Brevet FR2282058A1 — publié le 19760312

La.présente invention concerne un compresseur centrifuge à aubes radiales et à angle de sortie des aubes par rapport a la direction d'entraînement inférieur à 900 On connait.des compresseurs centrifuges à aubes radiales, qui donnent à l'écoulement des gaz un angle de sortie voisin de 900 par rapport à la direction d'entratnement. Tous les efforts se trouvant alignés sur l'axe, de tels compresseurs supportent des vitesses périphériques élevées, de l'ordre de 550 m/s. Leur coefficient manométrique utile est de l'ordre de 0,7, de sorte qutils permettent des rapports de compression éleves par étage, atteignant 6 à 7 avec de l'air et pouvant dépasser 10 avec des gaz plus lourds. Ils présentent toutefois deux graves inconvénients, en premier lieu le fait que le rendement maximum ntest obtenu qut proximité immédiate du pompage, ce qui oblige à adopter un point de fonctionnement un peu éloigné de celui correspondant au rendement maximum, d'autre part le fait qu'ils se prêtent mal à un montage avec un grand nombre d'étages. On connait également des compresseurs centrifuges à aubes inclinées en arrière par rapport è la direction d'entraînement. Ceux-ci présentent leur rendement maximum pour un débit beaucoup plus éloigné du débit de pompage et se prêtent bien au montage avec un grand nombre d'étages, mais les aubes supportent des contraintes de flexion très importantes,ce qui oblige à limiter la vitesse périphérique à des valeurs de l'ordre de 320 m/s ; leur coefficient manométrique utile est de l'ordre de 0,5. IL résulte de ces deux valeurs que l'on obtient un travail -utile notablement plus faible par etage qu'avec un compresseur à aubes radiales (environ le quart de travail utile founi par ce dernier genre de compresseur). La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients respectifs des compresseurs centrifuges à aubes radiales et à aubes inclinées en arrière, et de procurer un compresseur centrifuge susceptible d'admettre des vitesses périphériques aussi élevées qu'un compresseur à aubes radiales et d'obtenir ainsi un travail utile par étage relativement peu inférieur a celui d'un compresseur de ce genre, tout en présentant son rendement maximum loin de la limite de pompage, la marge entre le point optimum et la limite de pompage pouvant être exprimée en débit ou en rapport de pression. Dans ce qui suit on appellera plan de base de la roue un plan perpendiculaire à l'axe X Y de la roue et passant par les points de raccordement des aubages avec la roue sur le diamètre extérieur de celle-ci (points A des figures 1, 2 et 3). Le compresseur selon l'invention est caractérisé en ce que ses aubes sont inclinées par rapport à la face arrière de la roue, le bord de l'aube le plus éloigné du plan de base de la roue (point B de la figure 2) étant situé par rapport à la direction d'entraînement en avant du bord situé sur la face arrière de la roue (point A de la figure 2). Il comporte en outre de préférence au moins l'une des caractéristiques suivantes - le segment de droite reliant le bord de l'aube situé dans le plan de base de la roue à la projection radiale du bord de l'aube le plus éloigné du plan debase de la roue sur le corps de celle-ci fait en projection sur le plan de base un angle d'environ 200 avec la direction radiale. - La pente des canaux d'écoulement du gaz à la sortie dans le plan de base de la roue est d'environ 650 à 700 par rapport à l'axe de la roue. - L'angle du bord externe d'un aubage avec le plan de base de la roue est d'environ 450. Dans un compresseur de ce genre, tous les efforts sur les aubes sont alignés sur l'axe ; les aubes ne sont donc pas soumises à des contraintes de flexion. Il est dès lors susceptible d'atteindre les mêmes vitesses périphériques que les compresseurs à aubes radiales, de l'ordre de 550 m/s. Par ailleurs, l'angle de sortie des aubes est de 700 environ par rapport à la direction d'entraînement ; il se rapproche à ce point de vue du compresseur à ailes en arrière, et sa limite de pompage est nettement au-dessus du point de fonctionnement nominal. Son coefficient manométrique utile est de l'ordre de 0,55 à 0,58. Il peut donc, tournant à la même vitesse, fournir un travail utile - utilisé pour la compression du gaz -d'environ 80 Z du travail maximal réalisable dans un compresseur radial, ou 3,3 fois le travail réalisable avec un compresseur à ailes en arrière connu. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un compresseur centrifuge selon l'invention. La figure 1 représente schématiquement une coupe diamétrale de ce compresseur. La figure 2 représente une vue latérale en élévation de la partie inférieure de la roue du compresseur. La figure 3 représente une vue en plan de la roue du compresseur. La roue du compresseur, d'axe XY, comporte une face supérieure 1, une face inférieure 2 et un profil latéral 3. Elle est munie d'aubes dont la forme sera explicitée ci-après de façon plus précise en liaison avec la figure 3, inscrites à l'intérieur d'un profil 4. L'angle de sortie de l'écoulement méridien, repue senté par l'angle formé avec l'axe XY par la droite 5, est d'environ 650 à 709. A la sortie, le gaz comprimé débouche dans un diffuseur 6 puis dans une volute s'il s'agit d'une machine monoétage. Dans le cas d'une machine à plusieurs étages, le diffuseur peut être suivi d'un canal de retour qui ramène le fluide vers la roue suivante. La figure 2 représente les bords externes 7 des ailettes, de pied A et d'extrémité supérieure B, qui sont penchés en avant d'un angle pouvant être de 450 environ, le sens de rotation de la roue étant indiqué par la flèche 8. On voit en figure 3 de façon plus précise la forme d'une ailette 9, de bord externe 7, de pied 10 sur le corps de la roue, de bord périphérique 11, et de bord d'entrée 12. Les courbes 10 et 11 sont bien entendu des courbes gauches, coencant dans le plan d'entrée du compresseur en des points radialement alignés, et se terminant au niveau de la face de sortie aux points A et B déjà mentionnés, la courbe 10 passant en outre par le point B' projection radiale de B sur le corps de la roue. La flèche 13 indique le sens de rotation de la roue. L'angle B formé par le segment B'A avec le diamètre passant par le point A est d'environ 200. Bien que la forme de réalisation du compresseur centrifuge qui vient d'entre décrite paraisse préférable, on comprendra que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, l'angle du segment de droite B'A avec le diamètre passant par le point A peut être supérieur à 200. L'angle du bord extérieur des ailettes avec le plan de base de la roue peut être supérieur ou inférieur à 45 . Le compresseur peut être muni à son entrée d'aubes fixes imprimant une mise en rotation au gaz. Les compresseurs selon l'invention s'appliquent de manière générale à la compression de gaz dans laquelle on veut obtenir un travail utile élevé, tout en disposant de larges limites de réglage sans craindre le risque de l'apparition du pompage. Ils conviennent plus particulièrement coi; e compresseurs de cycle pour les turbines à gaz, et ca-e étages de tête de compresseurs multicellulaires à fort rapport de pressions. REYEEDICATIONS 1/ Compresseur centrifuge à aubes radiales et à angle de sortie des aubes par rapport à la direction d'entrainement inférieur à 900, caractérisé en ce que ses aubes (7, Fig. 2) sont inclinées par rapport à la face arrière de la roue, le bord de l'aube le plus éloigné du plan de base de la roue étant situé par rapport à la direction d'entraînement en avant du bord situé sur la face arrière de la roue. 2/ Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le segment de droite (AB', Fig. 3) reliant le bord de l'aube situé dans le plan de base de la roue à la projection radiale du bord de l'aube le plus éloigné du plan de base de la roue sur le corps de celle-ci fait en projection sur le plan de base un angle d'envirorï-200 avec la direction radiale. 3/ Compresseur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pente des canaux d'écoulement du gaz à la sortie dans le plan de base de la roue est d'environ 65" à 70" par rapport à l'axe de la roue. 4/ Compresseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'angle du bord externe d'un aubage avec le plan de base de la roue est d'environ 450.