FR2533977A1

FR2533977A1 - Roue centrifuge a plusieurs etages

Info

Publication number: FR2533977A1
Application number: FR8314750A
Authority: FR
Inventors: Lawrence William Blair; Alexander Connor Bryans
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1983-09-16
Publication date: 1984-04-06
Also published as: CA1233146A; GB8317489D0; DE3334880A1; JPS5990797A; IT8323050A1; IT8323050A0; US4502837A; GB2127905B; GB2127905A; IT1168731B; FR2533977B1

Abstract

CETTE INVENTION CONCERNE UNE ROUE36 DE COMPRESSEUR CENTRIFUGE QUI COMPORTE PLUSIEURS GRILLES D'AUBES MOBILES 46, 48, 50 AXIALEMENT SEPAREES, FIXEES A UN MOYEU COMMUN 27. CHAQUE GRILLE D'AUBES EST COMPOSEE D'AUBES VRILLEES DONT LE NOMBRE CROIT D'UNE GRILLE A LA SUIVANTE ET QUI EGALISENT PRESQUE COMPLETEMENT LA DIFFUSION DU FLUIDE DE TRAVAIL DEPUIS LE PIED29 DE CHAQUE AUBE JUSQU'A SON EXTREMITE27 TOUT EN LIMITANT L'INCLINAISON DE L'AUBE A MOINS DE 15 DU FAIT DE LA RE-INITIALISATION, A CHAQUE GRILLE, DU PROFIL D'ANGLE D'AUBE OPTIMAL.

Description

La présente invention se rapporte aux roues ou

"impulseurs" centrifuges et elle a trait plus particulière-

ment aux roues centrifuges utilisées comme étages de

compresseur finaux dans les moteurs à trubine à'gaz d'avia-

tion. Les moteurs à turbine à gaz sont devenus les moyens de propulsion courants pour tous les types d'avion à l'exception des'plus petits Le moteur à turbine à gaz d'avion fonctionne à la manière d'un système à cycle de Brayton ouvert dont l'énergie de sortie est produite soit sous forme d'un courant éjecté à forte énergie,'soit sous forme de la rotation d'un-arbre mécanique Dans les moteurs à turbine à gaz qui produisent un courant éjecté à haute énergie, à savoir les turbosoufflantes ou les turbomoteurs, les compresseurs sont généralement du type axial Les compresseurs axiaux sont composés d'une série d'étages tournants d'aubes axiales qui compriment l'air d'entrée avant la combustion Dans les moteurs à turbine à gaz du type à arbre tournant, à savoir les turbopropulseurs ou les turbomoteurs, les compresseurs axiaux-centrifuges se sont avérés plus appropriés dans de nombreuses applications Les

compresseurs axiaux-centrifuges comportent une série d'éta-

ges axiaux semblables à ceux des compresseurs axiaux qui précèdent un étage centrifuge final disposé immédiatement

en amont d'un diffuseur de gaz et d'une chambre de combus-

tion L'étage centrifuge produit un haut niveau de com-

pression sur une longueur minimale.

Les roues centrifuges utilisées dans les compres-

seurs axiaux-centrifuges se sont avérées déficientes à plusieurs égards par rapport aux étages axiaux Les roues centrifuges mises au point ces dernières années n'ont pas

été capables d'atteindre le rendement des étages axiaux.

Cette insuffisance de rendement a limité l'emploi des roues centrifuges dans les turboréacteurs et réduit le rendement des compresseurs axiauxcentrifuges dans les

moteurs du type turbomoteurs.

La présente invention se rapport à un compresseur

centrifuge plusieurs étages dans lequel est formé un tra-

jet d'écoulement annulaire approximativement parallèle à l'axe de rotation à la sortie La surface extérieure du trajet d'écoulement est délimitée par une enveloppe fixe tandis que

la surface intérieure est formée par un moyeu de roue centri-

fuge rotative La roue comprend au moins deux grilles d'au-

bes placées sur le moyeu De préférence, les grilles

d'aubes comprennent un nombre différent d'aubes mobiles.

Dans la première grille d'aubes, ou grille di-

rectrice d'entrée, à l'entrée du compresseur centrifuge, chaque aube est formée de façon à être adaptée à des filets d'air différents à peu près optimaux depuis le pied jusqu'à l'extrémité de l'aube Ceci permet d'obtenir un écoulement à pression approximativement constante à la

sortie de la grille d'aubes.

La grille d'aubes d'entrée peut être conçue pourdes nombres de Mach supersoniques du fluide, en accord avec des vitesses d'extrémités des aubes de la roue corrigées

en température supérieures à 365 m/s.

La roue comporte également une seconde grille d'aubes qui constitue un étage de transition dont les multiples aubes sont axialement espacées de la première grille d'aubes Dans la seconde grille d'aubes; chaque aube est également formée de façon à être adaptée à des

filets d'air nettement différents au pied et à l'extrémi-

té de l'aube de façon à permettre l'obtention d'un écoule-

ment à pression approximativement constante à la sortie

de la grille d'aubes.

Dans un mode de réalisation recommandé, un troisième étage, ou grille directrice de sortie, est séparé du second étage de la roue Le troisième étage est optimisé en fonction des caractéristiques d'écoulement de la sortie

de la roue de compresseur Les aubes de Ya grille direc-

trice de sortie n'ont au plus qu'une faible pente ou obliquité par rapport au moyeu de la roue centrifuge à la

sortie du courant d'air.

Dans les modes de réalisation recommandés, chaque étage ou grille d'aubes est composé d'une série d'aubes, chaque aube ayant un profil qui présente une inclinaison qui égalise à peu près la diffusion du fluide au pied de l'aube et à l'extrémité de l'aube 'La longueur axiale des grilles d'aubes est suffisamment courte dans chaque étage pour réduire au minimum l'inclinaison des extrémités des aubes L'inclinaison des aubes est ainsi limitée à moins de 12 à 150 à tout emplacement le long de l'une quelconque

des grilles d'aubes.

Une caractéristique des modes de réalisation recom-

mandés réside en ce que les grilles d'aubes sont axiale-

ment décalées les unes par rapport aux autres afin d'optimiser l'écoulement conformément à des angles d'aube optimisés pour chaque région d'écoulement de la roue centrifuge On notera également qu'un taux de diffusion

à peu près constant du fluide qui est comprimé est mainte-

nu sur la totalité du compresseur centrifuge grâce à la variation du nombre d'aubes, ou facteur de plénitude, des

grilles d'aubes mobiles.

Une autre caractéristique du mode de réalisation recommandé réside en ce qu'il n'y a pas de grilles d'aubes fixes situées entre les grilles d'aubes mobiles En outre, la roue centrifuge est un dispositif unitaire en ce sens que toutes les grilles d'aubes tournent solidairement à la même vitesse et ne changent pas de position relative les unes par rapport aux autres On doit noter cependant que la roue centrifuge peut être formée de pièces séparées.

La suite de la description se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement Figure 1, une vue en coupe d'un moteur à turbine à gaz classique désigné "technique antérieure";

Figure 2, une vue en perspective d'une roue centri-

fuge classique, Elle est désignée "technique antérieure"; Figure 3, une vue en coupe d'une roue centrifuge faisant application de la présente invention;

Figure 4, une vue en perspective d'une roue centri-

fuge faisant application de la présente invention;

Figure 5, une représentation des filets aérodynami-

ques de l'écoulement de gaz sur une roue centrifuge; Figure 6, une représentation en coupe d'une aube radiale de roue centrifuge et en traits;:interrompus d'une aube non radiale de roue centrifuge; Figure 7, une vue en plan d'une aube de compresseur réalisée sous la forme d'une feuille vrillée; Figure 8, une vue en perspective d'une unique aube fortement inclinée suivant les filets d'air optimaux, portée par un moyeu de roue centrifuge; Figure 9, une vue d'une unique aube classique portée par un moyeu de roue-centrifuge; Figure 10, une vue én perspective d'un jeu d'aubes faisant application de la présente invention portés par un moyeu de roue centrifuge; Figure 11, une vue en perspective de plusieurs aubes de roue centrifuges radiales: Figure 12, une vue en perspective de plusieurs

aubes de roue centrifuge fortement inclinées.

La figure 1 représente le trajet d'écoulement des gaz à travers la partie centrale d'un moteur à turbine à

gaz muni d'un compresseur axial-centrifuge classique 20.

L'air-provenant de l'orifice d'entrée 21 se déplace à travers une série d'étages axiaux d'aubes mobiles 24 et de stators fixes 22 Ces étagesaxiaux d'aubes mobiles entraînent l'air vers l'avant'et compriment, de ce fait, l'air d'une manière'efficace Après que l'air a franchi la partie axiale du compresseur 20, la roue centrifuge 26 refoule l'air vers l'extérieur et comprime à nouveau l'air avant son entrée dans le diffuseur 28 et dans la zone' de combustion 30 Au niveau de la roue centrifuge 26, le volume d'air estcontenu par la roue elle-même et par l'enveloppe 23 qui l'entoure L'air comprimé est chauffé -dans la zone de combustion et il traverse le distributeur de turbine puis le rotor dé turbine 34 dans lequel un travail est extrait des gaz à haute température fortement comprimés 1 la figure 2 est une vue en perspective d'une roue centrifuge classique 26, telle que représentée en coupe sur

la figure 1 Des aubes mobiles qui en font partie inté-

grante peuvent être décrites comme étant des feuilles vrillées conçues pour comprimer l'air dans un champ de gravitation centrifuge Des aubes diviseuses 40; qui sont des versions partielles des aubes continues 38 plus grandes empêchent une diffusion excessive du courant de gaz étant donné que les dimensions des canaux d'air s'accroissent à mesure que ceuxci se rapprochent de la circonférence de

la roue centrifuge, de l'entrée d'air 42 à la sortie 44.

On doit noter que les roues centrifuges modernes sont

habituellement usinées en une seule pièce.

L'air pénétre dans la roue centrifuge 26 dans la région d'entrée axiale 42 L'air qui entre par l'entrée à été comprimé par les étages de compresseurs axiaux situés en amont de la roue centrifuge L'air admis à l'entrée se déplace, par conséquent, dans une direction parallèle à l'axe de rotation et est déjà fortement comprimé Le

trajet d'écoulement intérieur de l'air dans la roue cen-

trifuge est délimité par le moyeu 27 de la roue L'air lui-même est refoulé vers l'avant et comprimé par les aubes 38 de la roue dans toutes les régions de chaque aube depuis le pied 29 de l'aube jusqu'à l'extrémité 31 de l'aube A mesure que l'air se déplace dans la roue

centrifuge, la direction d'écoulement évolue progressive-

ment d'une direction parallèle à l'axe de rotation à une direction perpendiculaire, dans toutes les directions, à cet axe de rotation L'air, au moment o il atteint la sortie 44 se déplace principalement vers l'extérieur, en éloignement de l'axe de rotation et non plus suivant cet axe On peut définir le champ d'écoulement à ce point comme étant un champ d'écoulement centrifuge, en ce sens que la direction principale de l'air, à la sortie 44 de

la roue centrifuge, est tangentielle Les roues centrifu-

ges du type classique tel que représenté ici présentent plusieurs limitations qui réduisent leur rendement On décrira plus complètement et d'une manière plus imagée ci-dessus ces limitations mais on renverra également à

la figure 2.

La figure 3 est une vue en coupe d'une roue centri-

fuge 36 faisant application de la présente invention et qui peut être montée dans le compresseur de la figure i à la place de la roue centrifuge classique 26 Comme dans le compresseur de la figure 1, l'air entre par l'entrée 21 du compresseur et traverse une série d'étages 24 d'aubes axiales mobiles et de stators fixes 22 La roue centrifuge

est, par contre, divisée en trois nouvelles régions d'écou-

lement que l'on décrira plus complètement ci-dessous Après avoir franchi la roue centrifuge mobile 36, l'air s'écoule

dans un diffuseur 28, une chambre de combustion 30, un dis-

tributeur 32 de turbine et un rotor 34 de turbine Un travail est extrait du gaz à haute température fortement comprimé par la turbine, comme dans un moteur classique Un

avantage de la présente invention est la capacité que pré-

sente la nouvelle roue centrifuge 36 de pouvoir être

utilisée dans le compresseur 20 à la place de la roue cen-

trifuge classique 26 sans coût supplémentaire de remanie-

ment du moteur.

La figure 4 est une vue en perspective de la roue

centrifuge de la figure 3 mettant en oeuvre l'invention.

Cette roue centrifuge 36 est composée de trois grilles d'aubes 46, 48 et 50 L'air entre par l'entrée 42 et sort

par la sortie 44.

La création des trois régions d'écoulement indivi-

duelles permet l'optimisation des caractéristiques d'écou-

lement centrifuge pour 'assurer l'obtention-d'un écoulement-

efficace La'première région est une grille d'aubes indé-

pendante 46, appelée grille directrice d'entrée, qui a des caractéristiques essentiellement axiales La seconde grille d'aubes 48 est une région d'écoulement de transition

ou d'écoulement mixte, dont les caractéristiques sont pro-

gressivement moins axiales et plus centrifuges à mesure

que le rayon du moyeu 27 de la roue centrifuge s'acctoit.

Le moyeu 27 est défini comme étant la surface de la roue aux pieds 29 des aubes La région d'écoulement 50 est une région d'écoulement principalement radial et rotatif, ou grille directrice de sortie, dans laquelle le courant

d'air est dirigé principalement vers l'extérieur en éloi-

gnement de l'axe de rotation et non suivant 'l'axe de rota-

tion comme il l'est dans une grille axiale.

L'importance et les avantages de cette construction peuvent ne pas être immédiatement apparents à l'examen de cette figure On le comprendra aisément cependant après

l'examen des principes de base des paramètres de concep-

tion que l'on décrira ci-dessus En divisant la roue

centrifuge en trois régions ayant des nombres d'aubes dif-

férents, on obtient le rendement le plus grand possible et ce rendement est considérablement accru par rapport à celui qui peut être obtenu avec les roues centrifuges classiques. Les compresseurs sont conçus pour produire un rapport des pressions spécifiques entre l'entrée d'air et la sortie d'air Dans les étages finaux des moteurs à turbine à gaz dans lesquels des roues centrifuges sont utilisées, il est plus efficace de forcer le courant

d'air à se diffuser à un taux approximativement constant.

Ceci signifie que la vitesse d'écoulement diminue et

que la pression d'air s'accroit à un taux approximative-

ment constant de l'entrée à la sortie des aubes Si le taux de diffusion est trop élevé, la roue centrifuge ne pompe pas l'air efficacement et le courant d'air est

décollé au voisinage du moyeu, ce qui provoque un accrois-

sement des pertes.

La figure 5 est une représentation des filets d'air aérodynamiques des configurations d'écoulement d'air

optimales à l'intérieur du volume d'écoulement d'un com-

presseur centrifuge Les configurations d'écoulement ont été développées circonférentiellement et simplifiées pour

faciliter la compréhension Cette vue doit être considé-

rée comme une représentation bidimensionnelle d'un écoulement tridimensionnel Les filets d'air ont été optimisés pour une roue centrifuge ayant un rapport des pressions particulier mais le processus d'optimisation tel

que décrit ci-dessous est applicable, d'une manière géné-

rale, aux roues centrifuges Les filets d'air ont été optimisés pour produire un taux de diffusion étroitement correspondant au pied et à l'extrémité de l'aube et pour produire un écoulement dont le rapport des pressions croit régulièrement Ces facteurs assurent l'obtention d'un

écoulement efficace.

Les lignes 52 représentent la configuration d'écou-

lement d'air optimale aux extrémités des aubes de la roue centrifuge L'extrémité est la partie de l'aube de roue centrifuge la plus éloignée du moyeu de la roue Les lignes 54 représentent la configuration d'écoulement

d'air optimale aux pieds des aubes de la roue centrifuge.

L'écoulement d'air le long de la roue est représenté par ces lignes et étant donné que l'écoulement est continu autour de la circonférence de la roue centrifuge, on peut

tracer un nombre infini de lignes.

Les roues centrifuges classiques ne sont pas capa-

bles de suivre les filets d'air optimaux nécessaires pour produire un écoulement très efficace Dans les roues

centrifuges classiques modernes, chaque aube de roue cons-

titue une feuille vrillée individuelle de métal qui s'étend de l'extrémité d'entrée du gaz avant de la roue jusqu'à son extrémité arrière ou extrémité de sortie du gaz L'aube 38 (fig 2) est approximativement radiale, au moins à l'entrée, en ce'sens qu'elle est formée de façon à suivre une ligne radiale depuis le centre de rotatiôn de l'aube jusqu'à l'extirémité ou bord le plus extérieur de l'aube Dans les roues centrifuges classiques, 'l'air a

tendance à diffuser à un taux bien plus rapide au voisi-

nage du moyeu 27 de la roue centrifuge qu'à l'extrémité 31 de l'aube dans les parties d'entrée et centrale du

trajet d'écoulement.

La diffusion est définie comme étant une diminution de la vitesse du fluide et un accroissement de la pression du fluide L'importance de la diffusion provoquée par une pale sur l'air est proportionnelle à sa vitesse par rapport à celle du courant d'air et à son virage d'aube Le virage d'aube est le changement de l'angle d'écoulement du passage

d'écoulement formé par deux aubes adjacentes.

Une plus forte diffusion se produit au niveau du

moyeu qu'aux extrémités des aubes d'une roue centrifuge.

La raison de ce phénomène réside en ce que la vitesse de rotation d'un objet tournant s'accroit depuis le centre de

rotation jusqu'à son point le plus extérieur Par consé-

quent, l'extrémité 31 de l'aube se déplace à une plus grande vitesse et elle a une plus grande accélération

centripète que le pied 29 de l'aube Le gaz, par consé-

quent, se déplace à une plus grande vitesse au voisinage de l'extrémité 31 de l'aube qu'au pied 29 de l'aube d'une

aube approximativement radiale.

Pour comprimer un gaz efficacement dans un champ

d'écoulement, on doit comprimer le gaz à un taux relati-

vement constant depuis le pied de l'aube jusqu'à l'extré-

mité de l'aube pendant que le gaz s'écoule à travers le compresseur Il est inefficace de permettre à la diffusion de se produire à un taux non constant étant donné que ceci a tendance à accroître la'turbulence et à diminuer le rapport des pressions utile du compresseur En outre, un taux élevé de diffusion au voisinage du moyeu provoque

une stagnation du courant d'air et un décrochage.

Comme représenté sur la figure 5, lés profils aérodynamiques optimaux des écoulements d'air aux pieds et aux extrémités des aubes de la roue centrifuge diffèrent

si l'on essaie de maintenir des taux de diffusion relati-

vement égaux aux pieds et aux extrémités des aubes La raison pour laquelle les profils optimaux diffèrent est

que les forces de pale appliquées par l'aube diffèrent.

Comme indiqué ci-dessus, la vitesse absolue de l'extrémité de l'aube est accrue par rapport à celle du pied de l'aube de la manière dictée par la longueur radiale de l'aube à partir du centre de rotation Ceci est dû au fait qu'au cours de chaque rotation individuelle la circonférence du cercle tracé par l'extrémité de l'aube est plus grande que la circonférence au pied de l'aube Cette différence de-circonférences diminue à mesure que la roue prend une forme de plus en plus centrifuge A la sortie d'air 44 il n'y a pas de différence de circonférences étant donné que la totalité de l'aube est située sur-le même rayon à il partir du centre de rotation Pour la plus grande partie de la longueur de l'aube, cependant, l'extrémité de l'aube parcourt une plus grande distance au cours de chaque rotation et, par conséquent, elle se déplace à une plus grande vitesse que le pied de l'aube. L'aube 61 représentée en coupe en traits pleins sur la figure 6 est une aube radiale L'extrémité 31 se trouve être disposée directement au-dessus du pied 29 dans un plan en section transversale constant Il 'en résulte que la vitesse de l'extrémỉté de l'aube à travers du courant d'air est nettement plus grande que la vitesse du pied de l'aube Il est évident qu'une aube radiale avec un angle d'aube uniforme ne produira pas un écoulement uniformément comprimé pendant sa rotation du fait des effets qui résultent de ce que la vitesse de l'extrémité

de l'aube est plus élevée que la vitesse du pied de l'aube.

Pour modifier le travail effectué sur un fluide indépendamment de la vitesse de la-pale, il faut modifier

l'angle de l'aube par rapport à l'écoulement du fluide.

Lorsque l'angle de l'aube dans l'écoulement change, la quantité de travail effectuée sur cet écoulement est également modifiée On en a déduit que si l'on fait en sorte que le pied de l'aube effectue moins de travail sur le courant de fluide que ne le fait l'extrémité de l'aube

les effets de la plus grande vitesse de l'extrémité peu-

vent être compensés et que l'on peut établir des taux de diffusion relativement égaux à la fois au niveau du moyeu

et au niveau de l'extrémité de l'aube.

L'application du principe de la conception indé-

pendante du pied de l'aube et de l'extrémité de l'aube

aboutit à la fabrication d'aubes telles que celle repré-

sentée sur la figure 7 Cette aube peut être décrite comme étant une feuille vrillée De telles aubes ont de multiples profils indépendants résultant d'une torsion de l'extrémité de l'aube par rapport au pied de l'aube L'aube résultante a des profils qui changent continuellement de l'extrémité de l'aube jusqu'au pied de l'aube De cette manière, on maintient une forme d'aube continue Le résultat de cette caractéristique de construction est que l'extrémité de l'aube est placée à une certaine distance circonféren- tiellement éloignée du pied de l'aube et on dit qu'elle

est inclinée.

Par conséquent, pour compenser la différence de diffusion entre le moyeu 27 et les extrémités 31 des aubes, les aubes des roues centrifuges classiques sont construites

de façon à "s'incliner"s depuis le moyeu jusqu'à leur extré-

mité, hors de la ligne radiale partant de l'axe de rota-

tion L'inclinaison est définie comme étant la valeur dont une extrémité d'aube diverge par rapport à une ligne radiale tracée depuis l'axe de rotation, à une distance axiale constante Cette caractéristique est représentée

par l'aube 63 sur la figure 6 Les roues centrifuges clas-

siques ne peuvent pas, pour des raisons indiquées ci-des-

sous, utiliser l'inclinaison dans ses pleines possibilités afin d'assurer un taux mieux réglé de la diffusion de l'air depuis le pied de l'aube jusqu'à l'extrémité de l'aube. Nous nous référons à nouveau à la figure 5 qui

représente les profils des filets d'air optimaux à l'ex-

trémité et au pied d'une aube de roue centrifuge L'adap-

tation des angles d'aube d'une roue centrifuge à une paire quelconque de profils de chacun des groupes de profils à l'extrémité et au pied produit une aube continue de roue centrifuge 51 ayant une diffusion théoriquement égalisée de façon à produire un écoulement plus uniformément comprimé A la partie d'entrée du compresseur, qui est au sommet de la figure, il existe une grande divergence

entre les angles des filets d'air au pied et à l'extrémité.

Il résulte de la divergence entre les filets d'air que l'entrée de l'aube 51, comme on peut le voir en perspective sur la figure 8, présente une très grande inclinaison de l'extrémité par rapport au pied Cette inclinaison diminue à mesure que l'aube avance le long du courant d'air et que les profils se croisent Cependant, après croisement des profils, l'inclinaison recommence à s'accroître Bien que les profils des filets d'air dans la partie centrifuge de la roue aient des formes très

semblables, les profils des filets d'air amont nécessi-

tent une forte inclinaison qui se prolonge jusqu'à la

sortie de la roue centrifuge Une aube de ce type pour-

rait théoriquement produire un trajet d'écoulement à diffusion commandée Cependant, il est pratiquement impossible de fabriquer une aube formée de cette manière et si on le pouvait, cette aube serait inefficace si

elle était effectivement employée et elle serait extrême-

ment fragile.

Pour frabriquer une surface continue hautement polie, comme ceci est nécessaire pour toute pale mince aérodynamiquement robuste, il est nécessaire d'effectuer un usinage de précision Sur la figure 12, on peut voir des tronçons partiels d'une série de plusieurs aubes 51 fortement inclinées sur un moyeu de rotor développé Pour usiner le passage 66, il est difficile d'introduire un outil de machine quelconque jusqu'à la base de l'aube afin

de la former correctement sans détruire l'aube adjacente.

La combinaison de l'inclinaison de l'aube et de la torsion ou vrillage de l'aube le long du moyeu a pour effet de rendre inaccessible le dessous des pieds des tubes Ceci n'est pas le cas des aubes radiales ou presque radiales 60 comme représenté à titre de comparaison sur la figure

11 On peut plus facilement introduire des outils jus-

qu'au fond entre les aubes pour usiner les surfaces.

Cette difficulté de fabrication a limité l'inclinaison

des aubes à environ moins de 150.

Le problème de fabrication ne serait pas, cependant, le seul problème que poseraient les aubes fortement inclinées 51 (figures 5 et 8) Dans les compresseurs modernes, lès roues centrifuges tournent à des vitesses qui peuvent atteindre 90 000 tr/min et reçoivent l'air d'entrée à des vitesses relatives supersoniques La figure 6 est une vue en coupe agrandie des aubes de roue centrifuge à l'entrée de la roue Une aube 61 complètement radiale est représentée en traits pleins Le centre de l'aube 61 suit une ligne radiale partant de l'axe de rotation On a représenté en traits interrompus une aube non radiale 63 ayant une inclinaison telle que ci-dessus décrite L'aube inclinée 63 est soumise à une accélération centripète qui agit sur l'aube pour créer une force qui

aurait tendance à redresser cette aube en une aube radia-

le Cette force constitue une contrainte importante sur

les aubes tournantes inclinées.

L'accélération centripète produit une contrainte élevée dans l'aube inclinée 63 au pied, au voisinage du moyeu En pratique, la contrainte eiercée dans les aubes de roues centrifuges limite l'inclinaison à un angle

inférieur à environ 12-15 .

On notera à titre d'explication simple qu'un crayon que l'on fait tourner au bout d'une ficelle a tendance à rester droit en alignement avec l'axe de rotation Ceci serait également le'cas des extrémités des aubes d'une roue centrifuge Par conséquent, une aube radiale, telle que l'aube 61, n'appliquera qu'une très faible contrainte de flexion à son pied; l'aube sera maintenue en tension et conservera sa position de rotation rectiligne orientée vers l'extérieur Cependant, avec une aube 51 fortement inclinée, les forces qui agissent sur l'aube auront tendance à la redresser, et, par conséquent, au point d'articulation qui se trouve au pied, l'aube sera soumise

à un effort de flexion ainsi qu'à un effort de tension.

Une aube inclinée est, par conséquent, soumise à une charge de contrainte maximale plus élevée qu'une aube

radiale tournant à la même vitesse.

Un autre inconvénient de la forte inclinaison des aubes telles que l'aube 51 ne se manifeste que dans les compresseurs transsoniques tels que ceux utilisés pour

les turbines à gaz d'avion les plus efficaces actuelle-

ment produites Dans de tels compresseurs, la vitesse de l'air au voisinage de l'entrée de la roue centrifuge est à des vitesses supersoniques Les aubes mobiles sont,

par conséquent, soumises à des ondes de choc supersoni-

ques Ces ondes de choc supersoniques, en combinaison avec l'inclinaison des aubes compliquent considérablement la conception efficace des passages d'écoulement pour des -vitesses relatives supersoniques Par conséquent, lagrande aube requise dans les roues centrifuges actuelles rend la

conception supersonique efficace très difficile.

Comme on l'a précédemment décrit, la vitesse de l'aube s'accroît à mesure que l'on s'éloigne radialement

du centre de rotation L'écoulement à la sortie centri-

fuge cependant, est complètement différent Le courant d'air est dirigé d'une manière centrifuge vers l'extérieur

à partir de l'axe de rotation Par conséquent, l'extré-

mité de l'aube et le pied de l'aube tournent tous deux à la même vitesse étant donné qu'ils sont à la même distance radiale de l'axe de rotation Pour réaliser un écoulement efficace, les aubes à la sortie centrifuge devraient être pratiquement perpendiculaires au moyeu Par conséquent, la combinaison des profils de courants d'air optimisés pour

l'aube 51 avec une aube continue présentant une inclinai-

son raisonnable à l'orifice d'entrée a pour effet l'obten-

tion d'une sortie inefficace Une telle sortie aurait pour effet de produire un écoulement fortement déformé et

turbulent à la sortie de la roue centrifuge L'air-quit-

tant la sortie de la roue centrifuge quitte le champ d'écoulement centrifuge crée par la roue centrifuge et entre dans un diffuseur fixe Un diffuseur peut très difficilement maîtriser de manière efficace un air de

sortie turbulent.

Sur les figures 5 et 8 auxquelles on se référera à nouveau, on a montré que l'aube continue non radiale 51 est inefficace une telle aube ne pourrait pas être facilement construite et si elle était construite, elle serait fortement limitée en ce qui concerne sa vitesse

de rotation possible du fait des contraintes de flexion.

Les roues centrifuges classiques constituent par conséquent, un compromis, comme représenté par l'aube classique 38 sur la figure 9 L'aube 38 ne suit pas le

profil optimal ni à l'extrémité de l'aube ni à son pied.

Par conséquent, le taux de diffusion du fluide est quelque peu inégal, à la fois depuis le moyeu jusqu'à l'extrémité

de l'aube et axialement suivant la longueur de l'aube.

Ce compromis permet la construction d'une aube convenable avec une' certaine inclinaison et un orifice de sortie centrifuge correct La configuration d'écoulement de -l'air

qui quitte l'orifice de sortie de l'air présente une cer-

taine turbulence et un écoulement secondaire du fait du

travail inégal effectué et d'un taux élevé de diffusion.

Un autre problème qui se pose avec les roues cen-

trifuges classiques est qu'à mesure de l'accroissement du.

rayon du moyeu'de l'entrée à la sortie, les aubes diver-

gent Cette divergence a pour effet-que les passages d'air entre les aubes deviennent plus larges et qu'il se produit une plus grande diffusion de l'air L'air sur lequel-les aubes n'effectuent pas un travail utile a tendance à ralentir ou à se diffuser et cette diminution de vitesse

se traduit par un fort accroissement de la-pression.

L'action de pompage du compresseur est rendue moins effi-

cace par un accroissement rapide de la diffusion.

On a essayé de limiter cette diffusion excessive dans les roues centrifuges classiques grâce à l'emploi d'aubes diviseuses 40 (fig 2) Les aubes diviseuses sont des versions raccourcies des aubes continues classiques 38 qui s'étendent'de l'orifice d'entrée à l'orifice de sortie de la roue centrifuge Les aubes diviseuses commencent en aval de l'entrée et se terminent

à la sortie du gaz o les aubes continues se terminent.

De telles aubes raccourcies qui travaillent sur le fluide contenu dans les canaux formés entre les aubes continues

permettent d'obtenir un accroissement du rendement Ce-

pendant, étant donné que les aubes diviseuses doivent être orientées d'une manière concordante avec les aubes continues et sont avantageusement placées au milieu du passage d'écoulement formé par les aubes continues, des compromis de conception doivent être faits qui limitent leur efficacité Spécifiquement, il n'est pas possible d'adapter complètement les aubes diviseuses au courant

de gaz d'une manière qui permettrait de supprimer cormplè-

tement la diffusion en excès.

Une autre caractéristique de l'aube classique est, par conséquent, le fait que l'air a tendance à se diffuser trop rapidement au voisinage du moyeu Bien que l'aube 38

constitue un perfectionnement par rapport à une aube pure-

ment radiale, elle n'est pas encore aussi efficace pour

produire un courant uniformément comprimé cque l'aube cen-

trifuge continue théoriquement possible L'aube classique

est un compromis forcé dû aux facteurs énoncés ci-dessus.

Une aube continue classique est, par conséquent,-limitée à une inclinaison inférieure à 150, ce qui est insuffisant

* pour empêcher une diffusion excessive au niveau du moyeu.

A la droite de la figure 5, on a représenté trois aubes 46, 48 et 50 qui assurent la production d'un courant d'air considérablement amélioré-à haut rendement et qui suit plus étroitement les profils d'aube optimaux Les trois aubes sont usinables et mécaniquement stables, comme

représenté en perspective sur la figure 10.

On trouve un avantage de l'invention dans le fait qu'elle utilise plusieurs aubes à la place de l'unique

aube centrifuge Les diverses aubes permettent de ré-

initialiser les combinaisons de profils d'écoulement dans plusieurs parties du courant d'air Ceci permet d'adapter plus efficacement l'angle d'aube aux profils d'écoulement

théoriques optimaux.

On peut considérer l'écoulement représenté sur la figure 5 comme un écoulement continu qui peut être divisé

en une infinité de filets d'air Par conséquent, en ré-

initialisant la combinaison de profils d'écoulement, on permet aux angles d'aube d'être adaptés à des filets d'air différents, d'une manière optimale Une aube continue est incapable de ré-initialiser les combinaisons de profils d'écoulement étant donné qu'elle est contrainte de suivre uniquement un groupe de filets d'air sur la totalité du

trajet d'écoulement de la roue centrifuge.

L'emploi de plusieurs grilles d'aubes permet d'ob-

tenir une plus grande maîtrise du courant d'air exactement

comme si on pouvait incliner une unique aube continue au-

delà de la limite de 150 qui a été indiquée ci-dessus En fait, une aube continue suivant les mêmes caractéristiques

d'écoulement d'air aurait une inclinaison bien supérieure.

La première grille d'aubes, ou grille directrice d'entrée, 46, est une grille d'aubes inclinées ayant des caractéristiques essentiellement axiales Pour obtenir un haut rendement, on a suivi deux principes de conception principaux en plus de ceux habituellement utilisés pour

réaliser une grille d'aubes de compresseur.

On a réalisé la grille directrice d'entrée de façon qu'elle suive les filets d'air optimaux représentés sur la figure 5 La grille d'aubes directrices d'entrée est, de

ce fait, conçue pour produire un écoulement ayant un rap-

port des pressions particulier et pour réduire au minimum la différence entre les'taux de diffusion à l'extrémité de l'aube et au pied de l'aube On obtient ce résultat en suivant des profils d'angle d'aube différents au pied et à l'extrémité de l'aube Du fait que l'on suit les

filets d'air optimaux, la région du moyeu de la roue cen-

trifuge et des pieds des aubes est aérodynamiquement dé- chargée par rapport aux extrémités des aubes Si le moyeu n'était pas déchargé par rapport aux extrémités des aubes,

des pertes de rendement résultant d'une montée de pres-

sion et d'une stagnation du courant d'air indésirables se produiraient du fait de la faible section d'écoulement et de la faible vitesse absolue de l'aube à son pied Les taux de diffusion au pied de l'aube et à l'extrémité de l'aube sont rendus à peu près égaux, c'est-à-dire plus proches de l'égalité si la grille directrice d'entrée est construite suivant les filets d'air optimaux La longueur axiale de l'aube, cependant, a été raccourcie de sorte que l'inclinaison qui a été utilisée pour égaliser le taux de diffusion est limitée à un intervalle compris dans des

limites géométriques et aérodynamiques admissibles.

Pour améliorer encore le rendement, la pression de l'air qui quitte l'étage d'aubes de la grille directrice d'entrée est égalisée Ceci signifie que la pression du moyeu de la roue centrifuge jusqu'à l'enveloppe, de l'air qui quitte l'aube à son bord de fuite est relativement

constante.

La grille directrice d'entrée a, par conséquent,

été optimisée pour la région d'entrée de la roue centri-

fuge A la suite de la grille directrice d'entrée, il est formé un court intervalle axial (figure 10) dans lequel

le courant d'air n'est plus comprimé par la roue centri-

fuge Cet intervalle axial permet au courant d'air de se mélanger et rend possible le changement de géométrie de la grille d'aubes suivante Un étage de transition 48 est construit conformément aux caractéristiques d'écoulement optimales de la partie centrale du trajet d'écoulement de

la roue centrifuge.

L'étage de transition 48 fait passer l'écoulement de la partie avant plus axiale de la roue jusqu'à la région plus centrifuge de la roue au voisinage de l'étage de sortie Cette grille d'aubes 48 suit également les filets d'air optimaux représentés sur la figure 5 La grille d'aubes est inclinée radialement pour permettre l'obtention d'un taux de diffusion' commandé relativement constant depuis le pied de l'aube jusqu'à l'extrémité de l'aube Comme dans le cas de la grille directrice d'entrée, le pied de chaque aube suit un profil d'angle d'aube différent-de celui suivi par l'extrémité de l'aube de façon à permettre ainsi à l'aube de compenser la différence

de vitesse de rotation entre le pied et l'extrémité de -

l'aube et les pertes de rendement qui seraient provoquées par les effets de la rotation A la sortie de la grille d'aubes, la pression d'air est maintenue relativement

constante par cette construction.

L'emploi de profils d'angle d'aube divergents ou qui suivent les filets de fluide optimaux se traduit par une inclinaison de l'aube Comme dans le cas des aubes de la

grille directrice d'entrée, la longueur axiale est déter-

minée de façon à maintenir l'inclinaison à l'intérieur de limites admissibles En suivant les critères ci-dessus, on crée une région de transition bien plus efficace Dans une aube continue, la région de transition doit être le résultat d'un compromis permettant de satisfaire aux

conditions aérodynamiques et à celles de la structure mé-

canique de l'entrée d'air 42 et de la sortie d'air 44.

Comme dans le cas de la grille d'aubes directrices d'entrée, un court intervalle axial 49 fait suite à la grille de transition 48 Cet intervalle axial 49 rend possible le changement de géométrie de la grille de sortie

et le mélange du courant d'air entre les grilles.

-Le courant d'air à pression constante qui quitte l'étage de transition entre dans l'étage de sortie 50

ou grille directrice de sortie Comme dans le cas de l'é-

tage de transition, l'étage de sortie peut être pleinement optimisé pour cette région de la roue centrifuge Etant donné que le courant d'air suit un trajet d'écoulement centrifuge sur la plus grande partie de la longueur des aubes de sortie 50, une sortie efficace permet à l'air d'être projeté sous l'action de la force centrifuge vers l'extérieur hors de la roue centrifuge dans le diffuseur fixe Une manière efficace d'obtenir ce résultat consiste à placer les aubes perpendiculairement au moyeu au niveau de la sortie d'air Etant donné que ces aubes à la sortie sont à la même distance radiale de l'axe-de rotation, tout

défaut de perpendicularité est appelé pente ou obliquité-

plutôt qu'inclinaison pour éviter la confusion On décrira l'inclinaison qui existe ici en se référant à la relation qui existe entre la position de sortie de l'aube et la position amont de l'aube Les problèmes de limitation de l'inclinaison décrits ci-dessus sont moins importants dans la grille d'aubes de sortie étant donné que, relativement

à l'accélération centripète, l'aube est fèrmement mainte-

nue le long de son côté'et est plus résistante aux charges

de flexion Par conséquent, les contraintes'sont un fac-

teur moins important dans la grille d'aubes de sortie que

dans les grilles d'aubes précédentes.

Les aubes de sortie 50 doivent encore présenter

une certaine inclinaison pour suivre les profils d'écou-

lement optimaux, tels que représentés sur la figure 5.

Comme dans le cas des deux grilles d'aubes précédentes, la diffusion du fluide est maintenue à un taux commandé

et relativement constant du pied de l'aube jusqu'à l'ex-

trémité de l'aube En outre, après la sortie de la roue

centrifuge, la pression du fluide est relativement cons-

tante dans toute la région de sortie.

On a ainsi montré que l'inclinaison, aussi bien aux bords d'attaque qu'aux bords de fuite des aubes de la roue centrifuge à aubes multiples est considérablement réduite par rapport à celle que devrait présenter une aube classique de roue centrifuge pour obtenir le -m'ême taux ou à peu près le même taux de diffusion commandé sur toute la hauteur de l'aube Le perfectionnement ainsi réalisé permet d'optimiser le profil d'écoulement des aubes tout

en conservant une inclinaison acceptable.

Les conditions nécessaires à l'obtention d'un rende-

ment satisfaisant sont ainsi remplies dans chacune des trois grilles d'aubes de sorte que l'écoulement produit par la roue centrifuge à plusieurs étages a un rendement d'un niveau bien plus élevé que celui produit par une roue centrifuge classique Une roue centrifuge du type à

aubes continues ne peut pas faire face aux problèmes géo-

métriques ou aérodynamiques d'une manière aussi efficace.

Cependant, des perfectionnements et avantages sup-

plémentaires découlent de l'emploi de la roue centrifuge à plusieurs étages Etant donné qu'il y a trois grilles d'aubes distinctes, on peut faire varier le nombre d'aubes que comporte chaque grille d'aubes de façon à l'adapter au volume de la section d'écoulement et au rapport des pressions requis de chaque étage On peut ajuster les grilles d'aubes séparées circonférentiellement les unes

par rapport aux autres pour produire un rendement maximum.

En outre, on peut les fabriquer de façon à permettre aux bords d'attaque des grilles d'aubes arrière de commencer

en amont des bords de fuite de la grillé d'aubes précé-

dente. Dans chaque grille d'aubes, les aubes qui agissent sur le fluide sont adaptées à la section d'écoulement dans laquelle la grille d'aubes est également modifiée afin de produire un taux de diffusion commandé pendant que l'air passe à travers la roue centrifuge L'adaptation à la fois du nombre d'aubes et de la forme des aubes aux

caractéristiques d'écoulement optimales contribue consi-

dérablement à l'accroissement du rendement Comme décrit ci-dessus, les aubes classiques ne peuvent pas atteindre un niveau de rendement aussi élevé, étant donné que le seul changement dans le nombre des aubes ou facteur de plénitude qui peut être effectué ne peut l'être que par l'addition d'aubes diviseuses qui ne peuvent qui suivre

le trajet d'écoulement de compromis des aubes continues.

On doit en outre noter que les grilles d'aubes sont

toutes trois faciles à usiner La roue centrifuge elle-

même peut être fabriquée en une seule pièce ou sous forme de plusieurs pièces qui doivent être assemblées Un autre

avantage de cette solution de construction-est de per-

mettre l'emploi de matières différentes pour la construc-

tion des grilles d'aubes avant et arrière qui peuvent être usinées séparément, ce qui permet d'optimiser le choix des matières en fonction des niveaux de contrainte et de

température de chaque emplacement Dans le mode de réali-

sation recommandé de l'invention, chaque grille d'aubes

( 46, 48, 50) est usinée sous la forme d'une pièce séparée.

En résumé, en permettant de faire varier le nombre

d'aubes d'une grille à l'autre et en optimisant indivi-

duellement les grilles d'aubes en fonction des différentes sections d'écoulement de la roue centrifuge, il devient possible de corriger pour la plus grande 'part les pertes de rendement dont souffraient jusqu'à présent les roues

centrifuges On a ainsi montré que les contraintes aéro-

dynamiques et géométriques imposées aux roues centrifuges classiques sont éliminées grâce a l'emploi-de la roue

centrifuge à plusieurs grilles d'aubes qui a été repré-

sentée. Le calcul théorique et les résultats expérimentaux ont montré qu'en réduisant au minimum le taux de diffusion depuis l'extrémité de l'aube jusqu'au pied de l'aube et en produisant des pressions relativement constantes entre chaque grille d'aubes, de la manière ci- dessus décrite; on obtenait un accroissement important du rendement de la roue centrifuge Selon le rapport des pressions requis dans le moteur avec lequel la roue centrifuge doit être utilisée, on peut utiliser un nombre différent de grilles d'aubes portées par le moyeu de forme centrifuge Dans le cas des roues centrifuges relativement petites, deux grilles seulement peuvent être nécessaires tandis que dans le cas des roues centrifuges relativement grandes, il peut, en fait, être nécessaire d'utiliser plus de trois

grilles d'aubes.

On a décrit ci-dessus une roue de compresseur cen-

trifuge qui accroit de manière importante le rendement aérodynamique possible qui peut être atteint par les roues centrifuges Les roues centrifuges faisant application de la présente invention peuvent maintenant être utilisées

plus universellement dans les moteurs à turbine à gaz.

Les roues centrifuges du type faisant application de la présente invention peuvent être utilisées en tant qu'étages de compression finaux à haut rendement dans pratiquement toutes les applications des turbines à gaz et permettre ainsi une réduction de la longueur totale du moteur en supprimant des étages axiaux e-t les parties de *stator qui leur correspondent Ceci permet une réduction importante du poids des moteurs à turbine à gaz et un accroissement correspondant du rapport de la poussée'à la

masse desdits moteurs De tels perfectionnements se tra-

duisent par un accroissement du rendement et par une

diminution de la consommation de combustible.

Bien qu'on ait décrit et représenté l'invention plus particulièrement en se référant à un mode de réalisation préféré, les spécialistes de la technique comprendront aisément que l'on peut y apporter divers changements de forme et de détails sans sortir du cadre ni s'écarter de

l'esprit de l'invention telle que définie par les reven-

dications annexées On a décrit dans la description qui

précède un procédé de construction qui a été suivi par les inventeurs et est considéré comme étant supérieur aux procédés antérieurs tant en ce qui concerne son procédé d'utilisation que le produit de son application On peut

concevoir et construire diverses roues centrifuges sem-

blables faisant application de l'invention décrite ici en vue aussi bien de les utiliser dans des turbines à gaz que

dans des turbines ne fonctionnant pas avec des gaz.

Claims

REVENDICATIONS

1 Compresseur centrifuge pour comprimer un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte: a) une première grille d'aubes d'entrée ( 46) comprenant une série d'aubes, chacune des aubes étant

adaptée à des filets de fluide différents approximative-

ment optimaux tant à son pied ( 29) qu'à son extrémité ( 31)

dans le but de produire un écoulement à pression appro-

ximativement constante à la sortie-de la première grille d'aubes; et b) une seconde grille d'aubes ( 50) comprenant une série d'aubes, la seconde grille d'aubes étant axialement espacée de la première grille d'aubes et chacune de ses aubes étant adaptée à des filets de fluide différents approximativement optimaux tant à son pied qu'à son extrémité dans le but de produire un écoulement à pression approximativement constante à la sortie de la seconde

grille d'aubes.

2 Compresseur centrifuge à plusieurs étages, caractérisé en ce qu'il comprend:

a) un trajet d'écoulement annulaire approximative-

ment parallèle à un axe de rotation à une entrée et approximativement perpendiculaire à l'axe de rotation à une sortie, dont la surface extérieure est formée par une enveloppe fixe et dont la surface intérieure est formée par un moyeu ( 27) de roue centrifuge rotative; b) la roue comprenant au moins deux grilles d'aubes

( 46, 48, 50) placées sur le moyeu de roue centrifuge rota-

tive; c) les grilles d'aubes étant composées de nombres

différents d'aubes mobiles.

3 Compresseur centrifuge pour comprimer un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend a) un étage d'entrée ( 46) comprenant une série d'aubes, chaque aube ayant un profil qui présente une inclinaison qui égalise approximativement la diffusion du fluide au pied ( 29) et à l'extrémité ( 31) de l'aube; et b) un second étage ( 50) comprenant une -série d'aubes chaque aube ayant un profil qui présente une inclinaison qui égalise approximativement la diffusion du fluide au

pied et à l'extrémité de l'aube.

4 Compresseur centrifuge à plusieurs étages-

selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracté-

risé en ce qu'il comporte a) une grille d'aubes d'entrée ( 46) façonnées sous la forme de feuilles vrillées, dans laquelle le profil de l'extrémité ( 31) de l'aube diffère du profil du pied ( 29) de l'aube afin que l'extrémité de l'aube et le pied

de l'aube appliquent un taux de diffusion approximative-

ment égalisé au fluide de travail b) une grille d'aubes de'sortie ( 50) formées de façon à produire un écoulement principalement centrifuge, dans laquelle les profils des pieds des aubes et des extrémités des aubes sont approximativement les mêmes à

la sortie du fluide.

Compresseur centrifuge à plusieurs étages

selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, carac-

térisé en ce que la longueur axiale des grilles d'aubes ( 46, 48, 50)

est déterminée de façon à réduire au minimum l'inclinai-

son de l'extrémité des aubes tout en assurant un taux de diffusion du fluide approximativement égalisé de façon à produire une compression du fluide approximativement uniforme sur toute la hauteur des aubes de leur pied à

leur extrémité.

6 Compresseur centrifuge à plusieurs étages

selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté-

risé en ce que les grilles d'aubes ( 46, 48, 50) sont axialement espacées les unes des aubes afin de permettre aux grilles d'aubes successives de ré-initialiser l'écoulement suivant des angles d'aube optimisés pour chaque région d'écoulement

de la roue centrifuge.

7 Compresseur centrifuge à plusieurs étages

selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caracté-

risé en ce que les grilles d'aubes ( 46, 48, 50) sont formées de

façon à engendrer un courant d'air à pression approximati-

vement constante à la sortie ( 44) de la grille d'aubes.

8 Compresseur centrifuge à plusieurs étages

selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté-

risé en ce que: le nombre des aubes des grilles d'aubes mobiles ( 46, 48, 50) diffère de façon à maintenir un taux de diffusion commandé de l'entrée à la sortie de la roue centrifuge. 9 Compresseur centrifuge à plusieurs étages, caractérisé en ce qu'il comprend: une enveloppe fixe entourant une roue centrifuge ( 36), l'enveloppe délimitant, en combinaison avec la roue,

une région d'écoulement annulaire pour un fluide de tra-

vail du compresseur, région dans laquelle l'écoulement du

fluide dans une entrée ( 42 > de fluide de travail est es-

sentiellement parallèle à un axe de rotation de la roue et l'écoulement du fluide dans une sortie ( 44) de fluide de travail est essentiellement perpendiculaire à l'axe de rotation de la roue, la roue centrifuge comportant au moins deux grilles d'aubes ( 46, 48, 50) et en ce que:

a) la roue centrifuge tourne comme un seul bloc; -

aucune grille d'aubes fixes n'étant disposée entre les grilles d'aubes mobiles;

b) les grilles d'aubes mobiles successives compren-

nent des nombres d'aubes de plus en plus grands; et c) chaque grille d'aubes est séparée de toutes

les autres grilles d'aubes.

Compresseur centrifuge supersonique à plusieurs étages, caractérisé en'ce qu'il comporte: a) un rotor < 36) muni d'aubes tournant uniformément qui comporte au moins trois grilles d'aubes ( 46,-48, 50) dans lequel

i) chacune des grilles d'aubes est un élément méca-

nique séparé et discontinu; ii) le nombre d'aubes de chaque grille d'aubes est déterminé par le volume circonférentiel de la section

d'écoulement et par la vitesse de rotation de façon à pro-

duire un taux de diffusion du fluide commandé dans la totalité du compresseur; iii) chacune des grilles d'aubes est axialement espacée de toutes les autres grilles;

b) une enveloppe fixe entourant le rotor-

i) ladite enveloppe, en combinaison avec le rotor, délimitant la région d'écoulement annulaire d'un fluide de travail du compresseur; ii) ladite enveloppe, en combinaison avec le rotor, délimitant l'entrée ( 42) et la sortie ( 44) du fluide de travail; c) une entrée de fluide dans laquelle l'écoulement de fluide est essentiellement parallèle à l'axe de rotation du rotor; et d) une sortie de fluide dans laquelle l'écoulement de

fluide est essentiellement perpendiculaireà l'axe de ro-

tation du rotor.

11 Compresseur centrifuge selon la revendication , caractérisé en ce qu'il comporte, en outre: a) des grilles d'aubes d'entrée ( 46) ayant chacune la forme d'une feuille vrillée pour produire un écoulement principalement axial optimisé ayant des taux de diffusion du courant d'air approximativement égalisés tant au niveau du moyeu qu'à celui de l'extrémité de chacune des aubes; b) une seconde grille d'aubes ( 48) formées de façon à produire un écoulement axial et centrifuge mixte ayant des taux de diffusion du courant d'air approximativement égalisés tant au niveau du moyeu qu'à l'extrémité de chacune des aubes; et c) une grille d'aubes de sortie ( 50) formées de

façon à produire un écoulement principalement centrifuge.

12 Compresseur centrifuge selon la revendication , caractérisé en ce que:

les grilles d'aubes ( 46, 48, 50) sont façonnées in-

dividuellement et mécaniquement séparées de façon à réduire l'inclinaison de l'extrémité des aubes à moins de 150 tout en maintenant des taux de diffusion approximativement

égalisés sur toute la hauteur de chaque aube -

13 Compresseur centrifuge selon la revendication 10, caractérisé en ce que: le bord de fuite de la grille d'aubes de sortie ( 50)

est parallèle à l'axe de rotation, en ce qu'il n'a prati-

quement aucune pente et en ce qu'il produit un courant de fluide essentiellement centrifuge à la sortie ( 44) de

fluide de la roue ( 36) -

14 Compresseur centrifuge selon la revendication , caractérisé en ce qu'il comporte: un nombre croissant d'aubes dans les grilles d'aubes successives, conçu pour produire un taux de diffusion commandé de l'écoulement de fluide à mesure que lé fluide

travwerse le compresseur centrifuge.

Roue centrifuge supersonique à plusieurs étages, caractérisée en ce qu'elle comporte

au moins deux régions d'écoulement de grilles d'au-

bes ( 46, 48, 50), agencées de façon que les grilles d'aubes soient axialement espacées, comprenant une région de

grille directrice d'entrée ( 46) pour recevoir un écoule-

ment de fluide principalement axial et une région de grille directrice de sortie ( 50) pour refouler un courant de fluide principalement centrifuge, les grilles d'aubes

ayant des nombres d'aubes différents les unes des autres.

16 Roue centrifuge selon l'une quelconque des re-

vendications 1, 10 et 15, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, une grille d'aubes d'entrée ( 46) conçue principalement-pour des vitesses relatives supersoniques du fluide en accord avec des vitesses des extrémités des

aubes de la roue ( 36), corrigées en température, supé-

rieures à 365 m/s et ayant des aubes vrillée's dans les-

quelles l'angle d'aube à l'extrémité diffère-de l'angle

d'aube au pied de l'aube.

17 Roue centrifuge selon l'une quelconque des re-

vendications 1, 2 et 15, caractérisée en ce que la roue centrifuge ( 36) est formée de plusieurs pièces 18 Procédé pour comprimer un -écoulement de fluide

et pour transformer cet écoulement de fluide d'un-écoule-

ment axial en un écoulement centrifuge dans un compresseur

centrifuge, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il con-

siste: -

a) à comprimer le fluide d'une manière axiale opti-

misée au moyen d'une première grille d'aubes ( 46); b) à comprimer à nouveau le fluide au moyen d'une grille d'aubes de sortie ( 50) ayant une sortie centrifuge otpimisée, c) l'écoulement de fluide étant diffusé à un taux approximativement égalisé sur toute la hauteur des aubes pendant que le fluide parcourt la zone de compression, au moyen d'une variation de l'angle d'aube depuis le pied de

l'aube jusqu'à l'extrémité de l'aube.

19 Procédé pour comprimer un écoulement de fluide

selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il com-

porte, en outre, l'étape qui consiste: à comprimer uniformément le champd'écoulement de

fluide à la sortie de chaque grille d'aubes.

Procédé pour comprimer un écoulement de-fluide

selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il com-

porte, en outre, l'étape qui consiste à modifier le facteur de plénitude d'une grille d'aubes à une autre afin de réduire les taux de diffusion

du fluide dans le compresseur, de l'entrée à la sortie.

21 Procédé pour comprimer un écoulement de 'fluide

dans un compresseur centrifuge unitaire et pour trans-

former l'écoulement de fluide d'un écoulement axial en un écoulement centrifuge, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste:,

a) à comprimer le fluide d'une manière axiale opti-

misée dans une grille d'aubes d'entrée ( 46); b) à comprimer à nouveau le fluide a'une manière transitoire, d'axiale à centrifuge, dans une grille d'aubes centrale ( 48); et 1 S c) à comprimer à nouveau le fluide dans une grille d'aubes centrifuge optimisée ( 50), l'écoulement de fluide étant diffusé à un taux réduit pendant qu'il parcourt la zone de compression annulaire au moyen d'une variation du

facteur de plénitude des grilles d'aubes.

22 Procédé pour comprimer un écoulement du fluide

selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il com-

porte, en outre, l'étape-qui consiste

à comprimer le fluide d'une manière approximative-

ment constante aux sortie des grilles d'aubes.

23 Procédé pour comprimer un écoulement de fluide

selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il com-

porte, en outre, l'étape qui consiste: à réduire l'inclinaison des aubes au moyen d'une ré-initialisation périodique des profils d'angle d'aubes

optimaux.