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On sait qu'il est souvent nécessaire d'apporter des retouches aux roues des ventilateurs, compresseurs ou pompes centrifuges, tournant . une vitesse imposée, quand, après mise en exploitation, on s'apergoit que les carac- téristiques fournies s'écartent quelque peu de celles qui sont demandées*'
Avec les roues du type classique, non munies d'un
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diffuseur tournant avec la roue,, c'est-à-dire celles pour lesquelles il y a égalité de diamètre entre les flan- ques et l'extrémité des pales, on ne dispose que de deux moyens pour effectuer ces retouches : diminuer le diamè- tre des pales; retoucher l'angle de sortie des pales;
le premier moyen ne pouvant d'ailleurs être utilisé que s'il s'agit de réduire la pression fournie.
Les roues du type muni d'un diffuseur tournant prolongeant les flasques de la. roue, sont plus favorisées car, aux deux moyensci-dessus décrits, s'en ajoute un troisième: augmenter le diamètre des pales. Celui-ci peut en effet s'utiliser sans augmenter le diamètre de la roue, car on dispose, à l'intérieur du diffuseur tournant, de toute la place voulue pour allonger les pales. Il de- vient donc possible, avec ce type de roues, non seulement de diminuer la pression en raccourcissant les pales, mais encore de l'augmenter en les allongeant, sans qu'il soit nécessaire de retoucher l'angle de sortie.
Cependant, si les-roues à diffuseur tournant sont de petites dimensions, ou très étroites, il arrive que ces retouches-soient délicates, en raison de la difficulté qu'il y a d'accéder à l'extrémité des paies, à l'inté- rieur du diffuseur.
Le perfectionnement, objet de la présente inven= tion, supprime ces difficultés. Il consiste à, utiliser des ailettes auxiliaires, disposées à la périphérie du diffu- seur tournant et donc à un emplacement très accessible. Ces ailettes, qui tournent avec la. roue, sont séparées des pales principales par un large intervalle dans lequel il n'y a pas de transformation d'énergie mécanique en énergie de fluide, mais seulement transformation, par l'effet du diffuseur tournant, d'énergie cinétique en énergie poten- tielle. Suivant le nombre, la. largeur et l'inclinaison des ailettes, celles-ci pourront corriges les caractéris- tiques fournies, soit en sustentent la pression!,- soit, au contrine
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en la. diminuant.
En outre,rendant la courbe caractéristique de pression entièrement tombante depuis le point de débit nul, elles renforceront l'effet d'anti-pompage qui est un avantage connu desrroues à diffuseur tournant.
Enfin, la, commodité d'emploi de pareilles a.ilet- tes est telle que, dans bien des cas, on les emploiera. avec avantage, en dehors même de tout problème de retouche de caractéristiques, surtout en combinaison avec dévoues munies de pales radiales qui sont celles présentant les plus grandes facilités de construction; l'avantage d'une telle combinaison étant d'obtenir des courbes caractéris- tiques de pression ayant même allure que celles fournies par des roues dont les pales, au lieu d'être radiales, sont couchées en arrière du sens de rotation, et dont la construction est plus coûteuse.
Le perfectionnement objet de l'invention sera mieux compris et des exemples de mise en oeuvre en seront donnés dans la description qui suit se référant au dessin annexé dans lequel :
La figure 1 est une vue schématique partielle d'une roue selon l'invention, dans un plan perpendiculaire à son axe de rotation et avec tracé des triangles des vi- tesses d'écoulement du fluide;
La figure 2 est une vue en coupe radiale de la. roue de la figure 1;
La. figure 3 est une vue partielle d'une roue, ana- l.ogue à' celle de la figure 1, avec tracé des triangles des vitesses'pour un autre régime (diminution du débit);
La figure 4 est une vue analogue à la précédente, avec tracé des triangles des vitesses pour un autre régime (augmentation du débit par rapport à la. figure 1) ;
La figure 5 est un graphique de fonctionnement -
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comparé de la roue, avec en abscisse le débit et en ordon- née la. pression fournie, la- vitesse de rotation étant suppo- sée constante;
La figure 6 est un exemple de traçage d'une ailette;
La. figure 7 représente un exemple de montage d'une ailette sur le diffuseur tournant, vu en coupe suivant l'axe VII-VII de la figure 8;
La figure 8 est une autre vue du montage de l'ai- lette de la figure 7, avec coupe suivant l'axe VIII-VIII de cette dernière figure; La. figure 9 est une vue, analogue à la figure 8, d'une variante de montage d'une ailette.
Aux figures 1 et 2, où l'on a représenté, à ti- tre d'exemple, une roue à pales radiales, on voit i'axe de rotation en 00', l'ouïe d'aspiration en 1, l'extrémité des pales principales en 2, le bord d'attaque d'une ailette auxiliaire en 3, son bord de fuite en 4, situé à titre d'exemple à le. même distance de l'axe que l'extrémité 6 du diffuseur tournant. Celui-ci est composé de deux fla.s- que$ 6 et 7, qui prolongent les flasques 8 et e de la roue, entre lesquels sont insérées les paies principales 10.
Dans l'exemple, on a choisi un type de pale muni de cuillers d'entrée 11, comme dans les roues utilisées dans les com- presseurs d'avion, mais il est bien entendu que tout autre tracé peut être adopté pour les pales principa.les 10 qui, au lieu d'être radiales, pourront être couchées en ar- rière ou en avent du sens de rotation. Demême, la lon- gueur et la. divergence des flasques 6 et 7 du diffuseur tournant peuvent être différentes de celles de cet exemple.
A la figure 1, on a représenté le triangle des vitesses de l'écoulement fluide à la sortie des pales principales en 2. On e U2 : vitesse périphérique de la
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roue pour ce point 2 ; Vu2 : composante tangentielle de la. vitesse absolue de l'écoulement en ce même point 2 ; Vm2 : composante méridienne de cette même vitesse au même pointe V2 est donc la vitesse absolue résultante. La dif- férence Vu2 - U2, avec son signe, est la composante tan- gentielle relative (pour un observateur tournent avec la @ roue) et W2 est la vitesse relative résultante.
Au. point 3', situé un peu en dedans de la péri- phérie du diffuseur tournant, et choici coma centre des ailattes auxiliaires, le triangle des vitesses se sera. déformé comme suit : La- vitesse périphérique U3', du point 3', a grandi vis-à-vis de U2 dans le rapport des rayons des points 3' et 2. La composante tangentielle de la, vitesse absolue d'écoulement est liée à Vu2 et à U2 et U3' par la condition : U3' x Vu3' U2 x Vu2, puisqu'il n'y a eu aucune transformation d'énergie mécanique en énergie de fluide dans le diffuseur tournant.
La composante méridienne de la. vitesse d'écoule- ment Vm3' a décru, vis-à-vis de Vm2, dans le rapport des sections équatoriales, comptées respectivement sur des cylindresd'axe 00'et de rayons R2 et R3', entre les fias- ques 8 et 9 et 6 et 7.
La vitesse absolue résultante est devenue V3', et la, vitesse relative résultante est devenue W3', beau- . coup plus grande que W2 et beaucoup plus rapprochée de la, tangente à la. circonférence de rayon R3' que W2 ne l'é- tait de la tangente à la circonférence de rayon R2.
Les ailettes auxiliaires 12 (une seule d'entre elles est représentée à la figure 1), constituées dans l'exemple par des lames Plates, ou mieux, par un profil d'aile d'avion symétrique, sont disposées de manière à
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avoir leur axe 3-4 confondu avec la direction W3', avec leur centre en 3' et leurs bords d'attaque en 3, et de fuite en 4.
Dans ces conditions, aucune force de portance n'est créée. On ne constatera donc, pour ce régime, aucune différence dans la pression fournie par la roue, que les ailettes auxiliaires soient en place ou enlevées.
A la figure 3 (avec ailettes calées rigoureusement dans la- position déterminée figure 1), on a recommencé le tracé des triangles des vitesses pour un autre régime, différent de celui de la figure 1, et caractérisé par une diminution du débit, donc de la composante méridienne de la vitesse Vm2.
La. nouvelle vitesse relative résultante W'3' est plus rapprochée de la. tangente à la circonférence de rayon R3' que celle W3' de la figure 1. Il en résulte qu'une force de portance 13, dirigée vers l'intérieur de la. roue, est créée sur les ailettes et, en conséquence, on constate une augmentation de la pression, entre l'inté- rieur du diffuseur tournant et l'extérieur de la. roue. La. pression fournie a été augmentée.
Inversement, à la figure 4, on a étudié un autre régime dans lequel le débit est augmenté, et par conséquent la. composante méridienne v"m2 est devenue plus grande que vm2 de la figure 1. On trouvera, que la. nouvelle vitesse relative résultante W"3' est plus écartée de la. tan-, gente à la circonférence de rayon R3' que W3' de la figure 1. Une force de portance 14 sera ainsi créée sur le profil de l'ablette, mais elle sera dirigée, cette fois- ci, vers l'extérieur de la roue. La couronne d'ailettes auxiliaires se comporte alors comme un aubage de turbine et restitue de l'énergie mécanique à l'arbre de la machine
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en diminuant la pression fournie.
Le graphique de la figure 5 avec la débit Q porté en abscisse et la pression fournie P en ordonnée, la vitesse de rotation étant supposée constante, rend compte du fonctionnement de la roue analyse à l'aide des figures 1, 3 et 4.
La. courbe I est celle de la roue, les ailettes auxiliaires étant enlevées. La courbe II est celle de la roue garnie d'ailettes auxiliaires. Le point d'intersec- tion A des deux courbes est celui du régime analysé à la figure 1. Le point B est celui du régime analysé figure 3 et, enfin, le point C est celui du régime analysé figure 4.
La courbe II est celle qui est obtenue avec l'em- ploi d'un nombre d'ailettes auxiliaires N bien déterminé, chacune d'elles ayant une largeur L comptée entre bord d'attaque 3 et bord de fuite 4 également bien déterminée, c'est-à-dire que cette courbe correspond à un produit N x L bien déterminé, et à une orientation des ailettes qui est celle déterminée par le tracé de la figure 1.
On comprend facilement, sans recommencer le tracé des figures 1 à 4, que si, sans changer l'orientation des ailettes auxiliaires, on augmente la valeur du produit N x L, les forces de portance 13 et 14, des figures 3 et 4, seront augmentées et l'on obtiendra, une nouvelle courbe III passant toujours par le point A, mais faisant un angle plus grand avec la courbe initiale I que la courbe 11. In- versement, si l'on diminue la valeur du produit N x L, sans modifier l'orientation des ailettes, on aura une nouvelle courbe IV passant encore par le point A, mais faisant un angle moins grand avec la. courbe 1 que la, courbe II.
Par conséquent, en faisant varier uniquement le paramètre N x L, sans d'ailleurs qu'il soit nécessaire
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d'atteindre des valeurs N x L élevées par rapport à la circonférence 2 # R3' (en pratique, il sera préférable de ne pas dépasser un rapport 2) (R3' 0,4 en choisissant
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2 ) .l:t31 en outre, pour N, un nombre premier différent de celui choisi pour les pales principales, par exemple 11, 17 ou 19, afin d'éviter les interférences des sillages des pales principales) on remplace la courbe unique initiale 1 par un faisceau de courbes ee croisant toutes au point A.
On comprend également facilement, sans recommencer la tracé des figures 1 à 4, que si, cette fois-ci, on avait choisi pour tra.cer la figure 1 une composante méri- dienne Vm2 plus grande que celle adoptée, on aurait trou- vé une direction de la vitesse relative W3' qui aurait fait un angle plus grand avec la tangente à la circonférence de rayon R3' que celui représenté sur la. figure 1. Le point d'intersection sur la figure 5 est D, situé à droi- te de A. En faisant varier maintenant la valeur du produit N x L, on aura un nouveau faisceau de courbes se croisa.nt toutes en D (représentées en traits interrompus).
Si, au lieu de prendre une valeur de la compo- sante méridienne Vm2 plus grande que celle de la figure 1, on l'avait prise -plus petite, on aurait de même, en fai- sant varier N x L, obtenu un nouveau faisceau de courbes, mais cette fois-ci avec un point d'intersection E, situé à gauche de A (courbes représentées en traits Mixtes).
On peut recommencer autant de fois qu'on le dé- sire ;, et en définitive, on aura. remplacé la courbe ini- tiale I par une bande s'étalant largement au-dessus et au-dessous de part et d'autre de celle-ci.
Si donc, il est nécessaire de procéder à une retouche de la roue, soit pour augmenter la pression,
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fournie soit pour la. diminuer, on voit que plusieurs solu- tions seront possibles, en agissant soit sur le produit N x L seul, soit sur l'orientation donnée aux ailettes auxiliaires, soit en agissant sur lesdeux simultanément.
Dans-tous les cas, il y aura. une solution opti- mum, au point de vue du rendement, que l'on obtiendra. en faisant varier le produit N x L et l'orientation, de telle manière que l'engls d'incidence que fait le profil de l'ailette avec la. direction W3' soit voisin de celui de meilleure finesse de la polaire de ce profil. Il est fa- cile de voir, par l'examen des figures 1 à 4, que cette condition est facile à réaliser et, qu'en fait, les ailet- tes auxiliaires fonctionnent toujours dans des conditions très voisines de l'optimum, parce qu'elles sont toujours très couchées vers 11 arrière du sens de rotation, et qu'ainsi leur emploi est un excellent moyen de faire va-- rier les caractéristiques d'une roue sans que ce soit au détriment du rendement.
L'examen de la figure 5 fait apparaitre, en outre, que parmi toutes les courbes réalisables au moyen de l'adjonction des ailettes auxiliaires, il sera. facile d'en trouver plusieurs qui seront toujours régulièrement tombantes à partir du point zéro et qu'ainsi, l'emploi d'ailettes, en nombre, largeur et calées à l'angle voulu, procurera la possibilité de supprimer tout danger de pom- page.
Enfin, la figure 5, qui montre les larges possi- bilités de fonctionnement d'une roue à pales principales radiales, choisie comme exemple, et munie d'ailettes auxi- liaires. prouve que cette combinaison est susceptible d'applications très étendues et peut remplacer avanta- geusement la solution classique consistant à utiliser une gamme de roues d'angles de sortie différents, écho-
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lonnés par exemple de 900 (parles radiales) à 600 (couchées en arrière).
Dans le cas des figures 1, 3 et 4, on a supposé, pour rendre plus clair l'exposé du fonctionnement, que les ailettes auxiliaires étaient réduites à leur centre 3'.
Cette simplification n'est admissible que si la largeur L des ailettes, comptée entre le bord d'attaque 3 et le bord de fuite 4, est très petite, ce qui rend les rayons des points 3 et 4 presque égaux eu rayon R3'.
A la figure 6, on a représenté le tracé plus compliqué, mais rigoureusement correct d'une ailette pour laquelle la différence des rayons des points 3 et 4 n'est plus négligeable, et qui fournit, en outre, un supplément de pression tel que la. composante tangentielle.de la. vi- tesse relative à la sortie, au point 4, est sensiblement plus grande que celle qui résulte de la. loi U4 x Vu4 = U2 x Vu2. Ce tracé est donné à titre d'exemple pour un cas analogue à celui de la figure 3, c'est-à-dire pour lequel il y a une force de.... portance créée sur l'ailette de manière à engendrer une augmentation de pression.
En outre, les pales principales ne sont plus radiales, mais font un angle de 60 avec la. tangente à la, circonférence de rayon R2. Enfin, le profil choisi pour les ailettes auxiliaires n'est plus un profil symétrique, mais un pro- fil incurvé.
Les triangles des vitesses s'établissent sans difficulté pour les trois rayons R2, R3 et R4, et l'on déduit les directions W3 et W4. On décelé les positions des points 3 et 4, de telle manière que les deux directions W3 et V4 se coupent en parties égales. On trace l'arc de cercle 15 tangent à W3 et W4 aux points 3 et 4. On a ainsi la trajectoire de l'écoulement dans la zone d'action
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desaileties. Ou fa.it tourner cet arc, autour du point 4, d'un engle 1 dont le. va.leur est celle de l'angle d'inci- dence de meilleure finesse du profil d'aile qui seraaiop- té pour les ailettes.
On obtient ainsi l'arc 16 qui joue, vis-à-vis de l'ailette, le mme rôle que la. corde du pro- fil d'aile adopté. Il coupe la. circonférence de rayon R3 au point 3"' qui sera le bord d'attaque de l'ailette. Entre 3"' et 4 on trace, par rapport à l'arc 16, l'intrados et l'extrados du profil d'aile 17, d'après les coordonnées du catalogue de profils. On a ainsi obtenu un tracé qui donne- ra. des ailettes donnant le supplément de pression désiré avec l'angle d'incidence 1 optimum, donc dans' les meilleu- res conditions de rendement.
Selon une forme de réalisation possible indiquée en exemple eux figures 7 et 8, on a figuré une pale prin- cipale 10 entièrement radiale et une ailette auxiliaire 12, qui, constituée d'un même métal que les flasques 6 et 7 du diffuseur tournant, -est fixée sur celui-ci par soudure. L'ailette 12 est profilée et tracée suivant la méthode de la figure 6.
Cette ailette est fortement sollicitée par la. force centrifuge, surtout dans le cas des roues de com- presseur. Il est donc nécessaire de l'empêcher de'se.dé- former. Pour cela., on lui donne une courbure dans le plan axial, la. concavité regardant l'extérieur de la. roue. Sous l'action de la force centrifuge, elle tend à prendre na- turellement la courbure inverse 12' représentée en traits interrompus sur la figure 8, mais pour cela. elle doit pas- ser d'abord pa.r le. -position intermédisire horizontale, en écartent les flasques 6 et 7 du diffuseur.
Ceux-ci sont également sollicités par la. force centrifuge et tendent à prendre naturellement des posi-
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tions 6' et 7', moins divergentes que leurs positions au repos, en se rapprochant l'un de l'autre. Les deux mouve- ments s'opposent l'un à l'autre et l'équilibre initial sera donc maintenu.
La figure 9 représente une variante de la cons- truction prévue aux figures 7 et 8. L'ailette 12 est alors constituée d'une matière différente et plus légère (allia- ge léger ou plastique) que celle constituant les flasques 6 et 7, de manière à ce que l'ailette soit moins sollicitée par la force centrifuge. Ne pouvant plus être soudée, elle est maintenue en place dans des alvéoles 18 découpés à l'emporte-pièce, ou par tout autre moyen, dans les flasques 6 et 7, et dont les contours épousent ceux du profil de l'ailette. Ces alvéoles sont fermés par des plaquettes 19, soudées sur les faces extérieures des flasques 6 et 7.
Bien entendu, ces exemples ne sont pas limitatifs et l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer que les ailettes seront creuses, qu'elles pourront avoir une section variable, être plus épaisses au centre qu'aux extrémités, de manière à constituer une poutre moins déformable, que leurs extrémités pourront être pliées, de manière à permettre une fixation par rivetage, etc...
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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We know that it is often necessary to make alterations to the wheels of rotating fans, compressors or centrifugal pumps. an imposed speed, when, after commissioning, we notice that the characteristics provided differ somewhat from those requested * '
With wheels of the conventional type, not provided with a
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diffuser rotating with the wheel, that is to say those for which there is equality of diameter between the flanks and the end of the blades, there are only two means available to carry out these alterations: reduce the diameter - be blades; retouch the exit angle of the blades;
the first means can moreover be used only if it is a question of reducing the pressure supplied.
The wheels of the type provided with a rotating diffuser extending the flanges of the. wheel, are more favored because, to the two means described above, a third is added: increasing the diameter of the blades. This can in fact be used without increasing the diameter of the impeller, since there is, inside the rotating diffuser, all the space required to lengthen the blades. It therefore becomes possible, with this type of wheel, not only to reduce the pressure by shortening the blades, but also to increase it by lengthening them, without it being necessary to adjust the exit angle.
However, if the rotating diffuser wheels are small, or very narrow, it can happen that these touch-ups are difficult, because of the difficulty there is in accessing the end of the pays, the inside the diffuser.
The improvement, object of the present invention, eliminates these difficulties. It consists in using auxiliary fins, arranged at the periphery of the rotating diffuser and therefore in a very accessible location. These fins, which rotate with the. wheel, are separated from the main blades by a wide interval in which there is no transformation of mechanical energy into fluid energy, but only transformation, by the effect of the rotating diffuser, of kinetic energy into potential energy. tielle. Depending on the number, the. width and inclination of the fins, these will be able to correct the characteristics provided, either to lift the pressure!, - or, to the contrine
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in the. decreasing.
In addition, making the pressure characteristic curve entirely drooping from the zero flow point, they will enhance the anti-pumping effect which is a known advantage of rotating diffuser wheels.
Finally, the convenience of using such threads is such that, in many cases, they will be used. with advantage, even apart from any problem of retouching characteristics, especially in combination with devils provided with radial blades which are those presenting the greatest ease of construction; the advantage of such a combination being to obtain characteristic pressure curves having the same shape as those provided by wheels, the blades of which, instead of being radial, are lying behind the direction of rotation, and of which construction is more expensive.
The improvement which is the subject of the invention will be better understood and examples of its implementation will be given in the following description with reference to the appended drawing in which:
FIG. 1 is a partial schematic view of a wheel according to the invention, in a plane perpendicular to its axis of rotation and with the outline of triangles of the fluid flow speeds;
Figure 2 is a radial sectional view of the. wheel of Figure 1;
Figure 3 is a partial view of a wheel, similar to that of Figure 1, with tracing of speed triangles for another speed (reduction in flow);
FIG. 4 is a view similar to the previous one, with the drawing of the speed triangles for another regime (increase in flow rate compared to FIG. 1);
Figure 5 is an operating graph -
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comparison of the impeller, with the flow rate on the abscissa and the ordinate. pressure supplied, the speed of rotation being assumed to be constant;
FIG. 6 is an example of tracing of a fin;
FIG. 7 represents an example of mounting of a fin on the rotating diffuser, seen in section along the axis VII-VII of FIG. 8;
FIG. 8 is another view of the assembly of the blade of FIG. 7, with section along the line VIII-VIII of the latter figure; Figure 9 is a view, similar to Figure 8, of a variant of the mounting of a fin.
In Figures 1 and 2, where there is shown, by way of example, a wheel with radial blades, we see the axis of rotation at 00 ', the suction inlet at 1, the end of the main blades at 2, the leading edge of an auxiliary fin at 3, its trailing edge at 4, located by way of example at le. same distance from the axis as end 6 of the rotating diffuser. This is composed of two fla.s- que $ 6 and 7, which extend the flanges 8 and e of the wheel, between which are inserted the main pays 10.
In the example, we chose a type of blade fitted with inlet scoops 11, as in the wheels used in airplane compressors, but it is understood that any other layout can be adopted for the main blades. .the 10 which, instead of being radial, could be lying backwards or forwards from the direction of rotation. Likewise, the length and the. divergence of the flanges 6 and 7 of the rotating diffuser may be different from those of this example.
In FIG. 1, the triangle of the speeds of the fluid flow at the outlet of the main blades at 2 has been represented. We have U2: peripheral speed of the
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wheel for this point 2; Vu2: tangential component of the. absolute speed of the flow at this same point 2; Vm2: meridian component of this same speed at the same point V2 is therefore the resulting absolute speed. The difference Vu2 - U2, with its sign, is the relative tangential component (for an observer turning with the @wheel) and W2 is the resulting relative speed.
At. point 3 ', located a little inside the periphery of the rotating diffuser, and choici coma center of the auxiliary ailattes, the triangle of speeds will be. deformed as follows: The peripheral velocity U3 ', from point 3', increased with respect to U2 in the ratio of the radii of points 3 'and 2. The tangential component of the, absolute velocity of flow is related to Vu2 and to U2 and U3 'by the condition: U3' x Vu3 'U2 x Vu2, since there has been no transformation of mechanical energy into fluid energy in the rotating diffuser.
The meridian component of the. flow velocity Vm3 'has decreased, with respect to Vm2, in the ratio of the equatorial sections, respectively counted on cylinders of axis 00' and of radii R2 and R3 ', between the sides 8 and 9 and 6 and 7.
The resulting absolute speed became V3 ', and the resulting relative speed became W3', much. stroke larger than W2 and much closer to the, tangent to the. circumference of radius R3 'than W2 was from the tangent to the circumference of radius R2.
The auxiliary fins 12 (only one of them is shown in FIG. 1), formed in the example by flat blades, or better still, by a symmetrical airplane wing profile, are arranged so as to
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have their axis 3-4 coincident with the direction W3 ', with their center in 3' and their leading edges in 3, and trailing edges in 4.
Under these conditions, no lift force is created. No difference in the pressure supplied by the wheel will therefore be observed for this speed, whether the auxiliary fins are in place or removed.
In Figure 3 (with fins rigorously set in the position determined in Figure 1), we started again the tracing of the speed triangles for another regime, different from that of Figure 1, and characterized by a reduction in flow, therefore the meridian component of the speed Vm2.
The resulting new relative velocity W'3 'is closer to Ia. tangent to the circumference of radius R3 'than that W3' of FIG. 1. As a result, a lift force 13, directed towards the inside of the. impeller, is created on the fins and, as a consequence, there is an increase in pressure between the interior of the rotating diffuser and the exterior of the. wheel. The pressure supplied was increased.
Conversely, in Figure 4, we studied another regime in which the flow is increased, and therefore. meridian component v "m2 has become greater than vm2 in Figure 1. It will be found that the resulting new relative velocity W" 3 'is further away from the. tangent to the circumference of radius R3 'than W3' of FIG. 1. A lift force 14 will thus be created on the profile of the bar, but it will be directed, this time, outwards from wheel. The ring of auxiliary fins then behaves like a turbine blade and restores mechanical energy to the machine shaft.
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by reducing the pressure supplied.
The graph in figure 5 with the flow rate Q plotted on the abscissa and the supplied pressure P on the ordinate, the speed of rotation being assumed to be constant, gives an account of the operation of the wheel analyzed with the aid of figures 1, 3 and 4.
Curve I is that of the impeller with the auxiliary fins removed. Curve II is that of the wheel fitted with auxiliary fins. The point of intersection A of the two curves is that of the regime analyzed in figure 1. Point B is that of the regime analyzed in figure 3 and, finally, point C is that of the regime analyzed in figure 4.
The curve II is that which is obtained with the use of a well-determined number of auxiliary fins N, each of them having a width L counted between the leading edge 3 and the trailing edge 4 which is also well determined, that is to say that this curve corresponds to a well-determined product N x L, and to an orientation of the fins which is that determined by the plot of FIG. 1.
It is easily understood, without repeating the layout of Figures 1 to 4, that if, without changing the orientation of the auxiliary fins, we increase the value of the product N x L, the lift forces 13 and 14, of Figures 3 and 4, will be increased and we will obtain a new curve III still passing through point A, but making a greater angle with the initial curve I than curve 11. Conversely, if we decrease the value of the product N x L, without modifying the orientation of the fins, there will be a new curve IV still passing through point A, but making a smaller angle with the. curve 1 than, curve II.
Consequently, by varying only the parameter N x L, without, moreover, it being necessary
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to reach high N x L values compared to the circumference 2 # R3 '(in practice, it will be preferable not to exceed a ratio 2) (R3' 0.4 by choosing
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2) .l: t31 moreover, for N, a prime number different from that chosen for the main blades, for example 11, 17 or 19, in order to avoid the interference of the wakes of the main blades) the initial single curve is replaced 1 by a bundle of curves ee all crossing at point A.
It is also easily understood, without repeating the tracing of Figures 1 to 4, that if, this time, we had chosen to plot Figure 1 a meridian component Vm2 greater than that adopted, we would have found a direction of the relative speed W3 'which would have made a greater angle with the tangent to the circumference of radius R3' than that shown in the. figure 1. The point of intersection in figure 5 is D, located to the right of A. By now varying the value of the product N x L, we will have a new bundle of curves all intersecting at D ( shown in dashed lines).
If, instead of taking a value of the meridian component Vm2 greater than that of figure 1, we had taken it - smaller, we would have similarly, by varying N x L, obtained a new bundle of curves, but this time with an intersection point E, located to the left of A (curves shown in Mixed lines).
We can start over as many times as we want;, and in the end, we will have. replaced the initial curve I by a band extending widely above and below on either side of it.
If therefore, it is necessary to retouch the wheel, either to increase the pressure,
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provided either for the. decrease, it can be seen that several solutions will be possible, by acting either on the product N x L alone, or on the orientation given to the auxiliary fins, or by acting on both of them simultaneously.
Either way, there will be. an optimum solution, from the point of view of yield, that will be obtained. by varying the product N x L and the orientation, so that the angle of incidence made by the profile of the fin with the. direction W3 'is close to that of the best fineness of the polar of this profile. It is easy to see, by examining Figures 1 to 4, that this condition is easy to achieve and, in fact, the auxiliary fins always operate under conditions very close to the optimum, because that they are always very tilted towards the rear of the direction of rotation, and that their use is therefore an excellent means of varying the characteristics of a wheel without this being to the detriment of efficiency.
The examination of Figure 5 shows, moreover, that among all the curves achievable by means of the addition of the auxiliary fins, it will be. easy to find several which will always be regularly falling from the zero point and that thus, the use of fins, in number, width and wedged at the required angle, will provide the possibility of eliminating any danger of pumping. page.
Finally, FIG. 5, which shows the wide operating possibilities of a wheel with radial main blades, chosen as an example, and provided with auxiliary fins. proves that this combination is capable of very wide applications and can advantageously replace the conventional solution consisting in using a range of wheels with different exit angles, echoing
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for example from 900 (radial talk) to 600 (lying back).
In the case of Figures 1, 3 and 4, it was assumed, to make the description of the operation clearer, that the auxiliary fins were reduced to their center 3 '.
This simplification is only admissible if the width L of the fins, counted between the leading edge 3 and the trailing edge 4, is very small, which makes the radii of points 3 and 4 almost equal to radius R3 '.
In Figure 6, there is shown the more complicated, but rigorously correct layout of a fin for which the difference in radii of points 3 and 4 is no longer negligible, and which also provides additional pressure such that the. tangential component of the. speed relative to the exit, at point 4, is appreciably greater than that resulting from the. law U4 x Vu4 = U2 x Vu2. This plot is given by way of example for a case similar to that of FIG. 3, that is to say for which there is a force of .... lift created on the fin so as to generate a increased pressure.
In addition, the main blades are no longer radial, but make an angle of 60 with the. tangent to the circumference of radius R2. Finally, the profile chosen for the auxiliary fins is no longer a symmetrical profile, but a curved profile.
The speed triangles are established without difficulty for the three radii R2, R3 and R4, and the directions W3 and W4 are deduced. The positions of points 3 and 4 are detected in such a way that the two directions W3 and V4 intersect in equal parts. We draw the arc of a circle 15 tangent to W3 and W4 at points 3 and 4. We thus have the trajectory of the flow in the action zone
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desaileties. Or make this arc turn, around point 4, with a sling 1 whose. value is that of the angle of incidence of best fineness of the wing profile which will be adopted for the fins.
The arc 16 is thus obtained which, with respect to the fin, plays the same role as the. chord of the wing profile adopted. He cuts it. circumference of radius R3 at point 3 "'which will be the leading edge of the fin. Between 3"' and 4 we trace, with respect to the arc 16, the lower surface and upper surface of the wing profile 17, from the coordinates of the profile catalog. We thus obtained a plot which will give. fins giving the desired additional pressure with the optimum angle of incidence 1, therefore under the best performance conditions.
According to a possible embodiment shown as an example in FIGS. 7 and 8, there has been shown a fully radial main blade 10 and an auxiliary fin 12, which, made of the same metal as the flanges 6 and 7 of the rotating diffuser, have been shown. -is attached to it by welding. The fin 12 is profiled and drawn according to the method of Figure 6.
This fin is highly stressed by the. centrifugal force, especially in the case of compressor wheels. It is therefore necessary to prevent it from deforming. For this., It is given a curvature in the axial plane, 1a. concavity looking outside the. wheel. Under the action of centrifugal force, it tends to naturally assume the reverse curvature 12 'shown in broken lines in FIG. 8, but for that. it must first go through. - horizontal intermediate position, separate the flanges 6 and 7 of the diffuser.
These are also requested by the. centrifugal force and tend to naturally take positions
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tions 6 'and 7', less divergent than their positions at rest, by approaching one another. The two movements oppose each other and the initial equilibrium will therefore be maintained.
FIG. 9 represents a variant of the construction provided in FIGS. 7 and 8. The fin 12 is then made of a different and lighter material (light alloy or plastic) than that constituting the flanges 6 and 7, so that the fin is less stressed by the centrifugal force. Can no longer be welded, it is held in place in cells 18 cut with a punch, or by any other means, in the flanges 6 and 7, and the contours of which match those of the profile of the fin. These cells are closed by plates 19, welded to the outer faces of the flanges 6 and 7.
Of course, these examples are not limiting and it is possible, without departing from the scope of the invention, to imagine that the fins will be hollow, that they may have a variable section, be thicker at the center than at the ends, so as to constitute a less deformable beam, that their ends can be bent, so as to allow fixing by riveting, etc ...
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