CH326682A - Centrifugal turbo-machine - Google Patents

Centrifugal turbo-machine

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CH326682A
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CH
Switzerland
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flanges
wheel
blades
centrifugal
fins
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Application number
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French (fr)
Inventor
Rene Chapuis Claude
Original Assignee
Neu Sa
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Publication date
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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
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/288Part of the wheel having an ejecting effect, e.g. being bladeless diffuser
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/441Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/442Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for elastic fluid pumps rotating diffusers

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

Description

  

      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.

 

Claims (1)

REVENDICATION Turbomachine centrifuge, comportant une enveloppe, dans laquelle est montée au moins une roue centrifuge constituée par des flasques entre lesquels sont fixées des aubes, caracté risée en ce que sur les faces extérieures desdits flasques sont fixées des ailettes auxiliaires dis posées de manière à entraîner le fluide situé entre les flasques de la roue centrifuge et des parois adjacentes de l'enveloppe. CLAIM Centrifugal turbomachine, comprising a casing, in which is mounted at least one centrifugal wheel consisting of flanges between which blades are fixed, characterized in that on the outer faces of said flanges are fixed auxiliary fins arranged so as to drive the fluid located between the flanges of the centrifugal wheel and the adjacent walls of the casing. SOUS-REVENDICATION Turbomachine selon la revendication, ca ractérisée en ce que les flasques de la roue centrifuge s'étendent vers l'extérieur, au-delà des extrémités des aubes, de façon à former un diffuseur périphérique, les ailettes étant fixées sur les parties des flasques formant les parois de ce. diffuseur. SUB-CLAIM Turbomachine according to claim, characterized in that the flanges of the centrifugal wheel extend outwardly, beyond the ends of the blades, so as to form a peripheral diffuser, the fins being fixed to the parts. flanges forming the walls of this. Streamer.
CH326682D 1952-11-15 1953-09-28 Centrifugal turbo-machine CH326682A (en)

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