Brevet FR2480367A1 — publié le 19811016

La présente invention se rapportegénéralement à une structure d'admission d'air pour un compresseur, à utiliser avec un moteurà turbine à gaz ou analogue. Plus parti- culièrement, la présente invention se rapporte à une structure d'admission d'air servant à rendre le moteur compact sans nuire à la performance du compresseur. La figure 1 montre une structure traditionnelle d'admission d'air, Une gaine 2 d'arrivée ou d'admission a ses deux surfaces internes concentriques 4 et 6 ayant respectivement la forme d'une trompette ou d'un hyperboloide tronqué. Les surfaces internes 4 et 6 sont respectivement symétriques autour de l'axe 8 du compresseur et définissent un passage d'induction d'air 10 entre elles. Le passage d'induction 10 comprend une partie 12 qui s'étend radialement et se termine en amont par une ouverture 14 pour y attirer l'air, suivie d'un coude 15 et une partie 16 d'une longueur suffisamment courte s'étendant axialement et faisant face, par son extrémité située en aval, à un rotor de compresseur 17 pour lui amener l'air. Comme il y a une grande demande pour la réduction de la taille des structures de moteur, en particulier dans les automobiles ou les machines industrielles, les passages d'induction d'air des gaines d'admission des compresseurs sont généralement formés selon la forme courbée de la figure 1 pour rendre la longueur axiale des gaines d'admission aussi courte que possible en tenant compte de l'agencement des composants du moteur. Dans cette structure cependant, il y a, à l'entrée du rotor 17 du compresseur, comme cela est indiqué par la flèche A, une distribution assez irrégulière de vitesse. Cela est d au fait que, comme la direction de l'écoulement change fortement au coude 15 du passage d'induction 10 de la direction radiale à la direction axiale, selon l'hydrodyrauàqw du système, la vitesse sur la courbe interne devient considérablement plus importante que celle sur la courbe externe du coude 15 et il faut une longueur considé- rablement plus importante de la partie 16 pour ramener cette distribution irrégulière de vitese à une distribution sensiblement régulière. Cette distribution irrégulière à l'entrée du rotor du compresseur affecte de façon néfaste la performance du compresseur, et une structure traditionnelle d'admission d'air ne peut donner une structure compacte de moteur sans nuire à l'efficacité de compression du compresseur. Par conséquent, la présente invention a pour objet une structure d'admission d'air pour un compresseur à O utiliser dans un moteur à turbine à gaz ou analogue, rendant le moteur compact sans nuire à la performance de compression du compresseur. La structure d'admission d'air selon l'invention comprend une gaine d'admission qui contient un passage d'induction d'air de forme courbée. Le passage d'induction présente une longueur sensiblement courte le long de l'axe du compresseur afin de rendre la longueur axiale totale de la gaine d'admission aussi courte que possible. Au moins un organe de guidage est prévu dans le passage d'induction pour y définir au moins deux canaux d'écoulement pour produire une distribution sensiblement régulière de vitesse à l'extrémité du passage d'induction située en aval. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale partielle d'un moteur à turbine à gaz o est illustrée une structure traditionnelle d'admission d'air; - la figure 2 est une vue en coupe axiale partielle d'un moteur à turbine à gaz o une structure d'admission d'air d'un premier mode de réalisation de l'invention est appliquée à un compresseur centrifuge; - la figure 3 est une vue en perspective montrant la forme d'une ailette de guidage à utiliser dans la structure selon l'invention; - la figure 4 est une vue en coupe axiale partielle d'un moteur à turbine à gaz, o une structure dtadmission d'air d'un second mode de réalisation de l'invention est appliquée à un compresseur centrifuge, - la figure 5 est une vue en coupe axiale partielle d'un moteur à turbine à gaz ne montrant que le c8té admission du rotor du compresseur à écoulement axial., o la structure d'admission d'air du premier mode de réalisation est appliquée à un compresseur à écoulement axial; et - la figure 6 est une vue en coupe axiale partielle d'un moteur à turbine à gaz, o la structure d'admission d'air du premier mode de réalisation est appliquée à un compresseur à écoulement axial En se référant maintenant à la figure 2, on peut y voir un premier mode de réalisation de la présente invention. Une gaine d'admission 20 comporte deux surfaces internes concentriques 22 et 24 respectivement en forme de trompette ou d'hyperbololde tronqué. Les surfaces internes 22 et 24 sont respectivement symétriques autour de l'axe 26 du moteur à turbine à gaz et définissent un passage d'induction d'air 28 entre elles. Le passage d'induction 28 comprend une partie 30 qui s'étend radialement et se termine en amont par une ouverture 32 pour y attirer l'air, cette partie étant suivie d'un coude 34 et d'une partie 36 d'une longueur suffisamment courte s'étendant axialement et faisant face, par son extrémité enave l, aux aubes 38 d'un rotor de compress.eur centrifuge 40 pour lui fournir de l'air. L'air est attiré par le fonctionnement du rotor 40 dans le passage d'induction 28 par l'ouverture 32 et il est ensuite attiré dans les aubes du compresseur en rotation 38 pour y être comprimé. L'air comprimé est introduit dans une chambre de combustion 42 par un diffuseur inulaire 44, o il est mélangé à du carburant et est allumé pour produire un gaz à haute température et haute pression. Ce gaz est alors introduit dans les aubes 46 d'un rotor de turbine 48 par un carter en spirale 50 et un injecteur de turbine 52 et il se dilate pour entraîner le rotor de turbine 48, lequel rotor 48 entra ne le rotor de compresseur 40 au moyen d'un arbre 53. Une ailette de guidage 54 en forme de trompette 4 ou d'hyperbololde tronqué comme on peut le voir sur la it figure 3, est prévue dans le passage d'induction 28 à son coude 34. L'ailette 54 est disposée concentriquement aux surfaces internes 22 et 24, et elle s'étend sensible- ment parallèlement à cell:s-cide l'extrémité amont faisant face à l'ouverture 32 à l'extrémité aval faisant face aux aubes de compresseur 38. L'ailette de guidage 54 est disposée sensiblement au milieu entre les surfaces internes 22 et 24 pour définir deux canaux d'écoulement 56 et 58 et elle est supportée à son extrémité en aval par un certain nombre de moyens de support 60 fixés à la surface interne 22 et espacés à des intervalles sensiblement réguliers sur la circonférence. Comme on l'a décrit ci-dessus, si aucune ailette de guidage 54 n'est prévue dans le coude 34, la vitesse sur la courbe interne (sur la surface interne 24) devient considérablement plus importante que celle sur la courbe externe (sur la surface interne 22) du coude 34, donc la distribution de vitesse à l'entrée du rotor 40 du compresseur devient considérablement irrégulière. Plus particulièrement, selon l'hydrodynamique du système, la pression d'air statique dans le coude 34 est plus faible sur la courbe interne que sur la courbe externe, ainsi la vitesse de l'air dans le coude 34 est plus importante sur la courbe interne que sur la courbe externe car cette vitesse est inversement proportionnelle à la pression statique. En prévoyant l'ailette de guidage 54 de la figure 2, la largeur de chacun des canaux 56 et 58 se trouve sensi- blement égale à la moitié de toute la largeur W du coude 34, et le débit dans chaque canal devient également plus faible que tout le débit dans le coude 34. Ainsi, selon l'hydrodynamique du système, la différence de pression statique entre les courbes interne et externe du coude 34 se trouve plus faible de façon correspondante, avec pour résultat une distribution sensiblement équilibrée Se pression dans le coude 34. En conséquence, la distribu- tion de vitesse dans le coude 34 est également sensiblement équilibrée et la distribution de vitesse à l'entrée du rotor 40 du compresseur devient sensiblement régulière, comme le montrent les flèches B, ce qui aide à une performance supérieure du compresseur. En se référant maintenant à la figure 4, on peut 15. y voir un second mode de réalisation de la présente invention, o des pièces ou organes correspondants ou identiques à ceux de la figure 2 sont désignés par les même repères. Dans ce mode de réalisation, deux ailettes de guidage 64 et 66 respectivement en forme de trompette ou d'hyper- bololde tronqué comme on peut le voir sur la figure 3, sont prévues dans le passage d'induction 28 en son coude 34. Les ailettes de guidage 64 et 66 sont respectivement disposées concentriquement aux surfaces internes 22 et 24 et définissent trois canaux d'écoulement 68, 70 et 72 ayant sensiblement la même largeur, entre les surfaces internes 22 et 24. Chacune des ailettes 64 et 66 s'étend sensiblement parallèlement aux surfaces internes 22 et 24 à partir de l'extrémité amont faisant face à l'ouverture 32 jusqu'à l'extrémité aval faisant face aux aubes 38 du compresseur. L'ailette de guidage 64 est supportée à s on extrémité en aval, par un certain nombre de moyens de support 74 qui sont fixés à la surface interne 22 et sont espacés à des intervalles sensiblement réguliers sur la circonfé- rence. L'ailette de guidage 66 est supportée à son extrémité en aval par un certain nombre de moyens de support 76 qui sont fixés au pourtour externe de l'ailette de guidage 64, et son espacés à des intervalles sensiblement réguliers sur sa circonférence. Les autres composants sont semblables à ceux de la figure 2. Avec cette construction, le débit dans chacun des canaux 68, 70 et 72 et la largeur de chaque canal sont respectivement diminués en comparaison à ceux du premier mode de réalisation, on obtient donc une distribution bien plus régulière de vitesse comme cela est désigné par les flèches C, à l'entrée du rotor 40 du compresseur. Le nombre d'ailettes de guidage peut être accru de la même façon que dans le second mode de réalisation, pour atteindre une distribution de vitesse encore plus équilibrée. On notera que comme la présente invention concerne exclusivement une amélioration au c8té admission du rotor de compresseur, la structure d'admission d'air selon l'invention s'applique à des compresseurs de toute construction. Par exemple, la figure 5 montre la structure d'admission d'air du premier mode de réalisation, appliquée à un compresseur-à 'écoulement axial du moteur à turbine à gaz, o des pièces ou organes identiques ou correspondants sont désignés par les mêmes repères que sur la figure 2, et seul le côtéadmission du rotor de compresseur est illustré pour simplifier l'explication. Les repères 78 et 80 désignent respectivement des ailettes mobile et stationnaire du premier étage. D'autres composants non représentés sur la figure 5 peuvent avoir toute construction connue dans des compresseurs à écoulement axial. Comme cela est clair sur la figure 5, comme il n'y a pas de facteur introduit pour gêner ou réduire l'effet de la structure d'admission d'air selon l'invention, on obtient par la figure 5, le même effet que celui atteint par la figure 2, que la structure d'admission d'air selon l'invention soit appliquée à des compresseurs centrifuges ou des compresseurs à écoulement axiale Pour une meilleure compréhension, la figure 6 montre de plus un exemple o des pièces ou organes correspondants sont désignés par les mêmes repères que sur la figure 2 et o la structure d'admission d'air du premier mode de réalisation est incorporée dans un type de compresseur a écoulement axial. Les ailettes de guidage des premier et second modes de réalisation peuvent avoir diverses formes permettant de guider en douceur l'écoulement d'air, et de rendre la distribution de vitesse à l'extrémité aval du passage d t induction sensiblement régulière. Bien entendu,l'uinvention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés 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 de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS R E v E N D I C A T I 0 N S 1. Structure d'admission d'air pour un compresseur, caractérisée en ce qu'elle comprend: une gaine d'admission (20) formée avec un passage d'induction d'air (28) ayant une longueur sensiblement courte le long de l'axe (26) du compresseur, ledit passage (28) ayant une première section (30) s'étendant sensible- ment droit à partir de l'extrémité amont dudit passage d'induction, une seconde section (36) s'étendant sensiblement droit à partir de l'extrémité aval dudit passage d'induction (28) et une troisième section (34) reliant lesdites première et seconde sections (30, 36) et ayant une forme telle qu'elle relie, en angle, lesdites première et seconde sections; un moyen de guidage (54; 64, 66) prévu dans ledit passage d'induction (28) pour rendre la distribution de vitesse à l'extrémité en aval dudit passage d'induction (28) sensiblement régulière. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de guidage précité est formé d'au moins une ailette de guidage (54; 64, 66) qui s'étend dans la direction de l'écoulement etdéfinit au moins deux canaux d'écoulement (56, 58; 68, 70, 72) dans le passage d'induc- tion (28) précité. 3. Structure d'admission d'air pour un compresseur, caractérisée en ce qu'elle comprend: une gaine d'admission (20) formée avec un passage d'induction (28) de forme coudée, ayant une longueur sensiblement courte le long de l'axe dudit compresseur; un moyen de guidage (54; 64, 66) prévu dans ledit passage d'induction (28) pour rendre la distribution de vitesse à l'extrémité en aval dudit passage d'induction (28) sensiblement régulière, 4. Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce que le moyen de guidage précité est au moins une ailette de guidage (54; 64, 66) qui s'étend dans la direction de l'écoulement et définit au moins deux canaux d'écoulement (56, 58; 68, 70, 72) dans le passage d'induction (28) précité. 5. Structure d'admission d'air pour un compresseur, caractérisée en ce qu'elle comprend: une gaine d'admission (20) ayant des première et seconde surfaces internes concentriques (22, 24) sensible- ment en forme de trompette, qui sont respectivement symétriques autour de l'axe dudit compresseur, lesdites première et seconde surfaces internes (22, 24) étant espacées l'une de l'autre pour définir entre ellesun passage d'induction d'air (28) ayant une longueur sensible- ment courte le long de l'axe dudit compresseur; un moyen de guidage (54; 64, 66) prévu dans ledit passage d'induction (28) pour rendre la distribution de vitesse à l'extrémité en aval dudit passage (28) sensiblement régulière. 6. Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce que le moyen de guidage précité est une ailette de guidage (54) en forme de trompette et disposéeconcentri- quement au#remière et seconde surfaces internes (22, 24) précitées et qui s'étend sensiblement parallèlement auxdites surfaces internes (22, 24), ladite ailette de guidage étant disposée sensiblement au milieu entre lesdites surfaces internes pour définir entre elles deux canaux d'écoulement, 7. Structure selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'ailette de guidage (54) précitée est supportée par un certain nombre de moyens de support (60). 8. Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce que le moyen de guidage précité est formé d'un certain nombre d'ailettes de guidage (64, 66) respectivement en forme de trompette, chacune étant disposée concentrique- ment aux première et seconde surfaces internes (22, 24) précitées, lesdites ailettes s'étendant respectivement sensiblement parallèlement auxdites surfaces internes et définissant un certain nombre de canaux d'écoulement (68, 70, 72) ayant sensiblement la même largeur entre lesdites surfaces internes. 9. Structure selon la revendication 8, caractérisée en ce que chaque ailette (64, 66) précitée est supportée par un certain nombre de moyens de support (74, 76).