Brevet FR2381907A1 — publié le 19780922

L'invention concerne une turbomachine pour fluides gazeux avec un échangeur de chaleur et un canal intermédiaire en forme de caisson, reliant le canal de sortie de la turbomachine à l'échangeur de chaleur. D'après la brochure M. Par suite de l'élargissement brusque du canal intermédiaire et du changement de direction accentué, il se produit des pertes de charge. De plus, la vitesse du courant se présentant àl'entrée du refroidisseur d'air de suralimentation n'est pas répartie uniformément, ce qui a pour conséquence un mauvais rendement du refroidisseur et des pertes de charge supplémentaires. On a pu améliorer les conditions d'écoulement au moyen de tôles directrices, qui orientent le courant d'air de suralimentation vers l'entrée du refroidisseur d'air. Ces tôles directrices ont toutefois l'inconvénient de créer une perte de charge qui s'ajoute à celle du coude et d'aggraver la turbulence d'un courant en giration par exemple dans le cas des compresseurs radiaux. L'invention a pour but d'éviter, dans des conditions de place restreintes, les pertes de charge du fluide gazeux sur son parcours en aval de la turbomachine et d'uniformiser l'ecoulement à l'entrée dans l'échangeur de chaleur. Conformément à l'invention, ce but est atteint par le fait que le canal de sortie est une tubulure s'engageant dans le canal intermédiaire en caisson à une profondeur telle qu'elle forme, avec une paroi du canal intermédiaire en caisson, qui lui fait vis-à-vis et est sensiblement perpendiculaire à l'axe de la tubulure, une ouverture d'écoulement annulaire, cependant que la surface de la section du canal de sortie est plus petite que celle de l'ouverture d'écoulement annulaire, et que des parois du canal intermédiaire en caisson, parallèles à l'axe longitudinal de la tubulure, sont conformées suivant les principes de la superposition d'un écoulement de source et d'un autre écoulement potentiel L'application de ces mesures a pour premier effet de convertir en pression statique, sur un court parcours et sans grandes pertes de charge, une partie de l'énergie cinétique du fluide gazeux sortant de la turbomachine. Poursuivant sa course, le fluide gazeux parvient à l'échangeur de chaleur avec une vitesse uniformément répartie, sans qu'il se produise dans le canal intermédiaire des pertes de charge notables, susceptibles d'être créées autrement par des tourbillons, des zones d'eau morte, des tôles directrices, etc... Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, la paroi, parallèle à l'axe longitudinal de la tubulure, du canal intermédiaire en caisson présente un contour correspondant à une ligne d'écoulement du point de stagnation, résultant de la superposition d'un écoulement de source et d'un écoulement de translation, qui obéit sensiblement à l'équation suivante en coordonnées polaires r - r = D q 2 r0 - 2 q sin dans laquelle r désigne la distance comprise entre le point ou l'axe longitudinal de la tubulure traverse la paroi qui lui est perpendiculaire et le contour de la paroi, rO la distance entre le point de traversée et l'ouverture d'écoulement annulaire, * l'angle polaire mesuré à partir du point de stagnation et D la largeur de l'ouverture d'entrée de l'échangeur de chaleur. Pour des données géométriques différentes, une autre forme de réalisation de l'invention peut être préférable. Dans celle-ci, la paroi, parallèle à l'axe longitudinal de la tubulure, du canal intermédiaire en caisson, présente un contour correspondant à une ligne d'écoulement du point de stagnation, résultant de la superposition d'un écoulement de source et d'un écoulement turbulent, qui obéit sensiblement à l'équation suivante en coordonnées polaires ln r = # # tan &alpha;;o ro dans laquelle r désigne la distance comprise entre le point où l'axe longitudinal de la tubulure traverse la paroi qui lui est pérpendiculaire et le contour de la paroi, r0 la distance entre le point de traversée et l'ouverture d'écoulement annulaire, 9 l'angle polaire mesuré à partir du pêle de la banche spirale et i O l'angle d'inclinaison constant de la spirale par rapport à la direction circonférentielle.L'avantage de cette disposition réside en ce qu'elle permet de mettre également à profit la composante giratoire, existant dans le canal de sortie, du courant de fluide gazeux, telle qu'elle apparaît dans des compresseurs radiaux, par exemple, ce qui accroît encore plus le rendement du dispositif conforme à l'invention. A l'emplacement d'impact du fluide gazeux venant du canal de sortie sur la paroi opposée du canal intermédiaire en caisson est placée avantageusement une protubérance de conformation aérodynamique, conformée sensiblement suivant la ligne d'écoulement du point de stagnation d'un courant symétrique en rotation d'un jet circulaire sur une paroi plane. De ce fait, les pertes de charge peuvent être encore plus faibles et l'écoulement peut etre uniformisé déjà dans cette zone. Suivant une autre caractéristique contribuant à cette uniformisation, le bord de la tubulure est évasé, de façon à former une zone marginale annulaire, dont l'arête externe est approximativement parallèle à la paroi lui faisant vis-à-vis du canal intermédiaire en caisson. Ces mesures permettent d'améliorer les conditions préalables sur lesquelles est basée l'application des principes de la superposition d'écoulements de source, de translation et turbulent, étant dorné que le fluide gazeux sortant de l'ouverture d'écoulement annulaire se rapproché beaucoup d'un écoulement de source avec un rayon de sortie de rO. La tubulure s'évase avantageusement à la façon d'un diffuseur, ce qui permet d'obtenir une récupération de pression supplémentaire. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente, en élévation latérale avec coupe partielle, un canal intermédiaire reliant le canal de sortie d'une turbomachine à l'échangeur de chaleur. La figure 2 est une vue en plan du canal intermédiaire suivant la figure 1, La figure 3 représente en plan un autre exemple de réalisation de l'invention. La figure 4 est une vue, en élévation latérale avec coupe partielle, du dispositif suivant la figure 3. Dans la figure 1, la référencez désigne le canal de sortie d'une turbomachine non représentée, par exemple du compresseur radial d'une turbomachine à gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, auquel fait suite une tubulure 2 s'évasant à la façon d'un diffuseur. Le bord de cette tubulure 2 est élargi pour former une zone marginale annulaire 3. La tubulure 2 s'engage dans un canal intermédiaire en caisson 4 à une profondeur telle qu'elle délimite, avec une paroi plane 5 lui faisant vis-à-vis du canal intermédiaire 4, une ouverture d'écoulement annulaire 6. Le courant de fluide gazeux sortant de la turbomachine frappe perpendiculairement la paroi plane 5, qui porte, à l'emplacement d'impact, une protubérance aérodynamique 7. La paroi latérale 8, parallèle à l'axe longitudinal de la tubulure 2 semblable à un diffuseur, ferme les côtés du canal intermédiaire en caisson 4 et présente un contour correspondant à une ligne d'écoulement du point de stagnation, résultant de la superposition d'un écoulement de source et d' un écoulement parallèle, qui obéit sensiblement à l'équation suivante D # r-ro = # , 2# sin# dans laquelle r désigne la distance comprise entre le point 9 où l'axe longitudinal de la tubulure 2 traverse la paroi 5 et le contour de la paroi 8, rO la distance entre le point de traversée 9 et l'ouverture d'écoulement annulaire 6,? l'angle polaire mesuré à partir du point de stagnation 10 et D la largeur de l'ouverture d'entrée d'un échangeur de chaleur 11, qui est raccordé par une bride 12 au canal intermédiaire en caisson 4. L'échangeur il peut être le refroidisseur d'air de suralimentation d'un moteur à combustion interne, à partir duquel l'air refroidi est amené à la conduite d'air de suralimentation. Les figures 3 et 4 montrent un autre exemple de réalisation avec un canal intermédiaire en caisson 13 d'agencement différent. La disposition de la tubulure 2 s'engageant dans ce canal 13 est sensiblement la même que dans les figures 1 et 2, mais avec la différence que la tubulure 2 n'est pas évasée à la façon d'un diffuseur et qu'il n'est pas prévu de protubérance aérodynamique 7 à l'emplacement de l'impact sur la paroi plane 5 du canal intermédiaire en caisson 13.La paroi latérale 14, parallèle à l'axe de la tubulure 2, ferme les cotés du canal intermédiaire en caisson.l3 et présente un contour correspondant à une ligne d'écoulement du point de stagnation, résultant de la superposition d'un écoulement de source et d'un écoulement turbulent, qui obéit sensiblement à l'équation suivante ln r = * . tan i rO dans laquelle r désigne la distance comprise entre le point 9 od l'axe longitudinal de la tubulure 2 traverse la paroi 5 et le contour de la paroi 14, rO la distance entre le point de traversée 9 et l'ouverture d'écoulement annulaire 6, 5 l'angle polaire mesuré à partir du poule 15 de la bâche spirale et > l'angle d'inclinaison constant de la spirale par rapport à la direction circonférentielle.Le canal intermédiaire en caisson 13 présente donc la forme d'une bâche spirale, qui enserre sur tout son pourtour l'ouverture d'écoulement annulaire 6 de rayon rO et qui se poursuit en spirale jusqu'au point où la largeur du canal, pour un angle d'inclinaison constant prédéterminé0 de la spirale, coincide avec celle de l'ouverture de l'entrée de l'échangeur de chaleur 11. Par ces paramètres géométriques est définie également la position angulaire du pole 15 de la bâche spirale par rapport au plan d'entrée de l'échangeur 11. En cours de fonctionnement, le fluide gazeux s'échappant du canal de sortie 1 est ralenti avec récupération de pression dans la tubulure 2, pouvant être agencé de la façon d'un diffuseur, et dans la zone annulaire d'écoulement y faisant suite et est dévié dans un plan perpendiculaire à la direction d'arrivée. Dans l'exemple de réalisation suivant les figures l et 2, le fluide gazeux sortant de l'ouverture d'écoulement annulaire 6 est rassemblé dans le canal intermédiaire en caisson 4 et est amené en un courant parallèle à 1.1 échangeur de chaleur 11 avec une répartition de vitesse uniforme sur toute la section. Dans l'exemple de réalisation suivant les figures 3 et 4, la bâche spirale imprime un mouvement tourbillonnaire au fluide gazeux sortant de l'ouverture d'écoulement annulaire 6, Cette bâche est enroulée autour de l'ouverture d'écoulement annulaire 6-de telle sorte que la giration résiduelle existant encore dans le canal de sortie, par exemple pour des compresseurs ~radiaux, est récupérée en partie. Dans la bâche spirale, le courant est redressé dans une mesure telle qu'il parvient au refroidisseur d'air de suralimentation avec une répartition de vites uniforme. REVENDICATIONS 1.- Turbomachine pour fluides gazeux ayec un échangeur de chaleur et un canal intermédiaire en forme de caisson reliant le canal de sortie de la turbomachine à l'échangeur de chaleur, caracterisi en ce que le canal de sortie (1) est une tubulure s'engageant dans le canal intermédiaire en caisson (4, 13) à une profondeur telle que la tubulure (2) forme, avec une paroi (5) du canal intermédiaire (4, 13), qui lui fait vis-à-vis et est sensiblement perpendiculaire à l'axe de la tubulure (2), une ouverture d'écoulement annulaire (6), cependant que la surface de la section du canal de sortie est plus petite que celle de l'ouverture d'écoulement annulaire (6), et en ce que des parois (8, 14) du canal intermédiaire en caisson (4, 13), parallèles a l'axe longitudinal de la tubulure (2), sont conformées suivant les principes de la superposition d'un écoulement de source et d'un autre écoulement potentiel. 2.- Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi (8), parallèle à l'axe longitudinal de la tubulure (2), du canal intermédiaire en caisson (4) présente un contour correspondant à une ligne d'écoulement du point de staagnation résultant de la superposition d'un écoulement de source et d'un écoulement parallèle, qui obéit sensiblement à l'équation suivante en coordonnées polaires D 9 r - r = - sins dans laquelle r désigne la distance comprise entre le point (9) od l'axe longitudinal de la tubulure (2) traverse la paroi (5) et le contour de la paroi (8), ro la distance entre le point de traversée (9) et l'ouverture 'ecoulement annulaire (6), F l'angle polaire mesuré à partir du point de stagnation (10) et D la largeur de l'ouverture d'entrée de l'échangeur de chaleur (11). 3.- Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi (14), parallèle à l'axe longitudinal de la tubulure (2), du canal intermédiaire en caisson (13), présente un' contour correspondant à une ligne d'écoulement du point de stagnation résultant de la superposition d'un écoulement de source et d'un écoulement turbulent, qui obéit sensiblement à l'équation suivante en coordonnées polaires ln r = # # tan &alpha;;o , ro dans laquelle r désigne la distance comprise entre le point (9) ol l'axe longitudinal de la tubulure (2) traverse la paroi (5) et le contour de la paroi (14), 9 l'angle polaire mesuré à partir du ple (15) de la bâche spirale et l'angle d'inclinaison constant de la spirale par rapport à la direction circonférentielle. 4.- Turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, à l'emplacement d'impact du fluide gazeux venant du canal de sortie (1) sur la paroi opposée (5) du canal intermédiaire en caisson (4, 13), est placée une protubérance aérodynamique (7), conformée sensiblement suivant la ligne d'écoulement du point de stagnation d'un courant symétrique en rotation d'un jet circulaire sur une paroi plane. 5.- Turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bord de la tubulure (2) est évasé de façon à former une zone marginale annulaire (3), dont l'arête externe est approximativement parallèle à la paroi (5) lui faisant vis-à-vis du canal intermédiaire en caisson (4, 13). 6.- Turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la tubulure (2) s'évase à la façon d'un diffuseur.