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Patent Searching and Data


Title:
TURBOMACHINE WITHOUT FIXED BLADING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1985/001546
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the geometry of the blading, the different application cases of the mechanical device according to the invention and the elements of the infinitesimal or integral aerodynamic calculus of a "TURBO-COMPACT" turbomachine. Its relates to a mechanical device for the compression of a fluid or the expansion of a fluid, and it is characterized in that it comprises a moving blading consisting of a grid of blades forming an homogenous assembly so that the skeleton of the blades draws discontinuous regular lines with curvature inflexion(s) and alternated curvatures, and in that it enables to perform the compression or expansion function without the need to use fixed blading like in conventional machines, and in that it exhibits one (or more) interruption(s) such as plays between the successive blade sections of a same blade line.

Inventors:
DELPLANQUE JEAN-CLAUDE (FR)
Application Number:
PCT/FR1984/000211
Publication Date:
April 11, 1985
Filing Date:
September 26, 1984
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Assignee:
DELPLANQUE JEAN CLAUDE
International Classes:
F01D5/14; (IPC1-7): F01D5/14
Foreign References:
GB780240A1957-07-31
FR447284A1912-12-28
US4390316A1983-06-28
US2514039A1950-07-04
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Claims:
REVENDICATIONS.
1. Dispositif mécanique de compression d'un fluide ou de détente d'un fluide,selon la revendication 1 du brevet prin¬ cipal N°82.21689»caractérisé Q~ ce u'il est constitué par un aubage mobile constitué d'une grille d'aubes formant un en semble 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 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,placée/s ou/et non placée/s au voisinage des zones d'inversion de cambrure,répartie/s identiquement ou/et non identiquement le long des lignes d' aubes de rang pair ou/et impair de l'aubage mobile pour for¬ mer ,à titre d'exemple, un aubage mobile homogène composé de tronçons d'aubes en quinconces imbriqués ou/et non imbriqués.
2. Dispositif mécanique selon la revendication 1 caractéri¬ sé en ce que le nombre de demialternances 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.
3. ispositif mécanique selon la revendication 1caractérisé en ce que le nombre de demialternances 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 impair supé¬ rieur ou égal à 3. 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,( comme représenté FIG 1 23 du BREVET PRINCIPAL N° 82.
4. 21689 ).
5. Dispositif mécanique selon la revendication 1 ou/et 2 ou/et 3 caractérisé en ce que l'aube/oui les aubes la/les plus antérieures/s ont leur squelette cambré en sens opposé à"la vitesse d'entraînement du rotor.
6. Turbomachine "TURBOCOMPACTE" à fluide/s co pressi ble/s ou/et incompressible/s,réceptrice (de compression) ou/ et motrice ( de détente) telle que turboréacteur,monocorps ou multicorps,monoflux ou multiflux,turbopropulseur,turbo compresseur,turbodéaarreur,turbogénérateur de puissance,tur¬ bine à gaz,turbine à vapeur,turbine hydraulique,turbopompe, souf iante,ventilateur,éolienne,transmissionhydrodynamique ou débitmètre etc,selon revendication 1 ou/et ou/et 5 ca¬ ractérisée en ce quïelle est du type axial ou/et du type radial centripète,ou/et du type radial centrifuge ou/et du type hélicocentripète,ou/et du type hélicocentrifuge et est bâtie sur la base d'un ou plusieurs dispositifs mécaniques selon revendication/s précédente/s à l'exclusion de tout au¬ tre dispositif de compression et/ou de détente du type tur bomachine classique ( employant des aubages fixes ou une technologie contrarotative ) ou en association avec toute autre machine telle que un/des compresseurs (ou/et pompe/s) classiques ou/et une/ es turbine/s classique/s,pour réaliser une machine .mixte,comprenant à titre d'exemple un/des com presseur/s indépendant/s selon revendication/s précédente/s sans aubage/s fixe/s,capable/s de fonctionner de manière au¬ tonome 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 préfé au calcul classique des turbomachines par la théorie simpli¬ fiée due à EULER. BURE OMPI.
Description:
TURBOMACHINE SANS AUBAGE FIXE. Le présent certificat d'addition se rapporte au BREVET PRINCIPAL N°82-21689 concernant un nouveau type de turboma- chine,capable de fonctionner sans l'aide d'aubages fixes. Il s'appuie sur la revendication 1 du BREVET PRINCIPAL.il vient donner des précisions quant aux possibilités de réali¬ sation de ce nouveau type de turbomachine et fournir des élé¬ ments de calcul aérodynamique à l'intention des bureaux d'é¬ tudes.

D'abord,concernant les possibilités de réalisatio ;Toutes les turbomachines j pour fonctionner normalement,c'est à dire comprimer un certain débit pour un turbocompresseur,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 tu bine,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 déten¬ te d'un fluide,caractérisé en ce qu'il est constitué par un aubage mobile constitué d'une grille d'aubes formant un en¬ semble, 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 be¬ soin ou nécessité de faire appel pour cela à des aubages fixes comme dans les machines classiques,et en ce qu'il pré- sente une/ou des interruption/s comme des jeux entre les tronçons d'aubes successifs d'une même ligne d'aube, lacée/s ou/et non placée/s au voisinage des zones d'inversion de cam¬ brure,répartie/s identiquement ou/et non identiquement le long des lignes d'aubes de rang pair ou/et impair de l'auba- g© mobile pour former,à titre d'exemple,un aubage mobile ho¬ mogène composé de tronçons d 1 aUDeB , r3_mbrιques ou/et non im¬ briqués,destinée/s à créer des singularités dans l'aubage mobile,permettant des transferts de débit entre les canaux formés par les lignes d'aubes contigûes,favorables au débit, à. la pression,et à la tenue au pompage qui se place à un ni¬ veau inégalé (dans le sens positif) par rapport aux machines classiques,y compris,celles qui seraient éventuellement bâties

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suivant le principe d'aubage selon la revendication 1 du BRE¬ VET PRINCIPAL,mais cette fois sans interruption/s ou disconti¬ nuité/s de la ligne d'aube de l'aubage mobile .

Les turbomachines selon l'invention se distingueront naturel- lement les unes des autres par des changements de nature géo¬ métrique 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 antéri- eure ou partie de l'aube de l'aubage mobile par rapport à U(Vi¬ tesse d'entraînement).

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 obli- gatoire)vues par le fluide entre la partie antérieure de 1*au¬ bage mobile et la partie postérieure de l'aubage mobile,est pair.

Un autre dispositif mécanique selon l'invention est caracté¬ risé 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 impair supérieur ou égal à 3.

Un autre dispositif mécanique selon l'invention est caracté¬ risé en ce que l'aube/ou les aubes la/les plus antérieure/s ont leur squelette cambré dans le sens de la vitesse d'entraî¬ nement ïï du rotor,comme représenté FIG 1-2-3 du BREVET PRINCI¬ PAL. un autre dispositif mécanique selon l'invention est caractéri¬ sé en ce que l'aube/ou les aubes la/les plus antérieure/s ont leur squelette cambré en sens opposé à la vitesse d'entraîne¬ ment du rotor.

Quant aux applications industrielles de l'invention,elles sont englobées dans la définition ci-après du nouveau type de turbomachine "TURBO-COMPACTE"selon l'invention,à fluide/s com- pressible/s ou/et incompressible/s,réceptrice (de compression) ou/et motrice (de détente) telle que turboréacteur,monocorps ou multicorps,monoflux ou multiflux,tu ' rbopropulseur,turbo-com- presseur,turbo-démarreur,turbo-générateur de puissance,turbine

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à gaz,turbine à vapeur,turbine hydraulique,turbo-po pe,souf¬ flante,ventil 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 centri- fuge ou/et du type hélico-centripète,ou/et du type hélico-cen- trifuge et est bâtie sur la base d'un ou plusieurs dispositifs mécaniques tels que décrits à l'exclusion de tout autre dis¬ positif de compression et/ou 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 classi¬ que/s ou/et toute autre machine,pour réaliser une machine mixte,comprenant à titre d'exemple un/des compresseur/s in¬ dépendant/s selon l'invention sans aubage/s fixe/s tel/s que décrit/s plus haut capable/s de fonctionner de manière auto¬ nome sans aubage/s fixe/s et une/des turbine/s classique/s avec distributeur/s de turbine.

Concernant les éléments de calcul aérodynami ue,le disposi¬ tif mécanique ou/et la turbomachine selon l'invention est ca- ractérisée en ce qu'il/elle est réalisé/e à partir d'un cal¬ cul aérodynamique infinitésimal ou intégral de préférence au calcul classique des turbomachines par la théorie simplifiée due à EULER.

Le développement mathématique ci-après est destiné à facili- ter le façonnage des turbomachines selon l'invention et/ou mime 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 sys¬ tème de forces appliquées au centre de gravité de la masse auquel est soumis un fluide de masse M,se déplaçant dans un tube de 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 courant,AV. Ceci est une forme dérivée du principe d'inertie.Au lieu d'appliquer ce principe globalement entre l'entrée et la sor¬ tie de l'aubage comme on le fait depuis EULER,on peut l'ap¬ pliquer d'une façon infinitésimale"point n par "point" et procéder à une intégration du couple produit pour connaître

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- k - 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 fluide.

Il doit être dit au passage que l' expression "débit de quan-

dC≈qR..dV u si le rayon ne varie pas,comme dans une machine axiale idéale, l'intégrale se réduit à l'intégrale de la variation de vites?- se. II en est autrement si le rayon varie le long du tube de courant.Il faut alors fixer la variation souhaitée dV fonc¬ tion de R.On verrait que le 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 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 -2I-_.+-§2-(v 2u -V lu ) indice 1 entrée roue - indice 2 sortie roue, au lieu de C ETJLER = q ( *- > . -_-*- * V _)

En supposant R-. et V. nuls,la différence apparaît du simple au double pour la pression, n conformité avec les résultats expérimentaux à débit nul.