réalisation des fig. 1 et 2, avec un tourillon . s'étendant radialement vers l'extérieur et un bras de manivelle 16 y fixé. Le doigt 17 est relié par une bielle intermédiaire 37 à une tige de piston 38 du servo-piston 39. La servo- commande comporte un 'cylindre, un distributeur, un tiroir avec des conduits de fluide correspondants, un soufflet et une chambre le contenant, ainsi qu'un dispositif cinématique tel que décrit en référence à la fig. 6, les chiffres de référence étant les mêmes'.
L'intérieur du soufflet est relié, comme dans le mode de réalisation de la fig. -6, à un collecteur de pression cinétique moyenne ayant des prises reliées à six tubes de Pitot dirigés vers l'amont du courant et répartis uniformément tout autour de. l'entrée du compresseur dans une région se trouvant à l'avant de la'rangée de volets 8.
La chambre'55 entourant le soufflet 54 est reliée à un tube de Pitot dirigé vers l'avant du courant et disposé dans la section d'entrée à l'avant du volet ...L'ensemble est tel que le soufflet se contracte sous l'effet d'un accroissement du rapport entre la pression cinétique à l'entrée du volet et la pression cinétique moyenne dans la section d'entrée. La liaison entre le servo-piston et
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la manivelle de commande est agencée de façon telle que l'inclinaison du volet augmente lorsque le soufflet se contracte. Dans ce mode de réalisation, et de façon similaire à ce qui est prévu sur la fig. 6, l'alimentation du fluide au distributeur peut être obtenue à partir d'une pompe entraînée par l'arbre du compresseur.
Bien qu'il y ait possibilité de commander le pivo- tement de chaque volet indépendamment, cela en prévoyant en combinaison avec chaque volet un système de commande tel que décrit dans le paragraphe précédent, une disposition d'ordre plus pratique consiste à commander plusieurs, par exemple six, groupes fragmentaires de volets adjacents à partir d'un système de commande associé à chaque groupe. Ainsi les volets de chaque groupe peuvent être disposés de façon générale,comme montré dans la fig. 5, pour laquelle lesdits volets ont tous leurs pivots radiaux à leurs extrémités extérieures, les volets intermédiaires du groupe ayant des secteurs dentés fixés sur leurs tourillons et étant en prise avec les secteurs correspondants de deux volets adjacents.
L'un seulement des volets du groupe comporte une manivelle fixée à ses secteurs dentés et reliée au servo-piston d'un système de commande tel que décrit en référence à la fig. 7. Le tube de Pitot relié à la chambre qui entoure le soufflet est disposé en amont du centre approximatif de la surface du groupe fragmentaire de volets. Les vannes successives du groupe sont disposées avec des inclinaisons égales mais opposées à chaque instant. Les soufflets des systèmes de commande des divers groupes de volet sont reliés à un collecteur commun 56.
Selon une variante, les groupes de volets commandés sélectivement comprennent chacun un nombre comparativement faible, en particulier de deux volets, déposés selon un segment,
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de l'anneau d'entrée', comme représenté sur la fig. 8. Les deux volets 8µ¯ ont chacun des pivots 15 et des bras de manivelles 17, 17a.Le bras 17 sur le volet 8 est relié à la bielle 37 servo-commandée comme décrit en référence à la fig. 7. Le bras 17a sur l'autre volet 8a est relié de façon articulée, par une bielle 72, à un prolongement 73 du bras 17, de sorte que le volet 8a est forcé de tourner de façon similaire mais en sens inverse par rapport au volet 8. Des butées d'extrémité peuvent être prévues pour chaque volet com- me dans le cas de la fig. 2.
Le tube de Pitot local 70, associé avec chaque paire de vannes 8,8a, est disposé à mi- chemin entre eux. Dans certains cas, une rangée de volets disposés l'un par rapport à l'autre d'une façon similaire à celle décrite, peuvent être avantageusement prévus pour permettre d'obtenir un degré acceptable d'uniformité dans la vitesse d'entrée du fluide vers les rangées d'aubages suivants.
Il en est ainsi en particulier si les volets comportent une corde plus large que les aubages des rangées suivantes.
Il est évident que les volets comportant une servo- commande n'ont pas besoin d'être prévus pivotants autour d'un axe se trouvant en aval du centre de pression ou de poussée du volet. En fait, ainsi que montré sur la fig. 8, le pivot pourrait être prévu en amont du centre de pression ou de poussée de chaque volet, de sorte que le couple aérodynamique sur le volet tende à le ramener vers une position d'inclinaison minimum.
Une variante du dispositif de commande de celui de la fig. 7 avec des volets servo-commandés est montrée sur la fig. 9. Ce dispositif comporte six tubes de Pitot 57 dirigés vers l'avant du courant ainsi qu'un collecteur de pression
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cinétique, par conséquent comme décrit en référence aux fig.
6 et 7, et un tube de Pitot local 70 en amont d'un volet 8, comme montré sur la fig. 7. Le collecteur 56 et le tube 70 sont reliés aux-deux côtés opposés d'un diaphragme flexible 75 divisant en deux chambres une capsule de pression 76. Des contacts isolés 77,78 sont disposés sur les côtés opposés du diaphragme, lequel porte un contact mobile commun 79. Ces divers contacts sont reliés par des connexions 81,82 respecti- vement à un relais 83 constituant ainsi deux-paires de circuits 80,82 et 81,82.
Le relais est relié par des paires de circuits correspondants 84,86 et 85,86 à un moteur réversible 87, de façon à assurer la rotation du moteur dans une direction lorsque les contacts 78,79 sont en prise et dans l'autre direc- tion lorsque au contraire les contacts 77,79 sont en prise.
L'arbre du moteur porte une vis sans fin 88 en prise avec un secteur denté 89 sur le pivot 15 du volet 6. Un accroissement local de la vitesse du fluide venant frapper la volet, par rapport à la vitesse moyenne de fluide, ferme les contacts 77, 79 de façon à accroître l'inclinaison du volet 6 par rapport au courant. Comme la vitesse locale diminue par rapport à la valeur moyenne, l'action obturatrice du volet dans cette position influence le courant en amont du volet et éventuellemen provoque en fait une réduction temporaire de la vitesse locale en-dessous de la valeur moyenne. En conséquence les contacts 78,79 sont amenés à se fermer pour provoquer l'inversion du moteur et pour ramener le volet à son inclinaison initiale par rapport au courant.
Il est entendu qu'une pluralité de dispositifs de commande tels que décrits d'une façon générale ci-dessus peuvent commander chacun l'un de plusieurs groupes ou paires de volets,
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comme décrit en référence à la fig. 7, les tubes de Pitot 57 et le collecteur 56 étant encore commun à tous les dispositifs de commande.
Dans chacun des systèmes de servo-commande montrés sur les fig. 7 et 9, tels que modifiés d'une façon quelqonque décrite ci-dessus, le tube de Pitot local 70 peut être disposé en aval du volet ou du groupe de volet y associé, comme indiqué en 70a. Lorsque la position du volet est normale, le tube 70a agira sous l'effet d'une augmentation locale du fluide incident traversant le volet, de la même manière que le tube 70, amenant l'inclinaison du volet à s'accroître. Par suite, lorsque la vitesse incidente locale revient à la valeur moyenne, le volet qui était incliné amènera en fait une réduction temporaire et locale de vitesse au tube 70a, en suite de quoi le système de commande répondra de façon à ramener le volet à la position normale.
Par conséquent, le dispositif de cette variante travaille encore en réponse à des variations de la vitesse locale incidente du fluide. De même les tubes 57 pourraient être disposés en aval des volets comme indiqué en 57a.
Comme il va de soi, chacun des modes de réalisation de l'invention décrits dans ce qui précède en référence à un compresseur axial pourrait être adapté sans aucun changement de ses caractéristiques essentielles à une turbine, par exemple du type axial, ayant un cône d'échappement de 'forme conventionnelle entouré par un conduit ou une ouie d'échappement entre lesquels pourrait par exemple s'étendre la rangée de volets 8. Il est également évident qu'une grille de volets parallèles's'étendant entre les parois d'un simple conduit tubulaire de statoréacteur ou autre apparaissant, vu transver-
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salement, comme montré sur l'une quelconque des fig. 2 à 5 et 8, pourrait être commandée de façon substantiellement semblable à ce qui est prévu dans les divers modes de réalisation illustrés.
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The invention relates to devices for controlling the flow of fluids in conduits.
If the fluid velocity is non-uniform across the section of the fluid stream, this can have undesirable consequences. For example, the speed may be non-uniform at different regions across the inlet section of a dynamic rotary vane compressor, due in part to the rupture of the fluid stream in the inlet to the compressor, in some cases. operating conditions. This non-uniformity, in the fluid inlet speed, can cause the compressor to exhibit jerks or pumping phenomena, or, in any event, defective behavior from the point of view of efficiency.
Conditions
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Similar non-uniform current can occur in the intake duct forming a compressor of a reactor or ramjet and cause a malfunction of the combustion system supplied with fluid by the aforementioned duct. When a gas turbine is supplied with fluid from a main combustion system, non-uniform combustion conditions in the latter system can result in non-uniform velocity of the fluid leaving the turbine, and this can lead to flow disturbances. operation, for example in the reheating or post-combustion system arranged downstream of the turbine.
With a view to alleviating these difficulties, the invention consists in providing, in the flow of a fluid circulating in a duct, a plurality of vanes or flaps arranged successively in the passage section and each extending longitudinally in the transverse direction. current, each shutter being mounted so as to pivot about a longitudinal axis with respect to it so as to allow the resistance opposed by the shutter to the fluid present at the inlet to be varied, and means being provided to allow- This is to make each shutter pivot independently of at least some of the other shutters in correspondence with the variations in the speed of the incident fluid occurring in the region of the shutter, this in a sense capable of opposing such flaps. variations under the effect of the aforesaid resistance.
In the most rudimentary form, vqlets may consist of simple plates substantially aligned in the fluid stream, so that their thickness opposes the passage, or some of which may be inclined with respect to the stream in such a way. that their
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width constitutes a variable obstacle with their inclination or incidence, that is to say an obstacle increasing with said inclination. Preferably, however, the shutters are profiled in cross-section and even may present, in their normally inactive position, with a slight inclination towards the current.
When, for example, in response to a decrease in the speed of supplying fluid to the region of the shutter, the inclination thereof is increased, the flow of fluid in that region tends to be retarded without causing the shutter to tilt. a corresponding delay results in other regions of the passage cross section.
As a variant with respect to the independent control of the pivoting of each shutter, it is also possible to provide for the simultaneous control of a group of shutters independently of that of the other shutters or groups of shutters.
When the flaps are used in a duct comprising a central body such as a compressor inlet or a turbine outlet, they advantageously have the shape of a series or row around the central body, in front of the compressor blades in the first. example or between the blades of the turbine and the reheating or post-combustion system in the second case. When they are used in a duct having no central body as mentioned above, for example in a reactor or stator reactor unit, they can advantageously form a kind of grid between the compressor inlet and the compressor system. , combustion of said unit.
The invention can, in any case, be well understood with the aid of the additional description which follows, assumed to be applied to an axial current compressor, and des-
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Sins appended hereto, which supplement and drawings are, of course, given above all by way of indication.
Fig. 1 of these drawings is a longitudinal section through the axial compressor.
Fig. 2 is an end view of the intake flaps of said compressor, on an enlarged scale.
Figs. 3, 4, 5 and 8 are similar views of shutters applicable to the compressor of FIG. 1
Figs. 6, 7 and 9 are schematic views of a compressor, with the various respective control systems.
In the embodiment of FIGS. 1 and 2, the axial compressor comprises un.rotor 1 and a peripheral casing forming a stator 2, with alternating rows of mobile blades 3 and fixed blades 4 respectively attached to the rotor and to the stator, and arranged successively in the direction of flow through the fluid. Upstream of the rotor is a fixed central inlet body 5, arranged in the center of the stator and so as to form therewith an annular inlet 6. A row of guide vanes 7 are arranged in the usual manner through of the inlet section upstream of the first row of movable blades.
In accordance with 1 *. invention, there is provided, in particular upstream or at the inlet of the guide vanes, a row of flaps 8, each of which extends radially between the central body 5 and the casing 2 of the stator, being mounted so as to pivot around of a radial axis. For this purpose, the flaps have at their inner and outer ends, respectively, two pivots 9 and 10 which engage in the corresponding housings 11, 12 of the adjacent fixed structure, pivots and housings having end faces 13, 14 for positioning radially said flaps. The outer pivot 9
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on each flap has a coaxial journal 15 which extends through the stator housing, and each journal of this kind carries a crank arm 16 on the outside of the stator.
On each arm is fixed a finger or crankpin 17 which can thus rotate around the axis of the journal 15, according to an arc, in particular in the downstream direction of the current. Each finger 17 comes to rest on one end of a leaf spring 18 which extends generally in the downstream direction from the finger 17, the other end of said spring being rigidly fixed by a rivet 19 to a part 20 integral with the stator. The assembly is such that the load of the spring on the finger or crankpin 17 tends to oppose the pivoting of the shutter from the normal position shown in FIG. 2, for which it is slightly inclined with respect to the direction of the current at the input, the spring being then slightly bent.
The pivot axis of each flap is disposed downstream of the center of pressure or thrust of the flap, relative to the fluid approaching in the general direction A, so that an aerodynamic torque arises on the flap tending to increase its inclination or incidence with respect to the input direction, torque to which the spring opposes. When the current through the inlet passage is normal and uniform for each shutter, the various shutters will be similarly and slightly inclined with respect to the direction of the current at the input. When the incident speed of the fluid on a shutter increases, the aerodynamic torque on said shutter also increases, which causes it to pivot / against the load of its spring.
The shutter is then in a position (as indicated in dotted lines in fig. 2) for which it substantially delays the local fluid flow and thus tends to protect the compressor blades upstream of the shutter.
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against the increase in the incident velocity of the fluid.
End stops 21, 22 are provided on the stator, which come into contact with the arm 16 for the slightly inclined position of the shutter and for its most inclined position, so as to prevent the shutter from protruding. these extreme positions. Since the spring load does not then need to increase with the aerodynamic torque in order to balance the latter sufficiently, the spring tension can be relatively low, which makes it possible to obtain a relatively high sensitivity to speed. incident of the fluid. However, the spring must be able to return the shutter to its normal position when said speed itself returns to normal.
Although the flaps of fig. 2 have a cross-section of symmetrical biconvex profile, they could also, as shown for the flaps 8a of fig. 3, present an asymmetrical profile producing a thrust or lift at zero incidence and thus giving the possibility of reducing the tilting of the flaps in the normal position shown, but this may not reduce losses, because arched flaps such as Sā give rise to higher losses than symmetrical flaps, for a given angle of attack.
In the embodiments shown, the shutters, in their normal position, are similarly inclined, and such an arrangement is provided for the control of the pivoting of the shutters. As a result, two or more strands, similar. when subjected to an increase in the approach speed of the fluid, will pivot simultaneously, remaining parallel to each other, and the fluid passing between the flaps will tend to leave them with a circumferential velocity component
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The embodiment of FIG. 4 avoids this tendency. According to the latter embodiment, a circumferential row of shutters 8, 8b is placed in the inlet duct of a compressor, adopting the same general arrangements as in FIG. 1 and 2, in particular as regards the oscillating mounting of the shutters.
However, the adjacent pairs of flaps are mounted, in their normal position, with slight inclinations in the opposite direction, so that the leading edges of said flaps are closer together than their trailing edges, and the passage 25 enters. they either diverge in the direction of the fluid flow. The outer radial pivots of a pair of flaps are provided with coaxial journals 15, one of them carrying a toothed element or sector 26 and the other an arm 27 with an additional toothed element or sector 28. The toothed sectors mesh together, so that the angles of rotation of the two flaps are equal and in opposite directions.
A crankpin or finger 17 disposed on the arm 27 is able to come to rest on a leaf spring 18 rigidly fixed, the stator comprising spring supports and limit stops as in the case of FIGS. 1 and 2. The operating mode of the shutter 8 carrying the crank arm is the same as that of the shutters of FIG. 1, while the second flap 8b similarly oscillates in the opposite direction.
Consequently, the average current between the two shutters is always arranged coaxially.
You can have more than two components work in the same group. Thus, in the embodiment of FIG.
5, each flap 8, 8c has a journal or shaft 15 and a toothed sector mounted on it. The toothed sectors 29 of the intermediate flaps 8c of the group are arranged so as to come in
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taken with the corresponding sectors of the other adjacent flaps. The end blades 8 of a group have truncated toothed elements 30 engaged with only one adjacent toothed sector 29. A toothed element 30 carries a crank arm 31 engaged with a spring 18 as above.
The whole row of shutters can be divided in this way, for example at the rate of six similar groups which can be operated independently.
In each of the aforementioned embodiments, the normal position of the flaps is chosen so as to correspond to a determined value of the average speed of the incident fluid attacking the row of flaps, each flap pivoting under the effect of a local increase in this flap. value. Generally, however, the mean velocity of the incident fluid is subject to large variations. The various embodiments described above can be modified as indicated in fig. 6, to adapt to variations in the average speed. The parts 20, on which the leaf springs 18 are fixed, are mounted, no longer on the stator 2, but on a ring 35 externally embracing the stator casing and rotating with the latter. For the sake of clarity, only one part 20 has been shown in FIG. 6.
An articulation 36, on the ring 35, is connected by a connecting rod 37 to the piston rod 38 of a servopiston 39 operating in a cylinder 40, so. that the movement of said piston rotates the ring. Passages 41, 42 at the ends of the cylinder each communicate with openings 43, 44 in a distributor 45. The latter forms a cylinder 46 for a piston-slide 47 movable parallel to the servopiston. The widened ends of the piston-slide control corresponding ports of the
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distributor. This has an inlet 48 for the pressurized fluid, communicating with the thinned portion of the spool and with exhaust outlets 49,50 opposite the ports 43,44. A lever 51 is articulated, at one end, to the piston rod 38 of the servo piston 39 and extends transversely to this rod.
A connecting rod 52 connects the spool to an intermediate point of the lever 51. The other end of the lever 51 is articulated to a rod 53 which extends parallel to the axis of the spool and is connected to the free end of the spool. a bellows 54 arranged with its axis parallel to that of the piston rod.
The end of the bellows opposite the lever is attached to the wall of a fixed chamber 55 surrounding the bellows. The assembly is such that, on contraction or extension of the bellows, the control rod 53 causes the lever 51 to pivot relative to the rod 38 of the servopiston. The slide 47 is then moved so as to admit the fluid to one of the openings 43, 44, so that the servo piston 39 is moved in proportion to the movement of the bellows. By this displacement of the servopiston, the lever 51 pivots around its articulation on the rod 53, 'and thus gradually returns the slide 47 to its initial position.
The interior of the bellows is connected to a kinetic pressure manifold having taps themselves connected to six Pitot tubes oriented upstream of the fluid stream, these tubes being arranged uniformly around the inlet section of the compressor in a region forward of the row of flaps 8. The chamber 55 surrounding the bellows is connected to a static pressure manifold 58 having outlets themselves connected to six laterally directed static pressure tubes 59, each of them adjacent to the 'one of the Pitot tubes.
Alternatively, the static pressure manifold can
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have a single connection with a static pressure tube 60 arranged to respond to the average static pressure in the incident stream. The assembly is such that the bellows expands under the effect of an increase in the ratio of the mean kinetic pressure to the mean static pressure in the incident current at the inlet. The connection between the servo piston 39 and the ring 35 is such that the movement of the bellows, on an increase in said ratio, causes the ring to rotate in a direction which tends to bend the leaf springs 18 further.
Thus, the leaf springs exert a greater load on the flaps as the average head speed of the incident fluid increases, and the sensitivity of the flap pivoting in response to a local increase in the incident speed is related to the general increase. of the incident mean speed. As the pressure difference on the bellows is also a function of the density of the fluid striking the flaps, the device acts in such a way as to increase the load of the spring on each flap as a function of the density of the fluid, and consequently the load of the fluid on the shutter is increased.
In the compressor shown in fig. 1 and 2 or as modified with reference to one of fig. 3 to 6, aerodynamic loads on a flap or on a group of flaps can sometimes lead to excessive vibration. Accordingly, each shutter 8 or at least one of the shutters coacting with a group is provided, as shown in FIGS. 1 and 2, a damping plate fixed to an extension 63 of the internal pivot 9 of the shutter. The cylindrical dash-pot 64 surrounds the plate 62 with only a slight clearance around the periphery of the latter, which is arranged diametrically with respect to
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at the dash-pot.
This comprises a fixed radial partition 65 and a connection 66 for a damping fluid at least slightly pressurized, which can advantageously be air coming from the central Pitot tube 67 provided in the central body.
The plate 62 and the dash-pot 64 coact in the known manner to damp vibrations in the pivoting shutter.
As a variant for rotating the shutter by the aerodynamic load applied to it, the shutter can be driven in rotation by a servo-control, as shown in FIG. 7. The shutter 8 is pivotally mounted as in the embodiment of FIGS. 1 and 2, with a journal. extending radially outward and a crank arm 16 attached thereto. The finger 17 is connected by an intermediate connecting rod 37 to a piston rod 38 of the servo-piston 39. The servo-drive comprises a cylinder, a distributor, a slide with corresponding fluid conduits, a bellows and a chamber containing it. , as well as a kinematic device as described with reference to FIG. 6, the reference figures being the same '.
The interior of the bellows is connected, as in the embodiment of FIG. -6, to a medium kinetic pressure manifold having taps connected to six Pitot tubes directed upstream and distributed uniformly all around. the compressor entry into an area in front of the shutter row 8.
The chamber 55 surrounding the bellows 54 is connected to a Pitot tube directed towards the front of the stream and disposed in the inlet section at the front of the shutter ... The assembly is such that the bellows contracts under the effect of an increase in the ratio between the kinetic pressure at the inlet of the shutter and the average kinetic pressure in the inlet section. The connection between the servo-piston and
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the control crank is arranged such that the inclination of the shutter increases when the bellows contracts. In this embodiment, and similarly to what is provided in FIG. 6, the supply of fluid to the distributor can be obtained from a pump driven by the compressor shaft.
Although it is possible to control the pivoting of each shutter independently, this by providing in combination with each shutter a control system as described in the previous paragraph, a more practical arrangement consists in controlling several, eg six, fragmentary groups of adjacent shutters from a control system associated with each group. Thus the shutters of each group can be arranged in a general way, as shown in fig. 5, for which said flaps all have their radial pivots at their outer ends, the intermediate flaps of the group having toothed sectors fixed to their journals and being in engagement with the corresponding sectors of two adjacent flaps.
Only one of the flaps of the group has a crank fixed to its toothed sectors and connected to the servo-piston of a control system as described with reference to FIG. 7. The Pitot tube connected to the chamber surrounding the bellows is disposed upstream of the approximate center of the surface of the fragmentary group of flaps. The successive valves of the group are arranged with equal but opposite inclinations at all times. The bellows of the control systems of the various shutter groups are connected to a common manifold 56.
According to one variant, the selectively controlled groups of shutters each comprise a comparatively small number, in particular of two shutters, deposited in a segment,
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of the entry ring ', as shown in fig. 8. The two flaps 8µ¯ each have pivots 15 and crank arms 17, 17a. The arm 17 on the flap 8 is connected to the servo-controlled connecting rod 37 as described with reference to FIG. 7. The arm 17a on the other flap 8a is hingedly connected, by a connecting rod 72, to an extension 73 of the arm 17, so that the flap 8a is forced to rotate in a similar manner but in the opposite direction with respect to the. shutter 8. End stops can be provided for each shutter as in the case of FIG. 2.
The local Pitot tube 70, associated with each pair of valves 8,8a, is disposed halfway between them. In some cases, a row of shutters arranged relative to each other in a manner similar to that described, may be advantageously provided to provide an acceptable degree of uniformity in the fluid inlet velocity. to the following rows of blades.
This is the case in particular if the flaps have a wider chord than the blades of the following rows.
It is obvious that the shutters comprising a servo-drive do not need to be provided to pivot about an axis located downstream from the center of pressure or of the thrust of the shutter. In fact, as shown in fig. 8, the pivot could be provided upstream of the center of pressure or of thrust of each flap, so that the aerodynamic torque on the flap tends to bring it back to a position of minimum inclination.
A variant of the control device of that of FIG. 7 with servo-controlled shutters is shown in fig. 9. This device comprises six Pitot tubes 57 directed towards the front of the stream as well as a pressure manifold.
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kinetics, therefore as described with reference to Figs.
6 and 7, and a local Pitot tube 70 upstream of a shutter 8, as shown in FIG. 7. The manifold 56 and the tube 70 are connected to the two opposite sides of a flexible diaphragm 75 dividing a pressure capsule 76 into two chambers. Insulated contacts 77,78 are disposed on the opposite sides of the diaphragm, which carries a common movable contact 79. These various contacts are connected by connections 81, 82 respectively to a relay 83 thus constituting two pairs of circuits 80, 82 and 81, 82.
The relay is connected by pairs of corresponding circuits 84,86 and 85,86 to a reversible motor 87, so as to ensure the rotation of the motor in one direction when the contacts 78,79 are engaged and in the other direction. tion when, on the contrary, the contacts 77,79 are engaged.
The motor shaft carries a worm 88 engaged with a toothed sector 89 on the pivot 15 of the shutter 6. A local increase in the speed of the fluid striking the shutter, relative to the average fluid speed, closes the valves. contacts 77, 79 so as to increase the inclination of the shutter 6 with respect to the current. As the local speed decreases compared to the average value, the shutter action of the shutter in this position influences the current upstream of the shutter and possibly in fact causes a temporary reduction in the local speed below the average value. Consequently, the contacts 78, 79 are made to close to cause the reversal of the motor and to return the shutter to its initial inclination with respect to the current.
It is understood that a plurality of control devices as described generally above can each control one of several groups or pairs of shutters,
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as described with reference to fig. 7, the Pitot tubes 57 and the manifold 56 still being common to all the control devices.
In each of the servo control systems shown in figs. 7 and 9, as modified in any way described above, the local Pitot tube 70 may be disposed downstream of the shutter or the associated shutter group, as indicated at 70a. When the position of the shutter is normal, the tube 70a will act under the effect of a local increase in the incident fluid passing through the shutter, in the same way as the tube 70, causing the inclination of the shutter to increase. As a result, when the local incident speed returns to the average value, the flap which was tilted will in fact cause a temporary and local reduction in speed to the tube 70a, whereupon the control system will respond so as to return the flap to the normal position.
Consequently, the device of this variant still works in response to variations in the incident local velocity of the fluid. Likewise, the tubes 57 could be arranged downstream of the flaps as indicated at 57a.
As goes without saying, each of the embodiments of the invention described in the foregoing with reference to an axial compressor could be adapted without any change in its essential characteristics to a turbine, for example of the axial type, having a cone d. 'exhaust' of conventional shape surrounded by an exhaust duct or outlet between which could for example extend the row of flaps 8. It is also obvious that a grid of parallel flaps' extending between the walls of a single tubular duct of ramjet or other appearing, seen transverse
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dirtily, as shown in any of figs. 2 to 5 and 8, could be ordered in a substantially similar fashion to that provided in the various embodiments illustrated.