Machine centrifuge. La présente invention a. pour objet. une machine centrifuge, par exemple une pompe ou un compresseur, comprenant un diffuseur. On sait. que dans ce genre de machines, le dif fuseur, dans lequel l'écoulement du fluide s'effectue avec amortissement de la vitesse, est. affecté de pertes relativement importantes.
Ces pertes proviennent notamment de ce qu'en raison du frottement. de la veine fluide sur les parois du diffuseur et de la viscosité dit fluide, il s'établit une répartition de vi tesse inégale, la vitesse étant. nulle sur la paroi et n'atteignant. que progressivement la. vitesse de l'écoulement sain, à mesure qu'on s'éloigne de la paroi. Les couches de fluide ralenti voi sines de la paroi n'ont donc qu'une énergie cinétique réduite, insuffisante pour permettre l'accroissement. de pression que l'on recherche dans le diffuseur.
L'expérience montre que l'épaisseur clé ces couches limites croît. le long du diffuseur au fur et à mesure de l'amortissement. de l'écou lement..
On a. représenté à la fi-. 1, les couches limites e et f qui se forment. dans un diffu seur sans ailettes d'une pompe d'un type connu. Dans cette figure, cc représente la par tie périphérique de la roue, b et c les parois parallèles du diffuseur, d le collecteur de re foulement. On constate que les couches e et f encombrent de plus en plus la section dispo nible pour l'écoulement dans le diffuseur et s'apposent ainsi à l'amortissement recherché.
La fig. 1'' qui se rapporte au diffuseur de la fi-. 1 représente l'accroissement de pression 4p que l'on obtiendrait. si la distribution de vitesse était uniforme dans chaque section du diffuseur en l'absence des couches limites (courbe etcelui dp' qui est effective ment, réalisé (courbe in-p-q). Ainsi donc, les couches limites sont. à l'origine d'un déchet d'amortissement dans le diffuseur;
elles en traînent, en outre, par échange irréversible ,de quantités de mouvements entre les filets fluides à vitesses différentes, des pertes par frottement qui diminuent le rendement du diffuseur et, par conséquent, celui de la ma chine. Leur importance peut même devenir telle que l'écoulement, peut décoller le long des parois du diffuseur et augmenter de ce fait les pertes de rendement..
La présente invention a pour but. de faire diminuer les pertes dues à la formation des couches limites mentionnées, et, à cet. effet, la machine selon l'invention est. caractérisée en ce qu'elle présente des orifices de prélèvement agencés de manière à assurer l'évacuation, au moins partielle, des couches limites qui se for ment sur les surfaces fixes du .diffuseur.
Les fig. 2 à 9 du dessin représentent, à titre d'exemple, des formes d'exécution de la machine selon l'invention.
Les fig. 2 et 3 sont, respectivement, des coupes axiale du diffuseur à faces parallèles d'une première forme d'exécution et transver- sale du diffuseur à ailettes d'une deuxième forme d'exécution.
Les fig. 4, 5 et 6 sont des coupes axiales de trois autres formes d'exécution.
La. fig. 7 est une coupe axiale d'une sixième forme d'exécution.
La. fig. 7a montre une variante de la forme d'exécution de la fig. 7.
La fig. 8 représente schématiquement. une septième forme d'exécution, et la fig. 9 représente schématiquement une huitième forme d'exécution faisant partie d'une turbine à. combustion interne.
Dans la forme d'exécution de la. fil-. 2, les plateaux parallèles b et c qui constituent le diffuseur annulaire sans ailettes entre la roue <I>a</I> et le collecteur de refoulement.<I>d</I> présentent des orifices de prélèvement constitués par des fentes annulaires l., ? et 3, 4 disposées par paires à deux endroits différents de la lon gueur du diffuseur, donc selon deux niveaux de pression, et reliées à des chambres collec trices h., <I>i, j,</I> h. communiquant avec des con duits, -de manière qu'elles assurent. l'évacua tion, au moins partielle, des coueltes limites à.
faibles vitesses et à. énergie diminuée qui se forment en écoulement amorti sur les faces des plateaux b et c. Les fentes 1 et 2 sont en regard l'une de l'autre et, il en est de même des fentes 3 et 4. Dans des variantes, les orifices de prélèvement pourraient également. être .constitués par des perçages cylindriques ou des lumières d'une autre forme répartis sur la. circonférence des plateaux du diffu seur.
On pourrait aussi déjà. obtenir un résultat satisfaisant en assurant, une évacuation par tielle .de la couche limite à un seul niveau de pression ait moyen d'orifices de prélèvement disposés de préférence dans la première moi tié de la longueur du diffuseur.
Dans la forme d'exécution de la fig. 3, le diffuseur est formé par des canaux divergents ,constitués entre des ailettes profilées, trois desdites .ailettes Iii, E2 et lia étant repré sentées. Lesdites ailettes sont creuses et com prennent chacune .deux fentes de prélèvement 2'; 1", 2" s'ouvrant sur leurs faces opposées.
Lesdites fentes sont disposées de ma nière à former avec des fentes t" <I>t</I> #z, t., ména gées dans les parois latérales du diffuseur, des fentes de prélèvement annulaires disposées pratiquement selon un seul niveau de pression dans chacun des canaux formés entre les ailettes.
Les parois latérales du diffuseur sont, en outre, munies de perçages S, S' communi quant avec l'intérieur des ailettes, qui sont creuses. Ces perçages 8, S', d'une part, et les fentes t, d'autre part, débouchent dans une ou plusieurs chambres collectrices non repré sentées munies d'organes de réglage du débit de fluide et de canaux d'évacuation finale en un point -de pression inférieure.
Les flèches tracées sur le dessin à. l'intérieur des ailettes illustrent le cheminement du fluide entrant dans les ailettes par les fentes 1, 2, 1', 2' et en sortant par les trous S, S'.
L'évacuation des couches limites contribue à éviter les décollements prématurés et, de ce fait, on peut donner une divergence plus grande aux parois dit diffuseur formées par les ailettes, ce qui permet d'a.ttgmetiter l'amor tissement sans accroître exagérément l'encom brement transversal de la forme d'exécution de la fig. 3.
Dans la forme d'exéention de la. fig. -l, dans laquelle les parois du diffuseur présentent une forte divergence, les prélèvements de cou ches limites sont réalisés par les orifices situés en y-z avec retour du fluide prélevé au col lecteur d'aspiration, le réglage de débit étant effectué au moyen d'une vanne q.
La quantité relativement faible de fluide qu'il. est nécessaire de prélever pour l'évacua tion au moins partielle des couches limites le long des parois du diffuseur possède encore une certaine énergie potentielle qui est de l'ordre de grandeur de celle qu'elle possédait à la sortie de la. roue mobile, mais qui, du fait des frottements internes dans le diffu seur, est inférieure à celle du fluide prove nant .de l'écoulement sain à la. sortie du diffuseur, Cette énera-ie résiduelle se trouve perdue lorsque le fluide prélevé est évacué soit. -par exemple à, l'air libre ou, en l'absence de dispositions particulières, à l'aspiration de la machine.
Il est possible cependant de récupérer une partie de l'énergie du fluide prélevé dans les couches limites du diffuseur.
La forme d'exécution représentée à la fig. 5 est un ventilateur dans lequel l'énergie du fluide prélevé aux orifices d'évacuation de la couche limite du diffuseur est partiellement récupérée. Ce ventilateur comprend une tubu lure d'aspiration 10, une roue mobile 11 mu nie d'ailettes a et un diffuseur d débouchant dans une volute collectrice d,. Le diffuseur<B>il</B> est. pourvu de deux fentes annulaires 1, 2 par lesquelles s'évacuent les couches limites qui se sont formées sur les parois .du diffuseur.
Le fluide recueilli par les deux chambres<I>h</I> et<I>i</I> dans lesquelles débouchent les fentes annu laires est. évacué par les tuyauteries 12, 13; le débit, de fluide étant réglé au moyen d'une vanne 1-1 et le fluide étant finalement amené dans une chambre annulaire 15 entourant la tubulure d'aspiration du ventilateur. L'éner gie résiduelle est alors partiellement récupé rée et transmise au fluide évoluant dans le ventilateur au moyen d'une fente annulaire 16, par échange de quantités de mouvements comme dans une trompe.
La fente annulaire <B>16</B> est munie d'a.ubages directeurs 17 formant une série de tuyères donnant au fluide, qui fait retour à. l'entrée de la. roue, la direction correcte pour assurer une entrée sans choc dans cette roue.
La soufflante à deux flux symétriques représentée à la fig. 6 comprend deux tubu lures d'aspiration 10', 10", une roue 11 por tant des aubes a', a", sans flasques latéraux, un diffuseur d à faces légèrement divergentes et., enfin, un collecteur de refoulement d,.
Le prélèvement, de fluide pour l'évacuation des couches limites du diffuseur s'effectue comme précédemment, par deux fentes annulaires 1., 2 et. deux chambres collectrices<I>h.</I> et<I>i.</I> Chacune des chambres collectrices est. reliée par une tuyauterie 12, respectivement 13, avec une chambre distributrice 15', respectivement 15", au moyen desquelles le fluide prélevé par les fentes 1, 2 est réintroduit dans la roue mo- bile en un point situé entre l'entrée et la sor tie de cette roue par les fentes annulaires 16', 16" pourvues d'ailettes directrices donnant au fluide la direction correcte pour une entrée sans choc dans la roue. Le débit de fuite peut être réglé à sa valeur optimum au moyen des vannes 14', 11".
Ainsi, l'énergie contenue dans le fluide prélevé est récupérée a.11 moins en partie.
Il est clair que dans la forme d'exécution de la fig. 2, par exemple, les dispositions pré cédentes pourraient être appliquées indivi duellement à chacun des étages de prélève ment.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 7, le fluide prélevé pour évacuer les cou- ehes limites du diffuseur se détend jusqu'à la pression d'aspiration de la machine sur une couronne d'ailettes de turbine solidaire de la roue de celle-ci.
Le fluide prélevé pour évacuer les couches limites dans le diffuseur est, collecté par les chambres<I>i</I> et j, et les tuyauteries 12 et 13 pour être conduit dans la bâche de distribu tion 20 munie d'un distributeur 21, dont la. section de passage correspond au débit opti mum de prélèvement. Ce fluide est dirigé sur une couronne d'aubes 22 solidaires de la roue mobile 11. Il est toujours possible de donner aux tuyères du distributeur et à ces aubes mobiles un tracé tel que la. pression et la di rection des filets fluides, à la sortie de la cou ronne d'aubes mobiles 22, soient celles qui doi vent régner à l'entrée des aubes de la roue de la machine.
La fig. 7a représente une variante de la machine de la fig. 7 comprenant une turbine de récupération distincte, liée à la roue de la machine et dont l'échappement s'effectue dans le collecteur d'aspiration de cette dernière.
Dans cette variante, les tuyauteries 12 et 7.3 conduisent le fluide des couches limites prélevées à. la. bâche d'admission 20 d'une tur bine, dont. la roue 22a est calée sur un arbre 22b qui prolonge celui de la. roue 11.
La fi". â représente schématiquement une forme d'exécution dans laquelle on fournit au fluide prélevé pour évacuer les couches limites l'énergie complémentaire qui lui fait défaut pour qu'il puisse être amené dans le collecteur de refoulement de la machine.
Dans cette forme d'exécution, le fluide pré levé par les orifices situés en 1 et 2 pour éva cuer les couches limites du diffuseur d du compresseur est refoulé par un petit -com presseur auxiliaire 23 dans la tubulure de refoulement. dl qui fait. suite au diffuseur. L'énergie du fluide prélevé est ainsi récupé rée.
Le compresseur auxiliaire peut: être d'un type quelconque, à piston, centrifuge ou autre; il pourra. être entraîné par un moteur auxiliaire à vitesse constante ou varia ble ou par un mécanisme lié aa méca nisme d'entraînement de la roue de la machine pour assurer une correspondance dé terminée entre les vitesses de rotation de la roue de la machine et du compresseur auxi liaire.
Enfin,- dans d'autres formes d'exécution, le fluide prélevé sur les couches limites du diffuseur peut être utilisé directement en vue d'un service auxiliaire tel que l'alimentation de garnitures d'étanchéité le long de l'arbre de la, machine, la .lubrification des paliers par émulsion, etc.
La fig. 9 représente schématiquement une turbine à. combustion interne comprenant une forme d'exécution de la machine selon l'inven tion, constituée par le compresseur d'air cen trifuge 11, des chambres de combustion \?4 et. une roue de turbine<B>28</B> tournant dans une bâche 25. L'air prélevé par des fentes annu laires 1, 2 ménagées sur les parois du diffu seur -du compresseur est envoyé par des tuyaux 26 avec. vanne de réglage du débit 27 sur la paroi de la. roue 28 de la. turbine où il contribue au refroidissement de cette roue.
Les diverses formes d'exécution représen tées ne comprennent qu'un seul étage de com pression. Les prélèvements peuvent cepen dant aussi être effectués dans .des .diffuseurs intermédiaires intercalés entre des roues dis posées en série.
Ainsi, une forme .d'exécution .constituée par une pompe ou un compresseur centrifuge à plusieurs étages comprenant .chacun une roue radiale et un diffuseur, peut compren dre -des orifices de prélèvement agencés de manière à assurer l'évacuation au moins par tielle des couches limites qui se forment en écoulement amorti sur chacun de ses diffu seurs. Dans ce cas, la machine peut également comprendre des dispositifs pour récupérer une partie de l'énergie du fluide prélevé aux différents diffuseurs.
Ces dispositifs peuvent, par exemple, être: agencés de manière à. ramener le fluide évacué des différents diffuseurs dans la. machine, en des points de niveau de pression inférieur différents pour chacun des étages de la machine. Ces dispositifs peuvent, par exemple, comprendre des conduits indépen dants pour chaque étage et destinés à ramener le fluide prélevé par les orifices du diffuseur de cet étage dans la roue correspondante, par exemple comme décrit précédemment en se référant aux fig. 5, 6 ou 7.