Machine à fluide
L'objet de la présente invention est une machine à fluide comprenant un carter muni d'une entrée de fluide et d'une sortie de fluide et des aubes pouvant être déplacées successivement dans le carter au travers de l'entrée et de la sortie.
Les machines à fluide connues se caractérisaient par des rendements relativement bas d'environ 40%. Le but de l'invention est de fournir une machine à fluide ayant un rendement supérieur.
A cet effet, la machine selon l'invention est caractérisée en ce que l'entrée et la sortie sont disposées chacune sur un côté opposé du parcours des aubes, en ce que le fluide en passant de l'entrée à la sortie, est contraint par les parois du carter à s'écouler selon un trajet hélicoïdal et à passer entre les aubes au moins deux fois dans le même sens depuis le côté entrée des aubes jusqu'au côté sortie des aubes.
Le dessin représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de la machine à fluide, objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en perspective schématique d'une première forme de réalisation.
La fig. 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe longitudinale d'une seconde forme de réalisation.
La fig. 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la fig. 3, et
la fig. 5 est une vue en coupe semblable d'une variante.
La pompe représentée aux fig. 1 et 2 comprend deux arbres 10 dont un au moins est relié à un moteur. Un fluide entre par un canal d'entrée 13 dans un carter 15 contenant des aubes, et en sort par un canal de sortie 14. Les aubes 16 sont montées sur une courroie 17 qui est entraînée par une des poulies montées sur des arbres 10. Les aubes 16 sont déplacées à travers le carter 15 et deux ouvertures étanches 18 suivant un trajet rectiligne. Le fluide passe entre les différentes aubes 16 et s'écoule d'une manière telle que la totalité du fluide repasse une seconde fois entre ces aubes en suivant le trajet hélicoïdal montré sur les fig. 1 et 2. Le carter 15 présente une surface interne lisse et absolument dépourvue de tout aubage ou moyen de guidage.
Lorsque le fluide atteint pour la première fois les aubes 16 à l'endroit A-A, il présente une répartition uniforme de son énergie totale. Le canal d'entrée 13 et la partie 19 du carter 15 sont conformés de telle manière que la répartition du vecteur vitesse soit inégale à l'endroit A-A. Cette répartition du vecteur vitesse est nécessaire pour que le fluide, après son premier passage entre les aubes, à l'endroit B-B, présente une répartition de son énergie totale qui soit conforme à la répartition de l'énergie totale dans toute la pompe dans le sens du déplacement des aubes.
A l'endroit C-C, immédiatement avant le dernier passage entre les aubes 16, le fluide présente une répartition inégale du vecteur vitesse. Le canal de sortie 14 et la partie 20 du carter 15 sont con
formés de telle manière que le fluide, après son dernier passage en
tre les aubes, présente un niveau d'énergie totale sensiblement uniforme, à l'endroit D-D. Ce niveau d'énergie est essentiellement maintenu dans tout le canal de sortie 14 jusqu'à la sortie 12 de la pompe.
Dans la seconde forme d'exécution suivant les fig. 3 et 4, la pompe comprend un carter 115 et un seul arbre 133, sur lequel est fixé un disque ou un bras 134. Le carter 115 présente la configuration d'un tore partiel disposé autour de l'axe de l'arbre 133. La courroie qui porte les aubes 116 est fixée au bord périphérique du disque 134, et le carter 115 est complété par une partie plate 117 disposée au voisinage du disque 134.
Un déflecteur sous forme d'un écran 132 de la fig. 4 est relié à chacune des aubes 116. A la fig. 5, ce déflecteur est une pièce fixe séparée 232 des aubes 216 et reliée au carter 215.
La fonction des écrans 132 de la fig. 4, ou des pièces fixes séparées 232 de la fig. 5, est d'aider les parois du carter 115 à diriger le fluide selon un trajet hélicoïdal avec un minimum de pertes de l'entrée 111 à la sortie 112. Le rendement de la pompe est ainsi amélioré.
Les aubes 16 des fig. 1 et 2 peuvent avoir toute inclinaison et tout espacement voulus sur la courroie périphérique.
Toutefois, avec des formes données de la section transversale des canaux, il existe un espacement pour lequel le fluide rencontre la majorité des aubes sous un angle d'incidence constant, dans une large gamme de fonctionnement de la pompe. Cet angle d'incidence est de préférence petit. Chaque aube travaille ainsi dans sa région d'action optimum. Comme le montre la fig. 4, I'aire des aubes 116 en projection sur un plan perpendiculaire à la direction de leur mouvement est moindre que l'aire, en projection également, du reste du canal d'écoulement dans le carter 115. La pompe ne fonctionne pas au meilleur rendement si le reste de l'aire d'écoulement du canal dans le carter est plus petit que l'aire des aubes 116 en projection sur le plan perpendiculaire à la direction de leur mouvement.
Avec la pompe décrite, on peut obtenir un rendement élevé.
En effet, on a mesuré un rendement d'environ 73% et ceci dans une gamme de travail relativement étendue. Un des avantages de cette pompe consiste en ce qu'on peut obtenir un rendement de pointe élevé. Elle a de plus l'avantage d'avoir un domaine appréciable de conditions de fonctionnement comme, par exemple, la vitesse. le débit et les rapports de pressions avec lesquelles on peut obtenir un rendement élevé.
Un autre avantage de la présente pompe consiste en ce qu'on peut obtenir, pour une vitesse maximum donnée des surfaces actives, un débit relativement élevé, ce débit étant défini par la puissance transmise par kilogramme de fluide.
Un autre avantage encore consiste en ce qu'on peut obtenir un débit élevé en un seul étage. Pour obtenir le même débit, il est ainsi possible d'utiliser une seule pompe plutôt que les étages multiples de pompes classiques.
Dans ce qui précède. nous avons décrit une pompe mais toutes les formes d'exécution se prêtent également à l'utilisation de la même machine en tant que turbine.
Fluid machine
The object of the present invention is a fluid machine comprising a casing provided with a fluid inlet and a fluid outlet and vanes which can be successively moved in the casing through the inlet and the outlet.
The known fluid machines were characterized by relatively low efficiencies of about 40%. The aim of the invention is to provide a fluid machine having a higher efficiency.
To this end, the machine according to the invention is characterized in that the inlet and the outlet are each arranged on an opposite side of the path of the blades, in that the fluid passing from the inlet to the outlet is constrained by the walls of the casing to flow in a helical path and to pass between the blades at least twice in the same direction from the inlet side of the blades to the outlet side of the blades.
The drawing represents, by way of example, two embodiments of the fluid machine, object of the invention.
Fig. 1 is a schematic perspective view of a first embodiment.
Fig. 2 is a section taken along line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a longitudinal section of a second embodiment.
Fig. 4 is a section taken along line IV-IV of FIG. 3, and
fig. 5 is a similar sectional view of a variant.
The pump shown in fig. 1 and 2 comprises two shafts 10 of which at least one is connected to a motor. A fluid enters through an inlet channel 13 into a casing 15 containing vanes, and leaves it through an outlet channel 14. The vanes 16 are mounted on a belt 17 which is driven by one of the pulleys mounted on shafts 10. The vanes 16 are moved through the housing 15 and two sealed openings 18 following a rectilinear path. The fluid passes between the various vanes 16 and flows in such a way that all of the fluid passes again between these vanes, following the helical path shown in FIGS. 1 and 2. The casing 15 has a smooth internal surface and absolutely devoid of any blade or guide means.
When the fluid first reaches the vanes 16 at location A-A, it exhibits a uniform distribution of its total energy. The inlet channel 13 and the part 19 of the housing 15 are shaped in such a way that the distribution of the speed vector is unequal at the location A-A. This distribution of the speed vector is necessary so that the fluid, after its first passage between the vanes, at location BB, presents a distribution of its total energy which complies with the distribution of the total energy throughout the pump in the direction of movement of the blades.
At location C-C, immediately before the last passage between the vanes 16, the fluid exhibits an unequal distribution of the speed vector. The outlet channel 14 and the part 20 of the housing 15 are con
formed in such a way that the fluid, after its last passage in
being the blades, exhibits a substantially uniform total energy level at location D-D. This energy level is essentially maintained throughout the outlet channel 14 up to the outlet 12 of the pump.
In the second embodiment according to FIGS. 3 and 4, the pump comprises a casing 115 and a single shaft 133, on which is fixed a disc or an arm 134. The casing 115 has the configuration of a partial torus arranged around the axis of the shaft 133. The belt which carries the blades 116 is fixed to the peripheral edge of the disc 134, and the casing 115 is completed by a flat part 117 disposed in the vicinity of the disc 134.
A deflector in the form of a screen 132 of FIG. 4 is connected to each of the blades 116. In FIG. 5, this deflector is a fixed part 232 separate from the vanes 216 and connected to the housing 215.
The function of the screens 132 of FIG. 4, or separate fixed parts 232 of FIG. 5, is to help the walls of the housing 115 to direct the fluid in a helical path with a minimum of losses from the inlet 111 to the outlet 112. The efficiency of the pump is thus improved.
The vanes 16 of FIGS. 1 and 2 can have any inclination and spacing you want on the Perimeter Belt.
However, with given shapes of the channel cross-section, there is a spacing where the fluid meets the majority of the vanes at a constant angle of incidence, over a wide range of pump operation. This angle of incidence is preferably small. Each blade thus works in its optimum action region. As shown in fig. 4, the area of the vanes 116 in projection on a plane perpendicular to the direction of their movement is less than the area, also in projection, of the rest of the flow channel in the housing 115. The pump does not operate at its best. efficiency if the remainder of the flow area of the channel in the casing is smaller than the area of the vanes 116 in projection on the plane perpendicular to the direction of their movement.
With the pump described, a high efficiency can be obtained.
In fact, an efficiency of about 73% was measured and this over a relatively wide working range. One of the advantages of this pump is that a high peak efficiency can be obtained. It also has the advantage of having an appreciable range of operating conditions such as, for example, speed. the flow rate and the pressure ratios with which a high efficiency can be obtained.
Another advantage of the present pump consists in that it is possible to obtain, for a given maximum speed of the active surfaces, a relatively high flow rate, this flow rate being defined by the power transmitted per kilogram of fluid.
Yet another advantage is that a high throughput can be obtained in a single stage. To obtain the same flow, it is thus possible to use a single pump rather than the multiple stages of conventional pumps.
In the above. we have described a pump but all the embodiments also lend themselves to the use of the same machine as a turbine.