Brevet FR2334853A1 — publié le 19770708

La présente invention concerne le domaine de la construction des compresseurs et plus précisément lescompresseurs axiaux de préférence pour les installations à turbines à gaz. L'invention peut être utilisée en particulier pour les installations à turbines à gaz puissantes, pour lesquelles on exige un débit d'air important atteignant, par exemple 500 kg/s, avec une vitesse de l'arbre du compresseur égale à 3000 tr/mn et dans des conditions atmosphériques normales à l'admission. On connaît un compresseur axial à l'intérieur du corps duquel sont installés, dans la direction du flux du fluide comprimé, un appareil directeur d'entrée et seize étages. Chaque étage comporte une roue mobile et un appareil directeur fixe, dont les palettes sont profilées selon la méthode ordinaire. Les roues mobiles et les appareils directeurs forment la partie de passage du fluide, qui possède un diamètre interne constant dans la direction du mouvement du flux et un diametre externe décroissant dans le sens du mouvement du flux. Le compresseur décrit est prévu pour débiter 333 kg/s d'air pour une vitesse de rotation du rotor atteignant 3000 tr/mn pour une installation à turbine à gaz VF-93 d'une puissance égale à 45 MW. Cependant, l'utilisation d'une partie de passage et d'un appareil à palettes de ce type ne permet pas d'améliorer l'indice économique du compresseur lorsque son rendementstaccrot Par exemple, le compresseur élaboré à présent par la firme iVestinghouse pour une installation à turbine à gaz W 1101 avec un débit de 400 kg/s est à la limite des possibilités pour un compresseur de ce type. On connaît également un compresseur axial pour moteur d'aviation à réaction. A l'intérieur du corps d'un tel compresseur sont installés, dans la direction du flux du fluide comprimé, un appareil directeur d'entrée et huit étages. Chaque étage comporte une roue mobile et un appareil directeur fixe, dont les palettes sont profilées selon la méthode ordinaire (connue). Les roues mobiles et les appareils directeurs forment la partie de passage qui possède un diamètre interne croissant de façon monotone dans le sens du flux et un diamètre -externe constant. Cependant, l'utilisation de tels compresseurs dans les moteurs à turbines à gaz stationnaires exige des modifications constructives importantes, ayant pour but d'accroftre la durée de vie du compresseur et d'améliorer son indice économique. La présente invention vise donc à créer un compresseur axial dans lequel les palettes de l'appareil directeur seraient réalisées de manière à assurer une concordance optimale entre la forme géométrique des palettes et l'écoulement réel du fluide comprimé. La solution consiste en ce que dans un compresseur axial à l'inténeur du corps duquel sont installés, suivant la direction de l'écoulement du fluide comprimé, un appareil directeur d'entrez et au moins un étage comprenant une roue mobile et un appareil directeur à palettes qui forment la partie de passage, dont le diamètre interne augmente d'une façon monotone dans le sens d'écoulement du fluide, selon l'invention chaque palette de l'appareil directeur d'au moins un étage possède un angle de disposition du profil de chacune des sections terminales perpendiculaires à l'axe de la palette par rapport au vecteur de la vitesse périphérique de la roue mobile inférieur à l'angle de disposition du profil de la même section intermédiaire, perpendiculaire à l'axe de la palette, par rapport au vecteur de la vitesse periphériqle de la roue mobile. Une telle réalisation des palettes de l'appareil directeur assure la concordance entre la forme geométrique des palettes et ltécoulement réel du fluide comprimé. Ceci fait que le fluide s'écoule sur les palettes de la roue d'une manière optimale. Ceci réduit notablement les pertes d'énergie dues au décollement du flux de la surface des palettes et, par conséquent, améliore le rendement de chaque étage et de tout le compresseur. Dans le cas contraire, la non concordance entre la forme des palettes et le caractère de la répartition des vitesses près des bouts des palettes provoque des décollemets du flux qui accroissent les pertes d'énergie du flux, ce qui réduit considérablement le rendement. Le compresseur axial réalisé selon l'i-1avention possède un rendement de 1,5-2 supérieur à celui des turbocompresseurs axiaux com-!us, prévus par exemple pour l'alimentation en air des installations puissantes à turbine à gaz, et permet d'augmenter leur puissance et leur efficacité, ainsi que de réduire leur encombrement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description, qui va suivre, d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente un schéma d'un compresseur axial selon l'invention, en coupe longitudinale ; - la figure 2 représente une palette de l'appareil directeur selon l'invention, avec des sections ; - les figures 3, 4 et 5 représentent les angles de disposition des profils des sections des palettes selon l'invention ; - la figure 6 représente un graphique de la modification des anglesc de disposition des profils des sections de la palette perpendiculaires à l'axe de la palette de l'appareil directeur selon l'invention. A l'intérieur d'un corps 1 (figure 1) du compresseur axial réalisé selon l'invention sont installés suivant le sens d'écoulement du flux du fluide comprimé, par exemple de l'air, un appareil directeur d'entrée 2 et douze étages 3, qui assurent un taux de compression de l'air égal à neuf. Chaque étage 3 comporte une roue mobile 4 et un appareil directeur 5 avec des palettes 6. Le corps 1, l'appareil directeur d'entrée 2 et les douze étages de compression 3 forment une partie 7 de passage du fluide, qui possède un diamètre interne swacerois- sant de façon monotone dans le sens d'écoulement de l'air et un diamètre externe constant. La figure 2 représente la palette 6 de l'appareil directeur 5, par exemple du second étage, avec des sections terminales b-b et d-d et une section intermédiaire c-c. Dans l'exemple considéré, le profil 8 de la section terminal b-b (figure 3) est perpendieuläire à l'axe a-a de la palette 6 (figure 2) et possède un angle de disposition par rapport au vecteur U (figure 3) de la vitesse périphérique de la roue mobile 4 (figure 1) égal à 540 (figure 3). Le profil 9 (figure 4) de la section intermédiaire c-c perpendiculaire à l'axe a-a (figure 2) de la palette 6 possède un angle de disposition par rapport au vecteur U (figure 4) de la vitesse périphérique de la roue mobile 4 (figure 1) égal à 57030' (figure 4).Le profil 10 (figure 5) de la section terminale d-d perpendiculaire à l'axe a-a de la palette 6 (figure 2) possède un angle de disposition par rapport au vecteur U (figure 5) de la vitesse périphérique de la roue 4 (figure 1) égal à480 (figure 5). Unetelle réalisation des palettes 6 de l'appareil directeur 5 assure la correspondance de la forme géométrique des palettes 6 à l'écoulement réel du fluide comprimé, c'est-à-dire que le flux s'écoule le long des palettes 6 d'une façon optimale. Ceci procure une diminution importante des pertes d'énergie dues au décollement du flux de la surface des palettes 6 et, par conséquent, améliore le rendement de l'étage suivant.Le caractère de la modification des anglescL,de disposition des profils des sections b-b, c-c, d-d, des palettes 6 (figure i) des appareils directeurs est représenté sur la figure 6. La modification des angles Q1 de disposition des profils des sections des palettes 6 (figure i) des appareils directeurs des autres étages possède un caractère identique, ce qui améliore le rendement de chaque étage et de tout le compresseur. Le compresseur axial fonctionne-de la façon suivante. Lorsque les roues 4 tournent (figure 1), l'air circule à travers l'appareil directeur d'entrée 2 et les canaux formés par les palettes il des roues mobiles 4 et les palettes 6 des appareils directeurs 5. Dans l'appareil directeur d'entrée 2 a lieu un accroissement de la vitesse du flux d'air et sa formation lors de ltentrée dans la roue 4 du premier étage 3. Quand l'air se déplace à travers les canaux formés par les palettes il de la roue mobile 4, l'énergie du flux augmente. L'appareil directeur 5 sert de diffuseur ; dans celui-ci se produit également une modification de la direction du flux, qui est formé pour entrer dans la roue 4 de l'étage 3 suivant. Ainsi, la compression de l'air dans la roue 4 a lieu gracie à la transformation de l'énergie mécanique de rotation de la roue 4 en énergie cinétique, transformée en énergie de compression. L'accroissement ultérieur de la pression se produit dans l'appareil directeur 5. Un processus analogue a lieu dans chaque étage 3 consécutif0 On sait que la valeur du rendement d'un étage est déterminée par les pertes de friction et de formation de tourbillons lors de 1' écoulement sur les surfaces des palettes et par les pertes liées au caractère volumique du flux. La forme géométrique de la palette 6 (figure 1) de l'appareil directeur eorrespond au caractère réel d'écoulement du flux, ce qui diminue la formation des tourbillons, réduit les pertes, et par conséquent augmente le rendement. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a étd donné qu'à titre d'exemple. Eti 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 de la revendication qui suit. REVENDICATION Compresseur axial, du type comportant un corps à l'intérieur duquel sont monts, dans le sens d'écoulement du fluide à comprimer, un appareil directeur d'entrée et au moins un étage comprenant une roue mobile et un appareil directeur à palettes, le corps, l'appareil directeur d'entrée et ledit ou lesdits étages formant pour ledit fluide une voie de passage dont le diamètre intérieur va en croissant d'une manière monotone dans le sens d'écoulement du fluide, caractérisé en ce que, dans l'appareil directeur d'au moins un étage, l'angle sous lequel le profil de chacune des sections terminales de chaque palette, perpendiculaires à l'axe de ladite palette, est disposé par rapport au vecteur de la vitesse périphérique de la roue mobile, est inférieur à l'angle sous lequel profil de la section intermédiaire perpendiculaire à l'axe de la même palette est disposé par rapport au vecteur de la vitesse périphérique de ladite roue mobile.