Procédé de compression d'un fluide gazeux et dispositif pour sa mise en aeuvre. Dans les turbocompresseurs ou compres seurs centrifuges du système ordinaire, le fluide qu'il s'agit de comprimer, par exemple de l'air, est introduit dans les canaux d'une roue tournant rapidement. Le fluide, sortant d'une chambre d'amenée et entrant dans ces canaux, autour du moyeu de la roue, puis s'écoulant par la périphérie de cette roue, subit dans cette roue une première compres sion, due à l'action de la force centrifuge ainsi qu'à la diminution de sa vitesse relative dans les canaux lorsqu'il passe du centre à la périphérie.
Le fluide sort de la roue avec rnre grande vitesse absolue de sortie, et il subit une seconde compression dans un diffuseur fixe placé autour de la roue, diffuseur qui transforme en pression une partie de cette vitesse absolue de sortie. La somme de ces deux compressions donne la compression to tale que le fluide subit lors de son passage à travers une roue de turbocompresseur mu nie de son diffuseur. Lorsqu'on veut donner au fluide une compression plus forte, l'on est obligé de disposer en série plusieurs roues semblables, et de faire parcourir ces diverses roues au fluide successivement, en conduisant à la chambre d'amenée devant l'entrée des canaux d'une roue, autour du moyeu de cette roue, le fluide sortant du diffuseur de la roue précédente.
Le but de la présente invention est d'aug menter la compression 'que l'on peut obtenir avec une roue donnée, de façon à diminuer le nombre de roues nécessaires, pour commu niquer à un fluide une compression totale prescrite. L'invention revendiquée comprend un procédé pour obtenir ce résultat et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Le procédé consiste à faire passer le fluide plusieurs fois et successivement dans des canaux d'une même roue à aubes et dans des canaux de son diffuseur, de façon à élever successivement et à chaque fois la pres sion du fluide.
Le dispositif pour la mise en couvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il com porte une roue à aubes dont la chambre d'amenée du fluide à la roue et le diffuseur sont subdivisés en plusieurs secteurs distincts et séparés les uns des autres, chaque secteur de diffuseur sauf le dernier communiquant avec un secteur de la chambre d'amenée, de manière que le fluide, conduit d'abord au premier secteur de la chambre d'amenée, pénètre de là;
dans un certain nombre de canaux de la roue, traverse ces canaux et entre dans le secteur du diffuseur correspon dant à ces canaux, puis soit ramené au sec teur suivant de la chambre d'amenée, de là, traverse de nouveau un certain nombre de canaux de la roue et pénètre dans le secteur du diffuseur, correspondant, et ainsi de suitejusqu'au dernier secteur de diffuseur, où le fluide sous pression sera recueilli.
L'on pourra faire passer le fluide de cette manière deux fois, trois fois ou plus par la même roue, en di visant la chambre d'amenée de cette roue et son diffuseur en deux, trois ou plusieurs sec teurs, et l'on obtiendra pour le fluide une compression deux, trois ou plusieurs fois plus forte que si le fluide n'avait passé qu'une seule fois par la roue, en traversant à la fois tous les canaux de cette roue.
La fig. 1 représente, schématiquement et à titre d'exemple, une vue en coupe d'un dis positif suivant l'invention, constituant une roue de turbocompresseur à plusieurs roues, dans laquelle le fluide passe trois fois suc cessivement; La fig. 2 représente la vue de face de cette même roue.
Dans la fig. 1, a représente l'arbre du turbocompresseur, sur lequel est clavetée la roue composée d'un disque avec moyeu b et d'un flasque c. Entre le disque et le flasque sont fixées les aubes-d qui délimitent entre elles les canaux de la roue. Ces canaux dé bouchent, d'une part, latéralement, tout autour du moyeu; en eu e2, et, d'autre part, ils dé bouchent à la périphérie de la roue. A sa périphérie la roue est entourée par le diffu- seur; qui est un espace circulaire divisé également en une série de canaux distincts, par des aubes fixes y.
Ces canaux du diffuseur débouchent à l'extérieur dans une chambre circulaire hi lis ayant à peu près la forme d'un tore, et qui n'est à proprement parler que la prolongation du diffuseur à l'extérieur des aubes y. Devant l'entrée des canaux des roues, en ei e2, se trouve l'ouverture d'une autre chambre circulaire intérieure ii i3> qui est appelée ici la chambre d'amenée du fluide.
En réalité, et comme on le voit clairement dans la fig. 2, il y a trois diffuseurs distincts fi f2 f3, trois chambres extérieures hl /a2 lts et trois chambres d'amenée ii i2 is, toutes distinctes et séparées les unes des autres. Sur cette fig. 2, les mêmes lettres désignent les mêmes parties que sur la fig. 1.
En outre, o est une tubulure qui communique avec la chambre d'amenée<I>il.</I> k est un canal qui fait com muniquer une extrémité de la chambre exté rieure hl avec l'extrémité correspondante de la chambre d'amenée<I>i2. l</I> est un second canal qui fait communiquer l'autre extrémité de. la chambre hi avec l'autre extrémité de la chambre<I>i2.</I> ni est un canal qui fait commu niquer une extrémité de la chambre extérieure 1i 2 avec l'extrémité correspondante de la chambre d'amenée is. <I>a</I> est un second canal qui fait communiquer l'autre extrémité de la chambre h2 avec l'autre extrémité de la chambre i3. Quant à la chambre <RTI
ID="0002.0036"> lis elle com munique avec une chambre d'amenée de la roue suivante correspondant à la chambre il de la première roue, et cette communication est établie par des canauxp passant derrière la première roue, par conséquent invisibles sur la fig. 2, mais que l'on aperçoit en coupe partielle à la partie inférieure gauche de la fig. 1.
L'on n'a ainsi figuré chaque fois que deux canaux de communication entre les chambres extérieures<I>h</I> i h <I>2</I> et les chambres d'amenée i2 i3, et cela pour donner plus de clarté au dessin. Mais en réalité ces chambres communiqueraient entre elles par de véritables espaces creux, plus ou moins cloisonnés par des nervures. De sorte que. ces paires de canaux 1c l et iii <B>té,</B> ne sont représentés sur les figures .que d'une façon purement sché matique.
Ils n'existeraient pas en réalité et seraient remplacés par les cloisonnements intérieurs des espaces continus reliant les chambres extérieures /ai h2 aux chambres d'amenée i2 i3. Il en est de même pour le canal p reliant la chambre<I>lis</I> à la première chambre d'amenée de la roue suivante. Sur la fig. 2 l'on a supposé déchirée une partie du flasque c de la roue, et une partie d'une paroi du diffuseur, de façon que l'on aperçoit en coupe la partie supérieure et la partie de gauche de 1a roue et du diffuseur.
Cela permet de remarquer que le diffuseur est divisé en trois parties par des portions pleines, dont on aperçoit les deux premières q1 et q2.
Le fonctionnement du turbocompresseur s'explique à la simple inspection des figures Le fluide qu'il s'agit de comprimer, par exemple de l'air, pénètre dans la tubulure o et se rend de là à la première chambre d'amenée ii. De cette chambre, le fluide pé nètre dans les canaux de la roue b, entre les aubes de cette roue, et comme la roue b tourne très rapidement, le fluide est comprimé et chassé vers la périphérie. Il sort de la roue avec une grande vitesse absolue et entre dans le premier secteur de diffuseur fi. Les aubes g du diffuseur guident le fluide de façon à le ralentir, et transforment ainsi une partie de sa vitesse en pression.
Le fluide sort alors du- diffuseur proprement dit et entre dans la chambre extérieure h.1. A ce moment le fluide est déjà comprimé à une pression notablement plus forte que sa pres sion à l'entrée de la tubulure o par suite de l'effet de la force centrifuge dans la roue, de la diminution de sa vitesse relative dans les canaux de la roue, et de la diminution de sa vitesse absolue dans les canaux du diffuseur. De cette chambre hi, le fluide est conduit par les canaux<I>k</I> l dans la seconde chambre d'amenée i2. Le fluide arrive dans i2 avec sensiblement la même pression qu'il avait dans la chambre h2, car les canaux k l sont largement dimensionnés dans ce but.
Le fluide pourra même avoir dans la chambre i2 une pression plus élevée que dans la chambre hi, si les canaux<I>k 1,</I> grâce à leur forme bien choisie, ont fait diminuer encore la vitesse que le fluide possédait à la sortie des aubes du diffuseur. De la chambre i2, le fluide pé nètre de nouveau dans les canaux de la roue b, et de là dans le deuxième secteur du dif fuseur f 2 et- enfin dans la chambre extérieure h2. Pendant ce second trajet du centre à la péri phérie, le fluide subit une nouvelle augmen tation de pression, tout comme s'il avait traversé une seconde roue du turbocompres seur.
Enfin de la chambre h2, le fluide est ramené au centre par les canaux<I>m n</I> dans la chambre d'amenée i3. De là il pénètre pour la troisième fois dans la roue, puis dans le troisième secteur de diffuseur fs, et delà dans la chambre extérieure-h3. A ce moment le fluide a subi une troisième augmentation de pression, et il est arrivé à une pression correspondant à celle qu'il aurait après son passage dans trois roues de mêmes dimen sions d'un compresseur ordinaire. De la chambre hs, les canaux p passant derrière la roue l'amènent à la première chambre d'ame née de la roue suivante. Si le turbocompres seur décrit n'avait qu'une seule roue, le fluide serait recueilli à la sortie de la chambre ha.
Dans un turbocompresseur à plusieurs roues et à refroidissement intermédiaire, on pourra recueillir le fluide à la sortie de la dernière chambre extérieure de chaque roue, soit, dans l'exemple décrit, à la sortie de la chambre h3, l'amener de là au réfrigérant, puis du réfrigérant le conduire à la première chambre d'amenée de la roue suivante. Comme on l'a déjà fait remarquer, les canaux et les chambres distinctes ne sont indiqués ici que schémati quement, pour plus de clarté. En réalité ce nouveau compresseur pourra être construit d'une manière analogue, en ce qui concerne la forme des chambres et des canaux, aux turbocompresseurs ordinaires.
Les trois chambres d'amenée ii <I>i2</I> i3 contenant toutes trois le fluide à des pressions différentes, il faut éviter autant que possible les fuites de fluide d'une chambre à l'autre, ainsi que d'une chambre vers l'extérieur. Pour cela il faudra en premier lieu que les aubes d de la roue soient prolongées jusqu'à l'entrée latérale des canaux de la roue, et affleurent la roue à l'entrée de ces canaux, en e1 e2, ce qui n'est pas le cas dans les turbocompresseurs ordinaires.
L'on pourrait aussi faire -pénétrer dans la roue les chambres ii 22 2g à la rencontre-des aubes tl,- ce .qui reviendrait au même résultat, mais serait moins pratique.
Puis il faudra séparer ces trois chambres ii i2 i;3 l'une de l'autre par un intervalle au moins égal à la largeur d'un canal de la roue, c'est-à-dire par un intervalle au moins égal à la distance séparant deux aubes consécutives, à l'entrée dans la roue en ei e2, sans quoi un canal de la roue pourrait faire communiquer une chambre avec la suivante.
Puis il faudra naturellement ré duire au minimum les pertes par les jeux existant entre les parties tournantes et les parties fixes et l'on y arrivera en usant des artifices connus, soit diminution de jeu jus qu'au minimum, recouvrements, rainures for mant labyrinthe etc.
Les trois secteurs du diffuseur devront aussi être séparés l'un de l'autre par un in tervalle au moins égal à la distance entre deux aubes consécutives de la roue, mesurée à la périphérie de la roue, pour qu'un canal de la roue ne puisse pas faire communiquer l'un des secteurs avec le suivant. Dans la fig. 2, cet intervalle entre deux secteurs du diffuseur est figuré par une partie pleine qi q2. Dans cette même figure, l'intervalle entre deux chambres d'amenée ii is est représenté par une partie vide, et cela pour plus de clarté dans la figure.
En réalité, cet intervalle entre deux chambres d'amenée serait également rempli par une partie pleine, en vue de di minuer les fuites de fluide hors des chambres en cet endroit. Le jeu entre la périphérie de la roue et le diffuseur fixe devra aussi être réduit autant que possible et l'on empêchera ou diminuera les fuites en cet endroit par les moyens connus.
Si l'on examine en détail, ce qui se pro duit, lorsqu'un canal de la roue, compris entre deux aubes consécutives, passe devant l'extrémité de la chambre d'amenée ii, puis devant l'intervalle séparant ii et i2, et enfin devant le commencement de la chambre d'amenée i2, l'on remarquera qu'il convient d'avancer un peu, dans le sens contraire à la rotation de la roue, la partie pleine q2 qui sépare les secteurs du diffuseur fi et f2,
par rapport à la position de l'espace qui sépare les chambres ii et i2. Car lorsque le canal considéré de la roue se trouvera en face de l'extrémité de la chambre ii, il recevra encore à son entrée le fluide de cette chambre.
Mais à cet instant la sortie du canal à la périphérie de la roue est déjà obturée par la, partie pleine e2, qui aura été décalée exprè, dans ce but, et la vitesse relative de sortie du fluide dans le canal tombera à zéro, alors que sa vitesse relative d'entrée n'est pas zéro, de sorte que la compression du fluide dans le canal con sidéré s'en trouvera accrue.
La roue conti nuant à tourner, le canal considéré se trouvera bientôt en face du commencement de la chambre d'amenée i2 et du commencement du secteur de diffuseur<B>f2,</B> dans lesquels chambre et secteur il règne une pression plus considérable que dans la chambre ii et dans le secteur hi. .La pression du fluide ayant augmenté dans le canal pendant son passage entre les deux secteurs, comme on vient de le voir, le fluide passera ainsi mieux d'un secteur à l'autre, avec moins de choc de pression et moins de perte.
Il en sera exactement de même pour le passage entre la chambre ia et le secteur f2, et la chambre i3 et le secteur fa, et il conviendra d'avancer un peu la partie pleine séparant les secteurs de diffuseur f2 et f3 dans le sens contraire à la rotation de la roue, par rapport à la position de l'espace qui sépare i2 de is. Par contre, pendant le moment où le canal passera de l'extrémité de la chambre i3 au commen cement de la chambre ii, dans laquelle la pression régnante est plus basse, il faudra au contraire que la pression baisse dans le ca nal considéré.
Pour obtenir ce résultat, il suffira de déplacer la partie pleine qi, qui sépare le secteur de diffuseur f3 du secteur de diffuseur<B>fi,</B> en avançant cette partie dans le sens de rotation de la roue, par rapport à la position de l'espace qui sépare la chambre i3 de la chambre ii. Dans ces conditions, le canal ne recevra plus de fluide à son entrée, alors qu'il en débitera encore à sa sortie, dans le secteur de diffuseur f3.
La vitesse relative d'entrée du fluide dans le canal tombera à zéro avant que la vitesse relative de sortie ne devienne nulle, et la pression baissera dans le canal, ce que l'on désire précisément obtenir. Au lieu de dire que l'on a décalé l'intervalle entre deux sec teurs du diffuseur par rapport à l'intervalle entre deux chambres d'amenée, l'on pourrait naturellement dire tout aussi bien que l'on décale l'intervalle entre deux chambres d'ame née par rapport à l'intervalle entre deux sec teurs de diffuseur, mais alors le décalage devrait avoir lieu en sens inverse.
Cependant au moment du passage d'un secteur à l'autre, chaque canal travaillera avec un moins bon rendement. Pour diminuer ce mauvais effet, il conviendra d'augmenter autant que possible le nombre total des ca naux, puisqu'il n'y aura constamment que trois canaux en train de passer d'un secteur à l'autre, ou bien trois canaux en train de s'obturer et trois en train de s'ouvrir, si l'on suppose que le nombre total des canaux est un multiple de trois, et que les intervalles soientjuste de la grandeur des canaux. II faudra donc augmenter autant que possible le nombre des aubes, ce qui augmentera les frottements du fluide.
Par contre ces frottements seront diminués, ainsi que l'importance relative des pertes entre les parties fixes et les parties mobiles, du fait que la longueur des secteurs ne sera plus que le tiers de la circonférence, ainsi que du fait que la roue sera trois fois plus large, si l'on conserve au fluide la même vitesse relative.
Enfin l'on remarquera que les chambres ii i2 is, les secteurs de diffuseur<I>f</I> i f'2 f s et les chambres extérieures correspondantes hi h2 hs devront aller en diminuant de gran deur ou de longueur, pour suivre la-diminu- tion de volume que subit le fluide en passant de la pression des chambres ii et hi, à la pres sion plus forte des chambres i2 et h2,
et à la pression encore plus forte des chambres is et h.s. La roue ayant forcément la même largeur, il faudra que cette diminution de volume se traduise par une diminution de longueur des secteurs, si l'on désire que les vitesses du fluide dans les diverses parties des trois secteurs demeurent respectivement les mêmes.
Bien entendu, ce n'est qu'à titre d'exemple que l'on a représenté une roue dans laquelle le même fluide repasse trois fois. Le fluide pourrait tout aussi bien passer deux fois seulement, ou même plus de trois fois.
Une application particulièrement avanta geuse de cette invention pourra être faite au secteur-compresseur de la turbine à combus tion décrite dans le brevet n 98411 en faisant passer plusieurs fois dans le secteur-compres- seur d'une même roue les gaz ou l'air froid qu'il faut comprimer. Car, dans ce cas, non seulement l'invention permettra de réaliser pour chaque roue un degré de compression plus élevé, ce qui pourra- déjà être un avan tage, mais encore l'invention permettra d'ob tenir un meilleur refroidissement des aubes de la roue dans le secteur-compresseur.
Enfin l'on pourra aussi bien appliquer l'invention à toutes les roues d'un turbo compresseur à roues multiples, que l'appliquer seulement à un certain nombre de ces roues, ou même à une seule de ces roues.