Brevet FR2356025A1 — publié le 19780120

La présente invention concerne des perfectionnements, aux rouets des turomachines du type hélico-centrifuge. tes turbonachines de ce type, intermédiaires entre les machines centrifuges et les machines axiales, présentent souvent, aux débits inferieurs an débit nominal, des décrochements, et donc certaines instabilités nuisibles 9 un bon fonctionnement dans un grand nombre d'applications. Ces difficultes sont d' autant plus grandes qu'il s'ait de machines de grands debits donc ayant des aubes lares se rapprochant plus des machines axiales. Ces difficultés proviennent du fait que les caracteristiques de fonctionne- ment (débit, pression) sont differentes selon nue lton considère les filets de fluide proches du flasque intérieur ou les filets de fluide proches du flasque extérieur on periphérique : les courbes respectives représentant ces caactéris- tiques ne se cou?ant qu'au regime nominal pour lequel on obtient exactement ou approximativement une même pression orl hauteur de refoulement pour Im même dhit. De plus, les filets de fluide périphériques sont situes dans Ime zone ou les aubes ont un tracé plus proche de celui d'une machine axiale que centrjfl-e il en résulte que la caractéristique de ces filets fluides présente des docrochements qui sont hahituels dans les roues hélices (axiales). Finalement, la caracteristioue globale de la machine, qui est une certaine moyenne des caractéristiques des différents filets fluides présente, aux dbi.ts inferieurs au débit nominal, les décrochements entraînant les instabilités. de fonctionnement dits plus haut. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et a pour objet un rouet d'une turbomachine du type hélico-centrifuge comnortant un flasque intérieur, de révolution, directement solidaire d'un arbre de rotation, un flasque extérieur également de révolution, coaxial au flasque inférieur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un flasque intermédiaire, de révolution, coaxial aux flasques intérieur et extérieur en ce qu'une premiere série d'aubes du type helico-centrifuge relient le flasque inférieur au flasque intermédiaire et en ce qu'une deuxième série d'aubes du type hélico-centrifuge relient le flasque intermédiaire au flasque extérieur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le nombre d'aubes de ladite premier? série d'aubes est différent du nombre d'aubes de ladite deuxieme serie d'aubes. Avantageusement, le nombre d'aubes de la neuxième série d'aubes est supérieur au nombre d'aubes de la premières série d'aubes. Selon une antre caractéristique de l'invention, le bord d'attaque des aubes, de la premiere série d'aubes est en retrait par rapport au bord d'attaque des aubes de la deuxième série d'aubes. Selon une autre caractéristique de l'inventinn, ledit flasque intermediaire est nrolongé en aront des bords d'attaque des aubes des deux series d'aubes en se rapprochant du flasque antérieur de façon que la section, a l'entrée des aubes de la deuxième série d'aubes, soit supérieure a la section au droit du début du flasque intermédiaire, pour le canal limité par deux aubes successives, le flasque extérieur et le flasoue intermédiaire. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description d'un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, faite ci-apres en regard du dessin annexé dans lequel - la figure 1 renrésente partiellement une section méridienne d'un rouet de turbomachine du type hélico-centrifuge, - la figure 2 est une représentation graphique des caractéristiques de la roue de la figure 1, - les figures 3 et h représentent, dans deux variantes suivant l'invention, une partie d'un rouet, selon une coupe par un plan passant par une méridienne de rotor. En se reportant a la figure 1 le rotor comporte un flasque intérieur I et un flasque extérieur 2 tous les deux de révolution autour d'un axe commun 3. Le flasque intérieur I est solidaire d'un arbre de rotation 4. Les deux flasques sont réunis par une série d'aubes telle que l'aube 5. Dans une telle roue, les filets de courant de la base et de la périphérie des aubes, sont différents : filets B et A respectivement.Ils sont tracés pour qu'au régime nominale Oo (débit), Mo (hauteur) figure 2 ils fournissent exactement ou approximativement une meme hauteur de refoulement. Ils ont cependant des caractéristiques propres 27a, T, qui en dehors de ce régime sont différentes. Le filet A qui a un diamètre extérieur Da supérieur n celui Db du filet B a une caractéristique qui aux débits réduits correspond à des hauteurs supérieures celles du filet 3. De plus le filet ,^ ayant un tracé plus proebe de celui d'une machine axiale (se rapprochant d'un diamètre constant), sa caractéristique peut présenter des décrochements tels que d. I1 en résulte un mauvais fonctionnement de la roue aux faibles débits et des tourhillons flèche F sur la figure 1. En se reportant maintenant à la figure 3, le rotor de turbomachine, type hélico-centrifuge, selon l'invention, comprend un flasque intérieur 1, un flasque extérieur 2, le flasque intérieur 1 étant solidaire d'un arbre de rotation 4, et un flasque intermédiaire 6 situé entre les deux flasques précédents. L'ensemble étant de révolution autour d'un axe 3. Le flasque intermédiaire 4 sépare ainsi la veine fluide en deux courants distincts améliorant considérablement le fonctionnement de la machine. Le flasque interieur I est relié au flasque intermédiaire 6 par une première série d'aubes telles que l'aube 7 et le flasque intermédiaire 6 est relie au flasque extérieur 2 par une deuxième série d'aubes telles que l'aube 8. On réalise ainsi un rouet que lton pourrait assimiler à deux roues mises en parallèle dont les diamètres moyens de sortie D1 et D2 peuvent être assez voisins. Afin que la première série d'aubapes 7 et la deuxième série d'aubages 8 fournissent la misne hauteur d'élévation r, malgré que le trajet moyen du fluide dans les aubages périph Criques 8 soit plus axial que celui dans les aubages intérieurs 7 oui est plus centrifuge, on peut avoir un nombre d'aubes telles que 8 différent du nombre d'aubes telles que 7. Le nombre d'aubes périphériques telle que 8 étant plus élavées que le nombre d'aubes inférieures telles que 7.Par ailleurs, compte tenu de l'effet plus centrifuge des filets de fluide dans les aubages intérieurs 7, il ntest pas nécessaire de leur donner un développement important et l'entrée dans ces aubages peut être en retrait par rapport l'entrée dans les aubages périphériques corme indiqué sur les figures 3 et 4 par la distance e. Les courbes caractéristiques réelles des deux aubapes sont ainsi sensiblement voisines avec toutefois de légères différences du fait qu'en dehors du régime normal, les pertes par chocs a l'entrée des deux aubages ne sont pas identiques.En tont cas, elles sont beaucoup plus proches que dans la construction traditionnelle de la figure 1. On évite ainsi en grande partie les inconvenients décrits plus haut. Le fait que le nombre des aubes périphériques 8 peut être plus grand qu'il ne le serait dans une construction classioue ner-*et egalentent de réduire la charge des aubes de cette série d'aubes 8, ce qui évite ou réduit les décollements loGtux tels que d (figure 2). La figure 4 montre une variante de l'invention dans laquelle le flasque intermédiaire 6 esst prolongé en amont des bords d'attaque 9 et 10 des aubes 7, 8 en se rapprochant du flasque extérieur 2. De la sorte, la section S a l'entrée des aubes 8 est supérieure a celle Si, au droit du début du flasque intermédiaire 6. T1 en résulte que la vitesse absolue V du fluide en S1 est réduite en S ce qui réduit la vitesse relative Ti a l'entrée des aubes en S et améliore ainsi la capacité d'aspiration.C'est l'inverse, bien entendu, dans les aubages 7 mais comme la capacité d'aspiration dans les aubages inférieures 7 est en général très supérieure à celle dans les aubages périphériques 8, il n'en résulte aucun dommage pour l'ensemble. La figure 4 comporte en outre Ime série d'aubes fixes telles que il qui dévie légèrement le fluide dans le sens de la rotation. Cette disposition améliore la capacité d'aspiration au point de fonctionnement normal et a son voisinage. Le perfectionnement suivant l'invention s'applique aux pompes de gros déhits mais aussi aux machines de compression à fluide élastique. De même, les mêmes dispositions s 'appliquent aux turbines hélico-centrifuges, sont le sens d'écoulement du fluide est inverse par rapport au sens d'écoulement de l'exemple décrit. REVENDICATIONS 1/ Rouet de turbomachine du type hélico-centrifuge comportant un flasque intérieur, de révolution, directement solidaire d'un arbre de rotation, un flasque extérieur, également de révolution, coaxial au flasque inférieur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un flasque intermédiaire, de révolution, coaxial aux flasques intérieur et extérieur et en ce qu'une première série d'aubes du type hélico-centrifuge relie le flasque intérieur au flasque intermédiaire et en ce qu'une deuxieme série d'aubes du type hélico-centrifuge relie le flasque intermédiaire au flasque extérieur. 2/ Rouet de turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre d'aubes de ladite première série d'aubes est différent du nombre d'aubes de ladite deuxième série d'aubes. 3/ Rouet de turbomachine selon la revendication 2, caractérisé en ce que le nombre d'aubes de ladite deuxième série d'aubes est supérieur au nombre d'aubes de ladite première série d'aubes. 4/ Rouet de turbomachine selon l'une des revendications i ou 3, caractérisé en ce que le bord d'attaque des aubes, de la première série d'aubes, est en retrait par rapport au bord d'attaque des aubes de la deuxième série d'aubes. 5/ Rouet de turbomachine selon l'une des revendications I a 4, caractérisé en ce que ledit flasque intermédiaire est prolongé en amont des bords d'attaque des aubes des deux séries d'auhes en se rapprochant du flasque extérieur de façon que la section, à l'entrée des aubes de la deuxieme série d'aube, soit supérieure à la section au droit du début du flasque intermédiaire, pour le canal limité par deux aubes successives, le flasque extérieur et le flasque intermédiaire. .6/ Rouet de turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une série d'aubages fixes placée en amont de la deuxième série d'aubes dévie le fluide dans le sens de la rotation du rotor.