FR2772843A1 - Dispositif de transfert de fluide entre deux etages successifs d'une turbomachine centrifuge multietages - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de transfert de fluide comprend un ensemble statorique incorporant une pluralité de canaux de retour qui captent l'écoulement de fluide sortant à grande vitesse d'un rouet centrifuge d'un étage de la turbomachine pour redresser, ralentir et amener cet écoulement à l'entrée d'un autre rouet centrifuge d'un autre étage voisin de la turbomachine.Chacun des canaux de retour est constitué par un élément tubulaire individuel profilé continu. Un premier canal de retour continu est défini par un ensemble de sections évolutives définies par des paramètres et normales à une ligne moyenne (140) située dans un plan prédéfini (P1 P2 P3 ) contenant l'axe de la turbomachine. La ligne moyenne (140) présente une première partie rectiligne (141), une deuxième partie courbe en arc de cercle (142) de rayon RCO2 et une troisième partie rectiligne (143). Les différents canaux de retour sont identiques et se déduisent les uns des autres par une rotation autour de l'axe de la turbomachine.
Description
Domaine de l'invention La présente invention a pour objet un dispositif de
transfert de fluide entre deux étages successifs d'une turbomachine centrifuge multiétages, comprenant un ensemble statorique incorporant une pluralité de canaux de retour qui captent l'écoulement de fluide sortant à grande vitesse d'un rouet centrifuge d'un étage de la turbomachine pour redresser, ralentir et amener cet écoulement à l'entrée d'un autre rouet centrifuge d'un autre étage voisin
de la turbomachine.
Art antérieur On a représenté sur la figure 3 un exemple de turbopompe multiétages connue équipant les moteurs-fusées cryotechniques désignés par la dénomination Vulcain et servant à l'alimentation de ces moteurs en hydrogène liquide. La turbopompe de la figure 3 comprend, à l'intérieur d'un carter 301, 302, une pompe centrifuge à deux étages comprenant chacun un rouet 305, 355 muni d'aubes 306, 356 solidaire d'un arbre tournant commun central 322. Un inducteur 331 conférant de bonnes caractéristiques d'aspiration et autorisant une vitesse de rotation élevée, de l'ordre de 35 000 tours par minute, est placé à l'entrée de la pompe sur le conduit d'alimentation en fluide de travail. Des éléments de turbine 332, 333, alimentés par un flux de gaz chauds introduits par un tore 334, sont solidaires de l'arbre central 322 pour l'entraînement de celui-ci et des rouets
305, 355, et sont disposés à l'arrière du deuxième étage de la pompe.
L'arbre central 322 est supporté par des paliers à roulement 323 et 324 disposés respectivement à l'avant et à l'arrière de l'ensemble constitué de la pompe à double étage et de la turbine. Les références 310 et 304 désignent respectivement les conduits de liaison entre la sortie du premier étage de pompe et l'entrée du deuxième étage de pompe, et le conduit de refoulement du fluide de travail à la sortie du deuxième étage de pompe, un
diffuseur 307 étant disposé à l'entrée du conduit de refoulement torique 304.
Les conduits de liaison 310 sont formés dans la masse d'un stator interétages et présentent une constitution en trois parties, à savoir un diffuseur radial 308 à aubes épaisses, un coude de retournement 309 non aube et un redresseur centripète 311 comportant des aubes de retour. Cette solution a de bonnes performances hydrauliques à condition que le diffuseur radial 308 soit suffisamment grand, ce qui conduit à un encombrement radial important. Les pertes provoquées par le changement brusque de section en sortie du diffuseur radial 308 et par incidence en entrée du redresseur centripète 311 sont difficilement contrôlables. Pour que l'efficacité soit suffisante, le diffuseur 308 doit donc présenter une grande longueur dans le sens radial de la machine. Le coude non aubé 309 ne
participe ni à la réduction tangentielle de vitesse, ni à la tenue mécanique.
Le redresseur 311 implique pour sa part d'être correctement calé en incidence. Il s'ensuit que la réalisation de conduits de liaison selon le mode de réalisation de la figure 3 s'avère relativement complexe et ne permet pas
d'obtenir une compacité optimisée.
Le stator inter-étages qui capte l'écoulement sortant à grande vitesse d'un premier rouet centrifuge pour le redresser, le ralentir et l'amener en entrée d'un deuxième rouet, constitue ainsi un des éléments principaux de l'architecture d'une turbomachine multiétages (pompe centrifuge ou compresseur centrifuge) et conditionne l'encombrement radial et axial de
cette turbomachine.
Objet et description succincte de l'invention
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à permettre de réaliser un dispositif de transfert de fluide inter-étages qui assure un contrôle optimisé de l'écoulement tout au long de sa trajectoire, présente un encombrement limité notamment dans le sens radial et simplifie
la fabrication tout en réduisant les contraintes mécaniques.
Ces buts sont atteints grâce à un dispositif de transfert de fluide entre deux étages successifs d'une turbomachine centrifuge multiétages, comprenant un ensemble statorique incorporant une pluralité de canaux de retour qui captent l'écoulement de fluide sortant à grande vitesse d'un rouet centrifuge d'un étage de la turbomachine pour redresser, ralentir et amener cet écoulement à l'entrée d'un autre rouet centrifuge d'un autre étage voisin de la turbomachine, caractérisé en ce que chacun des canaux de retour est constitué par un élément tubulaire individuel profilé continu, en ce qu'un premier canal de retour continu est défini par un ensemble de sections évolutives définies par des paramètres et normales à une ligne moyenne située dans un plan prédéfini (P1P2P3) contenant l'axe de la turbomachine, la ligne moyenne présentant une première partie rectiligne, une deuxième partie courbe en arc de cercle de rayon Rco2 et une troisième partie rectiligne et en ce que les différents canaux de retour sont identiques et se déduisent les uns des autres par une rotation autour de l'axe de la turbomachine. De préférence, la ligne moyenne du premier canal de retour comprend en outre une quatrième partie présentant un grand rayon de courbure Rco1 orienté dans un sens opposé à celui de la deuxième partie courbe pour ramener l'orientation de la ligne moyenne selon l'axe de la
turbomachine.
Un canal de retour continu selon l'invention permet de contrôler
l'écoulement tout le long de sa trajectoire.
L'identification d'une ligne moyenne contenue dans un plan permet de simplifier la conception et la réalisation d'un canal en autorisant une
description relativement simple et analytique des formes du canal qui
garantissent un encombrement minimum et un fonctionnement optimisé du canal, notamment en évitant des changements de direction brutaux et en imposant que la diffusion de l'écoulement s'effectue en majeure partie dans
des parties rectilignes situées de part et d'autre du coude de déviation.
De façon plus particulière, la ligne moyenne du premier canal de retour continu est contenue dans un plan prédéfini (P1P2P3) par un premier point P1, un deuxième point P2 et un troisième point P3 tels que les premier et deuxième points P, P2 sont contenus dans un plan normal à l'axe de la turbomachine, les deuxième et troisième points P2, P3 sont contenus dans un plan contenant l'axe de la turbomachine, la position du premier point Pl est déterminée pour correspondre à une distance imposée entre l'entrée du premier canal et la sortie du rouet centrifuge situé en regard et les orientations du vecteur PÈ12 défini par les premier et deuxième points P1, P2 et du vecteur P23 défini par les deuxième et troisième points P2, P3 correspondent respectivement à l'orientation de la première partie rectiligne et de la troisième partie rectiligne de la ligne moyenne du premier canal de
retour continu.
Dans un dispositif de transfert de fluide selon l'invention, la partie terminale finissante axiale des canaux de retour continus est dépourvue
d'aubes.
On évite ainsi la formation d'écoulements secondaires pariétaux
générateurs de distorsions dans l'écoulement en entrée du deuxième rouet.
Selon un aspect particulier de l'invention, les sections normales à la ligne moyenne du premier canal de retour continu sont définies par leur aire, par des facteurs de forme A, B et m et par l'angle d'orientation a entre l'axe
local de la section et la normale b au plan prédéfini (P1P2P3).
A titre d'exemple, la forme des sections normales à la ligne moyenne m ym du premier canal de retour continu est définie par la formule m + m = 1
A B
o A, B et m sont des paramètres représentant des facteurs de forme.
Les canaux de retour continus selon l'invention se prêtent bien à une
description paramétrique.
Ainsi, selon un mode particulier de réalisation, la ligne moyenne d'un canal de retour continu contenue dans le plan prédéfini (PlP2P3) est définie par les paramètres suivants: Ro = rayon moyen du dispositif de transfert de fluide au col d'entrée du canal de retour continu, t0 = angle de la ligne moyenne du canal audit col d'entrée par rapport à la tangente au cercle défini par le rayon moyen R0, b0 = largeur du canal de retour continu audit col d'entrée, R2h = rayon du moyeu à l'entrée de l'autre rouet situé en regard de la sortie du canal de retour continu, R2t = rayon du carter à l'entrée de l'autre rouet, c = longueur axiale du canal de retour continu, Rcol = rayon de courbure de la quatrième partie courbe de la ligne moyenne, Rco2 = rayon de courbure de la deuxième partie courbe de la ligne moyenne, (pm = angle d'inclinaison de la ligne moyenne du canal de retour continu (11) dans un plan méridien de la turbomachine, lx = distance axiale entre le centre de courbure de la quatrième partie courbe
de la ligne moyenne et la sortie du canal de retour continu.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, pour déterminer la ligne moyenne du premier canal de retour continu, on définit un repère de référence absolu (Ox,2) tel que Oz corresponde à l'axe de la turbomachine, Ox soit parallèle à l'axe de la première partie rectiligne de ladite ligne moyenne, et l'origine O de l'axe Oz corresponde au plan du carter d'entrée du premier canal de retour continu, on détermine les coordonnées des premier, deuxième et troisième points P,P2,P3 définissant le plan prédéfini (P1P2P3) et on détermine des points particuliers L1, L2, L5, I_, L7 de la ligne moyenne tels que le point particulier L, corresponde au col d'entrée, le point particulier L2 corresponde à la transition entre la première partie rectiligne et la deuxième partie courbe, le point particulier Ls corresponde à la transition entre la deuxième partie courbe et la troisième partie rectiligne, le point particulier L6 corresponde à la fin de la troisième partie rectiligne et à la sortie du canal de retour continu et le point particulier L7 corresponde à l'entrée de l'autre rouet centrifuge au sein d'une zone commune délimitée par deux surfaces axisymétriques constituées par le moyeu et le carter à l'entrée
de l'autre rouet.
De façon plus particulière, l'aire des sections normales à la ligne moyenne du premier canal de retour continu est définie au point particulier L1 en fonction des dimensions du col d'entrée du canal de retour continu et aux points particuliers L6 et L7 en fonction dudit rayon de moyeu R2h et dudit rayon du carter R2t à l'entrée de l'autre rouet, l'aire des sections normales à la ligne moyenne dans la deuxième partie courbe est constante et approximativement égale au double de l'aire de la section au point particulier L1 et dans la première partie rectiligne et dans la troisième partie rectiligne l'aire des sections normales à la ligne moyenne présente une
évolution linéaire le long de la ligne moyenne.
Selon une autre caractéristique avantageuse, en chaque point de la ligne moyenne d'un canal de retour continu contenue dans le plan prédéfini (P1P2P3), l'orientation de la section évolutive est définie localement par l'angle a entre l'axe local é, de la section et la normale b au plan prédéfini (P1P2P3) contenant la ligne moyenne, l'angle a présente une valeur comprise entre 30 et 35 aux points particuliers Li et L6, et une valeur nulle aux points particuliers L2 et Ls, et l'angle a évolue linéairement entre les points
particuliers successifs L1 et L2, L2 et L5 et Ls et L6.
la section évolutive d'un canal de retour continu est quasi rectangulaire aux points particuliers L1 et L6 et est elliptique aux points
particuliers L2 et L5.
Le dispositif de transfert de fluide selon l'invention peut comprendre
entre 8 et 15 canaux de retour continus individuels.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la
description suivante de modes particuliers de réalisation, donnés à titre
d'exemples, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - La figure 1 est une vue en demi-coupe axiale d'un exemple de turbopompe centrifuge de forte puissance multiétages équipée d'un dispositif statorique interétages de transfert de fluide conforme à l'invention, - La figure 2 est une vue en perspective d'un ensemble de canaux de retour continus individuels d'un dispositif statorique de transfert de fluide selon l'invention, - La figure 3 est une vue en coupe axiale d'une turbopompe centrifuge de forte puissance multiétages équipée d'un dispositif statorique connu de transfert de fluide entre deux étages de la turbopompe, - La figure 4 est un diagramme montrant, dans un repère de l'espace, une ligne moyenne d'un canal de retour continu d'un dispositif de transfert de fluide selon l'invention, - La figure 5 est une vue montrant le positionnement dans l'espace d'entrées de canaux de retour d'un dispositif selon l'invention, - La figure 6 est une vue montrant un exemple de section d'un canal de retour continu d'un dispositif selon l'invention, - Les figures 7, 8 et 9 sont des projections dans divers plans de l'espace de la ligne moyenne illustrée sur la figure 4, - La figure 10 est une vue de la ligne moyenne de la figure 4, dans le plan contenant cette ligne moyenne, - La figure 11 est un diagramme montrant un exemple d'évolution de l'aire de la section d'un canal de retour continu, le long de la ligne moyenne de ce canal, - La figure 12 est un diagramme montrant un exemple d'évolution d'un facteur de forme de la section d'un canal de retour continu, le long de la ligne moyenne de ce canal, et - La figure 13 est une vue schématique montrant en perspective un exemple d'évolution de la section d'un canal de retour continu, le long de la
ligne moyenne de ce canal.
Description détaillée de modes particuliers de réalisation.
Les canaux de retour continus 11 à 20 illustrés notamment sur la figure 2 constituent un élément statorique 10 pour pompes centrifuges ou
compresseurs centrifuges multi-étages.
On a représenté sur la figure 1 à titre d'exemple une turbopompe centrifuge pouvant servir au pompage d'un ergol cryogénique tel que de l'hydrogène. Cette turbopompe à deux étages comprend un premier rouet centrifuge 5 muni d'aubes 6 et un deuxième rouet centrifuge 55 muni d'aubes 56. Un arbre central 22, monté sur des paliers à roulements 23, 24, est entraîné en rotation par deux roues de turbine 32, 33. L'arbre central 22
entraîne lui-même en rotation les premier et deuxième rouets 5, 55.
La turbomachine comprend des éléments de carter extérieurs 1, 2, un inducteur 31 placé à l'entrée de la turbomachine sur le passage du fluide à pomper, un tore 34 d'admission des gaz chauds d'entraînement des turbines 32, 33 et un conduit torique 4 de refoulement du fluide de travail disposé à la sortie du deuxième étage de la pompe. La référence 10 désigne le stator inter-étages comprenant un ensemble de canaux de retour continus 11 à 20 qui captent l'écoulement sortant à grande vitesse du premier rouet centrifuge pour le redresser, le ralentir et l'amener en entrée du deuxième rouet 55. La transformation de pression dynamique en sortie du premier rouet 5 en pression statique en entrée du deuxième rouet 55 est mesurée par le coefficient de récupération de pression statique Cp qui est défini par la formule suivante: c PSER2 - PSSRI P 1/2 p VS2R1 O PSSR1 = pression statique en sortie du premier rouet PSR2 = pression statique en entrée du deuxième rouet VSR1 = vitesse en sortie du premier rouet p = densité du fluide Des canaux de retour continu 11 à 20 conformes à la présente invention permettent d'obtenir des coefficients de récupération de pression statique Cp compris entre 0,7 et 0,8 tandis que des canaux de retour tels que ceux représentés sur la figure 3 relative à l'art antérieur ne permettent d'obtenir que des valeurs de l'ordre de 0,6 pour le coefficient de récupération de
pression statique Cp.
On se réféerera maintenant essentiellement aux figures 4 à 13 qui montrent les différents paramètres permettant de définir la forme tridimensionnelle d'un canal de retour continu selon l'invention qui permet de contrôler l'écoulement de fluide tout le long de sa trajectoire entre la
sortie du premier rouet 5 et l'entrée du deuxième rouet 55.
On décrira en détail ci-dessous la configuration d'un premier canal de retour continu 11 constitué sous une forme tubulaire. Les autres canaux de retour 12 à 20 sont ensuite réalisés de façon identique au premier canal 11 et
sont répartis de façon régulière autour de l'axe Oz, de la turbomachine.
Chaque canal de retour 12 à 20 est ainsi obtenu à partir du premier canal 11
par une simple rotation autour de l'axe Oz.
Le nombre de canaux de retour continus peut être assez élevé et être compris par exemple entre 8 et 15. La fabrication est facilitée par la réalisation d'un ensemble d'éléments tubulaires individuels plutôt que par l'usinage d'un corps massif. Par ailleurs, les canaux de retour continus présentent des sections évolutives de forme simple qui se prêtent bien à une fabrication par moulage. Enfin la présence de tronçons rectilignes au voisinage des extrémités libres des canaux de retour facilite les inspections
lors de la fabrication.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la géométrie d'un canal de retour continu 11 à 20 est donnée par une ligne moyenne 140 contenue dans un plan prédéfini PIP2P3. La ligne moyenne 140 est définie de manière à minimiser l'encombrement dans le sens radial et à ajuster l'encombrement axial de l'élément statorique inter-étages 10 en fonction des
organes (palier 23, joint...) placés au dos du premier rouet 5 (voir figure 1).
La ligne moyenne 140 contenue dans un plan et définie pour un premier
canal individuel 11 permet de faire une description relativement simple et
analytique des formes du canal 11 dans ses différentes parties et de bénéficier des résultats des essais sur des configurations de base partielles (diffuseurs rectilignes, coudes plans de différentes formes). La ligne moyenne 140 est par ailleurs définie de manière à éviter des changements brutaux de direction et à assurer une maîtrise de l'écoulement aussi bien
dans des zones de diffusion que dans des parties coudées.
Le plan contenant la ligne moyenne 140 est prédéfini pour le premier canal 11 par des points P1, P2 P3 (figures 4 et 7 à 10). Les points P1 et P2 sont contenus dans un plan normal à l'axe Oz de la turbomachine. L'orientation du vecteur P2 donne la direction moyenne de la première partie 141 de la ligne moyenne 140 qui définit un premier tronçon de canal rectiligne 110 assurant une diffusion. L'orientation du vecteur P1P2 dépend ainsi principalement de l'écoulement en amont du dispositif de transfert de fluide inter-étages. La position du point P1 est déterminée en imposant la distance entre l'entrée 111 du canal 11 et la sortie
de la roue centrifuge 5.
Les points P2 et P3 sont contenus dans un plan contenant l'axe Oz de la turbomachine. L'orientation du vecteur P213 donne la direction moyenne de la troisième partie 143 de la ligne moyenne 140 qui définit un troisième tronçon de canal rectiligne 130 assurant une diffusion, les premier et troisième tronçons de canal rectilignes 110, 130 étant réunis par un deuxième tronçon de canal 120 présentant une géométrie de coude optimisée correspondant à une deuxième partie 142 de la ligne moyenne 140
(figures 2 et 4).
Dans le plan P1P2P3 défini comme indiqué ci-dessus, la ligne moyenne d'un premier canal de retour 11 est elle-même définie par différents
points caractéristiques LI à L7.
Le point L1 situe le col d'entrée 111 du canal de retour 11. La ligne
moyenne 140 est rectiligne dans sa partie 141 située entre les points L1 et L2.
La ligne moyenne 140 est constituée d'un arc de cercle de centre Oz et de rayon Rco2 dans sa partie 142 située entre les points L2 et L5. On peut définir en outre des points intermédiaires L3 et L4 correspondant respectivement à des points à 40 et 90 de rotation sur l'arc de cercle 142. La ligne moyenne est rectiligne dans sa partie 143 située entre le point L5 et le point L^ qui constitue le col de sortie 131 du canal 11 (figures 4, 7 à 10 et 13). Entre les points L6 et L7, la ligne moyenne 140 décrit un arc de cercle 144 dans le plan (O, P2, P3) de rayon Rcol pour devenir parallèle à l'axe Oz de la turbomachine. Le point L, correspond à l'entrée du deuxième rouet 55 et se situe au sein d'une zone commune délimitée par deux surfaces axisymètriques constituées par le carter et le moyeu à l'entrée du deuxième
rouet 55.
Le raccordement axial en sortie du canal de retour 11 n'est pas aubé dans la partie 144 de la ligne moyenne 140, ce qui évite la formation d'écoulements secondaires pariétaux générateurs de distorsions dans
l'écoulement en entrée du deuxième rouet 55.
Les sections du canal de retour 11 normales à la ligne moyenne 140 sont évolutives et sont définies par leur aire, trois facteurs de forme A, B et m et
l'orientation entre l'axe local de la section et la normale b au plan P1P2P3.
Les évolutions de section sont telles que les gradients de pression totale sont minimisés. Les sections sont de forme simple. Ainsi, la section évolutive du canal 11 peut être quasi rectangulaire aux points particuliers L1 et L6, et peut être elliptique aux points particuliers L2 et L5, la section évoluant de façon progressive entre les points caractéristiques successifs LI,
L2,4,L6.
D'une manière générale, la diffusion se fait en grande partie dans les deux tronçons rectilignes 110 et 130 du canal 11, ce qui est optimal pour les performances. La déviation de l'écoulement dans le tronçon 120 se fait dans un coude plan (partie 142 de la ligne moyenne 140). Le grand axe des sections normales dans le coude est normal au plan P1P2P3. Pour optimiser les performances, on peut avantageusement choisir pour les sections normales
elliptiques du troncçon coudé 120 un rapport grand axe sur petit axe égal à 2.
On donnera ci-dessous un exemple de définition de la ligne moyenne
140 contenue dans le plan P1P2P3, en référence aux figures 4 à 13.
On calcule d'abord avec les conditions d'écoulement en sortie de la roue centrifuge 5 les valeurs des paramètres Ro, [30 et bo, o Ro = rayon moyen du dispositif de transfert de fluide 10 au col d'entrée 111 du canal de retour continu 11, 3o = angle de la ligne moyenne 140 du canal 11 au col d'entrée 111 par rapport à la tangente au cercle défini par le rayon moyen Ro,
bo = largeur du canal 11 au col d'entrée 111.
Pour une machine donnée, les paramètres R2h, R2t et le!c sont imposés, o: R2h = rayon du moyeu à l'entrée du rouet 55 situé en regard de la sortie 131 du canal 11, R2t = rayon du carter à l'entrée du rouet 55,
lc = longueur axiale du canal 11.
Compte tenu des contraintes d'encombrement, on choisit la valeur la
plus élevée possible pour les paramètres RcOl et Rco2 déjà définis plus haut.
On ajuste par ailleurs les paramètres (pm et lu pour satisfaire les contraintes d'encombrement tout en autorisant une capacité de diffusion entre le col d'entrée 111 et le début du coude plan 120, avec: (PMn = angle d'inclinaison de la ligne moyenne 140 du canal de retour continu 11 dans un plan méridien de la turbomachine, 1," = distance axiale entre le centre de courbure de la quatrième partie courbe
144 de la ligne moyenne 140 et la sortie 131 du canal 11.
Une fois que l'on a défini un repère de référence absolu dans l'espace (On,) tel que Oz corresponde à l'axe de la turbomachine, Ox soit parallèle à l'axe de la première partie rectiligne 141 de la ligne moyenne et l'origine O de l'axe Oz. corresponde au plan du carter d'entrée du canal de retour 11, on peut déterminer les coordonnées des points P1, P2, P3 définissant le plan P1P2P3, ainsi que les points particuliers L1 à L7 de la ligne moyenne 140
définis plus haut.
La tangente , la normale i et la normale b au plan P1P2P3 peuvent être déterminées en chacun des points de la ligne moyenne 140 (voir figures 6 et ). Les figures 11 à 13 et la figure 6 illustrent des exemples d'évolution des sections normales 112 du canal 11 en différents points de la ligne moyenne 140. Si l'on considère les figures 11 et 13, on a défini l'aire des sections
normales 111 à 116 et 131 aux différents points caractéristiques L1 à L6.
L'aire SL1 de la section d'entrée 111 au point L1 est définie par le col
d'entrée et notamment sa largeur bo.
Les aires SLI à SL des sections 112 à 115 aux points L1 à L5 sont égales et présentent une valeur de l'ordre du double de l'aire SL1 de la section d'entrée 111. Les sections normales situées entre les points LI et L2
présentent une évolution linéaire.
L'aire SLk de la section de sortie 131 au point L6 est définie à partir des paramètres R2t et R2h et présente une valeur également de l'ordre du double de l'aire des sections normales situées entre les points L2 et Ls. Les sections normales telles que 116 situées entre les points L5 et L6 présentent une
évolution linéaire. L'aire n'évolue pas entre les points L6 et L7 (figure 10).
La forme des sections normales à la ligne moyenne 140 peut être définie par des courbes de Fermat de la forme: m m X +Ym =1 m m
A B
o A, B et m représentent des facteurs de forme.
Dans la mesure o l'aire est imposée, il ne reste que deux degrés de liberté. La figure 12 montre une évolution possible du paramètre m entre les points LI et L6. Dans ce cas particulier, m varie linéairement de 8 à 2 entre Là et L2, reste constant et égal à 2 entre L, et L5 et varie linéairement de 2 à
8 entre L5 et L6.
Les sections normales 111 et 131 aux points L, et L6 sont quasi
rectangulaires.
Les sections normales 112 à 115 sont elliptiques, avec un rapport entre le demi petit axe A et le demi grand axe B égal à 2. D'une manière plus générale, le demi grand axe B évolue linéairement entre les différents points caractéristiques L1 à Lt et le demi petit axe A est calculé en fonction de l'aire
et de la valeur m.
On a représenté sur la figure 6 un exemple de section normale pouvant correspondre à la section d'entrée 111. L'orientation de chaque section normale est définie par l'angle a entre l'axe local é, de la section et la normale b au plan P1P2P3 contenant la ligne moyenne 140 (figures 6, 10 et
13).
De façon préférentielle l'angle a présente une valeur comprise entre et 35 aux points particuliers L, et L6 et une valeur nulle aux points particuliers L2 et L. L'angle ac évolue linéairement entre les points
particuliers successifs L1 et L2, L2 et L5 et L5 et L6.
Sur les figures 7 à 9, qui complètent les figures 4 et 10 et sont des projections respectivement dans des plans O.,, Oz et OP2P3, la projection de la ligne moyenne 140 dans ces plans est repérée par les références 140A,
B et 140C respectivement.
Claims (12)
1. Dispositif de transfert de fluide entre deux étages successifs d'une turbomachine centrifuge multiétages, comprenant un ensemble statorique (10) incorporant une pluralité de canaux de retour (11 à 20) qui captent l'écoulement de fluide sortant à grande vitesse d'un rouet centrifuge (5) d'un étage de la turbomachine pour redresser, ralentir et amener cet écoulement à l'entrée d'un autre rouet centrifuge (55) d'un autre étage voisin de la turbomachine, caractérisé en ce que chacun des canaux de retour (11 à 20) est constitué par un élément tubulaire individuel profilé continu, en ce qu'un premier canal de retour continu (11) est défini par un ensemble de sections évolutives (111 à , 131) définies par des paramètres et normales à une ligne moyenne (140) située dans un plan prédéfini (P1P2P3) contenant l'axe (OJ de la turbomachine, la ligne moyenne (140) présentant une première partie rectiligne (141), une deuxième partie courbe en arc de cercle (142) de rayon RcO2 et une troisième partie rectiligne (143) et en ce que les différents canaux de retour (11 à 20) sont identiques et se déduisent les uns des autres
par une rotation autour de l'axe de la turbomachine.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne moyenne (140) du premier canal de retour (11) comprend en outre une quatrième partie (144) présentant un grand rayon de courbure Rcol orienté dans un sens opposé à celui de la deuxième partie courbe (142) pour ramener l'orientation de la ligne moyenne (140) selon l'axe (Oz) de la turbomachine.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la ligne moyenne du premier canal de retour continu (11) est contenue dans un plan prédéfini (P1P2P3) par un premier point Pl, un deuxième point P2 et un troisième point P3 tels que les premier et deuxième points P., P2 sont contenus dans un plan normal à l'axe (O) de la turbomachine, les deuxième et troisième points P2, P3 sont contenus dans un plan contenant l'axe (Oà de la turbomachine, la position du premier point Pl est déterminée pour correspondre à une distance imposée entre l'entrée du premier canal (11) et la sortie du rouet centrifuge (5) situé en regard et les orientations du vecteur Pt défini par les premier et deuxième points Pl, P2 et du vecteur P2P3 défini par les deuxième et troisième points P2, P3 correspondent respectivement à l'orientation de la première partie rectiligne (141) et de la troisième partie rectiligne (143) de la ligne moyenne (140) du
premier canal de retour continu (11).
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie terminale finissante axiale des canaux de retour continus (11 à 20) est
dépourvue d'aubes.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que les sections normales (111 à 115, 131) à la ligne moyenne (140) du premier canal de retour continu (11) sont définies par leur aire, par des facteurs de forme A, B et m et par l'angle d'orientation aC entre
l'axe local de la section et la normale b au plan prédéfini (PlP2P3).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la forme des sections (111 à 115, 131) normales à la ligne moyenne du premier canal m ym de retour continu est définie par la formule x + - = I o A, B et m m m
A B
sont des paramètres représentant des facteurs de forme.
7. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la
ligne moyenne (140) d'un canal de retour continu (11) contenue dans le plan prédéfini (P1P2P3) est définie par les paramètres suivants: Ro = rayon moyen du dispositif de transfert de fluide au col d'entrée (111) du canal de retour continu (11), Po = angle de la ligne moyenne (140) du canal audit col d'entrée (111) par rapport à la tangente au cercle défini par le rayon moyen R0, b0 = largeur du canal de retour continu (11) audit col d'entrée (111), R2h = rayon du moyeu à l'entrée de l'autre rouet (55) situé en regard de la sortie (131) du canal de retour continu, R2t = rayon du carter à l'entrée de l'autre rouet (55), c = longueur axiale du canal de retour continu (11), RCOE = rayon de courbure de la quatrième partie courbe (144) de la ligne moyenne (140), RcO2 = rayon de courbure de la deuxième partie courbe (142) de la ligne moyenne (140), (PM = angle d'inclinaison de la ligne moyenne (140) du canal de retour continu (11) dans un plan méridien de la turbomachine, 1" = distance axiale entre le centre de courbure de la quatrième partie courbe (144) de la ligne moyenne (140) et la sortie (131) du canal de retour continu (11).
8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour déterminer la ligne moyenne (140) du premier canal de retour continu (11), on définit un repère de référence absolu (Oxyz) tel que Oz, corresponde à l'axe de la turbomachine, OQ soit parallèle à l'axe de la première partie rectiligne (141) de ladite ligne moyenne (140), et l'origine O de l'axe Oz corresponde au plan du carter d'entrée du premier canal de retour continu (11), on détermine les coordonnées des premier, deuxième et troisième points P1,P2,P3 définissant le plan prédéfini (P1P2P3) et on détermine des points particuliers L a, L2, 65, L, 1, de la ligne moyenne (140) tels que le point particulier L1 corresponde au col d'entrée (111), le point particulier L2 corresponde à la transition entre la première partie rectiligne (141) et la deuxième partie courbe (142), le point particulier L5 corresponde à la transition entre la deuxième partie courbe (142) et la troisième partie rectiligne (143), le point particulier L6 corresponde à la fin de la troisième partie rectiligne (143) et à la sortie (131) du canal de retour continu et le point particulier Lb corresponde à l'entrée de l'autre rouet centrifuge au sein d'une zone commune délimitée par deux surfaces axisymétriques constituées
par le moyeu et le carter à l'entrée de l'autre rouet (55).
9. Dispositif selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que
l'aire des sections (111, 131) normales à la ligne moyenne (140) du premier canal de retour continu (11) est définie au point particulier L1 en fonction des dimensions du col d'entrée (111) du canal de retour continu et au point particulier L7 en fonction dudit rayon de moyeu R2h et dudit rayon du carter R2t à l'entrée de l'autre rouet (55), en ce que l'aire des sections (113, 114) normales à la ligne moyenne (140) dans la deuxième partie courbe (142) est constante et approximativement égale au double de l'aire de la section (111) au point particulier LI et en ce que dans la première partie rectiligne (141) et dans la troisième partie rectiligne (143) l'aire des sections normales à la ligne moyenne (140) présente une évolution linéaire le long de la ligne
moyenne (140).
10. Dispositif selon la revendications 8 ou la revendication 9,
caractérisé en ce que en chaque point de la ligne moyenne (140) d'un canal de retour continu (11) contenue dans le plan prédéfini (PiP2P3), l'orientation de la section évolutive (111 à 115, 131) est définie localement par l'angle a entre l'axe local e, de la section et la normale b au plan prédéfini (PIP2P3) contenant la ligne moyenne (140), en ce que l'angle a présente une valeur comprise entre 30 et 35 aux points particuliers LI et L, et une valeur nulle aux points particuliers L2 et L, et en ce que l'angle a évolue linéairement
entre les points particuliers successifs L1 et L2, L[2 et L5 et L5 et L6.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10,
caractérisé en ce que la section évolutive d'un canal de retour continu (11) est quasi rectangulaire aux points particuliers L1 et L6 et est elliptique aux
points particuliers Le et L5.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11,
caractérisé en ce qu'il comprend entre 8 et 15 canaux de retour continus
(11 à 20).
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