CH235102A - Machine for transforming the pressure of a fluid into work or vice versa. - Google Patents

Machine for transforming the pressure of a fluid into work or vice versa.

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CH235102A
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pressure
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Dupont Emile
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Dupont Emile
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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
    • F04D17/127Multi-stage pumps with radially spaced stages, e.g. for contrarotating type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D1/00Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines
    • F01D1/02Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines
    • F01D1/06Non-positive-displacement machines or engines, e.g. steam turbines with stationary working-fluid guiding means and bladed or like rotor, e.g. multi-bladed impulse steam turbines traversed by the working-fluid substantially radially
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/04Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
    • F01D5/041Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the Ljungström type

Description

  

  Machine pour la transformation de la pression d'un     fluide    en travail ou inversement.    La présente     invention    se     rapporte    à une  machine pour la transformation du     travail    en  pression ou inversement, dans     laquelle    la  hauteur manométrique utilisée ou produite  par     urne    seule roue est     répartie    ,sur     un        ensem-          ble    de plusieurs     couronnes    concentriques  d'aubes mobiles, disposées sur une des faces  du rotor,

   et sur plusieurs couronnes     concen-          triques    d'aubes     -disposées    sur une paroi du  stator, s'intercalant -dans les espaces annu  laires entre les couronnes d'aubes     du    rotor,  l'écoulement     -du    fluide étant centrifuge lors  que la machine     transforme    du travail en  pression (compression -et pompe à     liquides)     et     centripète    lorsque la machine transforme  de la pression en travail (turbine à gaz, va  peur et hydraulique.  



  Dans les machines connues de cette espèce,  l'équilibrage axial est réalisé par une cham  bre comprise entre la face du rotor ne por  tant pas d'aubes et une paroi du stator, et  dans laquelle     règne    une pression uniforme -et,  en général, égale à la haute     pression    du fluide.  Gela est réalisé par un canal percé à travers    le rotor,     assurant    la     communication    entre  cette chambre     d'équilibrage    et la     haute-    pres  sion.  



       L'une    des faces -du rotor est donc     soumise,     par exemple, à une     pression        uniforme    Pi,  taudis que     l'autre    face est     -soumise    -devant       chacune        -des    :

  couronnes .d'aubes     fixes    et mo  biles, selon le     fonctionnement    de la machine  en     compresseur,    à des     pressions        -décroissantes          Pl,        Pz...        Pn.    s'il y a     n    couronnes d'aubes       (fig.    1).  



  La pression résultante à l'endroit de  la première couronne du rotor est donc  <B>Pi -Pi</B> = 0, à     l'endroit    de la deuxième  couronne, la pression résultant -est     P,-P,,     à     l'endroit    de la     nme    couronne, la pression  résultante     est        Pl   <I>-</I>     P,l.     



       Ire    rotor -est ainsi soumis en chacun .de  ses points à     -des        pressions    résultantes     axiales     qui ne sont pas     nulles    et qui, pour     cette    rai  son, ne     permettent    pas un bon équilibrage.  



       D'autre    part, les turbines à     couronnes          d'aubages        concentriques    ont généralement des  aubes     @de,    profil tel que deux aubes     successives         d'une même -couronne forment entre -elles une  tuyère     curviligne,        cette    tuyère étant dans le  cas d'un compresseur     une    tuyère .divergente.  



       Or,        cette        tuye%re,d        verge,n!fe        doit    jouer     clans     ce cas le rôle de diffuseur qui, par suite, de  son     petit    rayon de courbure, présente un mau  vais rendement; cela provient en majeure       partie    du phénomène     ,suivant:     Le     fluide:    arrivant entre les aubes 30, 31.

    d'une couronne fixe est projeté par la, force       centrifuge    contre la face concave de l'aube 31       (fig.    2); par suite, la, pression le long de cette  face concave est beaucoup plus élevée que  le long de la face convexe -de l'aube 30. Il  peut même se produire en 32 un décollement  ,de la veine fluide sur cette face convexe: ce  décollement     provoque    des remous très fâcheux  pour le rendement.  



  Le même phénomène se produit entre les       aubes.    33 et 34 de la. couronne mobile     suivante     qui tourne suivant     F,;    l<B>à</B> encore la.     veine     fluide peut décoller en 35 le long de la, face  convexe .de l'aube 34.  



  La présente invention concerne une ma  chine :du type décrit, caractérisée     par    des       chambres    annulaires ménagées sur la face du  rotor non munie de couronnes d'aubes. chaque  chambre étant disposée en face d'une     Cou-          ronned'aubes    fixes ou mobiles, la, pression  qui règne dans chaque chambre étant égale  à la pression qui règne dans la. couronne  d'aubes correspondante, ce qui assure un équi  librage axial en chaque point de la. surface  du rotor.  



       Deux    machines conformes à,     l'invention    et  une     variante    sont     représentées,    à titre d'exem  ple, aux     fig.    3 .à 8 du dessin ci-joint,     .dans     lequel:  La. fi-. 1 montre, en coupe schématique,  la     répartition    des     pressions    sur     Tes    deux faces  du rotor     des    machines connues pour la trans  formation du travail en pression ou inverse  ment.  



  La     fig.    2 montre, schématiquement, les  trajets du fluide entre .deux couronnes     d'aubes     successives et la distribution des     pressions     entre deux     aubes        consécutives    d'une machine    connue pour la transformation du travail en  pression ou     inversement.     



  La fi,,-. 3 est une coupe axiale de la ma  chine.  



  La fi* 4 est une coupe axiale partielle  de cette machine.  



  La.     fig.    5 représente le diagramme des  pressions axiales du turbocompresseur con  forme à l'invention.  



  La     fig.    6     représente,    à grande échelle, une  coupe     ti ansversale    aux     aubages    avec les       parallélogrammes    des vitesses.  



  La fin. 7 est une coupe axiale partielle  d'une autre machine.  



  La. fi-. 8     représente    le tracé des     aubages     d'une machine.  



  Le turbocompresseur     représenté    sur les       figures    de 3 à 6 est monté .sur un arbre mo  teur 1. Une roue     \?    est calée :sur l'arbre moteur  7 ; la roue 2 est     profilée    à sa     partie    centrale       suivant    un cône 3 dont le profil     correspond    à  celui. de la veine gazeuse à l'aspiration de       l'appareil.     



  La. roue 2 porte sur sa face 2' des cou  ronnes     d'a.u4s    4' 42     4@\    4' dites aubes mobiles,  le profil de ces     aubes        4'...    4' ('fi-. 6) varie  d'une couronne à l'autre et suivant les     carac-          t6ristiques    de l'appareil (vitesse, débit), mais  elles sont toujours réalisées de manière que  deux aubes     @sueeessives        d'une    même couronne  forment une     tuyère        curviligne.     



  La face 22 de la roue, non munie     d'aubes,     présente     des    nervures circulaires 51     52...        5'r.     Le stator comporte un flasque 6 légère  ment conique; Ce flasque porte .des couronnes       d'aubes    fixes 7'     72    ...<B>T',</B> intercalées entre les  couronnes     d'aubes    mobiles     4'...    4', la. couronne  d'aubes fixes 7' étant extérieures à la Cou  ronne d'aubes mobiles 4'.

   Comme les -aubes       mobiles.,    les aubes fixes sont constituées de       manière        que,des        aubes    successives d'une     même          couronne    forment une tuyère curviligne.  



  Le stator comporte aussi un flasque 8 qui       présente    sur une de ses faces des nervures  circulaire. 91     92...    98, formant avec les ner  vures circulaires     5'...    57 de la roue 2, des  chambres 101... 108, reliées entre elles par des  conduits de faible     section        11'...    117. Un con-      duit 12 est ménagé entre le :stator et le bord  de la roue 2; il     relie    la chambre<B>10'</B> à la     face     21     de,    la roue 2.

   Les conduits 11 et 12 sont  formés par les jeux     néees:saires        entre    parties  fixes et     mobiles.     



  Des canaux     17i...    174 :sont percés :dans la  roue 2 et font communiquer     lesdeux        faces    :de  la, roue     en    regard de chaque couronne d'aubes  fixes 72 7' 74     -et,des        chambres        annulaires    102       1o4108    et 108.  



  Des     chambres    de     contre-pression   <B>35'</B> 35'  35"     357    sont ménagées     entre    l'anneau 361 363       36'   <B>36'</B> reliant     les:    :extrémités des aubes de  chaque couronne d'aubes mobiles     -et    le flasque  6 du     ,stator.     



  L'entrée du fluide se fait par un conduit  13 ménagé dans le stator et     débouchent    dans  un     collecteur    d'entrée 14; de fluide     ,sortant          des    aubes après compression     débouche    dans  un collecteur :de     sortie    15 et est évacué par  des     orifices    16     pratiqués    -dans     ce    collecteur 15.  



  La     machine:    ci-dessus     :décrite        fonctionne     en compresseur de la manière suivante:  Le rotor tourne dans le sens de la flèche f       (fig.    6); on     considère    une couronne     d'aubes     mobiles 44 et les     couronnes    d'aubes     fixes   <B>7'</B>  et 74 situées immédiatement de part et d'autre  de     celle-ci.    Les aubes fixes de la couronne 75,  inclinées de façon à     réaliser        l'entrée    correcte  -du fluide dans les aubes mobiles,

   forment       distributeur.        Les        aubes    fixes -de la     couronne     74 jouent le rôle de diffuseur pour la cou  ronne d'aubes mobiles 44 et le: rôle .de     distri-          bute@ur    pour la couronne d'aubes     mobiles    4'.  



  Chaque couronne     4'...        d'aubes        mobiles    pro  duit donc une     compression    indépendante,  ainsi que chaque couronne d'aubes fixes     71...     réalisant en série les uns. avec les autres des       e        êta        ges        successifs        de        compression.     



  Le fluide     gazeux        ainsi    aspiré par le con  duit     axial    13     est    progressivement comprimé  par les couronnes     mobiles    et fixes; avant de  s'échapper dans le     collecteur    15, il passe à  travers une couronne d'aubes     fixes    71 où il  transforme en pression toute la vitesse     circon-          fér.entielle        acquise    dans     l'aubage        mobile    41,  conservant une vitesse juste     suffisante    pour  la nécessité ,du :débit.

   Le fluide     ainsi    com-    primé     est    rassemblé dans le collecteur 15 et       refoulé        par,des        orifices    16.  



  La     puissance    absorbée par chacun des       étages        @du    compresseur est exprimée     par:     
EMI0003.0083     
    Y étant le poids     @de    fluide     traité    par     seconde,     y l'accélération de la     pesanteur,          Ui    la vitesse d'entraînement à la périphérie  ,de     l'aubage    mobile,       Tr,    la     vitesse    absolue .du fluide     â    la     sortie    de       l'.aubage    mobile,  ai l'angle que font entra :

  elles ces     deux        vi-          tesses,          Uo    la     vitesse        d'entraînement    à     l'entrée        de          l'aubage    mobile,       Vo    la. vitesse absolue du     fluide    à     cette        entrée,     a,     l'angle-    que font entre elles ces deux vi  tesses.  



  Le     profil    des     aubes,    mobiles :est     réalisé    ,de       manière    à :donner à l'angle     ao        une        valeur    supé  rieure     ià    90o;

   par suite, le terme     -Uo        Vo    ces     ao     a une valeur positive et     s'ajoute    au     terme          U,        Tr.,    cos ai :dans la     formule        c-dessusdon-          nant    la.     puissance    W.  



  La légère     inclinaison    :des aubes     mobiles    4  à la sortie en avant du mouvement a pour  effet :de faire tendre vers zéro l'angle a,; le  cosinus de     .cet        angle    ai tend     vers    let la valeur  du terme     U,   <I>Y,</I> cos<I>a,</I>     augmente    en     tendant     vers     Ui        17,        qui    est sa     valeur    maximum.  



  Les     valeurs    des angles     ao    et ai peuvent  évidemment varier tout en étant limitées par  les     considérations        d'usinage    .des aubes.  



       L'équilibrage    axial     ,est    réalisé     de    la ma  nière suivante: les     :canaux        171...    174     mettent     les     chambres        .annulaires    102 104     101    108, en       communication    avec la face 21 :du rotor en       regard        :des        cubages        fixes        correspondants    72 73  74 et     Vet        :

  établissent    ainsi dans ces, chambres  des     pressions    égales aux     pressions        exislantes     dans     -ces    cubages fixes et agissant     sur    la face  21 du rotor. En ces     endroits        ,du    rotor, la     pres-          sion    est     donne    la même     sur    la face 21     -et     et sur -la face 22     réalisant    ainsi l'équilibrage  axial.

        D'autre part, les canaux 11 font commu  niquer entre elles les chambres     101...    108, de       telle        manière    que dans la chambre     10",    par       exemple,    soit établie une pression intermé  diaire à celle existante dans les chambres     10=     et 104 entre     lesquelles    elle est intercalée. Cette  pression     intermédiaire    est la même que celle.  exercée par la chambre 353 sur l'anneau re  liant les extrémités des aubes 363 de la cou  ronne     @d'aubages    mobiles 4. .

   Cette pression est       intermédiaire    entre les pressions existant dans  les     aubages    fixes 72 et 73 entre lesquels les       aubages    mobiles 42 sont intercalés, de même  la pression     :dans    chacune des chambres 351  35' 35' correspondant aux     aubages    mobiles  41 43 et 44, .correspond à. une pression équi  valente dans l'une des chambres     101        10'        10'r     situées     vis,-@à-vis    de ces     aubages    mobiles.  



  Les     pressions    sont donc égales en tous  les points sur chaque     face    du rotor 2, réali  sant ainsi parfaitement     l'équilibrage    axial.  



  Cette     répartition        régulière    de l'équili  brage     ressort        nettement    .du schéma. de la.       fig.    5: à, chaque pression     Pl...        Pn    sur la, face       21    du rotor muni -d'aubes mobiles, correspond  une     contrepression    égale et .de sens contraire       Pl...        Pn    sur -la. face opposée 2\ de ce rotor:  on     réalise    ainsi un équilibrage axial en chaque  point de la surface du rotor.  



  On peut     apporter    de nombreuses     modifi-          cations    à la machine des     fig.    3 à 5 sans sortir  pour cela du cadre de     l'invention.     



  Notamment la     fi,g.    7 représente une ma  chine suivant une variante de l'invention. Le  rotor 2 de     cette    machine présente sur sa face       2''    des chambres annulaires     d'équilibrage    181       18û...    18n. Ces chambres annulaires d'équili  brage sont reliées entre elles par des canaux       191...   <B>19,</B>     l'ensemble    des chambres 18 et des  canaux 19 forme un labyrinthe dans lequel  la     vitesse    du fluide acquise dans un canal 19  s'annule :dans la chambre 18 qui le suit.  



  D'autre part, dans les anneaux de recou  vrement 271     27=    .des couronnes -d'aubes mo  biles sont creusées des rainures circulaires;  formant avec des rainures circulaires de la.  paroi 29 du stator des     chambres        annulaires          d'équilibrage,        221    222     223    et 241 242 243, les    chambres 24 étant reliées entre elles par les  canaux 231 232     23'\,    les chambres 22 étant re  liées entre elles par les canaux 251<B>252</B> 253.  



       Les        anneaux    de recouvrement 28 des cou  ronnes     d'aubes    fixes sont également creusés  de     rainures    annulaires formant, avec des rai  nures annulaires de la paroi 2' du rotor,     des     chambres annulaires d'équilibrage 201     20=    203  204     reliées    entre elles par des canaux 211 2     1=     213 214.  



       De.s    canaux 261<B>262</B> sont percés dans la  roue 2 et font communiquer les deux faces  du rotor 2. Le canal<B>26'</B> fait communiquer  les deux faces du rotor 2 à l'endroit. des       chambres    annulaires d'équilibrage     \304    et 188.  Certains de ce, caveaux 261 sont toujours dis  posés entre le centre du rotor et le premier       aubage    mobile, afin de mettre le centre du  rotor en communication avec l'aspiration     -du          compresseur    et doivent être de     section    suffi  sante pour évacuer la. fuite du fluide de la  face<U>92</U> vers la- face 21.  



  Dans les chambres     annulaires,    par exem  ple 201 20" 203, un courant de fluide va s'éta  blir par les canaux 211     21=    213 de telle ma  nière que la pression     régnant    dans ces cham  bres soit; la. même que la pression régnant à  l'intérieur de     l'auba.ge    72.

   En somme, ce dis  positif établit une pression     ,dans    l'espace     com-          p:ris    entre     l'anneau    reliant les extrémités des  aubes et le stator s'il s'agit d'un     auba.ge    mo  bile ou l'anneau reliant les extrémités des  aubes et le     retor    s'il     s'agit    d'un     aubabe    fixe  qui est égal, d'une part, à la pression régnant  à.     l'intérieur    de     l'aubage    considéré et, d'autre  part, à la pression qui règne -dans les cham  bres correspondantes de la face 22 du rotor,  réalisant ainsi un équilibrage axial en tous  points du rotor.  



  Cette machine présente divers avantages  et notamment     ,les    suivants:       n)    on obtient     -Lui    équilibrage parfait si le  nombre des chambres et leurs dimensions sont  les mêmes pour chacune des faces de la roue.  



  on améliore l'étanchéité entre deux cou  ronnes successives     d'a.ubages;    de ce fait, on  réduit les fuites et on accroit le rendement.           Lorsque    la machine est un compresseur,  on peut     éviter    les inconvénients -des     aubages     connus     (fig.    2) en créant une     forme    particu  lière     d'aubages        (fig.    8).  



       Ces        aubages    des couronnes fixes et mo  biles présentent     une    épaisseur accrue 37 à  partir de la région du coude jusqu'à leur bord  de sortie; par     ,suite,    la veine fluide     reste    tou  jours en contact avec la surface convexe 38  de .l'aube -et on supprime ainsi .le décollement  ,dû à l'effet     centrifuge    comme expliqué pré  cédemment.  



  Les aubes présentent également sur leurs       faces    de     sortie    une     surface    cylindrique 39  réalisée de telle manière que la veine de  fluide 40 sortant d'un     aubage        laisse    une zone  de dépression 41 dans     l'aubage    suivant.  



  Ces     aubages        présentent    les     avantages    sui  vants:  a) le     rendement    de la tuyère curviligne  constitué par deux aubes     successives    d'une  même couronne est     augmenté        puisque    la veine  fluide ne décolle pas -de la surface .convexe  38, ce qui     évite    la     formation    de remous dans  cette veine.

      b)     l'effet    de la force     centrifuge        clans        un     auberge     curviligne        (fig.    2) fait que la     pression     en A     (fig.    8) est très     supérieure    à la pression  du point B.  



  La     face    concave d'une aube mobile e dé  plaçant suivant la flèche reçoit donc du fluide  à pression plus     élevée    puis l'arête de cette  aube mobile se trouve subitement en face de  l'arête     arrière    de l'aube fixe     (position    de la       fi-g.    8). Ensuite, pendant le temps mis par  l'aube mobile pour parcourir le segment e,  sa     face    concave     ne    reçoit     pa;s    de fluide.

   De  cette manière, la     pression    le long de     cette     face concave s'abaisse (par inertie du fluide  qui s'y trouvait et qui était animé d'une     Per-          taine    vitesse, ainsi que par     frottement    de la  veine qui s'écoule le long de la face convexe  de l'aube     précédente.     



  Lorsque la     face    concave de l'aube mobile       arrive    en     face    :du point B (arête ,avant de  l'aube fixe), la pression qui règne le long de    cette face concave est plus     voisine        :de        celle     qui règne     e    n B.  



  La     tendance    au     retour    en arrière -de la  veine fluide qui .se produit     périodiquement     dans les     aubages    conformes à la technique  habituelle, chaque fois qu'une .aube     mobile     passe devant une aube fige, se trouve :dans  le cas de la     fig.    8,     diminuée,    sinon supprimée.  Les     remous    sont donc moins     violents    et le  rendement interne s'en trouve amélioré.



  Machine for transforming the pressure of a fluid into work or vice versa. The present invention relates to a machine for transforming work into pressure or vice versa, in which the manometric height used or produced by a single wheel is distributed over a set of several concentric rings of mobile blades, arranged on a single wheel. rotor faces,

   and on several concentric vane crowns - disposed on a wall of the stator, interposed - in the annular spaces between the vane crowns of the rotor, the flow - of the fluid being centrifugal when the machine transforms pressure work (compression and liquid pump) and centripetal when the machine transforms pressure into work (gas turbine, scare and hydraulic.



  In the known machines of this kind, the axial balancing is achieved by a chamber between the face of the rotor which does not bear any blades and a wall of the stator, and in which a uniform pressure prevails - and, in general, equal to the high pressure of the fluid. This is achieved by a channel drilled through the rotor, ensuring communication between this balancing chamber and the high pressure.



       One of the faces -of the rotor is therefore subjected, for example, to a uniform pressure Pi, slums that the other face is -submitted -in front of each -of:

  Fixed and moving vane crowns, depending on the operation of the machine as a compressor, at decreasing pressures Pl, Pz ... Pn. if there are n blade crowns (fig. 1).



  The resulting pressure at the location of the first ring of the rotor is therefore <B> Pi -Pi </B> = 0, at the location of the second ring, the resulting pressure -is P, -P ,, at l 'place of the nth crown, the resulting pressure is Pl <I> - </I> P, l.



       The first rotor is thus subjected at each of its points to resulting axial pressures which are not zero and which, for this reason, do not allow good balancing.



       On the other hand, turbines with concentric bladed crowns generally have vanes, profile such that two successive vanes of the same crown form a curvilinear nozzle between them, this nozzle being in the case of a compressor. a divergent nozzle.



       However, this nozzle% re, d verge, ne! Fe must play in this case the role of diffuser which, as a result, of its small radius of curvature, presents a poor efficiency; this comes mainly from the following phenomenon: The fluid: arriving between the vanes 30, 31.

    a fixed crown is projected by the centrifugal force against the concave face of the blade 31 (fig. 2); as a result, the pressure along this concave face is much higher than along the convex face of the blade 30. It can even occur at 32 a detachment of the fluid stream on this convex face: this detachment causes very unfortunate swirls for the yield.



  The same phenomenon occurs between the blades. 33 and 34 of the. following mobile crown which turns according to F ,; l <B> to </B> there again. fluid stream may take off at 35 along the convex face of vane 34.



  The present invention relates to a machine: of the type described, characterized by annular chambers formed on the face of the rotor not provided with vane crowns. each chamber being disposed opposite a crown of fixed or movable vanes, the pressure prevailing in each chamber being equal to the pressure prevailing in the. corona of corresponding blades, which ensures axial balancing at each point of the. rotor surface.



       Two machines in accordance with the invention and a variant are shown, by way of example, in FIGS. 3. To 8 of the attached drawing, .in which: The. Fi-. 1 shows, in schematic section, the distribution of the pressures on the two faces of the rotor of the machines known for the transformation of work into pressure or vice versa.



  Fig. 2 shows, schematically, the paths of the fluid between two crowns of successive blades and the distribution of the pressures between two consecutive blades of a known machine for converting work into pressure or vice versa.



  The fi ,, -. 3 is an axial section of the ma chine.



  The fi * 4 is a partial axial section of this machine.



  Fig. 5 represents the diagram of the axial pressures of the turbocharger in accordance with the invention.



  Fig. 6 shows, on a large scale, a cross section through the blades with the parallelograms of the speeds.



  The end. 7 is a partial axial section of another machine.



  The. Fi-. 8 represents the outline of the blades of a machine.



  The turbocharger shown in Figures 3 to 6 is mounted on a drive shaft 1. A wheel \? is wedged: on the motor shaft 7; the wheel 2 is profiled at its central part along a cone 3 whose profile corresponds to that. from the gas stream to the suction of the device.



  The wheel 2 carries on its face 2 'crowns of a.u4s 4' 42 4 @ \ 4 'called mobile blades, the profile of these blades 4' ... 4 '(' fi-. 6) varies from one crown to another and according to the characteristics of the apparatus (speed, flow rate), but they are always made in such a way that two vanes of the same crown form a curvilinear nozzle.



  The face 22 of the wheel, not provided with blades, has circular ribs 51 52 ... 5'r. The stator comprises a slightly conical flange 6; This flange carries. Crowns of fixed blades 7 '72 ... <B> T', </B> interposed between the rings of mobile blades 4 '... 4', 1a. crown of fixed blades 7 'being external to the crown of mobile blades 4'.

   Like the mobile vanes, the fixed vanes are formed in such a way that successive vanes of the same ring form a curvilinear nozzle.



  The stator also comprises a flange 8 which has circular ribs on one of its faces. 91 92 ... 98, forming with the circular ribs 5 '... 57 of the wheel 2, chambers 101 ... 108, connected to each other by ducts of small section 11' ... 117. A con - Pick 12 is provided between the: stator and the edge of the wheel 2; it connects the chamber <B> 10 '</B> to the face 21 of the wheel 2.

   The conduits 11 and 12 are formed by the clearances born: saires between fixed and mobile parts.



  Channels 17i ... 174: are drilled: in the wheel 2 and communicate lesdeux faces: of the wheel facing each ring of fixed vanes 72 7 '74 - and annular chambers 102 1o4108 and 108.



  Back-pressure chambers <B> 35 '</B> 35' 35 "357 are provided between the ring 361 363 36 '<B> 36' </B> connecting the: ends of the blades of each ring d 'moving vanes -and the flange 6 of the stator.



  The fluid enters through a conduit 13 formed in the stator and opens into an inlet manifold 14; fluid, leaving the blades after compression opens into an outlet manifold: 15 and is discharged through orifices 16 made in this manifold 15.



  The machine: above: described operates as a compressor as follows: The rotor turns in the direction of arrow f (fig. 6); we consider a ring of mobile blades 44 and the rings of fixed blades <B> 7 '</B> and 74 located immediately on either side of the latter. The fixed vanes of the crown 75, inclined so as to achieve the correct entry of the fluid into the moving vanes,

   form distributor. The fixed vanes of the crown 74 play the role of diffuser for the crown of mobile vanes 44 and the role of distributor for the crown of mobile blades 4 '.



  Each ring 4 '... of mobile blades therefore produces independent compression, as does each ring of fixed blades 71 ... producing some in series. with the others successive stages of compression.



  The gaseous fluid thus sucked in by the axial duct 13 is progressively compressed by the mobile and fixed rings; before escaping into the manifold 15, it passes through a ring of fixed vanes 71 where it transforms into pressure all the circumferential speed acquired in the mobile vane 41, maintaining a speed just sufficient for the need. , from: debit.

   The fluid thus compressed is collected in the manifold 15 and discharged through orifices 16.



  The power absorbed by each of the compressor stages @ is expressed by:
EMI0003.0083
    Y being the weight of fluid treated per second, y the acceleration of gravity, Ui the speed of driving at the periphery of the moving vane, Tr, the absolute speed of the fluid at the outlet of the. mobile vane, at the angle made by:

  they these two speeds, Uo the drive speed at the entrance of the mobile vane, Vo la. absolute speed of the fluid at this inlet, a, the angle between them these two speeds.



  The profile of the blades, mobile: is produced so as to: give the angle ao a value greater than 90o;

   consequently, the term -Uo Vo ces ao has a positive value and is added to the term U, Tr., cos ai: in the above formula giving la. power W.



  The slight inclination: of the mobile vanes 4 at the exit in front of the movement has the effect of: making the angle a t tend towards zero; the cosine of this angle ai tends towards let the value of the term U, <I> Y, </I> cos <I> a, </I> increases tending towards Ui 17, which is its maximum value.



  The values of the angles ao and ai can obviously vary while being limited by the considerations of machining .des blades.



       Axial balancing is carried out in the following way: the: channels 171 ... 174 put the annular chambers 102 104 101 108, in communication with the face 21: of the facing rotor: corresponding fixed volumes 72 73 74 and Vet:

  thus establish in these chambers pressures equal to the pressures exislante in -these fixed cubages and acting on the face 21 of the rotor. In these places, of the rotor, the pressure is given the same on the face 21 and and on the face 22 thus achieving axial balancing.

        On the other hand, the channels 11 make the chambers 101 ... 108 communicate with each other, so that in chamber 10 ", for example, a pressure intermediate to that existing in chambers 10 = and 104 is established. This intermediate pressure is the same as that exerted by the chamber 353 on the ring connecting the ends of the blades 363 of the ring of movable blades 4..

   This pressure is intermediate between the pressures existing in the fixed blades 72 and 73 between which the mobile blades 42 are interposed, as is the pressure: in each of the chambers 351 35 '35' corresponding to the mobile blades 41 43 and 44,. Corresponds to . an equivalent pressure in one of the chambers 101 10 '10'r located vis-à-vis these movable blades.



  The pressures are therefore equal at all points on each face of the rotor 2, thus achieving perfect axial balancing.



  This regular distribution of the balance is clearly apparent from the diagram. of the. fig. 5: at, each pressure Pl ... Pn on the face 21 of the rotor fitted with mobile vanes corresponds to an equal back pressure and .of the opposite direction Pl ... Pn on -la. opposite face 2 \ of this rotor: axial balancing is thus achieved at each point on the surface of the rotor.



  Numerous modifications can be made to the machine of FIGS. 3 to 5 without departing for this from the scope of the invention.



  In particular the fi, g. 7 represents a machine according to a variant of the invention. The rotor 2 of this machine has, on its face 2 '', annular balancing chambers 181 18û ... 18n. These annular balancing chambers are interconnected by channels 191 ... <B> 19, </B> all the chambers 18 and the channels 19 form a labyrinth in which the speed of the fluid acquired in a channel 19 is canceled: in the room 18 which follows it.



  On the other hand, in the covering rings 271 27 =. Crowns -d'aubes moving are hollowed out circular grooves; forming with circular grooves of the. wall 29 of the stator of the annular balancing chambers, 221 222 223 and 241 242 243, the chambers 24 being interconnected by the channels 231 232 23 '\, the chambers 22 being re-linked by the channels 251 <B> 252 </B> 253.



       The cover rings 28 of the crowns of fixed blades are also hollowed out with annular grooves forming, with annular grooves in the wall 2 'of the rotor, annular balancing chambers 201 20 = 203 204 interconnected by channels 211 2 1 = 213 214.



       De.s channels 261 <B> 262 </B> are drilled in the wheel 2 and communicate the two sides of the rotor 2. The channel <B> 26 '</B> connects the two sides of the rotor 2 to the 'place. annular balancing chambers \ 304 and 188. Some of these chambers 261 are always arranged between the center of the rotor and the first moving vane, in order to put the center of the rotor in communication with the suction of the compressor and must be of sufficient section to evacuate the. fluid leaks from face <U> 92 </U> to face 21.



  In the annular chambers, for example 201 20 "203, a fluid stream will be established through the channels 211 21 = 213 in such a way that the pressure prevailing in these chambers is the same as the pressure prevailing. inside the auba.ge 72.

   In short, this positive device establishes a pressure, in the space between the ring connecting the ends of the blades and the stator if it is a moving auba.ge or the ring connecting the ends of the vanes and the twist if it is a fixed aubabe which is equal, on the one hand, to the pressure prevailing at. the interior of the blade considered and, on the other hand, at the pressure which prevails -in the corresponding chambers of the face 22 of the rotor, thus achieving axial balancing at all points of the rotor.



  This machine has various advantages and in particular the following: n) perfect balancing is obtained if the number of chambers and their dimensions are the same for each of the faces of the wheel.



  the sealing between two successive crowns of a.ubages is improved; therefore, leaks are reduced and efficiency is increased. When the machine is a compressor, the disadvantages of known blades (fig. 2) can be avoided by creating a particular form of blades (fig. 8).



       These blades of the fixed and movable crowns have an increased thickness 37 from the region of the elbow to their exit edge; consequently, the fluid vein always remains in contact with the convex surface 38 of the blade -and thus eliminates the separation, due to the centrifugal effect as explained previously.



  The vanes also have on their outlet faces a cylindrical surface 39 produced in such a way that the stream of fluid 40 leaving a vane leaves a depression zone 41 in the following vane.



  These blades have the following advantages: a) the efficiency of the curvilinear nozzle formed by two successive blades of the same ring is increased since the fluid stream does not take off -from the .convex surface 38, which prevents the formation of eddies in that vein.

      b) the effect of centrifugal force in a curvilinear inn (fig. 2) causes the pressure at A (fig. 8) to be much greater than the pressure at point B.



  The concave face of a moving vane that moves along the arrow therefore receives fluid at higher pressure, then the edge of this moving vane is suddenly opposite the rear edge of the fixed vane (position of the fi -g. 8). Then, during the time taken by the moving vane to travel through segment e, its concave face receives no fluid.

   In this way, the pressure along this concave face is lowered (by inertia of the fluid which was there and which was animated at a Late speed, as well as by friction of the vein which flows along of the convex face of the previous vane.



  When the concave face of the moving blade arrives opposite: from point B (ridge, before the fixed blade), the pressure which reigns along this concave face is closer: to that which reigns at n B.



  The tendency for the backward movement of the fluid vein which occurs periodically in the blades according to the usual technique, each time a mobile blade passes in front of a frozen blade, is found: in the case of FIG. 8, decreased, if not deleted. The eddies are therefore less violent and internal efficiency is improved.

 

Claims (1)

REVENDICATION Machine pour la transformation de la pression d'un fluide en travail ou inverse- ment, clans laquelle le rotor est constitué par un disque portant, sur une de ses faces, : CLAIM Machine for transforming the pressure of a fluid into work or vice versa, in which the rotor is constituted by a disc bearing, on one of its faces,: des couronnes d'aubes concentriques., et dans la quelle le stator porte également,des couronnes d'aubes intercalées dans les espaces annu laires entre, les couronnes d'aubes du rotor, le sens .du déplacement du fluide étant ra dial, machine caractérisée par -des chambres annulaires ménagées sur la face du rotor non munie .de couronnes .d'aubes, chaque chambre étant disposée en face d'une couronne : crowns of concentric blades., and in which the stator also carries, crowns of blades interposed in the annular spaces between, the crowns of blades of the rotor, the direction of displacement of the fluid being straight, machine characterized by annular chambers formed on the face of the rotor not provided with .vane crowns, each chamber being arranged opposite a crown: d'aubes fixes ou mobiles, la pression qui règne dans chaque chambre étant égale à la pression qui règne dans la couronne d'aubes correspon- dante, ce qui assure un équilibrage axial en chaque point de la surface idu rotor. SOUS-REVENDICATIONS 1. fixed or movable blades, the pressure which reigns in each chamber being equal to the pressure which reigns in the corona of corresponding blades, which ensures axial balancing at each point of the surface of the rotor. SUB-CLAIMS 1. Machine conforme à la revendication et caractérisée cru ce que la chambre annulaire (10=) correspondant à une couronne d'aubes figes (72) communique, d'une part, avec cette couronne (72) par un canal (171) et, d'autre part, par un joint labyrinthe avec .les cham bres annulaires voisines (101 103...) Machine according to claim and characterized believed that the annular chamber (10 =) corresponding to a ring of fixed blades (72) communicates, on the one hand, with this ring (72) by a channel (171) and, d '' on the other hand, by a labyrinth seal with the neighboring annular chambers (101 103 ...) qui cor- respondent à des couronnes d'aubas mobiles. 2. Machine conforme @à la revendication et caractérisée en .ce que des chambres annu laires .d'équilibrage sont également ménagées entre les anneaux .reliant les extrémités .des aubes. ,des couronnes; which correspond to crowns of movable bottom. 2. Machine according @ to claim and characterized in .ce that annu lar .d'équilibration chambers are also provided between the rings .relating the ends .des blades. , wreaths; ,d'aubes fixes et le rotor, d'une part, et les couronnes d'aubes mobiles et le stator, d'autre part, ce qui assure à la fois une meilleure étanchéité entre les cou- ronnes d'aubes successives et l'équilibrage du rotor et .des anneaux reliant les extrémités des aubes des couronnes d'aubes fixes et mobiles. 3. , fixed blades and the rotor, on the one hand, and the rings of mobile blades and the stator, on the other hand, which ensures both a better seal between the crowns of successive blades and the balancing the rotor and .des rings connecting the ends of the blades of the crowns of fixed and movable blades. 3. Machina conforme à la. .revendication, caractérisée en outre: en ce que les aubes suc cessives de chaque couronne ménagent entre elles des espaces en forme -de tuyère. 4. Machine conforme à la revendication, caractérisée en outre en ce que le profil des aubes mobiles est choisi ,de manière que la vitesse (Yo) :du fluide à l'entrée de cette aube mobile fasse avec la, ten: Machina conforms to the. .revendication, further characterized: in that the successive vanes of each ring form spaces between them in the form of a nozzle. 4. Machine according to claim, further characterized in that the profile of the mobile blades is chosen so that the speed (Yo): of the fluid at the inlet of this mobile blade does with the, ten: gente un angle (a,,) supérieur à 90 , ce qui aceroit la puissance mise -en jeu dans cet étage d'aubes mobiles. 5. Machine conforme à la revendication et caractérisée en outre en ce que les aubes pré sentent une épaisseur accrue de, la. gente an angle (a ,,) greater than 90, which aceroit the power brought into play in this stage of mobile blades. 5. Machine according to claim and further characterized in that the vanes have an increased thickness of. région des coudes jusqu'à leur bord de sortie de manière à rétrécir le passage du fluide entre deux aubes successives de façon à supprimer tout décollement de la, veine fluide de la, face dor sale de l'aube. G. 11laehine conforme à la revendication et caractérisée en outre: en ce que les aubes pré sentent sur leur bord (le sortie une surface cylindrique ayant: region of the elbows up to their outlet edge so as to narrow the passage of the fluid between two successive vanes so as to eliminate any detachment of the, fluid vein from the dirty gold face of the vane. G. 11laehine according to claim and further characterized: in that the vanes have on their edge (the outlet a cylindrical surface having: une longueur notable me- surée taaigentielle ment de façon à créer une zone de dépression .sur la face concave de l'aube suivante, cette zone de dépression 6vi- tant le retour en arrière du fluide lorsque l'aube ,s'est déplacé d'une longueur corres pondante à la langueur de la surface cylin drique. a significant length measured taigentially so as to create a depression zone on the concave face of the next vane, this depression zone 6 preventing the back flow of the fluid when the vane has moved d 'a length corresponding to the languor of the cylindrical surface.
CH235102D 1941-06-24 1941-06-24 Machine for transforming the pressure of a fluid into work or vice versa. CH235102A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0093990A2 (en) * 1982-05-11 1983-11-16 A.G. Kühnle, Kopp &amp; Kausch Steam turbine
WO2001057402A1 (en) * 2000-02-01 2001-08-09 Leybold Vakuum Gmbh Friction vacuum pump

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