Brevet FR2332444A1 — publié le 19770617

La présente invention concerne la construction des compresseurs, plus exactement celle des compresseurs axiaux transsoniques destinés de préférence aux installations à turbines à gaz. Il est avantageux d'appliquer la présente invention dans les installations à turbine à gaz fixes et de grande puissance pour la production d'énergie, dans lesquelles il est nécessaire d'assurer un débit d'air élevé, par exemple 750 kg/s, pour des vitesses de rotation de l'arbre du compresseur de 3000 tr/mn et les conditions atmosphériques d'aspiration étant normale3 te compresseur transsonique axial utilisé dans les moteurs d'aviation à réaction est bien connu. ta partie à travers laquelle passe le courant dans ce compresseur axial transonnique est formé par le corps du compresseur et par un aubage directeur d'entrée, au moins un étage transsonique et au moins un étage subsonique, disposés dans ledit corps successivement suivant le mouvement du fluide à comprimer. L'étage transsonique comporte une roue à aubes transsonique et un aubage directeur. étage subsonique comporte également une roue à aubes et un aubage directeur. te compresseur axial transsonique connu nta pas pu etre utilisé jusqu'à présent dans les installations fixesà turbine à gaz d'une puissance importante ou dans les engins de transport pourvus d'une turbine à gaz, par suite des difficultés de construction, des difficultés découlant des exigences élevées auxquelles doivent satisfaire la fiabilité et le potentiel de vie du compresseur fonctionnant à de grandes vitesses périphériques et avec un débit élevé, ainsi que de la nêôessité d'obtenir un compresseur axial transsonique à grand rendement. On s'est donc proposé de mettre au point un compresseur axial transsonique dans lequel les aubes de l'aubage d'entrée directeur et les aubes de I'aubage directeur de l'étage transsonique seraient exécutées de manière à assurer une meilleure correspondance entre la forme géométrique des aubes et le courant réel de fluide à comprimer. Ce problème est résolu du fait que dans un compresseur axial dans lequel la partie par laquelle passe le courant est formée par le corps du compresseur et par un aubage directeur d'entrée, un étage transsonique comportant une roue à aubes transsonique et un aubage directeur et par au moins un étage subsonique comportant une roue à aubes et un aubage directeur, logés dans ledit corps successivement suivant le mouvement du fluide à comprimer, suivant l'invention chaque aube de l'aubage d'entrée directeur est conçue de manière que le profil de la section périphérique, perpendiculaire à l'axe de l'aube, forme avec le vecteur de la vitesse périphérique de la roue à aubes transsonique un angle supérieur à 900, que le profil de la section du pied de l'aube, perpendiculaire à l'axe de l'aube, forme avec le vecteur de la vitesse périphérique de la roue à aubes transsonique un angle inférieur à 900, et que le profil de la section médiane, perpendiculaire à l'axe de l'aube, forme avec le vecteur de la vitesse périphérique de la roue à aubes transsonique un angle voisin de 900, la courbure de la ligne médiane du profil de la section médiane étqnt nulle, et chaque aube de l'aubage directeur de l'étage transsonique étant réalisée avec une corde allant en augmentant de la section du pied de l'aube vers lapétiphérie. Il est rationnel que les rayons des arêtes d'entrée et de sortie à la section médiane de l'aube de l'aubage d'entrée directeur soient égaux. Cette exécution des aubes de l'aubage d'entrée directeur et des aubes de l'aubage directeur de l'étage transsonique assure une concordance optimale entre la forme géométricue des aubes et le courant réel du fluide à comprimer. tes aubes de l'aubage d'entrée directeur donnent une forme optimale au courant du fluide à comprimer à l'entrée dans la roue à aubes transsonique suivant toute la longueur de chaque aube de la roue. Toutes les sections des aubes de la roue à aubes transsonique fonctionnent dans des conditions optimales. De cette façon, la pression maximale est obtenue dans la roue à aubes transsonique, les pertes d'énergie dans le courant étant minimales, autrement dit le taux de compression augmente et le rendement de la roue à aubes transsonique s'améliore. L'exécution de chaque aube de l'aubage directeur de l'étage, transsonique avec une corde croissant depuis son pied jusqu'à sa périphérie assure une meilleure concordance entre, d'une part, le courant de fluide à comprimer en aval de la roue à aubes transonnique, grâce à la propriété de ce courant d'avoir une pression variable suivant la hauteur de l'aube de l'aubage directeur, et d'autre part, la roue à aubes du premier étage subsonique. Ceci donne une amélioration du rendement de l'ensemble du compresseur axial transsonique à grand débit et à haut taux de compression. Au contraire, du fait que la forme géométrique de l'aubage d'entrée directeur ne correspond pas au courant réel de fluide à comprimer à l'entrée de la roue à aubes transsonique, les pertes d'énergie dans la roue à aubes transsonique augmentent, ce qui se traduit par une réduction de la pression et du rendement tandis que la non-coEncidence entre la forme géométrique des aubes de 1' aubage directeur de l'étage transsonique et le courant réel de fluide à comprimer à l'entrée de la roue à aubes du premier étage subsonique, provoque une augmentation des pertes d'énergie du courant. Tout cela conduit à une diminution du rendement du compresseur et du taux de compression de ce dernier. te compresseur axial transsonique conforme à l'invention, est destiné, par exemple, à approvisionner en air, des installations puissantes à turbines à gaz ; il permet d'obtenir des débits atteignant 750 kgZs, les vitesses de rotation de l'arbre étant de 3000 tr/mn, les conditions d'aspiration atmosphériques étant normales et le rendement étant supérieur de 1,5 à 2 à celui des compresseurs axiaux transsoniques connues, Ceci permet d'augmenter la puissance et les indices économiques des installations superpuissantes à turbines à gaz et de diminuer leur cobt. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement une coupe longitudinale du compresseur axial transsonique conforme à l'invention ; - la figure 2 représente une aube de l'aubage d'entrée directeur avec indication des angles des divers profils de sections, conformément à l'invention ; - la figure 3 représente une aube de l'aubage directeur de l'étage transsonique avec les profils de sections, conformément à l'invention. Dans un compresseur axial transsonique conforme à l'invention et destiné à être utilisé dans les installations puissantes à turbines à gaz, qui nécessitent un grand débit d'air de l'ordre de 750 kg/s à une vitesse de rotation de l'arbre du compresseur de 3000 tr/mn et dans des conditions atmosphériques normales d'aspiration, la partie du compresseur par laquelle passe le courant est formée par le corps 1 (figure i) du compresseur, par un aubage directeur d'entrée 2, un étage transsonique 3 et plusieurs étages subsoniques 4, tous ces éléments étant disposés à l'intérieur du corps du compresseur, en série, dans le sens d'écoulement du fluide à compffner. L'étage transsonique 3 comporte une roue à aubes transsonique 5 dotée d'aubes 6, et un aubage directeur 7. Chaque étage subsonique 4 comporte une roue à aubes 8 et un aubage directeur 9. Chaque aube 10 de l'aubage directeur d'entrée 2 peut être monté de manière que l'angle du profil 11 (figure 2) de la section périphérique perpendiculaire à l'axe a-a par rapport au vecteur U de la vitesse périphérique de la roue à aubes transsonique 5 (figure i) soit supérieur à 900, par exemple égal à 1020, que l'angle du profil 12 de la section médiane perpendiculaire à l'axe a-a par rapport au vecteur U de la vitesse périphérique de la roue 5 (figure 1) soit égal approximativement à 900 (figure 2), la courbure de la ligne médiane du profil 12 étant nulle, et que l'angle du profil 13 de la section du pied de l'aube perpendiculaire à l'axe a-a par rapport au vecteur U de la vitesse périphtique de la roue à aubes transsonique 5 (figure 1) soit inférieur à 900, par exemple égal à 750 (figure 2). te rayon d'entrée R1 et le raton de sortie N des arêtes du profil 12 (figure 2) de la section médiane de l'aube 10 sont égaux entre eux. Une telle exécution des aubes 10 de l'aubage directeur d'entrée 2 (figure 1), donne une forme optimale au courant fluide à comprimer à l'entrée de la roue à aubes transsonique 5 suivant toute la longueur de chaque aube 6.Chaque aube 14 (figure 1) de l'aubage directeur 7 (figure 7) de l'étage transsonique 3 a une corde qui augnente à partir du profil 15 de la section du pied, perpendiculaire à l'axe a-a Jusqu'au profil 16 de la section périphérique, perpendiculaire à l'axe a-a de l'aube. Une telle exécution de chique aube 14 assure une correspondance optimale entre le courant de fluide à comprimer en aval de la roue à aubes transsonique 5 (figure 7) et la roue à aubes 8 du premier étage subsonique 4. te compresseur axial transsonique fonctionne de la façon suivante. ta rotation de la roue à aubes transsoniques 5 et des roues à aubes 8 des étages subsoniques 4 provoque l'aspiration de l'air à travers l'aubage directeur d'entrée 2 dans lequel le courant d'air a comprimer est formé, ce courant parvient à la roue 9 de l'étage transsonique 3, où, au moins dans l'une des sections de cette roue par exemple dans sa section périphérique, la vitesse relative du courant dépasse la vitesse du son, Toutes les sections des aubes 6 de la roue à aubes transsonique 5 travaillent dans des conditions optimales. Dans la roue 5 l'énergie mécanique de la rotation de cette roue se transforme en énergie potentielle du courant, en conséquence, la pression d'air croit en aval de la roue 5. tes aubes 10 de l'aubage directeur d'entrée 2 assurent la meilleure formation du courant d'air à l'entrée de la roue à aubes transsonique 5 suivant toute la longueur de chaque aube 6 de cette roue . Tous les profils de la section des aubes 6 de la roue à aubes transsonique 5 fonctionnent dans des conditions optimales. De cette façon on obtient une pression maximale dans la roue transsonique 5, avec des pertes minimales d'énergie dans le flux d'air, ce qui conduit à une augmentation du taux de compression et une élévation du rendement de la roue transsonique 5. En aval de la roue transsonique 5, le courant d'air atteint les aubes 14 de l'aubage directeur 7 de l'étage transsonique 3. Il est connu cue la valeur du rendement d'un étage est déterminée par les pertes dues au frottement et à la turbulence au contact des surfaces des aubes et par les pertes liées aux variations volumétriques du courant. La forme géométrique de l'aube 14 de l'aubage directeur 7 assure une concordance optimale entre, d'une part, le flux d'air à comprimer en aval de la roue transsonique 5, lequel flux a une pression variable suivant la hauteur des aubes 14 et d'autre part la roue à aubes 8 du premier étage subsonique, ce qui conduit à une réduction de la turbulence et donc des pertes dans les étages subsoniques 4 où l'énergie du courant continué d'augment6r, Les aubes 10 de l'aubage directeur 2 et les aubes 14 de l'aubage directeur 7 de l'étage transsonique 3, exécutées conformément à l'invention, assurent une concordance optimale entre les formes géométriques des aubes 10 et 14 et l'écoulement réel du flux d'air, ce qui se traduit par une augmentation du rendement du compresseur axial transsonique à débit élevé. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICA2IONS 1. Compresseur axial transsonique, dont la partie par laqlelle passe le courant est constituée d'une part par le corps du compresseur et d'autre part par un aubage directeur d'entrée, au moins un étage transsonique comportant une roue à aubes transsonique et un aubage directeur, et au moins un étage subsonique comportant une roue à aubes et un aubage directeur, tous ces éléments étant disposés dans ledit corps successivement suivant le traJet du fluide à comprimer, caractérisé en ce que chaque aube de l'aubage directeur d'entrée est conçue de marnière que le profil de sa section périphérique perpendiculaire à l'axe de l'aube forme avec le vecteur de la vitesse périphérique de la roue à aubes transsonique un angle supérieur à 900, que le profil de la section du pied de l'aube perpendiculaire à l'axe de l'aube forme avec le vecteur de la vitesse périphérique de la roue à aubes transsonique un angle inférieur à 900, et que le profil de la section médiane perpendiculaire à l'axe de l'aube forme avec le vecteur de la vitesse périphérique de la roue à aubes transsonique, un angle voisin de 900, la courbure de la ligne médiane du profil de la section médiane étant nulle, et chacune aube de l'aubage directeur de l'étage transsonique étant réalisée de manière que sa corde aille en augmentant depuis le profil de sa section de pied jusqu'au profil de sa section périphérique. 2. Compresseur axial conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le rayon de l'ardue d'entrée et le rayon de l'arête de sortie de la section médiane de l'aube de l'aubage directeur d'entrée sont égaux.