Turbomachine centrifuge L'invention a pour objet une turbomachine centrifuge comportant une enveloppe dans laquelle est montée au moins une roue centri fuge constituée par des flasques entre lesquels sont fixées des aubes et caractérisée en ce que sur les faces extérieures desdits flasques sont fixées des ailettes auxiliaires disposées de manière à entraîner le fluide situé entre les flasques de ladite roue centrifuge et des parois adjacentes de l'enveloppe.
Dans une forme d'exécution particulière, les flasques de la roue centrifuge pourraient s'éten dre vers l'extérieur au-delà des extrémités des aubes, de façon à former un diffuseur péri phérique, les ailettes étant alors fixées sur les parties des flasques formant les parois du dif fuseur. Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la turbomachine selon l'invention, ainsi que des . diagrammes explicatifs.
La fig. 1 est un diagramme représentant les courbes théorique et expérimentale pres- sion-débit de turbomachines connues.
La fig. 2 est une- coupe schématique, en élévation, d'une turbomachine connue, cons tituant un ventilateur centrifuge. La fig. 3 est une coupe en élévation, sché matique, de ladite forme d'exécution, constituée par un ventilateur centrifuge.
La fig. 4 est un diagramme comparatif des . courbes pression-débit relatives au fonc tionnement de cette forme d'exécution.
Les fig. 5 à 10 représentent, vues de face, différentes variantes des ailettes dont est pour vue la machine de la fig. 3.
La fig. 11 représente différents profils pouvant être donnés aux ailettes de la machine de la fig. 3.
La fig. 1 permet, à titre d'exemple, la comparaison des caractéristiques débit-pression, théorique et expérimentale, à vitesse constante, d'âne turbo-machine centrifuge à aubes ra diales, connue, telle que celle représentée à la fig. 2.
Parmi les différentes causes qui agissent pour produire la divergence constatée entre les courbes, il en est une qui, pour prépondé rante qu'elle soit dans la zone située au voi sinage des débits nuls, n'en existe pas moins dans toute la zone d'action du ventilateur.
Cette cause réside dans les, frottements qui se produisent de chaque côté du flux fluide 1 (fig. 2) sortant de la roue contre les couches . de fluides 2 et 3 comprises dans les espaces latéraux, entre les flasques 4 et 5 de la roue et les parois 6 et 7 de la volute.
Lorsque le flux fluide 1 sortant de la roue renferme une quantité d'énergie importante, comme c'est le cas lorsque le débit est important, les frotte ments dont il est question mettent en rotation autour de l'axe du ventilateur, les couches 2 et 3 et il s'y forme des tubes-tourbillons plus ou moins parfaits, dont la vitesse tangentielle au droit du cylindre 8 de sortie des aubes est presque égale à la vitesse tangentielle du fluide à la sortie des aubes de la roue.
L'influence des frottements sera donc faible dans ce cas et la chute de pression, due à cette cause, mi nime.
Au contraire, quand l'énergie contenue dans le flux fluide est faible, comme c'est le cas au v ois * inage du débit nul, les frottements vont ralentir la vitesse tangentielle du flux fluide sortant de la roue et celle-ci,
au lieu de tendre à être égale à la vitesse périphérique de l'ex trémité des aubes, sera bien inférieure à celle-ci. Il en résulte que la pression qui, théo riquement, devrait être alors voisine du double de la pression dynamique de cette vitesse périphérique prend une valeur beaucoup moin dre.
C'est donc principalement à cette cause que l'on doit attribuer l'inflexion 9 - 10 de la courbe expérimentale relative aux machines connues (fig. 1), inflexion qui est la cause du phénomène, souvent très gênant, dénommé pompage.
Le but recherché par la présente invention est de rendre la vitesse tangentielle des tubes- tourbillons, des espaces latéraux 2 et 3, indé pendante de celle du flux fluide 1 sortant de la roue.
On conçoit en effet que si l'on donne à la vitesse tangentielle du tube-tourbillon une valeur égale, par exemple, à la vitesse péri phérique des aubes, on aura supprimé tous les frottements dans le cas du point de débit nul, et on retrouvera à ce moment-là une pression égale à la pression théorique du point 11 de la fig. 1. On conçoit encore que, si la roue est à aubes radiales, un tel tube-tourbillon n'engen drera pas non plus de frottements dans le cas de débits importants, puisque avec une telle roue la vitesse tangentielle du flux sortant de la roue est théoriquement toujours égale à la vitesse périphérique de l'extrémité des aubes.
Les frottements qui contribuaient à ralentir un peu le flux fluide n'existeront plus et par consé quent on aura légèrement remonté la pression également dans ce cas.
On conçoit enfin que, si la roue est à aubes couchées en arrière, toujours en supposant que le tube-tourbillon- ait une vitesse tangentielle toujours égale à la vitesse périphérique et dans la zone des débits importants où la théorie veut que la vitesse tangentielle du flux sortant de, la roue soit inférieure à la vitesse péri phérique, il y aura de nouveau des frottements, mais cette fois-ci dans l'autre sens. Ces frotte ments devenus moteurs au lieu d'être résistants contribueront encore à relever la pression.
La forme d'exécution de la turbomachine selon l'invention, représentée à la fig. 3, com prend une roue 12, montée sur un arbre 13, tournant à l'intérieur d'une volute 14, pourvue d'une ouïe d'aspiration 15 et d'un orifice de refoulement 16. Cette roue comporte deux flasques 4 et 5 entre lesquels sont fixées les aubes. Les flasques s'étendent vers l'extérieur en 17, 18, au-delà des extrémités 8 des aubes, de manière à former un diffuseur périphé rique.
Sur la face extérieure des flasques de la roue sont fixées des ailettes auxiliaires 20 et 21. En tournant, ces ailettes vont entraîner les couches fluides occupant les espaces latéraux 2 et 3 compris entre les flasques de la roue et les parois adjacentes, et de la volute 14, et provoquer la formation, dans ces espaces latéraux, de tubes-tourbillons dont la vitesse tangentielle au droit de la surface cylindrique 22 limitant la sortie du diffuseur tournant sera devenue indépendante du flux 1 sortant de la roue et. ne dépendra plus que des ailettes 20 et 21.
Si l'on dispose un grand nombre de grandes ailettes 23 (fig. 5), (20 par exemple, sur chaque face de la roue) sur les parties des flasques formant les parois du diffuseur tournant, on donnera aux tubes-tourbillons une vitesse tan gentielle beaucoup plus grande que si l'on se contente de placer un petit nombre de petites ailettes 24 (5 par exemple, sur chaque face de la roue) à l'intérieur de la périphérie 8 des aubes de la roue.
Dans le cas représenté à la fig. 3, on pourra même obtenir alors des pressions qui, au voi sinage du point à débit nul, dépasseront la pression théorique.
La fig. 4, où l'on a reporté, à titre d'exem ple, trois courbes expérimentales correspondant à trois positions d'ailettes, permet la compa raison, d'une part avec la courbe théorique et, d'autre part, avec la courbe obtenue sans ailettes.
La courbe A est la droite théorique d'une roue à aubes radiales, la courbe B est la courbe expérimentale de la roue à diffuseur tournant, sans ailettes auxiliaires. La courbe C est celle obtenue quand on dispose de petites ailettes au voisinage de la périphérie 22, la courbe D est celle obtenue quand les ailettes sont juste au-dessous de la périphérie 8 et, enfin, la courbe E correspond à une position intermé diaire. Ces courbes montrent aussi que la machine décrite en référence à là fig. 3 n'a que peu de tendance au pompage.
On peut utiliser l'une ou l'autre des formes d'ailettes des fig. 6 à 10 en les calant suivant l'un ou l'autre des profils de la fig. 11.
Centrifugal turbomachine The invention relates to a centrifugal turbomachine comprising a casing in which is mounted at least one centrifugal impeller formed by flanges between which blades are fixed and characterized in that on the outer faces of said flanges are fixed auxiliary fins. arranged so as to entrain the fluid located between the flanges of said centrifugal wheel and adjacent walls of the casing.
In a particular embodiment, the flanges of the centrifugal wheel could extend outwards beyond the ends of the blades, so as to form a peripherical diffuser, the fins then being fixed to the parts of the flanges. forming the walls of the diffuser. The drawing represents, by way of example, an embodiment of the turbomachine according to the invention, as well as. explanatory diagrams.
Fig. 1 is a diagram representing the theoretical and experimental pressure-flow curves of known turbomachines.
Fig. 2 is a schematic sectional view, in elevation, of a known turbomachine, constituting a centrifugal fan. Fig. 3 is a sectional elevation, dry mat, of said embodiment, consisting of a centrifugal fan.
Fig. 4 is a comparative diagram of. pressure-flow curves relating to the operation of this embodiment.
Figs. 5 to 10 show, front views, different variants of the fins of which the machine of FIG. 3.
Fig. 11 shows different profiles that can be given to the fins of the machine of FIG. 3.
Fig. 1 allows, by way of example, the comparison of the flow-pressure characteristics, theoretical and experimental, at constant speed, of a known rotary vane centrifugal turbo-machine, such as that shown in FIG. 2.
Among the various causes which act to produce the divergence observed between the curves, there is one which, though it is predominantly in the zone situated in the vicinity of the zero flow rates, nevertheless exists throughout the entire zone. fan action.
This cause lies in the friction which occurs on each side of the fluid flow 1 (fig. 2) coming out of the wheel against the layers. of fluids 2 and 3 included in the lateral spaces, between the flanges 4 and 5 of the wheel and the walls 6 and 7 of the volute.
When the fluid flow 1 exiting the impeller contains a large quantity of energy, as is the case when the flow rate is high, the friction in question causes the layers 2 to rotate around the axis of the fan. and 3 and more or less perfect vortex tubes are formed, the tangential speed of which to the right of the cylinder 8 at the outlet of the blades is almost equal to the tangential speed of the fluid at the outlet of the blades of the wheel.
The influence of friction will therefore be low in this case and the pressure drop, due to this cause, minimal.
On the contrary, when the energy contained in the fluid flow is low, as it is the case with the zero flow rate, the friction will slow down the tangential speed of the fluid flow leaving the wheel and the latter,
instead of tending to be equal to the peripheral speed of the tip of the blades, will be much lower than this. The result is that the pressure which, theoretically, should then be close to double the dynamic pressure of this peripheral speed takes a much smaller value.
It is therefore mainly to this cause that we must attribute the inflexion 9 - 10 of the experimental curve relating to known machines (fig. 1), an inflexion which is the cause of the phenomenon, often very troublesome, called pumping.
The object sought by the present invention is to make the tangential speed of the vortex tubes, of the lateral spaces 2 and 3, independent of that of the fluid flow 1 leaving the wheel.
We can see that if we give the tangential speed of the vortex tube a value equal, for example, to the peripheral speed of the blades, we will have eliminated all the friction in the case of the point of zero flow, and we will then find a pressure equal to the theoretical pressure at point 11 in fig. 1. It can also be seen that, if the wheel has radial blades, such a vortex tube will not generate friction either in the case of high flow rates, since with such a wheel the tangential speed of the flow leaving the wheel is theoretically always equal to the peripheral speed of the end of the blades.
The friction which contributed to slowing down the fluid flow a little will no longer exist and consequently the pressure will have been raised slightly in this case as well.
We can finally see that, if the impeller is with blades lying backwards, still assuming that the vortex tube has a tangential speed always equal to the peripheral speed and in the zone of high flow rates where the theory wants that the tangential speed of the flow leaving the wheel is less than the peripheral speed, there will be friction again, but this time in the other direction. This friction which has become a driving force instead of being resistant will further help to raise the pressure.
The embodiment of the turbomachine according to the invention, shown in FIG. 3, com takes a wheel 12, mounted on a shaft 13, rotating inside a volute 14, provided with a suction opening 15 and a discharge port 16. This wheel comprises two flanges 4 and 5 between which the blades are fixed. The flanges extend outwardly at 17, 18, beyond the ends 8 of the blades, so as to form a peripheral diffuser.
Auxiliary fins 20 and 21 are fixed on the outer face of the wheel flanges. By rotating, these fins will entrain the fluid layers occupying the lateral spaces 2 and 3 between the flanges of the wheel and the adjacent walls, and of the volute 14, and cause the formation, in these lateral spaces, of vortex tubes whose tangential speed to the right of the cylindrical surface 22 limiting the output of the rotating diffuser will have become independent of the flow 1 leaving the wheel and. will only depend on fins 20 and 21.
If we have a large number of large fins 23 (fig. 5), (20 for example, on each face of the impeller) on the parts of the flanges forming the walls of the rotating diffuser, we will give the vortex tubes a speed much greater tan gential than if one is content to place a small number of small vanes 24 (5 for example, on each face of the impeller) inside the periphery 8 of the impeller vanes.
In the case shown in FIG. 3, it will even then be possible to obtain pressures which, around the point at zero flow, will exceed the theoretical pressure.
Fig. 4, where, by way of example, three experimental curves corresponding to three fin positions have been reported, allows a comparison, on the one hand with the theoretical curve and, on the other hand, with the curve obtained without fins.
Curve A is the theoretical straight line of a radial paddle wheel, curve B is the experimental curve of a rotating diffuser wheel, without auxiliary vanes. Curve C is that obtained when there are small fins in the vicinity of periphery 22, curve D is that obtained when the fins are just below periphery 8 and, finally, curve E corresponds to an intermediate position . These curves also show that the machine described with reference to FIG. 3 has little tendency to pump.
One or the other of the fin shapes of FIGS. 6 to 10 by wedging them according to one or the other of the profiles of FIG. 11.