Brevet FR2552491A2 — publié le 19850329

FR 2552491 A2 19850329 FR 8315365 A 19830927 I 552491 Le présent certificat d'addition se-rapporte au BREVET PRINCIPAL n 8221689 concernant un nouveau type de turbomachine, capable de fonctionner sans l'aide d'aubages fixes. Il s'appuie sur la revendication I du BREVET PRINCIPAL Il vient donner des précisions quant aux possibilités de réalisation de ce nouveau type de turbomachine et fournir des éléments de calcul aérodynamique à l'intention des bureaux d'études. D'abord, concernant les possibilités de réalisation: Toutes les turbomachines, pour fonctionner normalement, c'est-à-dire comprimer un certain débit pour un turbo-compresseur, élever la pression en fournissant un certain débit pour une turbo-pompe, détendre un certain débit en fournissant un couple sur un arbre pour une turbine, réalisées à partir de cette invention auront en commun d'être constituées d'au moins un dispositif mécanique de compression d'un fluide ou de détente d'un fluide, caractérisé en ce qu'il 15 est constitué par un aubage mobile constitué d'une grille d'aubes formant un ensemble homogène, telle que le squelette des aubes dessine des lignes régulières discontinues à inflexion/s de courbure-et à courbures alternées, et en ce qu'il permet la réalisation de la fonction de compression ou de détente sans avoir besoin ou nécessité de faire appel pour cela à des aubages fixes 20 comme dans les machines classiques, et en ce qu'il présente une/ou des interruption/s comme des jeux entre les tronçons d'aubes successifs d'une même ligne d'aube, placé& ou/et non placés au voisinage des zones d'inversion de cambrure, répartiqsidentiquement ou/et non identiquement le long des lignes d'aubes de rang pair ou/et impair de l'aubage mobile pour former, à 25 titre d'exemple, un aubage mobile homogène composé de tronçons d'aubes en quinconces inbriqués ou/et non imbriqués, destiné,L à créer des singularités dans l'aubage mobile, permettant des transferts de débit entre les canaux formés par Ies lignes d'aubes contigues, favorables au débit, à la pression, et à la tenue au pompage qui se place à un niveau inégalé (dans le sens positif) par rapport aux machines classiques, y compris, celles qui seraient éventuellement bâties suivant le principe d'aubage selon la revendication I du BREVET PRINCIPAL, mais cette fois sans interruption/s ou discontinuité/s de la ligne d'aube de l'aubage mobile. Les turbomachines selon l'invention se distingueront naturellement les 35 unes des autres par des changements de nature géométrique et leurs différentes combinaisons, tels que le nombre d'inversions de courbure du squelette de l'aubage ou d'une partie déterminée de l'aubage, pair ou/et impair supérieur à 1, et/ou le sens donné à la cambrure de l'aube la plus antérieure ou partie de l'aube de l'aubage mobile par rapport à U (vitesse d'entraînement). 2 _ -2552491 A titre d'exemple, un dispositif mécanique selon l'invention est caractérisé en ce que le nombre de demi-alternances de la ligne d'aube (prises au sens large sans idée de symétrie obligatoire) vues par le fluide entre la partie antérieure de l'aubage mobile et la partie postérieure de l'aubage mobile, est pair. Un autre dispositif mécanique selon l'invention est caractérisé en ce que le nombre de demi-alternances de la ligne d'aube (prises au sens large, sans idée de symétrie obligatoire) vuespar le fluide entre la partie antérieure de l'aubage mobile et la partie postérieure de l'aubage mobile est 10 impair supérieur ou égal à 3. Un autre dispositif mécanique selon l'invention est caractérisé en ce que l'aube /ou les aubes la/les plus antérieure/s ont leur squelette cambré dans le sens de la vitesse d'entraînement U du rotor, comme représenté FIG 1-2-3 du BREVET PRINCIPAL. Un autre dispositif mécanique selon l'invention est caractérisé en ce que l'aube /ou les aubes la/les plus antérieure/s ont leur squelette cambré en sens opposé à la vitesse d'entraînement du rotor. Quant aux applications industrielles de l'invention, elles sont englobées dans la définition ci-après du nouveau type de turbomachine "TURBO20 COMPACTE" selon l'invention,à fluide/s compressible/s ou/et incompressible/s, réceptrice (de compression) ou/et motrice (de détente) telle que turboréacteur, monocorps ou multicorps, monoflux ou multiflux, turbo-propulseur, turbo-compresseur, turbo-démarreur, turbo-générateur de puissance, turbine à gaz, turbine à vapeur, turbine hydraulique, turbopompe, soufflante, ventila25 teur, éolienne, transmission hydro-dynamique ou débitmètre, etc caractérisée en ce qu'elle est du type axial ou/et du type radial centripète, ou/et du type radial centrifuge ou/et du type hélico-centripète, ou/et du type hélicocentrifuge et est bâtie sur la base d'un ou plusieurs dispositifs mécaniques tels que décrits à l'exclusion de tout autre dispositif de compression et/ou 30 de détente du type turbomachine classique (employant des aubages fixes ou une technologie contrarotative) ou en association avec un/des compresseurs (ou/et pompe/s) classiques ou/et une/des turbine/s classique/s ou/et toute autre machine, pour réaliser une machine mixte, comprenant à titre d'exemple un/des compresseur/s indépendant/s selon l'invention sans aubage/s fixe/s tel/s que 35 décri/s plus haut capable/s de fonctionner de manière autonome sans aubage/s fixe/s et une/des turbine/s classique/s-avec distributeur/s de turbine. Concernant les éléments de calcul aérodynamique, le dispositif mécanique ou/et la turbomachine selon l'invention est caractérisée en ce qu'il/elle est réalisé/e à partir d'un calcul aérodynamique infinitésimal ou intégral de pré40 férence au calcul classique des turbomachines par la théorie simplifiée due à EULER. Le développement mathématique ci-après est destiné à faciliter le façonnage des turbomachines selon l'invention et/ou même classiques et à donner, s'il était nécessaire, une preuve du caractère inventif du BREVET PRINCIPAL n 82-21689 et du présent certificat d'addition On sait par EULER que le système de forces appliquées au centre de gravité de la masse auquel est soumis un fluide de masse M, se déplaçant dans un tube du courant selon un débit massique q est équipollent au produit du débit q par la variation vectorielle de la vitesse V du fluide entre l'entrée et la sortie du tube de courantj V. Ceci est une forme dérivée du principe d'inertie Au lieu d'appliquer ce 10 principe globalement entre l'entrée et la sortie de l'aubage comme on le fait depuis EULER, on peut l'appliquer d'une façton infinitésimale "point" par "point" et procéder à une intégration du couple produit pour connaître le couple global nécessaire à l'entraînement d'un compresseur, ou le couple global généré par une turbine Ceci donne aussi la variation d'enthalpie du 15 fluide. Il doit être dit au passage que l'expression "débit de quantités de mouvement" pour désigner l'expression q V est impropre, même si V figure dans l'expression, car il s'agit bien d'une force au même titre que - AV ' m F=m ou F At* V 4 t t Si C est le couple, q le débit massique, R le rayon, d le signe de la différentielle, V la vitesse du fluide dans sa composante parallèle à U U d C = q R d V U si le rayon ne varie pas, comme dans une machine axiale idéale, l'intégrale se réduit à l'intégrale de la variation de vitesse. Il en est autrement si le rayon varie le long du tube de courant Il faut alors fixer la variation souhaitée d V fonction de R On verrait que le U calcul infinitésimal donne alors un résultat différent de celui connu depuis sa publication par EULER dans sa théorie simplifiée des turbomachines, ce qui pourrait expliquer, tout au moins en partie, les différences importantes 30 relevées entre théorie simplifiée et réalité dans les machines radiales. A titre d'exemple, en supposant une variation linéaire de V avec R, le calcul infinitésimal donne C = q _(ú_ _ 21 _ (V 2 u V u) indice I entrée roue indice 2 sortie roue. au lieu de CEULER = q (R 2 V 2 u R Vlu) En supposant R 1 et Vlu nuls, la différence apparait du simple ou double pour la pression, en conformité avec les résultats expérimentaux à débit nul. REVENDICATIONS 1 Dispositif mécanique de compression d'un fluide ou de détente d'un fluide, selon la revendication 1 du brevet principal ne 82 21689, caractérisé en ce qu'il est constitué par un aubage mobile constitué d'une grille d'aubes formant un ensemble homogène, telle que le squelette des aubes dessine des lignes régulières discontinues à inflexion/s de courbure et à courbures alternées, et en ce qu'il permet la réalisation de la tfonction de compression ou de détente sans avoir besoin ou nécessité de faire appel pour cela à des aubages fixes co edans les machines classiques, et en ce qu'il présente une/ou des interruption/s comme 10 des jeux entre les tronçons d'aubes successifs d'une mame ligne d'aube, placéeh ou/et non placés au voisinage des 28 nes d'inversion de cambrure, répartis identiquement ou/et non identiquement le long des lignes d'aubes de rang pair ou/et impair de l'aubage mobile pour former, à titre d'e-xemple, un aubage mobile homogène composé de tronçons d'aubes en quinconces imbriqu Es 15 ou/et non imbriqués 2 Dispositif mécanique selon la revendication I caractérisé en ce que le nombre de demi- alternances de la ligne d'aube (prises au sens large sans idée de symétrie obligatoire) vues par le fluide entre la partie antérieure de l'aubage mobile et la partie postérieure de l'aubage mobile, 20 est pair. 3 Dispositif mécanique selon la revendication I caractérisé en ce que le nombre de demi-alternances de la iigne d'aube (prises au sens large, sans idée de symétrie obligatoire) vuespar le fluide entre la partie antérieure de l'aubage mobile et la partie postérieure de l'aubage 25 mobile est impair supérieur ou égal à 3. 4 Dispositif mécanique selon la revendication 1 ou/et 2 ou/et 3 caractérisé en ce que l'aube /ou les aubes la/les plus antérieure/s ont leur squelette cambré dans le sens de la vitesse d'entraînement du rotor, (come représenté FIG 1-2-3 du BREVET PRINCIPAL ne 82 21689). 5 Dispositif mécanique selon la revendication I ou/et 2 ou/et 3 caractérisé en ce que l'aube/ ou les aubes la/les plus antérieure/s ont leur squelette cambré en sens opposé à la vitesse d'entraînement du rotor. 6 Turbomachine "TURBO-COMPACTE" à fluide/s compressible/s ou/et incompressible/s, réceptrice (de compression) ou/et motrice (de détente) telle que turbo-réacteur, monocorps ou multicorps, monoflux ou multiflux, turbopropulseur, turbo-compresseur, turbo-démarreur, turbo-générateur de puissance, tur5 bine à gaz, turbine à vapeur, turbine hydraulique, turbopompe, soufflante, ventilateur, éolienne, transmission hydrodynamique ou débitmitre etc, selon revendication 1 ou/et 4 ou/et 5 caractérisée en ce qu'elle est du type axial ou/et du type radial centripète, ou/et du type radial centrifuge ou/et du type hélico-centripète, ou/et du type hélico10 centrifuge et est bâtie sur la base d'un ou plusieurs dispositifs mécaniques selon revendicatios précedent# à l'exclusion de tout autre dispositif de compression et/ou de détente du type turbomachine classique (employant des aubages fixes ou une technologie contra-rotative) ou en association avec toute autre machine telleque un/des compresseurs (ou/ et pompe/s) classiques ou/et une/des turbine/s classique/s, pour réaliser une machine mixte, comprenant à titre d'exemple un/des compresseur/s indépendant/s selon revendicatioz> précedentqs sans aubage/s fixe/s, capable/s de fonctionner de manière autonome sans aubage/s fixe/s et une/des turbine/s classique/s avec distributeur/s de turbine. 7 Turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu' elle est réalisée à partir d'un calcul aérodynamique infinitésimal ou intégral de préférence au calcul classique des turbomachines par la théorie simplifiée due à EULER.