CH100769A - Process for compressing a gaseous fluid and device for its implementation. - Google Patents

Process for compressing a gaseous fluid and device for its implementation.

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CH100769A
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CH
Switzerland
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wheel
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fluid
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French (fr)
Inventor
Dufour Leon
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Dufour Leon
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08Centrifugal pumps
    • F04D17/10Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/12Multi-stage pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  

  Procédé de compression d'un     fluide    gazeux et dispositif pour sa mise en     aeuvre.       Dans les turbocompresseurs ou compres  seurs centrifuges du système ordinaire, le  fluide qu'il s'agit de comprimer, par exemple  de l'air, est introduit dans les canaux d'une  roue tournant rapidement. Le fluide, sortant  d'une chambre d'amenée et entrant dans ces  canaux, autour du moyeu de la roue, puis  s'écoulant par la périphérie de cette roue,  subit dans cette roue une première compres  sion, due à l'action de la force centrifuge  ainsi qu'à la diminution de sa vitesse relative  dans les canaux lorsqu'il passe du centre à la  périphérie.

   Le fluide sort de la roue avec     rnre     grande vitesse absolue de sortie, et il subit  une seconde compression dans un diffuseur  fixe placé autour de la roue, diffuseur qui  transforme en pression une partie de cette  vitesse absolue de sortie. La somme de ces  deux compressions donne la compression to  tale     que    le fluide subit lors de son passage  à travers une roue de turbocompresseur mu  nie de son diffuseur. Lorsqu'on veut donner  au fluide une compression plus forte, l'on  est obligé de disposer en série plusieurs roues  semblables, et de faire parcourir ces diverses  roues au fluide successivement, en conduisant    à la chambre d'amenée devant l'entrée des  canaux d'une roue, autour du moyeu de cette  roue, le fluide sortant du     diffuseur    de la roue  précédente.

    



  Le but de la présente invention est d'aug  menter la compression 'que l'on peut obtenir  avec une roue donnée, de façon à diminuer  le nombre de roues nécessaires, pour commu  niquer à un fluide une compression totale  prescrite. L'invention revendiquée comprend  un procédé pour obtenir ce résultat et un  dispositif pour la mise en     oeuvre    de ce procédé.  



  Le procédé consiste à faire passer le  fluide plusieurs fois et successivement dans  des canaux d'une même roue à aubes et dans  des canaux de son     diffuseur,    de façon à  élever successivement et à     chaque    fois la pres  sion du fluide.  



  Le dispositif pour la mise en     couvre    de  ce procédé est caractérisé en ce qu'il com  porte une roue à aubes dont la chambre  d'amenée du fluide à la roue et le     diffuseur     sont subdivisés en plusieurs     secteurs    distincts  et séparés les uns des autres, chaque secteur  de diffuseur sauf le dernier communiquant      avec un secteur de la chambre d'amenée, de  manière que le     fluide,    conduit d'abord au  premier secteur de la chambre d'amenée,  pénètre de là;

   dans un     certain    nombre de  canaux de la roue, traverse ces canaux et  entre dans le secteur du diffuseur correspon  dant à ces canaux, puis soit ramené au sec  teur     suivant    de la chambre d'amenée, de là,  traverse de nouveau un certain nombre de  canaux de la roue et pénètre dans le secteur du  diffuseur, correspondant, et ainsi de     suitejusqu'au     dernier secteur de     diffuseur,    où le     fluide    sous  pression sera recueilli.

   L'on pourra faire  passer le fluide de cette manière deux fois,  trois fois ou plus par la même roue, en di  visant la chambre d'amenée de cette roue et  son diffuseur en deux, trois ou plusieurs sec  teurs, et l'on obtiendra pour le fluide une  compression deux, trois ou plusieurs fois plus  forte que si le fluide n'avait passé qu'une  seule fois par la roue, en traversant à la  fois tous les canaux de cette roue.  



  La     fig.    1 représente, schématiquement et à  titre d'exemple, une vue en coupe d'un dis  positif suivant l'invention, constituant une  roue de turbocompresseur à plusieurs roues,  dans laquelle le fluide passe trois fois suc  cessivement;  La     fig.    2 représente la vue de face de  cette même roue.  



  Dans la     fig.    1, a représente l'arbre du  turbocompresseur, sur lequel est clavetée la  roue     composée    d'un disque avec moyeu b et  d'un flasque c. Entre le disque et le flasque  sont fixées les     aubes-d    qui délimitent entre  elles les canaux de la roue. Ces canaux dé  bouchent, d'une part, latéralement, tout autour  du moyeu; en eu e2, et, d'autre part, ils dé  bouchent à la périphérie de la roue. A sa  périphérie la roue est entourée par le     diffu-          seur;    qui est un espace circulaire divisé  également en une série de canaux distincts,  par des aubes fixes y.

   Ces canaux du     diffuseur     débouchent à l'extérieur dans une chambre  circulaire     hi        lis    ayant à peu près la forme  d'un tore, et qui n'est à     proprement    parler  que la prolongation du diffuseur à l'extérieur  des aubes y. Devant l'entrée des canaux des    roues, en     ei    e2, se trouve l'ouverture d'une  autre chambre circulaire intérieure     ii        i3>    qui  est appelée ici la chambre d'amenée du fluide.

    En réalité, et comme on le voit clairement  dans la     fig.    2, il y a trois     diffuseurs    distincts  fi f2     f3,    trois chambres extérieures hl     /a2        lts     et trois chambres d'amenée     ii    i2     is,    toutes  distinctes et séparées les unes des autres.  Sur cette     fig.    2, les mêmes lettres désignent  les mêmes parties que sur la     fig.    1.

   En outre,  o est une tubulure qui communique avec la  chambre d'amenée<I>il.</I> k est un canal qui fait com  muniquer une extrémité de la chambre exté  rieure     hl    avec l'extrémité correspondante de la  chambre d'amenée<I>i2. l</I> est un second canal  qui fait communiquer l'autre extrémité     de.    la  chambre     hi    avec l'autre extrémité de la  chambre<I>i2.</I> ni est un canal qui fait commu  niquer une extrémité de la chambre extérieure       1i    2 avec l'extrémité correspondante de la  chambre d'amenée     is.   <I>a</I> est un second canal  qui fait communiquer l'autre extrémité de la  chambre h2 avec l'autre extrémité de la  chambre     i3.    Quant à la chambre  <RTI  

   ID="0002.0036">   lis    elle com  munique avec une chambre d'amenée de la  roue suivante correspondant à la chambre il  de la première roue, et cette communication  est établie par des     canauxp    passant derrière  la première roue, par     conséquent    invisibles  sur la     fig.    2, mais que l'on aperçoit en coupe  partielle à la partie inférieure gauche de la       fig.    1.

   L'on n'a ainsi figuré chaque fois que  deux canaux de communication entre les  chambres extérieures<I>h</I>     i        h   <I>2</I> et les chambres       d'amenée        i2        i3,    et cela pour donner plus de  clarté au dessin. Mais en réalité ces chambres  communiqueraient entre elles par de véritables  espaces creux, plus ou moins cloisonnés par  des nervures. De sorte que. ces paires de  canaux     1c        l    et     iii   <B>té,</B> ne sont représentés sur  les     figures    .que d'une façon purement sché  matique.

   Ils     n'existeraient    pas en réalité et  seraient remplacés par les cloisonnements  intérieurs des espaces continus reliant les  chambres extérieures     /ai    h2 aux chambres  d'amenée i2     i3.    Il en est de même pour le  canal     p    reliant la chambre<I>lis</I> à la première  chambre d'amenée de la roue suivante.      Sur la     fig.    2 l'on a supposé déchirée une  partie du flasque c de la roue, et une partie  d'une paroi du     diffuseur,    de façon que l'on  aperçoit en coupe la partie supérieure et la  partie de gauche de 1a roue et du diffuseur.

    Cela permet de remarquer que le diffuseur  est divisé en trois parties par des portions  pleines, dont on aperçoit les deux premières       q1    et     q2.     



  Le fonctionnement du turbocompresseur  s'explique à la simple inspection des figures  Le fluide qu'il s'agit de comprimer, par  exemple de l'air, pénètre dans la tubulure o  et se rend de là à la première chambre  d'amenée     ii.    De cette chambre, le fluide pé  nètre dans les canaux de la roue b, entre  les aubes de cette roue, et comme la roue b  tourne très rapidement, le fluide est comprimé  et chassé vers la périphérie. Il sort de la  roue avec une grande vitesse absolue et entre  dans le premier secteur de     diffuseur    fi. Les  aubes     g    du     diffuseur    guident le fluide de  façon à le ralentir, et transforment ainsi une  partie de sa vitesse en pression.

   Le fluide  sort alors du- diffuseur proprement dit et  entre dans la chambre extérieure     h.1.    A ce  moment le fluide est déjà comprimé à une  pression notablement plus forte que sa pres  sion à l'entrée de la tubulure     o    par suite de  l'effet de la force centrifuge dans la roue, de  la diminution de sa vitesse relative dans les  canaux de la roue, et de la diminution de sa  vitesse absolue dans les canaux du diffuseur.  De cette chambre     hi,    le fluide est conduit  par les canaux<I>k</I>     l    dans la seconde chambre  d'amenée i2. Le fluide arrive dans i2 avec  sensiblement la même pression qu'il avait  dans la chambre h2, car les canaux k l sont  largement     dimensionnés    dans ce but.

   Le fluide  pourra même avoir dans la chambre i2 une  pression plus élevée que dans la chambre hi,  si les canaux<I>k 1,</I> grâce à leur forme bien  choisie, ont fait diminuer encore la vitesse  que le fluide possédait à la sortie des aubes  du     diffuseur.    De la chambre i2, le fluide pé  nètre de nouveau dans les canaux de la roue  b, et de là dans le deuxième secteur du dif  fuseur f 2 et- enfin dans la chambre extérieure h2.    Pendant ce second trajet du centre à la péri  phérie, le fluide subit une nouvelle augmen  tation de pression, tout comme s'il avait  traversé une seconde roue du turbocompres  seur.

   Enfin de la chambre h2, le fluide est  ramené au centre par les canaux<I>m n</I> dans  la chambre d'amenée     i3.    De là il pénètre  pour la troisième fois dans la roue, puis dans  le troisième secteur de diffuseur     fs,    et delà  dans la chambre     extérieure-h3.    A ce moment  le fluide a subi une troisième augmentation  de pression, et il est arrivé à une pression  correspondant à celle qu'il aurait après son  passage dans trois roues de mêmes dimen  sions d'un compresseur ordinaire. De la  chambre     hs,    les canaux p passant derrière la  roue l'amènent à la première chambre d'ame  née de la roue suivante. Si le turbocompres  seur décrit n'avait qu'une seule roue, le fluide  serait recueilli à la sortie de la chambre ha.

    Dans un turbocompresseur à plusieurs roues  et à refroidissement intermédiaire, on pourra  recueillir le fluide à la sortie de la dernière  chambre extérieure de chaque roue, soit, dans  l'exemple décrit, à la sortie de la chambre       h3,    l'amener de là au réfrigérant, puis du  réfrigérant le conduire à la première chambre  d'amenée de la roue suivante. Comme on l'a  déjà fait remarquer, les canaux et les chambres  distinctes ne sont indiqués ici que schémati  quement, pour plus de clarté. En réalité ce       nouveau    compresseur pourra être construit  d'une manière analogue, en ce qui concerne  la forme des chambres et des canaux, aux  turbocompresseurs ordinaires.  



  Les trois chambres d'amenée     ii   <I>i2</I>     i3     contenant toutes trois le fluide à des pressions       différentes,    il faut éviter autant que possible  les fuites de     fluide    d'une chambre à l'autre,  ainsi que d'une chambre vers l'extérieur.  Pour cela il faudra en premier lieu que les  aubes d de la roue soient prolongées jusqu'à  l'entrée latérale des canaux de la roue, et  affleurent la roue à l'entrée de ces canaux,  en     e1    e2, ce qui n'est pas le cas dans les  turbocompresseurs ordinaires.

   L'on pourrait  aussi faire -pénétrer dans la roue les chambres       ii    22     2g    à la     rencontre-des    aubes     tl,-    ce .qui      reviendrait au même résultat, mais serait  moins pratique.

   Puis il faudra séparer     ces     trois chambres     ii        i2        i;3    l'une de l'autre par  un intervalle au moins égal à la largeur d'un  canal de la roue, c'est-à-dire par un intervalle  au moins égal à la distance séparant deux  aubes consécutives, à l'entrée dans la roue  en     ei        e2,    sans quoi un canal de la roue  pourrait faire     communiquer    une     chambre    avec  la suivante.

   Puis il faudra naturellement ré  duire au     minimum    les pertes par les jeux  existant entre les parties tournantes et les  parties fixes et l'on y arrivera en usant des  artifices connus, soit diminution de jeu jus  qu'au minimum,     recouvrements,    rainures for  mant labyrinthe etc.  



  Les trois secteurs du     diffuseur    devront  aussi être séparés l'un de l'autre par un in  tervalle au moins égal à la distance entre  deux aubes consécutives de la roue, mesurée  à la périphérie de la roue, pour     qu'un    canal  de la roue ne puisse pas faire communiquer  l'un des secteurs avec le suivant. Dans la       fig.    2, cet intervalle entre deux secteurs du       diffuseur    est figuré par une partie pleine     qi          q2.    Dans cette même figure, l'intervalle entre  deux chambres d'amenée     ii        is    est représenté par  une partie vide, et cela pour plus de clarté  dans la figure.

   En réalité, cet intervalle entre  deux     chambres    d'amenée serait également  rempli par une partie pleine, en vue de di  minuer les fuites de fluide hors des chambres  en cet endroit. Le jeu entre la périphérie de  la roue et le     diffuseur    fixe devra aussi être  réduit autant que possible et l'on empêchera  ou diminuera les fuites en cet endroit par  les moyens connus.  



  Si l'on examine en détail, ce qui se pro  duit, lorsqu'un canal de la roue, compris  entre deux aubes consécutives, passe devant  l'extrémité de la chambre d'amenée     ii,    puis  devant l'intervalle séparant     ii    et     i2,    et enfin  devant le commencement de la chambre  d'amenée     i2,    l'on remarquera qu'il convient  d'avancer un peu, dans le sens contraire à la  rotation de la roue, la partie pleine     q2    qui  sépare les secteurs du     diffuseur    fi et     f2,

      par  rapport à la position de l'espace qui sépare les    chambres     ii    et     i2.    Car lorsque le canal considéré  de la roue se trouvera en face de l'extrémité de  la chambre     ii,    il recevra encore à son entrée  le fluide de cette chambre.

   Mais à cet instant  la sortie du canal à la périphérie de la roue  est déjà     obturée    par     la,    partie pleine     e2,    qui  aura été décalée     exprè,    dans ce but, et la  vitesse relative de sortie du fluide dans le  canal tombera à zéro, alors que sa vitesse  relative d'entrée n'est pas zéro, de sorte     que     la compression du fluide dans le canal con  sidéré s'en trouvera accrue.

   La roue conti  nuant à tourner, le canal considéré se trouvera  bientôt en face du commencement de la  chambre d'amenée     i2    et du commencement  du secteur de diffuseur<B>f2,</B> dans lesquels  chambre et secteur il règne une pression  plus considérable que dans la chambre     ii    et  dans le secteur hi.     .La    pression du     fluide     ayant augmenté dans le canal pendant son  passage entre les deux secteurs, comme on  vient de le voir, le fluide passera ainsi mieux  d'un secteur à l'autre, avec moins de choc  de pression et moins de perte.

   Il en sera  exactement de même pour le passage entre  la chambre     ia    et le secteur     f2,    et la chambre  i3 et le secteur fa, et il conviendra d'avancer  un peu la partie pleine séparant les secteurs  de diffuseur     f2    et f3 dans le sens contraire  à la rotation de la roue, par rapport à la  position de l'espace qui sépare     i2    de     is.    Par  contre, pendant le moment où le canal passera  de l'extrémité de la chambre i3 au commen  cement de la chambre     ii,    dans laquelle la  pression régnante est plus basse, il faudra au  contraire que la pression baisse dans le ca  nal considéré.

   Pour obtenir ce résultat, il  suffira de déplacer la partie pleine     qi,        qui     sépare le secteur de     diffuseur    f3 du secteur  de diffuseur<B>fi,</B> en     avançant    cette partie dans  le sens de rotation de la roue, par rapport à  la position de l'espace qui sépare la chambre       i3    de la chambre     ii.    Dans ces conditions, le  canal ne recevra plus de fluide à son entrée,  alors qu'il en débitera encore à sa sortie,  dans le secteur de diffuseur f3.  



  La vitesse relative d'entrée du fluide dans  le canal tombera à zéro avant que la vitesse      relative de sortie ne devienne nulle, et la  pression baissera dans le canal, ce que l'on  désire précisément obtenir. Au lieu de dire  que l'on a décalé l'intervalle entre deux sec  teurs du diffuseur par rapport à l'intervalle  entre deux chambres d'amenée, l'on pourrait  naturellement dire tout aussi bien que l'on  décale l'intervalle entre deux chambres d'ame  née par rapport à l'intervalle entre deux sec  teurs de     diffuseur,    mais alors le décalage  devrait avoir lieu en sens inverse.  



  Cependant au moment du passage d'un  secteur à l'autre, chaque canal travaillera  avec un moins bon rendement. Pour diminuer  ce mauvais effet, il conviendra d'augmenter  autant que possible le nombre total des ca  naux, puisqu'il n'y aura constamment que  trois canaux en train de passer d'un secteur  à l'autre, ou bien trois canaux en train de  s'obturer et trois en train de s'ouvrir, si l'on       suppose    que le nombre total des canaux est  un multiple de trois, et que les intervalles       soientjuste    de la grandeur des canaux. II faudra  donc augmenter autant que possible le nombre  des aubes, ce qui augmentera les frottements  du fluide.

   Par contre ces frottements seront  diminués, ainsi que l'importance relative des  pertes entre les parties fixes et les parties  mobiles, du fait que la longueur des secteurs  ne sera plus que le tiers de la circonférence,  ainsi     que    du fait que la roue sera trois fois  plus large, si l'on conserve au fluide la même  vitesse relative.  



  Enfin l'on remarquera que les chambres     ii          i2        is,    les secteurs de diffuseur<I>f</I>     i        f'2    f s et  les chambres extérieures correspondantes hi       h2        hs    devront aller en diminuant de gran  deur ou de longueur, pour suivre     la-diminu-          tion    de volume que subit le fluide en passant  de la pression des chambres     ii    et hi, à la pres  sion plus forte des chambres     i2    et     h2,

      et à  la pression encore plus forte des chambres     is     et     h.s.    La roue ayant forcément la même  largeur, il faudra que cette     diminution    de  volume se traduise par une diminution de  longueur des secteurs, si l'on désire     que    les  vitesses du fluide dans les diverses parties    des trois secteurs demeurent respectivement  les mêmes.  



  Bien entendu, ce n'est qu'à titre d'exemple  que l'on a représenté une roue dans laquelle  le même fluide repasse trois fois. Le fluide  pourrait tout aussi bien passer deux fois  seulement, ou même plus de trois fois.  



  Une application     particulièrement    avanta  geuse de cette invention pourra être faite au  secteur-compresseur de la turbine à combus  tion décrite dans le brevet n  98411 en faisant  passer plusieurs fois dans le     secteur-compres-          seur    d'une même roue les gaz ou l'air froid  qu'il faut comprimer. Car, dans ce cas, non  seulement l'invention permettra de réaliser  pour chaque roue un degré de compression  plus élevé, ce qui pourra- déjà être un avan  tage, mais encore l'invention permettra d'ob  tenir un meilleur refroidissement des aubes  de la roue dans le secteur-compresseur.  



  Enfin l'on pourra aussi bien appliquer  l'invention à toutes les roues d'un turbo  compresseur à roues multiples,     que    l'appliquer  seulement à un certain nombre de ces roues,  ou même à une seule de ces roues.



  Process for compressing a gaseous fluid and device for its implementation. In turbochargers or centrifugal compressors of the ordinary system, the fluid to be compressed, for example air, is introduced into the channels of a rapidly rotating wheel. The fluid, leaving a supply chamber and entering these channels, around the hub of the wheel, then flowing through the periphery of this wheel, undergoes in this wheel a first compression, due to the action of centrifugal force as well as the decrease in its relative speed in the channels as it passes from the center to the periphery.

   The fluid leaves the impeller with a high absolute exit speed, and it undergoes a second compression in a fixed diffuser placed around the impeller, which diffuser transforms part of this absolute exit speed into pressure. The sum of these two compressions gives the total compression which the fluid undergoes as it passes through a turbocharger wheel fitted with its diffuser. When we want to give the fluid a stronger compression, we are obliged to arrange several similar wheels in series, and to run these various wheels to the fluid successively, leading to the supply chamber in front of the inlet of the channels of a wheel, around the hub of this wheel, the fluid leaving the diffuser of the previous wheel.

    



  The object of the present invention is to increase the compression obtainable with a given wheel, so as to decrease the number of wheels required to impart a prescribed total compression to a fluid. The claimed invention comprises a method for obtaining this result and a device for implementing this method.



  The method consists in passing the fluid several times and successively through channels of the same impeller and through channels of its diffuser, so as to successively and each time raise the pressure of the fluid.



  The device for the implementation of this method is characterized in that it comprises a paddle wheel, the chamber for supplying the fluid to the wheel and the diffuser of which are subdivided into several distinct sectors and separated from each other, each diffuser sector except the last communicating with a sector of the supply chamber, so that the fluid, first leading to the first sector of the supply chamber, enters from there;

   in a number of channels of the impeller, passes through these channels and enters the area of the diffuser corresponding to these channels, then is returned to the next area of the feed chamber, from there crosses again a number of channels of the impeller and enters the sector of the diffuser, corresponding, and so on, until the last sector of the diffuser, where the pressurized fluid will be collected.

   The fluid can be made to pass in this way twice, three or more times through the same impeller, by dividing the supply chamber of this impeller and its diffuser into two, three or more sectors, and one will obtain for the fluid a compression two, three or more times stronger than if the fluid had passed only once through the wheel, passing through all the channels of this wheel at the same time.



  Fig. 1 shows, schematically and by way of example, a sectional view of a positive device according to the invention, constituting a turbocharger wheel with several wheels, in which the fluid passes three times successively; Fig. 2 represents the front view of this same wheel.



  In fig. 1, a represents the shaft of the turbocharger, on which is keyed the wheel composed of a disc with hub b and a flange c. Between the disc and the flange are fixed the vanes-d which define between them the channels of the wheel. These channels are blocked, on the one hand, laterally, all around the hub; in had e2, and, on the other hand, they de clog at the periphery of the wheel. At its periphery, the wheel is surrounded by the diffuser; which is a circular space also divided into a series of distinct channels, by fixed vanes y.

   These channels of the diffuser open out into a circular chamber hi lis having approximately the shape of a torus, and which is strictly speaking only the extension of the diffuser to the outside of the vanes y. In front of the entrance to the wheel channels, at ei e2, is the opening of another inner circular chamber ii i3> which is called here the fluid supply chamber.

    In fact, and as can be seen clearly in fig. 2, there are three separate diffusers fi f2 f3, three outer chambers hl / a2 lts and three supply chambers ii i2 is, all distinct and separate from each other. In this fig. 2, the same letters designate the same parts as in fig. 1.

   In addition, o is a tubing which communicates with the supply chamber <I> il. </I> k is a channel which communicates one end of the outer chamber hl with the corresponding end of the chamber of led <I> i2. l </I> is a second channel that connects the other end of. chamber hi with the other end of chamber <I> i2. </I> ni is a channel which communicates one end of outer chamber 1i 2 with the corresponding end of supply chamber is. <I> a </I> is a second channel which communicates the other end of chamber h2 with the other end of chamber i3. As for the room <RTI

   ID = "0002.0036"> Here it communicates with a supply chamber of the following wheel corresponding to the chamber il of the first wheel, and this communication is established by channelsp passing behind the first wheel, therefore invisible in fig. . 2, but which can be seen in partial section at the lower left part of FIG. 1.

   Each time, only two communication channels were shown between the outer chambers <I> h </I> ih <I> 2 </I> and the supply chambers i2 i3, and this to give more clarity in the drawing. But in reality these chambers communicate with each other by real hollow spaces, more or less partitioned by ribs. So that. these pairs of channels 1c 1 and iii <B> tee, </B> are shown in the figures only in a purely schematic manner.

   They would not exist in reality and would be replaced by the interior partitions of the continuous spaces connecting the exterior chambers / ai h2 to the supply chambers i2 i3. The same is true for the channel p connecting the <I> lis </I> chamber to the first supply chamber of the following wheel. In fig. 2 it is assumed that part of the flange c of the impeller, and part of a wall of the diffuser, have been torn, so that the upper part and the left part of the impeller and the diffuser can be seen in section.

    This makes it possible to notice that the diffuser is divided into three parts by solid portions, of which we can see the first two q1 and q2.



  The operation of the turbocharger can be explained by a simple inspection of the figures. The fluid to be compressed, for example air, enters the pipe o and goes from there to the first supply chamber ii. From this chamber, the fluid enters the channels of the wheel b, between the blades of this wheel, and as the wheel b turns very quickly, the fluid is compressed and expelled towards the periphery. It leaves the wheel with absolute high speed and enters the first diffuser sector fi. The vanes g of the diffuser guide the fluid so as to slow it down, and thus transform part of its speed into pressure.

   The fluid then leaves the diffuser itself and enters the outer chamber h.1. At this moment the fluid is already compressed to a pressure appreciably greater than its pressure at the inlet of the tubing owing to the effect of the centrifugal force in the impeller, of the decrease in its relative speed in the channels. of the impeller, and the decrease in its absolute speed in the diffuser channels. From this chamber hi, the fluid is conducted through the channels <I> k </I> l in the second supply chamber i2. The fluid arrives in i2 with substantially the same pressure as it had in the chamber h2, since the channels k l are largely dimensioned for this purpose.

   The fluid may even have a higher pressure in chamber i2 than in chamber hi, if the <I> k 1, </I> channels, thanks to their well-chosen shape, have further reduced the speed that the fluid possessed at the outlet of the diffuser vanes. From the chamber i2, the fluid enters again into the channels of the wheel b, and from there into the second sector of the diffuser f 2 and finally into the outer chamber h2. During this second journey from the center to the periphery, the fluid undergoes a further increase in pressure, just as if it had passed through a second impeller of the turbocharger.

   Finally, from chamber h2, the fluid is returned to the center via the channels <I> m n </I> in the supply chamber i3. From there it enters for the third time in the wheel, then in the third sector of diffuser fs, and beyond in the outer chamber-h3. At this moment the fluid underwent a third increase in pressure, and it arrived at a pressure corresponding to that which it would have after passing through three impellers of the same dimensions of an ordinary compressor. From the hs chamber, the p channels passing behind the wheel lead it to the first web chamber born from the following wheel. If the described turbochargers had only one impeller, the fluid would be collected at the outlet of the chamber ha.

    In a turbocharger with several wheels and intercooled, the fluid can be collected at the outlet of the last outer chamber of each wheel, or, in the example described, at the outlet of chamber h3, bring it from there to refrigerant, then refrigerant lead it to the first supply chamber of the next wheel. As has already been noted, the channels and the separate chambers are shown here only schematically, for the sake of clarity. In reality this new compressor could be constructed in a similar way, as regards the shape of the chambers and the channels, to ordinary turbochargers.



  The three supply chambers ii <I> i2 </I> i3 all contain the fluid at different pressures, it is necessary to avoid as much as possible the leaks of fluid from one chamber to another, as well as from one chamber. room to the outside. For this, it will first be necessary for the vanes d of the impeller to be extended to the lateral entry of the impeller channels, and to be flush with the impeller at the entrance to these channels, in e1 e2, which is not not the case in ordinary turbochargers.

   One could also make the chambers ii 22 2g penetrate the impeller where they meet the vanes tl, - which would return to the same result, but would be less practical.

   Then it will be necessary to separate these three chambers ii i2 i; 3 from each other by an interval at least equal to the width of a channel of the wheel, that is to say by an interval at least equal to the distance separating two consecutive blades, at the entry into the impeller at ei e2, otherwise a channel of the impeller could communicate one chamber with the next.

   Then it will naturally be necessary to reduce to a minimum the losses by the games existing between the rotating parts and the fixed parts and this will be achieved by using known tricks, that is to say reduction of play to the minimum, overlaps, grooves for mant labyrinth etc.



  The three sectors of the diffuser must also be separated from each other by an interval at least equal to the distance between two consecutive vanes of the impeller, measured at the periphery of the impeller, so that a channel of the impeller cannot make one of the sectors communicate with the next. In fig. 2, this interval between two sectors of the diffuser is represented by a solid part qi q2. In this same figure, the interval between two supply chambers ii is is represented by an empty part, and this for greater clarity in the figure.

   In reality, this gap between two supply chambers would also be filled by a solid part, in order to reduce the leaks of fluid out of the chambers at this location. The play between the periphery of the wheel and the fixed diffuser should also be reduced as much as possible and leaks in this location will be prevented or reduced by known means.



  If we examine in detail what happens when a channel of the impeller, comprised between two consecutive blades, passes in front of the end of the supply chamber ii, then in front of the interval separating ii and i2 , and finally in front of the beginning of the supply chamber i2, it will be noted that it is advisable to advance a little, in the direction opposite to the rotation of the wheel, the solid part q2 which separates the sectors of the diffuser fi and f2,

      with respect to the position of the space which separates the chambers ii and i2. Because when the considered channel of the wheel is opposite the end of chamber ii, it will still receive the fluid from this chamber at its inlet.

   But at this moment the outlet of the channel at the periphery of the wheel is already blocked by the solid part e2, which will have been shifted expressly, for this purpose, and the relative speed of the fluid outlet in the channel will drop to zero, then that its relative inlet velocity is not zero, so that the compression of the fluid in the channel considered will be increased.

   As the wheel continues to turn, the channel considered will soon be opposite the beginning of the supply chamber i2 and the beginning of the diffuser sector <B> f2, </B> in which chamber and sector there is more pressure. considerable than in room ii and in sector hi. The pressure of the fluid having increased in the channel during its passage between the two sectors, as we have just seen, the fluid will thus pass better from one sector to another, with less pressure shock and less loss.

   It will be exactly the same for the passage between the chamber ia and the sector f2, and the chamber i3 and the sector fa, and it will be necessary to advance a little the solid part separating the diffuser sectors f2 and f3 in the opposite direction. to the rotation of the wheel, with respect to the position of the space which separates i2 from is. On the other hand, during the moment when the channel will pass from the end of the chamber i3 to the beginning of the chamber ii, in which the prevailing pressure is lower, it will on the contrary be necessary for the pressure to drop in the channel considered.

   To obtain this result, it will suffice to move the solid part qi, which separates the diffuser sector f3 from the diffuser sector <B> fi, </B> by advancing this part in the direction of rotation of the wheel, with respect to the position of the space which separates the chamber i3 from the chamber ii. Under these conditions, the channel will no longer receive fluid at its inlet, while it will still deliver fluid at its outlet, in the diffuser sector f3.



  The relative velocity of the fluid entering the channel will drop to zero before the relative output velocity becomes zero, and the pressure will drop in the channel, which is precisely what is desired. Instead of saying that we have shifted the interval between two sectors of the diffuser in relation to the interval between two supply chambers, we could naturally just as well say that we shift the interval between two core chambers born with respect to the interval between two diffuser sectors, but then the shift should occur in the opposite direction.



  However, when switching from one sector to another, each channel will work with less efficiency. To reduce this bad effect, the total number of channels should be increased as much as possible, since there will always be only three channels passing from one sector to another, or three channels in closing and three opening, assuming the total number of channels is a multiple of three, and the intervals are just the size of the channels. It will therefore be necessary to increase as much as possible the number of blades, which will increase the friction of the fluid.

   On the other hand, these frictions will be reduced, as well as the relative importance of the losses between the fixed parts and the moving parts, because the length of the sectors will only be one third of the circumference, as well as the fact that the wheel will be three times wider, if we keep the fluid the same relative speed.



  Finally, it will be noted that the chambers ii i2 is, the diffuser sectors <I> f </I> i f'2 fs and the corresponding outer chambers hi h2 hs must decrease in size or length, to follow the decrease in volume that the fluid undergoes when passing from the pressure of chambers ii and hi, to the higher pressure of chambers i2 and h2,

      and to the even stronger pressure of the is and h.s. The wheel necessarily having the same width, it will be necessary for this reduction in volume to result in a reduction in the length of the sectors, if it is desired that the speeds of the fluid in the various parts of the three sectors remain the same respectively.



  Of course, it is only by way of example that a wheel has been shown in which the same fluid passes three times. The fluid might as well pass just twice, or even more than three times.



  A particularly advantageous application of this invention can be made to the sector-compressor of the combustion turbine described in patent n ° 98411 by passing the gas or air several times through the sector-compressor of the same wheel. cold that must be compressed. Because, in this case, not only will the invention make it possible to achieve a higher degree of compression for each wheel, which could already be an advantage, but also the invention will make it possible to obtain better cooling of the vanes. the wheel in the compressor sector.



  Finally, the invention could just as well be applied to all the wheels of a turbo compressor with multiple wheels, as it could be applied only to a certain number of these wheels, or even to only one of these wheels.

 

Claims (1)

REVENDICATIONS I Procédé de compression d'un fluide gazeux, consistant à faire passer le fluide plusieurs fois et sucessivement dans des canaux d'une même roue à aubes et dans des canaux de son diffuseur, de façon à élever successivement et à chaque fois la pression du fluide.. CLAIMS I A method of compressing a gaseous fluid, consisting in passing the fluid several times and successively through channels of the same impeller and through channels of its diffuser, so as to successively and each time raise the pressure fluid .. II Dispositif pour la mise en ceuvre du pro cédé revendiqué sous I, caractérisé en ce qu'il comporte une roue à aubes @ dont la chambre d'amenée du fluide à la roue et le diffuseur sont subdivisés en plusieurs secteurs distincts et séparés les uns des autres, chaque secteur de diffuseur sauf le dernier communiquant avec un secteur de la chambre d'amenée, de manière que le fluide, conduit d'abord au premier secteur de la chambre d'amenée, pénètre de là dans un certain nombre de canaux de la roue, traverse ces canaux, et entre dans le secteur du diffuseur correspondant à ces canaux, puis soit ramené au secteur suivant de la chambre d'amenée, II Device for implementing the process claimed under I, characterized in that it comprises a paddle wheel @ whose chamber for supplying the fluid to the wheel and the diffuser are subdivided into several distinct sectors and separated from each other. of the others, each diffuser sector except the last communicating with a sector of the supply chamber, so that the fluid, first leading to the first sector of the supply chamber, from there enters a number of channels of the wheel, crosses these channels, and enters the sector of the diffuser corresponding to these channels, then either returned to the next sector of the supply chamber, de là traverse de nouveau un certain nombre de canaux de la roue et pénètre dans le secteur du diffuseur correspondant, et ainsi de suite jusqu'au dernier secteur de diffuseur, où le fluide sous pression sera recueilli. SOUS-REVENDICATIONS 1 Dispositif d'après la revendication II, carac térisé par le fait que les divers secteurs de la chambre d'amenée de la roue sont séparés les uns des autres par un intervalle au moins égal à la largeur d'un canal de la roue, soit à la distance entre deux aubes consécutives de la roue, distance mesurée à l'entrée de ces aubes, en face de la chambre d'amenée. thence again passes through a number of impeller channels and enters the corresponding diffuser sector, and so on to the last diffuser sector, where the pressurized fluid will be collected. SUB-CLAIMS 1 Device according to claim II, charac terized in that the various sectors of the supply chamber of the wheel are separated from each other by an interval at least equal to the width of a channel of the impeller, or at the distance between two consecutive blades of the impeller, distance measured at the inlet of these blades, opposite the supply chamber. 2 Dispositif d'après la revendication II, carac térisé par le fait que les divers secteurs du diffuseur de la roue sont séparés les uns des autres par un intervalle au moins égal à la distance entre deux aubes consé cutives de la roue, distance mesurée à la sortie de ces aubes. 3 Dispositif d'après la revendication II et les sous-revendications 1 et 2. caractérisé par le fait que l'intervalle entre deux secteurs contigus quelconques du diffuseur est décalé par rapport à l'intervalle entre les deux secteurs correspondants de la chambre d'amenée, et que ce décalage a été exécuté en sens contraire du sens de rotation de la roue, le second de ces secteurs du dif fuseur contenant le fluide à une pression plus élevée que le premier. 2 Device according to claim II, charac terized in that the various sectors of the diffuser of the wheel are separated from each other by an interval at least equal to the distance between two consecutive blades of the wheel, distance measured at the exit of these vanes. 3 Device according to claim II and sub-claims 1 and 2. characterized in that the interval between any two contiguous sectors of the diffuser is offset with respect to the interval between the two corresponding sectors of the chamber of brought, and that this shift has been performed in the opposite direction of the direction of rotation of the wheel, the second of these sectors of the diffuser containing the fluid at a higher pressure than the first. 4 Dispositif d'après la revendication II et les sous-revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'intervalle entre deux secteurs contigus quelconques du diffuseur est décalé par rapport à l'intervalle entre les deux secteurs correspondants de la chambre d'amenée et que ce décalage a été exécuté dans le sens de la rotation de la roue, le second de ces deux secteurs du diffuseur contenant le fluide à une pression moins élevée que le premier. 5 Dispositif d'après la revendication II, cons tituant un turbocompresseur à plusieurs roues, caractérisé par le fait que la division des chambres d'amenée et des diffuseurs en secteurs distincts dans lesquels le fluide passe successivement est appliquée sans exception à toutes les roues du turbocom presseur. 4 Device according to claim II and sub-claims 1 and 2, characterized in that the interval between any two contiguous sectors of the diffuser is offset with respect to the interval between the two corresponding sectors of the chamber of brought and that this shift has been performed in the direction of rotation of the wheel, the second of these two sectors of the diffuser containing the fluid at a lower pressure than the first. 5 Device according to claim II, constituting a turbocharger with several wheels, characterized in that the division of the supply chambers and diffusers into distinct sectors in which the fluid passes successively is applied without exception to all the wheels of the turbocom presser. 6 Dispositif d'après la revendication II, com portant au moins une roue telle que définie dans la revendication en combinaison avec des roues disposées pour le passage simul tané du fluide dans tous les canaux de la roue et du diffuseur. 7 Dispositif suivant la revendication II, en combinaison avec la turbine à explosions décrite dans le brevet n 98411, caractérisé en ce que la roue à aubes mentionnée dans la revendication II fonctionne en même temps dans un secteur comme roue de turbine. 8 Dispositif selon la revendication II et la sous-revendication 5, caractérisé en ce que chacune des roues à aubes fonctionne dans un de ses secteurs comme roue de turbine. 6 Device according to claim II, comprising at least one wheel as defined in claim in combination with wheels arranged for the simultaneous passage of the fluid in all the channels of the wheel and of the diffuser. Device according to claim II, in combination with the explosion turbine described in patent no. 98411, characterized in that the impeller mentioned in claim II operates at the same time in a sector as a turbine wheel. 8 Device according to claim II and sub-claim 5, characterized in that each of the paddle wheels operates in one of its sectors as a turbine wheel.
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Cited By (2)

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WO2001016491A1 (en) * 1999-09-01 2001-03-08 Coltec Industries, Inc. Centrifugal pump
US6361270B1 (en) 1999-09-01 2002-03-26 Coltec Industries, Inc. Centrifugal pump for a gas turbine engine

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