EP0865577B1

EP0865577B1 - Turbomachines et leur procede de fabrication

Info

Publication number: EP0865577B1
Application number: EP95940361A
Authority: EP
Inventors: Akira Goto; Mehrdad Zangeneh; Hideomi Harada
Original assignee: University College London; Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Current assignee: University College London; Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Priority date: 1995-12-07
Filing date: 1995-12-07
Publication date: 2002-07-03
Anticipated expiration: 2015-12-07
Also published as: CA2218692A1; WO1997021035A1; CA2218692C; EP0865577A1

Claims

Turbomachine possédant une roue ayant plusieurs ailettes supportées par un moyeu sur lequel les ailettes sont espacées circonférentiellement et recouvertes d'une surface de carénage qui forme une limite externe à l'écoulement de fluide formé dans un passage d'écoulement délimitant une direction d'écoulement entre deux ailettes adjacentes, caractérisée en ce que :

la roue a une configuration telle qu'une différence réduite de pression statique ΔCp ou une différence relative de nombre de Mach ΔM entre le moyeu et le carénage à la surface d'aspiration de l'ailette présente une tendance qui diminue remarquablement le long de l'emplacement d'une distance méridionale sans dimension m vers la sortie de la roue et est sélectionnée afin qu'elle soit inférieure à une valeur spécifiée qui dépend de la vitesse spécifique Ns de la turbomachine, la vitesse spécifique Ns étant définie par la relation Ns = NQ^0,5/H^0,75, N étant la vitesse de rotation en tours par minute, Q le débit à une entrée de la roue, en mètres cubes par minute, et H la hauteur en mètres représentant l'énergie du fluide qui est donnée au fluide par la turbomachine,

la tendance qui diminue remarquablement de ΔCp de la turbomachine qui transmet un fluide incompressible est telle que la différence réduite de pression statique entre une valeur minimale ΔCpm de la différence réduite de pression statique ΔCp et une valeur ΔCpm_m-0,4 de la différence réduite de pression statique ΔCp à un emplacement correspondant à la distance méridionale sans dimension m_m-0,4, obtenue par soustraction d'une distance méridionale sans dimension 0,4 de la distance méridionale sans dimension m_m qui représente la valeur minimale ΔCpm est sélectionnée afin que

elle ne soit pas inférieure à 0,20 à la vitesse spécifique Ns qui ne dépasse pas 280,

elle ne soit pas inférieure à 0,28 à la vitesse spécifique Ns qui ne dépasse pas 400, et

elle ne soit pas inférieure à 0,35 à la vitesse spécifique Ns qui ne dépasse 560, et

la tendance qui diminue remarquablement de ΔM pour la turbomachine qui transmet un fluide compressible est telle que la différence relative de nombre de Mach entre la valeur minimale ΔMm de la différence relative de nombre de Mach ΔM et une valeur ΔM_m-0,4 de la différence relative de nombre de Mach ΔM à l'emplacement correspondant à la distance méridionale sans dimension M_m-0,4 obtenue par soustraction d'une distance méridionale sans dimension 0,4 de la distance méridionale sans dimension M₂ représentant la valeur minimale ΔMm est sélectionnée afin qu'elle ne soit pas inférieure à 0,23 à la vitesse spécifique qui ne dépasse pas 488.
Turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle la distance méridionale sans dimension M_m représentant la valeur minimale ΔCpm de la différence réduite de pression statique ΔCp est sélectionnée afin qu'elle soit comprise dans la plage de distance méridionale sans dimension m = 0 à 8,0.
Turbomachine selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la pente du coefficient de pression du côté du carénage CPS-s à la surface d'aspiration de l'ailette est sélectionnée afin qu'elle ne soit pas inférieure à -1,3 à une limite inférieure de la pente du coefficient de pression du côté du carénage CPS-s_,LIM.
Turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle la pente du nombre de Mach du côté du carénage MS-s du côté d'aspiration de l'ailette est sélectionnée afin qu'elle ne soit pas inférieure à -0,8 formant la limite inférieure de la pente du nombre de Mach du côté du carénage Ms-s,_LIM.
Turbomachine selon la revendication 1 ou 4, dans laquelle la distance méridionale sans dimension M₂ représentant la valeur minimale ΔM de la différence relative de nombre de Mach ΔM est sélectionnée afin qu'elle soit comprise dans la plage de distance méridionale sans dimension m = 0,8 à 1,0.
Procédé de fabrication d'une turbomachine possédant une roue ayant plusieurs ailettes supportées par un moyeu sur lequel les ailettes sont espacées circonférentiellement et recouvertes d'une surface de carénage qui forme une limite extérieure pour l'écoulement d'un fluide dans un passage d'écoulement délimitant une direction d'écoulement entre deux ailettes adjacentes, comprenant :

une première étape de sélection d'une géométrie méridionale et du nombre d'ailettes de la roue à l'aide de spécifications de conception telles que des données d'entrée, délimitant plusieurs surfaces de révolution dans un canal d'écoulement méridional, et la détermination d'une condition d'empilement f_o,

une seconde étape de détermination d'une distribution de charge d'ailette rV_ suivant une distance méridionale sans dimension m par sélection d'une forme de la distribution de charge d'ailette δ(rV_)/δm qui a un pic à la surface de carénage dans la première moitié de l'emplacement de la distance non méridionale m et un pic à la surface de moyeu dans la dernière moitié de l'emplacement de la distance méridionale sans dimension, et d'ajustement d'une valeur obtenue par intégration de la distribution de charge d'ailette le long de la distance méridionale sans dimension m afin que la hauteur nominale de la roue soit obtenue,

une troisième étape de détermination d'une géométrie tridimensionnelle de la roue par intégration de {(Vz+vzb1)δf/δz}+{(Vr+vrb1)δf/δr} = {(rV )/r2}+{(vob1)/r}-ω le long de la distance méridionale sans dimension m avec la condition d'empilement f_o comme valeur initiale pour la détermination de la coordonnée tangentielle f de la ligne de cambrure d'ailette à une distance méridionale sans dimension m, et d'addition d'une certaine épaisseur à la valeur déterminée pour que l'ailette puisse avoir la résistance mécanique nécessaire,

une quatrième étape de détermination du fait que l'une des distributions de différence réduite de pression statique ΔCp et de distribution de différence relative de nombre de Mach ΔM le long de la distance méridionale sans dimension m obtenue dans la troisième étape convient ou non à la suppression de l'écoulement secondaire dans la roue,

une cinquième étape d'évaluation de la possibilité de mauvaises performances dues à au moins une séparation de l'écoulement dans la roue, déterminée par la troisième étape, d'évaluation de l'écoulement secondaire dans la roue par un paramètre d'écoulement secondaire puis, après retour à la seconde étape pour la modification de la distribution de charge d'ailette d'après l'évaluation précédente, de répétition des étapes précédentes jusqu'à ce que le résultat prévu soit obtenu,

dans lequel une différence réduite de pression statique ΔCp ou une différence relative de nombre de Mach ΔM entre le moyeu et le carénage à la surface d'aspiration de l'ailette présente une tendance qui diminue remarquablement le long de l'emplacement d'une distance méridionale sans dimension m vers la sortie de la roue et est sélectionnée afin qu'elle soit inférieure à une valeur spécifiée qui dépend de la vitesse spécifique Ns de la turbomachine, la vitesse spécifique Ns étant définie par la relation Ns = NQ^0,5/H^0,75, N étant la vitesse de rotation en tours par minute, Q le débit à une entrée de la roue, en mètres cubes par minute, et H la hauteur en mètres représentant l'énergie du fluide qui est donnée au fluide par la turbomachine,
la tendance qui diminue remarquablement de ΔCp de la turbomachine qui transmet un fluide incompressible est telle que la différence réduite de pression statique entre une valeur minimale ΔCpm de la différence réduite de pression statique ΔCp et une valeur ΔCpm_m-0,4 de la différence réduite de pression statique ΔCp à un emplacement correspondant à la distance méridionale sans dimension m_m-0,4, obtenue par soustraction d'une distance méridionale sans dimension 0,4 de la distance méridionale sans dimension m_m qui représente la valeur minimale ΔCpm est sélectionnée afin que
elle ne soit pas inférieure à 0,20 à la vitesse spécifique Ns qui ne dépasse pas 280,
elle ne soit pas inférieure à 0,28 à la vitesse spécifique Ns qui ne dépasse pas 400, et
elle ne soit pas inférieure à 0,35 à la vitesse spécifique Ns qui ne dépasse 560, et
la tendance qui diminue remarquablement de ΔM pour la turbomachine qui transmet un fluide compressible est telle que la différence relative de nombre de Mach entre la valeur minimale ΔMm de la différence relative de nombre de Mach ΔM et une valeur ΔM_m-0,4 de la différence relative de nombre de Mach ΔM à l'emplacement correspondant à la distance méridionale sans dimension M_m-0,4 obtenue par soustraction d'une distance méridionale sans dimension 0,4 de la distance méridionale sans dimension M₂ représentant la valeur minimale ΔMm est sélectionnée afin qu'elle ne soit pas inférieure à 0,23 à la vitesse spécifique qui ne dépasse pas 488.
Procédé de fabrication d'une turbomachine selon la revendication 6, dans lequel il est déterminé si la distance méridionale sans dimension m_m représentant la valeur minimale ΔCpm de la différence réduite de pression statique ΔCp se trouve dans la plage de distance méridionale sans dimension m = 0,8 à 1 ou non.
Procédé de fabrication d'une turbomachine selon la revendication 6 ou 7, dans lequel il est déterminé si la pente du coefficient de pression du côté du carénage CPS-s à la surface d'aspiration de l'ailette n'est pas inférieure à -1,3 formant la limite inférieure de la pente du coefficient de pression du côté du carénage CPS-s_,LIM ou non.
Procédé de fabrication d'une turbomachine selon la revendication 6, dans lequel il est déterminé si la pente du nombre de Mach du côté du carénage MS-s à la surface d'aspiration de l'ailette n'est pas inférieure à -0,8 formant la limite inférieure de la pente du nombre de Mach du côté du carénage MS-S_,LIM ou non.
Procédé de fabrication d'une turbomachine selon la revendication 6 ou 9, dans lequel il est déterminé si la distance méridionale sans dimension m_m représentant la valeur minimale ΔMm de la différence relative de nombre de Mach ΔM est comprise dans la plage de distance méridionale sans dimension m = 0,8 à 1,0 ou non.