WO1990000229A1 - Compresseur perfectionne de type mixte et applications - Google Patents

Compresseur perfectionne de type mixte et applications Download PDF

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WO1990000229A1
WO1990000229A1 PCT/FR1989/000311 FR8900311W WO9000229A1 WO 1990000229 A1 WO1990000229 A1 WO 1990000229A1 FR 8900311 W FR8900311 W FR 8900311W WO 9000229 A1 WO9000229 A1 WO 9000229A1
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wheel
outlet
blades
additional
head
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PCT/FR1989/000311
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English (en)
Inventor
Marc Faury
Jean Brisebois
Original Assignee
Technofan
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/06—Helico-centrifugal pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/284—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
    • F04D29/285—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors the compressor wheel comprising a pair of rotatable bladed hub portions axially aligned and clamped together

Definitions

  • the invention relates to a compressor of mixed type (sometimes also referred to as “axial-centrifugal compressor” or “diagonal compressor”), having an axial fluid inlet and an axial outlet with a diameter significantly greater than that of the inlet.
  • a compressor of mixed type sometimes also referred to as “axial-centrifugal compressor” or “diagonal compressor”
  • the present invention proposes to improve the efficiency of combined compressors by reducing the distortions of the flow at the outlet of each moving wheel.
  • the combined compressor targeted by the invention comprises, in a manner known per se, a rotating shaft and at least one compression stage arranged around said shaft to form a fluid stream, each stage being composed, at the inlet of the stage, of a movable impeller, called main wheel, of increasing diameter from upstream to downstream (with respect to the flow), and at the output of said stage, of at least one fixed rectifier;
  • at least one compression stage comprises an additional movable wheel, interposed between the main wheel and the fixed rectifier so as to ensure the continuity of the fluid stream, said additional wheel being idial ground in rotation of the wheel main and of type with axial grooves having profiles with higher camber at the foot than at the head, so as to reduce the radial gradient I the total pressure of the flow between the inlet and the outlet of said blades.
  • the main wheel of each stage is produced as before depending on the mechanical stresses to be supported and the machining requirements, this mistletoe leads, at the outlet of said wheel, to a pressure total flow significantly higher at the top than at the bottom.
  • the additional axial type wheel interposed between this main wheel and the fixed rectifier, supplies the fluid with additional energy, increasing from the head towards the foot of the said wheel, which reduces the distortions of the flow at the input of the fixed rectifier. .
  • this additional wheel not only makes it possible to homogenize the flow in the radial plane but also to increase the energy supplied to the fluid by the rotor.
  • This additional wheel which is separate from the main wheel and which is of the axial type, can be manufactured in the traditional way without any particular difficulty in order to withstand the local mechanical stresses.
  • the blades of said additional wheel are produced with a profile having an evolution of camber between head and foot such that the radial gradient of the total pressure of the flow is substantially zero at the outlet of said blades.
  • the energy losses in the fixed rectifier (s) become negligible due to the quasi-uniformity of the input speeds in these fixed parts ”
  • the blades of the additional wheel have a profile designed so that the total pressure at the outlet of said additional wheel is substantially equal to the maximum total pressure prevailing at the outlet of the main wheel at the head of the latter.
  • the aerodynamic load of the additional wheel is relatively low, almost zero at the head and adapted at the foot to provide only the energy boost necessary for equalizing the total pressures; such a wheel can thus be very compact and lead to very low self-losses.
  • the blades of the additional wheel have a profile designed to work over their entire height, so as to provide the fluid with a higher energy boost than previously.
  • These blades can in particular be designed to perform maximum work at the bottom without however reaching the separation of the fluid threads, the work at the head being weaker (but positive), suitable for obtaining a uniform total pressure at the outlet of the additional wheel.
  • this geometry of the additional wheel leads to a maximum pressure rate, while retaining the quasi-uniformity of the input speeds in the fixed rectifier or rectifiers.
  • the additional wheel is separated from the main wheel, the profile of the blades of these wheels and their numbers being independent.
  • These two wheels, integral in rotation, can optionally be carried by the same hub.
  • these wheels will have separate hubs, linked in rotation to each other and forming between them a recess with symmetry of revolution with respect to the axis. Such a structure makes it possible to lighten the rotor, while leading to good mechanical strength of the latter.
  • the main wheel has a double curvature meridian profile having an inflection, in particular profile substantially in the form of a sinusoid arc.
  • This geometry of the main wheel ensures better continuity of the fluid flow between said main wheel with increasing diameter and the additional wheel of axial type.
  • the mixed compressors with high rotational speed which are used in the aeronautical or military field are on open type wheels, that is to say without flange, with a fixed casing which delimits the fluid stream at the periphery.
  • This type of wheel will preferably be used in the compressor of the invention, both for making the main wheel and for making the additional wheel.
  • the compressor according to the invention may comprise a single compression stage composed of the main wheel, the additional wheel as defined and one or more fixed rectifiers. It can also comprise several stages, one or more of them being provided with an additional wheel in accordance with the invention.
  • the invention applies mainly to the production of turbo-machines, the fixed rectifier of the last compression stage is adapted to supply a combustion chamber. It can also be applied for the production of turbo-superchargers whose fixed rectifier of the last compression stage is suitable for supercharging a piston engine, or for the production of conditioning turbo-compressors whose fixed rectifier of the last stage is suitable for supplying an air conditioning system.
  • FIG. 1 is a schematic overall section of a reactor equipped with a compressor according to the invention
  • FIG. 2 is a detail section of the compressor on a larger scale
  • FIG. 3 is a schematic view of the longitudinal profile of the blades of the movable wheels of said compressor
  • FIG. 4 is a perspective view of said movable wheels
  • FIG. 5 is a developed top view of the blades of said wheels
  • FIG. 6 is a schematic longitudinal view of a variant of the compressor
  • FIGS. 7 and 8 are views, respectively longitudinal schematic view and developed top view of another embodiment.
  • the reactor shown by way of example in FIG. 1 is a turbo-machine of conventional structure with the exception of its compressor. This type of reactor is used in particular to ensure the propulsion of limited-torque engines such as missiles.
  • This reactor comprises a compressor 1 with a single compression stage, supplied by an air inlet 2 and followed by a combustion chamber 3, the gases of which drive a turbine 4 before escaping through a nozzle 5.
  • This reactor has, on the one hand, a rotor essentially constituted by a rotating shaft 6 carrying, at the front, the movable wheels of the compressor and, at the rear, the turbine wheel (wheels of the open wheel type without flange), on the other part, a stator essentially constituted by a fixed casing 7 delimiting the fluid stream at the periphery of the moving wheels, by fixed rectifiers at the outlet of the compressor and by a distributor fixed at the inlet of the turbine 4.
  • Figure 2 is of the mixed type, comprising a main wheel 8 whose diameter increases from upstream 8a downstream 8b.
  • This wheel is constituted by a plurality of blades carried by a hub 9.
  • Its meridian profile is double curved with an inflection (located in its middle part for the average thread): the mean thread of this meridian profile is illustrated with the inflection point C in phantom in Figure 3. This profile has substantially the shape of a sinusoidal arc.
  • the number of blades of this main wheel is in the example of 18, including 9 shorter intermediate blades upstream, as illustrated in FIGS. 4 and 5.
  • an additional wheel 10 of axial type Downstream of this main wheel 8 is disposed an additional wheel 10 of axial type, the blades of which are carried by a hub 11 separate from the hub 9 of the main wheel and linked in rotation with the latter.
  • the two hubs longitudinally joined against each other are linked by pins such as 15, any other connecting means (in particular "curvicoupling") being able to of course be expected.
  • These hubs are shaped so as to form between them a recess 12 with symmetry of revolution with respect to the axis so as to lighten the rotor of the compressor, while allowing them to withstand the mechanical stresses exerted during operation.
  • the additional axial type wheel 10 has a maximum outside diameter Dmax equal to approximately 1.03 Dp, where Dp is the outside outside diameter of the main wheel (FIG. 3).
  • Dp is the outside outside diameter of the main wheel (FIG. 3).
  • the maximum diameter Dmax of the additional wheel will be provided between Dp and 1.05 Dp.
  • the compressor described in the example comprises two fixed rectifiers 13 and 14, in themselves conventional. These rectifiers are configured to supply, at their outlet, the combustion chamber 3 with an absolute speed of the air V situated in a meridian plane so as to reduce the losses due to gyration.
  • the foot diameters at the inlet and at the outlet of the additional wheel 10 are substantially equal respectively to the foot diameter at the outlet of the main wheel 8 and to the foot diameter at the inlet of the fixed rectifier 13; analogously, the head diameters at the inlet and at the outlet of the additional wheel 10 are substantially equal respectively to the head diameter at the outlet of the main wheel 10 and to the head diameter at the inlet of the fixed rectifier 13, so as to ensure the continuity of the fluid stream at said additional wheel.
  • the main wheel 8 is a wheel with radial blades (that is to say that, in each plane transverse normal to the axis, the head t and the foot p of a given blade are located on the same radius).
  • the additional wheel 10 has blades that are shaped to work at the bottom and very little at the head. To this end, each blade of this wheel has a strong camber at the bottom p and a negligible camber at the bottom. head t.
  • M 1 , M 2 and M 3 respectively denote the entry plane upstream of the main wheel 8, the boundary plane between the main wheel 8 and additional wheel 10 and the exit plane downstream of the extra wheel.
  • the total pressure P p3 is the total pressure at the bottom of the additional wheel at its outlet M 3 .
  • the main wheel 8 of increasing diameter from upstream to downstream works over the entire height of the blades: P p2 >> P p1 , p t2 >> p t1 .
  • this wheel is of the radial type so as to reduce the mechanical stresses which it undergoes (for this type of profile, the blades undergo only very slight bending moments); under these conditions, the work supplied to the fluid at a given point on the wheel is proportional to the square of the radius at this point, so that, for aubaqes of increasing diameter from upstream to downstream, one obtains a total outlet pressure at the top P t2 which is greater than the total outlet pressure at the bottom P p2 :
  • the additional wheel 10 has a number of blades equal to twice that of the main wheel.
  • the radius of curvature at the top of these blades is infinite, while the radius of curvature at the foot is calculated according to the total pressure balance to be achieved (this calculation is carried out in a manner known per se by determining the deviation to be printed with the fluid to achieve the total pressure balance, the radius of curvature of the blading profile being deducted from this deviation according to the correlation tables).
  • the rectifier 13 is supplied with a radially uniform total pressure, which greatly reduces the losses in this rectifier 13 and in the rectifier 14.
  • an additional wheel 10 gives great flexibility for adjusting the orientation of the meridian output speed V 3 .
  • the blades of this wheel 10 have a profile adapted to impose on the flow a meridian speed V 3 substantially parallel to the axis of rotation. This arrangement is advantageous in the schematic case, taking into account the configuration of the two downstream rectifiers 13 and 14.
  • FIG. 6 There is shown diagrammatically in FIG. 6 an alternative embodiment in which the additional wheel 20 has a profile suitable for imposing on the flow a meridian speed V, inclined towards the axis of rotation in order to supply rectifiers of different configuration (rectifier 23 of decreasing diameter from upstream to downstream).
  • the diameter of the additional wheel 20 decreases (both at the head and at the foot) from upstream to downstream, its blades being shaped as before to cancel the pressure gradient at its exit.
  • FIGS. 8 and 9 relate to another embodiment in which the additional wheel 30 has vanes whose curvatures at the head and at the foot are adapted to increase the average total pressure at the outlet of said wheel.
  • the additional wheel 30 is thus more loaded than in the previous examples and allows not only to balance the total outlet pressure, but also to increase the compression ratio of the compressor without detachment of the fluid threads.

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Abstract

L'invention concerne un compresseur de type mixte dont chaque étage de compression comprend, en entrée, une roue principale (8) de diamètre croissant de l'amont vers l'aval et, en sortie, au moins un redresseur fixe (13, 14). Ce compresseur est caractérisé en ce qu'une roue supplémentaire mobile (10) est interposée entre la roue principale et le redresseur fixe, cette roue (10) étant solidaire en rotation de la roue principale et de type à aubages axiaux ayant des profils à cambrure plus élevée en pied qu'en tête, de façon à réduire le gradient radial de la pression totale du flux entre l'entrée et la sortie desdits aubages. Une telle roue supplémentaire réduisant les distorsions de l'écoulement en sortie du rotor permet de réduire les pertes dans les redresseurs fixes, tout en conduisant à un taux de pression maximum.

Description

COMPRESSEUR PERFECTIONNE DE TYPE MIXTE ET APPLICATIONS
L'invention concerne un compresseur de type mixte (parfois également désigné par "compresseur axialocentrifuge" ou "compresseur diagonal"), présentant une entrée axiale de fluide et une sortie axiale de diamètre notablement supérieur à celui de l'entrée.
On sait gue les compresseurs mixtes, intermédiaires entre les compresseurs axiaux et les compresseurs centrifuges, présentent certains avantages et notamment un taux de compression élevé combiné à unencombrement radial relativement réduit. Ce type de compresseur est généralement utilisé dans les applications où le maître couple de la machine doit être limité, en particulier réacteurs de missiles, unités auxiliaires de puissance et autres turbo-machines.
Toutefois, les compresseurs mixtes actuels conduisent à des pertes élevées dans les redresseurs fixes en raison de distorsions radiales de l'écoulement en sortie du rotor. Ces distorsions proviennent de la forme radiale ou sensiblement radiale des aubages des roues mobiles, forme qui est imposée dans les compresseurs mixtes par le niveau des contraintes mécaniques à supporter et par les problèmes d'usinage.
La présente invention se propose d'améliorer le rendement des compresseurs mixtes en réduisant les distorsions de l'écoulement en sortie de chaque roue mobile.
A cet effet, le compresseur mixte visé par l'invention comprend, de façon connue en soi, un arbre tournant et au moins un étage de compression agencé autour dudit arbre pour former une veine fluide, chaque étage étant composé, en entrée de l'étage, d'une roue mobile à aubes, dite roue principale, de diamètre croissant de l'amont vers l'aval (par rapport au flux), et en sortie dudit étage, d'au moins un redresseur fixe ; selon la présente invention, au moins un étage de compression comprend une roue supplémentaire mobile, interposée entre la roue principale et le redresseur fixe de façon à assurer la continuité de la veine fluide, ladite roue supplémentaire étant sol idaire en rotation de la roue principale et de type à aubaqes axiaux ayant des profils à cambrure plus élevée en pied qu'en tête, de façon à réduire le gradient radial Je la pression totale du flux entre l'entrée et la sortie desdits aubages.
Ainsi, dans le compresseur mixte conforme à l'invention, la roue principale de chaque étage est réalisée comme précédemment en fonction des contraintes mécaniques à supporter et des impératifs d'usinage, ce gui conduit, à la sortie de ladite roue, à une pression totale du flux notablement plus élevée en tête qu'en pied. La roue supplémentaire de type axial, interposée entre cette roue principale et le redresseur fixe, fournit au fluide une énergie supplémentaire, croissant de la tête vers le pied de ladite roue, qui réduit les distorsions de l'écoulement à l'entrée du redresseur fixe. Il convient de souligner que cette roue supplémentaire permet non seulement d'homogénéiser l'écoulement dans le plan radial mais encore d'accroître l'énergie fournie au fluide par le rotor. Cette roue supplémentaire qui est séparée de la roue principale et qui est de type axial, peut être fabriquée de façon traditionnelle sans difficulté particulière en vue de supporter les contraintes mécaniques locales.
De préférence, les aubages de ladite roue supplémentaire sont réalisés avec un profil présentant une évolution de cambrure entre tête et pied telle que le gradient radial de la pression totale du flux soit sensiblement nul à la sortie desdits aubages. Ainsi, les pertes énergétiques dans le ou les redresseurs fixes deviennent négligeables en raison de la quasi-uniformité des vitesses d'entrée dans ces parties fixes »
Selon un premier mode de réalisation, les aubages de la roue supplémentaire présentent un profil conçu de sorte que la pression totale en sortie de ladite roue supplémentaire soit sensiblement égale à la pression totale maximum régnant à la sortie de la roue principale en tête de cette dernière. Dans ce cas, la charge aérodynamique de la roue supplémentaire est relativement faible, quasi-nulle en tête et adaptée en pied pour fournir uniquement l'appoint énergétique nécessaire à l'égalisation des pressions totales ; une telle roue peut ainsi être très compacte et conduire à des pertes propres très faibles.
Selon un autre mode de réalisation, les aubages de la roue supplémentaire présentent un profil conçu pour travailler sur toute leur hauteur, de façon à fournir au fluide un appoint énergétique plus élevé que précédemment. Ces aubages peuvent notamment être conçus pour réaliser un travail maximum en pied sans toutefois atteindre le décollement des filets fluides, le travail en tête étant plus faible (mais positif), adapté pour obtenir une pression totale uniforme en sortie de la roue supplémentaire. Pour un maître couple donné, cette géométrie de la roue supplémentaire conduit à un taux de pression maximum, tout en conservant la quasi-uniformité des vitesses d'entrée dans le ou les redresseurs fixes.
Comme déjà indiqué, la roue supplémentaire est séparée de la roue principale, le profil des aubages de ces roues et leurs nombres étant indépendants. Ces deux roues, solidaires en rotation, peuvent éventuellement être portées par le même moyeu. Toutefois, en pratique, ces roues posséderont des moyeux distincts, liés en rotation l'un à l'autre et formant entre-eux un évidement à symétrie de révolution par rapport à l'axe. Une telle structure permet d'alléger le rotor, tout en conduisant à une bonne tenue mécanique de celui-ci.
Par ailleurs, selon une autre caractéristique de l'invention, la roue principale possède un profil méridien à double courbure ayant une inflexion, en particulier profil sensiblement en forme d'arc de sinusoïde. Cette géométrie de la roue principale permet d'assurer une meilleure continuité de la veine fluide entre ladite roue principale à diamètre croissant et la roue supplémentaire de type axial.
Les compresseurs mixtes à vitesse de rotation élevée qui sont utilisés dans le domaine aéronautique ou militaire sont à roues de type ouvert, c'est-à-dire sans flasque, avec un carter fixe qui délimite la veine fluide à la périphérie. Ce type de roue sera de préférence utilisé dans le compresseur de l'invention, aussi bien pour réaliser la roue principale que pour réaliser la roue supplémentaire. Toutefois, pour des compresseurs présentant des vitesses de rotation peu élevées, il est possible, le cas échéant, d'utiliser des roues fermées à flasques rapportés.
Le compresseur conforme à l'invention peut comporter un seul étage de compression composé de la roue principale, de la roue supplémentaire telle que définie et d'un ou de redresseurs fixes. Il peut également comporter plusieurs étages, l'un ou plusieurs d'entre eux étant dotés d'une roue supplémentaire conformément à l'invention.
L'invention s'applique principalement pour la réalisation de turbo-machines dont le redresseur fixe du dernier étage de compression est adapté pour alimenter une chambre de combustion. Elle peut également s'appliquer pour la réalisation de turbo-compresseurs de suralimentation dont le redresseur fixe du dernier étage de compression est adapté pour suralimenter un moteur à pistons, ou pour la réalisation de turbo-compresseurs de conditionnement dont le redresseur fixe du dernier étage de compression est adapté pour alimenter un système de conditionnement d'air.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit en référence aux dessins annexés qui en présentent, à titre non limitatif, des exemples de réalisation ; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description :
- la figure 1 est une coupe schématique d'ensemble d'un réacteur équipé d'un compresseur conforme à l'invention,
- la figure 2 est une coupe de détail du compresseur à échelle plus grande,
- la figure 3 est une vue schématique du profil longitudinal des aubages des roues mobiles dudit compresseur,
- la figure 4 est une vue en perspective desdites roues mobiles,
- la figure 5 est une vue développée de dessus d'aubages desdites roues,
- la figure 6 est une vue schématique longitudinale d'une variante du compresseur,
- enfin, les figures 7 et 8 sont des vues, respectivement vue schématique longitudinale et vue développée de dessus, d'un autre mode de réalisation.
Le réacteur représenté à titre d'exemple à la figure 1 est une turbo-machine de structure classique à l'exception de son compresseur. Ce type de réacteur est en particulier utilisé pour assurer la propulsion d'engins à maître-couple limité tels que missile.
Ce réacteur comprend un compresseur 1 à étage de compression unique, alimenté par une entrée d'air 2 et suivi d'une chambre de combustion 3 dont les gaz entraînent une turbine 4 avant de s'échapper par une tuyère 5. Ce réacteur possède, d'une part, un rotor essentiellement constitué par un arbre tournant 6 portant, à l'avant, les roues mobiles du compresseur et, à l'arrière, la roue de turbine (roues du type roues ouvertes sans flasque), d'autre part, un stator essentiellement constitué par un carter fixe 7 délimitant la veine fluide à la périphérie des roues mobiles, par des redresseurs fixes a la sortie du compresseur et par un distributeur fixé à l'entrée de la turbine 4.
L e c o m p r e s s e u r 1 q u i f a i t p l u s particulièrement l'objet de la présente invention (figure 2) est du type mixte, comprenant une roue principale 8 dont le diamètre croit de l'amont 8a vers l'aval 8b. Cette roue est constituée par une pluralité d'aubages portés par un moyeu 9. Son profil méridien est à double courbure avec une inflexion (située dans sa partie médiane pour le filet moyen) : on a illustré le filet moyen de ce profil méridien avec le point d'inflexion C en traits mixtes à la figure 3. Ce profil présente sensiblement la forme d'un arc de sinusoïde.
Le nombre d'aubages de cette roue principale est en l'exemple de 18, dont 9 aubages intermédiaires plus courts en amont, comme l'illustrent les figures 4 et 5.
En aval de cette roue principale 8 est disposée une roue supplémentaire 10 de type axial dont les aubages sont portés par un moyeu 11 distinct du moyeu 9 de la roue principale et lié en rotation avec celui-ci. En l'exemple, les deux moyeux longitudinalement accolés l'un contre l'autre sont liés par des goupilles telles que 15, tout autre moyen de liaison (notamment "curvicoupling") pouvant bien entendu être prévu.
Ces moyeux sont conformés de façon à former entr'eux un évidement 12 à symétrie de révolution par rapport à l'axe de façon à alléger le rotor du compresseur, tout en leur permettant de supporter les contraintes mécaniques s'exerçant en cours de fonctionnement.
La roue supplémentaire de type axial 10 présente un diamètre extérieur maximum Dmax égal à environ 1,03 Dp, où Dp est le diamètre extérieur de sortie de la roue principale (figure 3). En pratique, notamment dans les réacteurs de missile dont le maître-couple doit être aussi réduit que possible, le diamètre maximum Dmax de la roue supplémentaire sera prévu compris entre Dp et 1,05 Dp.
A la sortie de la roue supplémentaire 10, le compresseur décrit en l'exemple comporte deux redresseurs fixes 13 et 14, en eux-mêmes classiques. Ces redresseurs sont conformés pour alimenter, à leur sortie, la chambre de combustion 3 avec une vitesse absolue de l'air V située dans un plan méridien de façon à réduire les pertes dues à la giration.
Les diamètres de pied en entrée et en sortie de la roue supplémentaire 10 sont sensiblement égaux respectivement au diamètre de pied en sortie de la roue principale 8 et au diamètre de pied en entrée du redresseur fixe 13 ; de façon analogue, les diamètres de tête en entrée et en sortie de la roue supplémentaire 10 sont sensiblement égaux respectivement au diamètre de tête en sortie de la roue principale 10 et au diamètre de tête en entrée du redresseur fixe 13, de façon à assurer la continuité de la veine fluide au niveau de ladite roue supplémentaire.
Comme l'illustrent les figures 4 et 5, de façon classique pour les compresseurs mixtes, la roue principale 8 est une roue à aubages radiaux (c'est-à-dire que, dans chaque plan transversal normal à l'axe, la tête t et le pied p d'un aubage donné sont situés sur un même rayon).
Au contraire, la roue supplémentaire 10 possède des aubages conformés pour travailler en pied et très peu en tête. A cet effet, chaque aubage de cette roue présente une forte cambrure en pied p et une cambrure négligeable en tête t.
A la figure 3, on a désiqné respectivement par M1, M2 et M3 le plan d'entrée en amont de roue principale 8, le plan frontière entre les roue principale 8 et roue supplémentaire 10 et le plan de sortie en aval de la roue supplémentaire. Dans ce qui suit, on affectera la notation des pressions totales P, d'une part, de l'indice t ou p selon qu'elles s'exercent en tête ou en pied d'une roue, d'autre part, d'un indice 1, 2 ou 3 selon le plan concerné M1, M2 ou M3. Ainsi la pression totale Pp3 est la pression totale en pied de la roue supplémentaire au niveau de sa sortie M3.
De façon habituelle pour les compresseurs mixtes, la roue principale 8 de diamètre croissant de l'amont vers l'aval (caractéristique des compresseurs mixtes) travaille sur toute la hauteur des aubages : Pp2 >> Pp1, pt2 >> pt1.
De plus, cette roue est de type radial de façon à réduire les contraintes mécaniques qu'elle subit (pour ce type de profil, les aubages ne subissent que de très faibles moments de flexion) ; dans ces conditions, le travail f ourni au f luide en un point donné de la roue est proportionnel au carré du rayon en ce point, de sorte que, pour des aubaqes de diamètre croissant de l'amont vers l'aval, on obtient une pression totale de sortie en tête Pt2 qui est supérieure à la pression totale de sortie en pied Pp2 :
Pt2 > Pp2.
L'évolution de courbure choisie pour la roue supplémentaire 10 assure un travail négligeable en tête et élevé en pied de façon à annuler sensiblement le gradient de pression totale entre tête et pied. Ainsi, à la sortie de la roue supplémentaire 10, on a dans le plan M, :
Pt3 = Pt2
Pp3 > Pp2, de sorte que Pp3 = pt3
En l'exemple, la roue supplémentaire 10 possède un nombre d'aubages égal au double de celui de la roue principale. Le rayon de courbure en tête de ces aubages est infini, cependant que le rayon de courbure en pied est calculé en fonction de l'équilibre de pression totale à réaliser (ce calcul est effectué de façon connue en soi en déterminant la déviation à imprimer au fluide pour réaliser l'équilibre de pression totale, le rayon de courbure du profil d'aubage étant déduit de cette déviation d'après les tables de corrélation).
Ainsi le redresseur 13 est alimenté avec une pression totale radialement uniforme, ce qui réduit fortement les pertes dans ce redresseur 13 et dans le redresseur 14.
De plus , la présence d 'une roue supplémentaire 10 donne une grande souplesse pour ajuster l'orientation de la vitesse méridienne de sortie V3. En l'exemple représenté aux figures 1 à 5, les aubages de cette roue 10 présentent un profil adapté pour imposer au flux une vitesse méridienne V3 sensiblement parallèle à l'axe de rotation. Cette disposition est intéressante dans le cas schématisé compte-tenu de la configuration des deux redresseurs aval 13 et 14.
On a schématisé à la figure 6 une variante de réalisation dans laquelle la roue supplémentaire 20 présente un profil adapté pour imposer au flux une vitesse méridienne V, inclinée vers l'axe de rotation afin d'alimenter des redresseurs de configuration différente (redresseur 23 de diamètre décroissant de l'amont vers l'aval).
En cet exemple, le diamètre de la roue supplémentaire 20 décroit (aussi bien en tête qu'en pied) de l'amont vers l'aval, ses aubages étant conformés comme précédemment pour annuler à sa sortie le gradient de pression.
Par ailleurs, les figures 8 et 9 ont trait à un autre mode de réalisation dans lequel la roue supplémentaire 30 possède des aubages dont les courbures en tête et en pied sont adaptées pour accroître la pression totale moyenne à la sortie de ladite roue.
En pied, ces aubages présentent un profil de rayon de courbure déterminé en vue d'engendrer une pression totale en sortie d'aubages P'p3 supérieure à la pression totale de tète en sortie de la roue principale P't2, sans décollement des filets fluides : P'p3 > p't2' cependant qu'en tête, lesdits aubages présentent un profil de rayon de courbure plus grand, déterminé en vue d'engendrer une pression totale en sortie d'aubaqes P't3 sensiblement égale à la pression totale P'p3 obtenue en pied : P't3 = P'p3. La roue supplémentaire 30 se trouve ainsi davantage chargée que dans les exemples précédents et permet non seulement d'équilibrer la pression totale de sortie, mais encore d'accroître le taux de compression du compresseur sans décollement des filets fluides.

Claims

REVENDICATIONS
1/ - Compresseur de type mixte, comprenant un arbre tournant (6) et au moins un étage de compression (1) agencé autour dudit arbre pour former une veine fluide, chaque étage étant composé, en entrée de l'étage, d'une roue mobile à aubes, dite roue principale (8), de diamètre croissant de l'amont vers l'aval (par rapport au flux), et en sortie dudit étage, d'au moins un redresseur fixe (13, 14), caractérisé en ce qu'au moins un étage de compression comprend une roue supplémentaire mobile (10), interposée entre la roue principale et le redresseur fixe de façon à assurer la continuité de la veine fluide, ladite roue supplémentaire (10) étant solidaire en rotation de la roue principale (8) et de type à aubages axiaux ayant des profils a cambrure plus élevée en pied (p) qu'en tête (t), de façon à réduire le gradient radial de la pression totale du flux entre l'entrée et la sortie desdits aubages.
2/ - Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue supplémentaire (10) présente un diamètre extérieur maximum Dmax compris entre le diamètre extérieur de sortie. Dp de la roue principale et 1,05 Dp.
3 / - Com pres seur selon l 'une de s revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le profil des aubages de la roue supplémentaire (10) présente une évolution de cambrure entre tête et pied telle que le gradient radial de la pression totale du flux soit sensiblement nul à la sortie desdits aubages.
4/ - Compresseur selon la revendication 3, carac téri sé en ce que les aubages de la roue supplémentaire (10) présentent :
- en pied, un profil de rayon de courbure déterminé en vue d'engendrer une pression totale (Pp3) en sortie d'aubages sensiblement égale à la pression totale de tête (Pt 2) en sortie de la roue principale (8),
- en tête, un profil de rayon de courbure très grand ou infini, en vue de conserver sensiblement le long desdits aubages la pression totale de tête (Pt 2) de la roue principale (Pt 3 = Pt2).
5/ - Compresseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les aubages de la roue supplémentaire présentent :
- en pied, un profil de rayon de courbure déterminé en vue d'engendrer une pression totale en sortie d'aubages (P'p3) supérieure à la pression totale de tête en sortie de la roue principale (P't2), sans décollement des filets fluides (P'p3 > P't2),
- en tête, un profil de rayon de courbure plus grand, déterminé en vue d'engendrer une pression totale en sortie d'aubages (P't3) sensiblement égale à la pression totale (P'p3) obtenue en pied (P't3 = P'p3).
6/ - Com pres seur selon l 'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que les aubages de la roue supplémentaire (10) présentent un profil de sortie adapté pour imposer au flux une vitesse méridienne parallèle à l'axe de rotation.
7/ - Com pres seu r selon l 'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que les aubages de la roue supplémentaire présentent un profil de sortie adapté pour imposer au flux une vitesse méridienne inclinée vers l'axe de rotation.
8/ - Co m presseur selon l ' une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la roue principale (8) et la roue supplémentaire (10) possèdent des moyeux distincts (9, 11), liés en rotation l'un à l'autre et formant entre-eux un évidement (12) à symétrie de révolution par rapport à l'axe.
9/ - Com presseu r se lon l 'une des revendications précédentes, dans lequel :
- les diamètres de pied en entrée et en sortie de la roue supplémentaire (10) sont sensiblement égaux respectivement au diamètre rie pied en sortie de la roue principale (8) et au diamètre de pied en entrée du redresseur fixe (13),
- les diamètres de tête en entrée et en sortie de la roue supplémentaire (10) sont sensiblement égaux respectivement au diamètre de tête en sortie de la roue principale (8) et au diamètre de tête en entrée du redresseur fixe (13). 10 / - Compresseur selon l 'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la roue principale (8) possède un profil méridien à double courbure ayant une inflexion.
11/ - Compresseur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la roue principale (8) possède un profil méridien sensiblement en forme d'arc de sinusoïde.
12/ - Compresseur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les roues principale (8) et supplémentaire (10) sont du type ouvert sans flasque, un carter fixe (7) délimitant la veine fluide à la périphérie desdites roues.
13/ - Compresseur selon l 'une des revendications précédentes ayant un étage de compression unique doté de la roue supplémentaire (10) précitée.
14/ - Turbo-machine équipée d'un compresseur conforme à l'une des revendications 1 à 13 dont le redresseur fixe du dernier étage de compression est adapté pour alimenter une chambre de combustion.
15/ - Turbo-compresseur de suralimentation, équipé d'un compresseur conforme à l'une des revendications 1 à 13 dont le redresseur fixe du dernier étage de compression est adapté pour suralimenter un moteur à pistons.
16/ - Turbo-compresseur de conditionnement, équipé d'un compresseur conforme à l'une des revendications 1 à 13 dont le redresseur fixe du dernier étage de compression est adapté pour alimenter un système de conditionnement d'air.
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