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EP3011185B1 - Roue centrifuge - Google Patents

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Publication number
EP3011185B1
EP3011185B1 EP14737288.2A EP14737288A EP3011185B1 EP 3011185 B1 EP3011185 B1 EP 3011185B1 EP 14737288 A EP14737288 A EP 14737288A EP 3011185 B1 EP3011185 B1 EP 3011185B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flange
centrifugal
centrifugal rotor
longitudinal axis
channels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP14737288.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3011185A1 (fr
Inventor
Stéphane Sgambati
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cryostar SAS
Original Assignee
Cryostar SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cryostar SAS filed Critical Cryostar SAS
Publication of EP3011185A1 publication Critical patent/EP3011185A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3011185B1 publication Critical patent/EP3011185B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/24—Vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2261—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2205—Conventional flow pattern
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2261—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures
    • F04D29/2272—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures for influencing flow or boundary layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/284—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/30—Vanes

Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal wheel.
  • the technical field of the present invention is that of the compression of fluids, liquids or gases.
  • the invention therefore relates to both pumps and compressors which respectively bring a liquid or a gas, from a given pressure to a higher pressure.
  • a centrifugal wheel is a wheel having an axis of rotation. It is intended to compress a fluid which flows in a direction parallel to its axis of rotation, the compressed fluid leaving the wheel in a radial direction towards the outside.
  • one solution consists in orienting the fluid at the wheel outlet in order to modify the direction of flow.
  • the element used for this purpose is a fixed part called an axial diffuser and which comprises at least one duct for directing the compressed fluid.
  • the downstream end of the conduit that is to say the end opposite the centrifugal wheel, is oriented axially according to the orientation that one wishes to give to the orientation of the compressed fluid.
  • the aim of the axial diffuser is then to cause the fluid exiting the centrifugal wheel to take a bend of approximately 90 ° in order to orient it axially.
  • the document FR-2 874 241 discloses a high efficiency centrifugal impeller using truncated blades with a radial diffuser.
  • the wake of the blade closes in the diffuser and in cooperation with the other wakes of the adjacent blades creates a layered flow that relaxes gradually in the diffuser.
  • This document therefore contains a wheel incorporating a diffuser.
  • the very thick blades are located in the lower part of the wheel.
  • the document US-1,447,916 illustrates another embodiment of a wheel incorporating a diffuser.
  • the latter may be in one piece with the part of the wheel comprising blades or else be a separate part secured to the part of the wheel comprising blades. It should be noted in all the figures that the illustrated blades extend only over a part of the device (corresponding to the centrifugal wheel) and not as far as the peripheral outlet of the device and that the part corresponding to the centrifugal wheel has a perfectly radial outlet upstream of the diffuser.
  • a technical problem encountered with such a structure is that it is a source of pressure drops for the compressed fluid. It is in fact known that a fluid, when it flows, undergoes pressure drops which depend on the duct in which it is located and in particular on the changes of direction that it undergoes.
  • An aim of the present invention is thus, for a given compression stage, comprising a centrifugal wheel and an axial diffuser, to increase the performance of this stage, that is to say, for example, for a given power, to obtain a rate higher compression or, for a given compression, be able to limit the mechanical power necessary to exert on the wheel to make it turn.
  • the first flange near the peripheral outlet, has a concave zone oriented towards the channels while the second flange has for its part a convex zone oriented towards the channels.
  • the passage from a radial flow within the centrifugal wheel to an axial flow in the diffuser downstream of the wheel is achieved less abruptly, making it possible to limit the pressure losses when the fluid changes orientation.
  • the first flange and the second flange advantageously have a shape of revolution around the longitudinal axis.
  • the blades For better guiding of the fluid in a centrifugal wheel according to the invention, provision is advantageously made for the blades to extend to the outer peripheral edge of the first flange and / or of the second flange.
  • the first flange advantageously has an outer peripheral edge adjacent to the channels of diameter greater than that of an outer peripheral edge adjacent to the channels of the second flange.
  • the speed is thus higher. This is preferable because the path to be taken outside of a turn is larger than that inside a turn. In this way, a more homogeneous speed distribution is promoted when the fluid then moves in an essentially longitudinal direction.
  • the present invention furthermore also relates to a centrifugal compressor and / or a centrifugal pump which comprises a centrifugal impeller as described above.
  • centrifugal wheel 2 mounted inside a body 4, for example a compressor body, and on a shaft 6 which has a longitudinal axis 8.
  • a body 4 for example a compressor body
  • a shaft 6 which has a longitudinal axis 8.
  • the following description will be given with reference to a compressor working with air (or more generally gaseous fluids) but the present invention can also be applied to pumps intended for liquids.
  • the centrifugal wheel 2 is made in one piece and comprises a hub 10, a first flange or upstream flange 12, a second flange or downstream flange 14 and vanes 16.
  • the hub 10 enables a connection to be made between the shaft 6 and the centrifugal wheel 2. It has an overall tubular circular cylindrical shape and is provided with means allowing it to be made integral with the shaft 6. It is thus conventionally possible, for example, to provide a longitudinal groove in the hub 10 and in the shaft 6 to receive a longitudinal key or else splines or any other type of connection.
  • the downstream flange 14 is connected directly to the hub 10 and extends radially with respect to the longitudinal axis 8.
  • the upstream / downstream orientation is defined with respect to the direction of air circulation in the centrifugal wheel 2.
  • the air is sucked on the right of the wheel then moves longitudinally to the left before being entrained in a radial direction to be finally oriented, after leaving the centrifugal wheel 2 in one direction longitudinal again to the left of the figure.
  • the upstream elements are arranged to the right of the downstream elements in the figures.
  • the upstream flange 12 faces the downstream flange 14 and is connected to the latter by the vanes 16 thus defining channels for the air between the two flanges.
  • the air is thus conducted between the internal faces of the flanges and the vanes in a centrifugal radial manner.
  • the upstream flange 12 does not extend to the hub 10 but remains at a distance from the latter. It has a front sealing bearing 18 facing the hub 10. Towards the inside of the centrifugal wheel 2, the front sealing bearing 18 defines with the hub 10 an inlet chamber 20 with an annular opening 22 upstream of the inlet chamber 20. Towards the outside, the bearing front seal 18 is machined to allow sealing of the rotating centrifugal wheel 2 in the body 4. For example, a seal is used, such as for example a labyrinth ring 24, as an interface between the centrifugal wheel 2 and the body 4. As can be seen in the figures, the centrifugal wheel 2 also comprises on the downstream side another sealing bearing 18, or rear sealing bearing, which extends from the downstream flange 14 and receives another labyrinth ring 24.
  • the channels leading the air between the upstream flange 12 and the downstream flange 14 each have an outlet 26 ( figure 1 ) oriented radially at the level of the largest diameter of the flanges.
  • the air then enters a diffuser 28 in which it is guided so as to have an air flow that is no longer radial but longitudinal.
  • Channels 30 in the diffuser 28 further make it possible to transform the helical movement of the air flow into a substantially straight movement.
  • the figures 2 and 4 illustrate a first embodiment of a centrifugal wheel according to the present invention.
  • the overall structure is substantially the same on the figure 1 and on figures 2 to 4 . Therefore, we use on figures 2 to 4 the references of the figure 1 to designate similar items.
  • a centrifugal wheel 2 mounted in rotation in a body 4 around a shaft 6 of longitudinal axis 8, the sealing of the centrifugal wheel 2 relative to the body 4 being ensured in particular by sealing bearings 18 cooperating with labyrinth rings 24 (or other type of seal).
  • a hub 10 allows a connection between the wheel and the shaft 6, for example by means of a key not shown.
  • the centrifugal wheel 2 also comprises an upstream flange 12 and a downstream flange 14 interconnected by vanes 16.
  • the upstream flange 12 has a sealing bearing 18 which defines with the hub 10 an inlet chamber 20 for opening. 22 ring finger.
  • air or any other fluid
  • air is drawn in through the opening 22 (longitudinal suction) to be compressed in a helico-centrifugal movement and then to be at again oriented longitudinally within a diffuser 28 possibly provided with channels.
  • the present invention proposes to provide at the outlet of the centrifugal wheel an air flow (or other fluid) having an improved speed vector for enter the longitudinal diffuser.
  • an air flow or other fluid
  • the inner face of the upstream flange 12 and the face of the downstream flange 14 are substantially flat (and slightly converging)
  • the inner face of the upstream flange 12 has a concave area 32 near the outlet 26 and the inner face of the flange downstream 14 has, near the outlet 26, facing the concave zone 32, a convex zone 34.
  • this surface will be substantially conical (axis cone the longitudinal axis 8) and forms with a radial plane illustrated by a dashed line an angle ⁇ .
  • this angle is about 15 ° and it is about 30 ° in the embodiment of the figure 3 .
  • this angle will be between 10 ° and 45 °. In the centrifugal wheels of the prior art, as illustrated by figure 1 , this angle is substantially zero.
  • the figure 4 clearly illustrates that the vanes 16 extend into the convex zone 34 of the downstream flange 14. Of course, they extend in a similar manner as far as the concave zone 32 of the upstream flange 12.
  • the blades 16 extend to the peripheral edge of the upstream flange 12 and the downstream flange 14, that is to say up to the outlets 26 of the wheel.
  • the shape of the centrifugal wheel according to the present invention thus allows a more gradual passage from a radial air flow to a longitudinal flow.
  • the distribution of the fluid speeds through a passage section of the diffuser is more homogeneous and more regular.
  • the pressure losses are thus limited and a gain in terms of efficiency is thus obtained both when the fluid passes from an essentially radial flow to an axial flow and during its flow in the axial diffuser.
  • the channels in the centrifugal wheel 2 have a passage in which the flow is substantially radial.
  • the inner faces of the upstream flange and of the downstream flange each have an inversion of curvature.
  • the inner face of the upstream flange 12 has a convex zone near the inlet chamber 20 then moving away from the hub 10 after an inflection zone, said inner face has a concave zone as described above.
  • the inner face of the downstream flange 14 has a concave area near the inlet chamber 20 then moving away from the hub 10 after an inflection area, said inner face has a convex area as described above.
  • the trajectory of the fluid in the channels defined by the flanges and the vanes within the centrifugal wheel 2 thus exhibits an inflection.
  • the vanes 16 extend into the curved area (that is to say up to the concave area of the inner face of the upstream flange and up to the convex area of the inner face of the downstream flange) and guide the fluid preferably to the outlet 26.
  • the vanes 16 are therefore also curved. They preferably extend from the inlet chamber 20 to the line H and to the line S, or for example to the proximity of these lines (less than 10 mm from these lines).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • La présente invention concerne une roue centrifuge.
  • Le domaine technique de la présente invention est celui de la compression de fluides, liquides ou gazeux. L'invention concerne alors aussi bien des pompes que des compresseurs qui permettent d'amener respectivement un liquide ou un gaz, d'une pression donnée à une pression plus élevée.
  • Il existe de nombreuses techniques pour augmenter la pression d'un fluide. Une technique courante consiste à centrifuger le fluide sur lequel une contrainte est alors exercée provoquant une augmentation de sa pression. Pour la mise en œuvre de cette technique, il existe de nombreuses structures différentes de pompes et compresseurs en fonction de nombreux paramètres liés notamment au fluide, à l'environnement (encombrement, etc.) et aux performances souhaitées (taux de compression, etc.). Par la suite, on s'intéressera à des pompes ou compresseurs comportant au moins une roue centrifuge associée à un diffuseur axial.
  • Une roue centrifuge est une roue présentant un axe de rotation. Elle est destinée à comprimer un fluide qui s'écoule selon une direction parallèle à son axe de rotation, le fluide comprimé sortant de la roue selon une direction radiale vers l'extérieur. Lorsque le fluide comprimé doit s'écouler axialement, une solution consiste à orienter le fluide en sortie de roue pour modifier le sens d'écoulement. L'élément utilisé à cet effet est une pièce fixe appelée diffuseur axial et qui comporte au moins un conduit pour orienter le fluide comprimé. L'extrémité aval du conduit, c'est-à-dire l'extrémité opposée à la roue centrifuge, est orientée axialement selon l'orientation que l'on souhaite donner à l'orientation du fluide comprimé. Le diffuseur axial a alors pour but de faire prendre un virage à environ 90° au fluide sortant de la roue centrifuge pour l'orienter axialement.
  • Le document FR-2 874 241 divulgue une roue centrifuge à haut rendement utilisant des pales tronquées avec un diffuseur radial. Le sillage de la pale se referme dans le diffuseur et en coopération avec les autres sillages des pales adjacentes confectionne un écoulement stratifié qui se détend progressivement dans le diffuseur. On retrouve donc dans ce document une roue intégrant un diffuseur. Les aubages, très épais, sont localisés dans la partie basse de la roue.
  • Le document US-1,447,916 illustre une autre forme de réalisation d'une roue intégrant un diffuseur. Ce dernier peut être d'une seule pièce avec la partie de la roue comportant des aubages ou bien être une pièce distincte solidarisée à la partie de la roue comportant des aubages. On remarque bien sur toutes les figures que les aubes illustrées ne s'étendent que sur une partie du dispositif (correspondant à la roue centrifuge) et non pas jusqu'à la sortie périphérique du dispositif et que la partie correspondant à la roue centrifuge présente une sortie parfaitement radiale en amont du diffuseur.
  • Les documents JP S59 111989 U et RU 2 197 644 C1 sont aussi très pertinents.
  • Un problème technique que l'on rencontre avec une telle structure est qu'elle est source de pertes de charge pour le fluide comprimé. Il est en effet connu qu'un fluide, lorsqu'il s'écoule, subit des pertes de charge qui dépendent du conduit dans lequel il se trouve et notamment des changements de direction qu'il subit.
  • Il n'est pas possible de supprimer les pertes de charges qui sont liées notamment à la nature même du fluide (notamment sa viscosité) mais la présente invention a pour but de fournir des moyens pour limiter autant que possible ces pertes de charge.
  • Un but de la présente invention est ainsi, pour un étage de compression donné, comportant une roue centrifuge et un diffuseur axial, d'augmenter les performances de cet étage, c'est-à-dire par exemple pour une puissance donnée obtenir un taux de compression supérieur ou bien pour une compression donnée pouvoir limiter la puissance mécanique nécessaire à exercer sur la roue pour la faire tourner.
  • À cet effet, la présente invention est définie dans la revendication 1 et propose une roue centrifuge comportant :
    • un moyeu présentant un axe longitudinal,
    • une entrée de fluide,
    • un premier flasque dit flasque amont et présentant une ouverture autour du moyeu,
    • un second flasque dit flasque aval séparé du premier flasque par des aubes formant ainsi des canaux délimités chacun par le premier flasque, le second flasque et deux aubes et s'étendant depuis l'entrée de fluide jusqu'à une sortie périphérique.
  • Selon la présente invention, à proximité de la sortie périphérique le premier flasque présente une zone concave orientée vers les canaux tandis que le second flasque présente quant à lui une zone convexe orientée vers les canaux.
  • Grâce à la forme donnée ainsi aux canaux en sortie, le passage d'un flux radial au sein de la roue centrifuge à un flux axial dans le diffuseur en aval de la roue est réalisé moins brusquement permettant de limiter les pertes de charge lorsque le fluide change d'orientation.
  • Pour avoir une roue plus simple à réaliser, le premier flasque et le second flasque présentent avantageusement une forme de révolution autour de l'axe longitudinal.
  • On prévoit que la surface tangente à la zone concave du premier flasque en sortie de canal forme un angle compris entre 1° et 45°, de préférence entre 10° et 30°, avec un plan radial perpendiculaire à l'axe longitudinal. De même, on peut prévoir que la surface tangente à la zone convexe du second flasque en sortie de canal forme un angle compris entre 1° et 45°, de préférence entre 10° et 30°, avec un plan radial perpendiculaire à l'axe longitudinal.
  • Pour un meilleur guidage du fluide dans une roue centrifuge selon l'invention, il est avantageusement prévu que les aubes s'étendent jusqu'au bord périphérique extérieur du premier flasque et/ou du second flasque.
  • Pour créer localement une accélération du fluide sortant de la roue centrifuge, le premier flasque présente avantageusement un bord périphérique extérieur adjacent aux canaux de diamètre supérieur à celui d'un bord périphérique extérieur adjacent aux canaux du second flasque. Au niveau du bord de grand diamètre, qui correspond à l'extérieur de la forme incurvée donnée à la roue centrifuge en sortie de celle-ci, la vitesse est ainsi plus élevée. Ceci est préférable car la trajectoire à parcourir à l'extérieur d'un virage est plus grande que celle à l'intérieur d'un virage. De la sorte, on favorise une répartition de vitesse plus homogène lorsque le fluide se déplace ensuite selon une direction essentiellement longitudinale.
  • La présente invention concerne en outre également un compresseur centrifuge et/ou une pompe centrifuge qui comporte une roue centrifuge telle que décrite ci-dessus.
  • Des détails et avantages de la présente invention apparaitront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel :
    • La figure 1 illustre une roue centrifuge de l'art antérieur par une vue en coupe d'une demie roue montée dans un compresseur,
    • La figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 pour une roue centrifuge selon une première forme de réalisation selon la présente invention,
    • La figure 3 est une vue similaire aux précédentes pour une seconde forme de réalisation de la présente invention, et
    • La figure 4 est une vue en perspective et en coupe selon la ligne de coupe IV-IV de la figure 2.
  • L'homme du métier reconnaît sur la figure 1 une roue centrifuge 2 montée à l'intérieur d'un corps 4, par exemple un corps de compresseur, et sur un arbre 6 qui présente un axe longitudinal 8. La description qui suit sera faite en référence à un compresseur travaillant avec de l'air (ou plus généralement des fluides gazeux) mais la présente invention peut également s'appliquer à des pompes destinées à des liquides.
  • Lorsque la roue centrifuge 2 est entrainée en rotation par l'arbre 6, de l'air (ou tout autre fluide gazeux) est aspiré à l'intérieur de la roue centrifuge 2 selon une direction longitudinale par rapport à l'axe longitudinal 8, est entrainé dans un mouvement hélico-centrifuge dans la roue centrifuge 2 en rotation et ressort radialement par rapport à l'axe longitudinal 8.
  • La roue centrifuge 2 est réalisée d'une seule pièce et comporte un moyeu 10, un premier flasque ou flasque amont 12, un second flasque ou flasque aval 14 et des aubes 16.
  • Le moyeu 10 permet de réaliser une liaison entre l'arbre 6 et la roue centrifuge 2. Il présente une forme globale tubulaire cylindrique circulaire et est muni de moyens permettant de le solidariser avec l'arbre 6. On peut ainsi classiquement prévoir par exemple une rainure longitudinale dans le moyeu 10 et dans l'arbre 6 pour recevoir une clavette longitudinale ou bien des cannelures ou tout autre type de liaison.
  • Le flasque aval 14 est raccordé directement au moyeu 10 et s'étend radialement par rapport à l'axe longitudinal 8. L'orientation amont/aval est définie par rapport au sens de circulation de l'air dans la roue centrifuge 2. En effet, sur la figure 1 (ainsi que sur les autres figures) l'air est aspiré à droite de la roue puis se déplace longitudinalement vers la gauche avant d'être entrainé dans une direction radiale pour être enfin orienté, après être sorti de la roue centrifuge 2 dans une direction longitudinale à nouveau vers la gauche de la figure. Ainsi les éléments amont sont disposés à droite des éléments aval sur les figures.
  • Le flasque amont 12 fait face au flasque aval 14 et est relié à celui-ci par les aubes 16 définissant ainsi des canaux pour l'air entre les deux flasques. L'air est ainsi conduit entre les faces internes des flasques et les aubes de manière radiale centrifuge.
  • Le flasque amont 12 ne s'étend pas jusqu'au moyeu 10 mais reste à distance de celui-ci. Il présente face au moyeu 10 un palier d'étanchéité 18 avant. Vers l'intérieur de la roue centrifuge 2, le palier d'étanchéité 18 avant définit avec le moyeu 10 une chambre d'entrée 20 avec une ouverture 22 annulaire en amont de la chambre d'entrée 20. Vers l'extérieur, le palier d'étanchéité 18 avant est usiné pour permettre de réaliser une étanchéité de la roue centrifuge 2 en rotation dans le corps 4. On utilise par exemple un joint d'étanchéité, tel par exemple une bague labyrinthe 24, comme interface entre la roue centrifuge 2 et le corps 4. Comme on peut le voir sur les figures, la roue centrifuge 2 comporte également du côté aval un autre palier d'étanchéité 18, ou palier d'étanchéité arrière, qui s'étend à partir du flasque aval 14 et reçoit une autre bague labyrinthe 24.
  • Les canaux conduisant l'air entre le flasque amont 12 et le flasque aval 14 présentent chacun une sortie 26 (figure 1) orientée radialement au niveau du plus grand diamètre des flasques. L'air entre ensuite dans un diffuseur 28 dans lequel il est guidé de manière à avoir un flux d'air non plus radial mais longitudinal. Des canaux 30 dans le diffuseur 28 permettent en outre de transformer le mouvement hélicoïdal du flux d'air en un mouvement sensiblement droit.
  • Les figures 2 et 4 illustrent une première forme de réalisation d'une roue centrifuge selon la présente invention. Comme il ressort du dessin, la structure globale est sensiblement la même sur la figure 1 et sur les figures 2 à 4. De ce fait, on utilise sur les figures 2 à 4 les références de la figure 1 pour désigner des éléments similaires. On retrouve ainsi une roue centrifuge 2 montée en rotation dans un corps 4 autour d'un arbre 6 d'axe longitudinal 8, l'étanchéité de la roue centrifuge 2 par rapport au corps 4 étant assurée notamment par des paliers d'étanchéité 18 coopérant avec des bagues labyrinthes 24 (ou autre type de joint d'étanchéité). Un moyeu 10 permet une liaison entre la roue et l'arbre 6, par exemple par l'intermédiaire d'une clavette non représentée. La roue centrifuge 2 comporte par ailleurs un flasque amont 12 et un flasque aval 14 reliés entre eux par des aubes 16. Le flasque amont 12 présente un palier d'étanchéité 18 qui définit avec le moyeu 10 une chambre d'entrée 20 d'ouverture 22 annulaire. Ici aussi, lorsque la roue centrifuge 2 tourne autour de l'axe longitudinal 8, de l'air (ou tout autre fluide) est aspiré par l'ouverture 22 (aspiration longitudinale) pour être comprimé dans un mouvement hélico-centrifuge puis être à nouveau orienté longitudinalement au sein d'un diffuseur 28 muni éventuellement de canaux.
  • Les différences entre une roue de l'art antérieur et une roue centrifuge 2 selon la présente invention se situent essentiellement au niveau des sorties 26, c'est-à-dire au niveau de la zone de plus grand diamètre du flasque amont 12, du flasque aval 14 et des aubes 16.
  • Par rapport aux roues centrifuges connues de l'art antérieur d'un compresseur (ou d'une pompe), la présente invention propose de fournir en sortie de roue centrifuge un flux d'air (ou autre fluide) présentant un vecteur vitesse amélioré pour entrer dans le diffuseur longitudinal. À cet effet, il est prévu d'incurver légèrement les canaux d'air (définis par les flasques et les aubes) dans la roue centrifuge 2 à proximité des sorties 26. On réalise ainsi une courbure en sortie de la roue centrifuge qui permet d'augmenter la vitesse de l'air vers l'extérieur de la courbure.
  • Alors que dans la forme de réalisation de la figure 1 on remarque que la face intérieure du flasque amont 12 et la face du flasque aval 14 sont sensiblement planes (et légèrement convergentes), la face intérieure du flasque amont 12 présente à proximité de la sortie 26 une zone concave 32 et la face intérieure du flasque aval 14 présente à proximité de la sortie 26, en vis-à-vis de la zone concave 32, une zone convexe 34.
  • Si l'on considère alors une surface tangente 36 à la face intérieure du flasque aval 14 au niveau de la sortie 26, cette surface sera sensiblement conique (cône d'axe l'axe longitudinal 8) et forme avec un plan radial illustré par une ligne en trait mixte un angle α. Dans la forme de réalisation de la figure 2, cet angle vaut environ 15° et il vaut environ 30° dans la forme de réalisation de la figure 3. De préférence, cet angle sera compris entre 10° et 45°. Dans les roues centrifuges de l'art antérieur, comme illustré par la figure 1, cet angle est sensiblement nul.
  • Pour ne pas surcharger les figures, la surface tangente à la face intérieure du flasque amont 12 n'a pas été illustrée. On trouverait ici aussi une surface sensiblement conique, autour de l'axe longitudinal 8, qui forme avec le plan radial illustré un angle inférieur de préférence à 45°, par exemple compris entre 10 et 45°.
  • La figure 4 illustre bien que les aubes 16 s'étendent jusque dans la zone convexe 34 du flasque aval 14. Bien entendu, elles s'étendent de manière similaire jusque dans la zone concave 32 du flasque amont 12. De préférence, comme illustré sur cette figure 4, les aubes 16 s'étendent jusqu'au bord périphérique du flasque amont 12 et du flasque aval 14, c'est-à-dire jusqu'aux sorties 26 de la roue.
  • Sur la figure 3, on a référencé par H la ligne de plus grand diamètre de la face intérieure du flasque aval 14 et par S la ligne de plus grand diamètre de la face intérieure du flasque amont 12. S et H sont des cercles, dont le centre se trouve sur l'axe longitudinal 8, respectivement de rayon RS et RH. Comme il ressort de la figure 3 (c'est également visible sur la figure 2 mais légèrement moins prononcé), RS > RH. Ainsi, pour une même vitesse moyenne sur la surface de sortie de l'air hors de la roue centrifuge 2, la vitesse périphérique de l'air à proximité du point S est supérieure à celle de l'air à proximité du point H. Il en va de même pour la vitesse tangentielle absolue. L'air est ainsi accéléré du côté amont (extérieur du "virage" en sortie de roue) permettant alors d'avoir une vitesse plus homogène à l'entrée d'une section sensiblement longitudinale du diffuseur. De ce fait, les pertes de charges, ne serait-ce qu'au sein du diffuseur, sont réduites et permettent donc d'augmenter le rendement du dispositif.
  • La forme de la roue centrifuge selon la présente invention permet ainsi un passage plus progressif d'un flux d'air radial vers un flux longitudinal. La répartition des vitesses du fluide au travers d'une section de passage du diffuseur est plus homogène et plus régulière. Les pertes de charge sont ainsi limitées et un gain en termes de rendement est ainsi obtenu à la fois lorsque le fluide passe d'un flux essentiellement radial à un flux axial et lors de son écoulement dans le diffuseur axial.
  • On remarque que les canaux dans la roue centrifuge 2 présentent un passage dans lequel le flux est sensiblement radial. Les faces intérieures du flasque amont et du flasque aval présentent chacune une inversion de courbure. Ainsi la face intérieure du flasque amont 12 présente une zone convexe à proximité de la chambre d'entrée 20 puis en s'éloignant du moyeu 10 après une zone d'inflexion, ladite face intérieure présente une zone concave comme décrit précédemment. À l'inverse, la face intérieure du flasque aval 14 présente une zone concave à proximité de la chambre d'entrée 20 puis en s'éloignant du moyeu 10 après une zone d'inflexion, ladite face intérieure présente une zone convexe comme décrit précédemment. La trajectoire du fluide dans les canaux définis par les flasques et les aubes au sein de la roue centrifuge 2 présente ainsi une inflexion.
  • Pour mieux guider le fluide dans la roue incurvée, les aubes 16 s'étendent jusque dans la zone incurvée (c'est-à-dire jusqu'à la zone concave de la face intérieure du flasque amont et jusqu'à la zone convexe de la face intérieure du flasque aval) et guident le fluide de préférence jusqu'à la sortie 26. Les aubes 16 sont donc elles aussi incurvées. Elles s'étendent de préférence à partir de la chambre d'entrée 20 jusqu'à la ligne H et à la ligne S, ou par exemple jusqu'à proximité de ces lignes (à moins de 10 mm de ces lignes).
  • Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à les formes de réalisation préférées décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs mais elle concerne également les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après.

Claims (9)

  1. Roue centrifuge (2) comportant :
    - un moyeu (10) présentant un axe longitudinal (8),
    - une entrée (20) de fluide,
    - un premier flasque dit flasque amont (12) et présentant une ouverture (22) autour du moyeu (10),
    - un second flasque dit flasque aval (14) séparé du premier flasque par des aubes (16) formant ainsi des canaux délimités chacun par le premier flasque (12), le second flasque (14) et deux aubes (16) et s'étendant depuis l'entrée (20) de fluide jusqu'à une sortie (26) périphérique à proximité de laquelle le premier flasque (12) présente une zone concave (32) orientée vers les canaux tandis que le second flasque (14) présente quant à lui une zone convexe (34) orientée vers les canaux
    Caractérisée en ce que la surface tangente à la zone concave du premier flasque (12) en sortie de canal forme un angle compris entre 1° et 45° avec un plan radial perpendiculaire à l'axe longitudinal (8).
  2. Roue centrifuge selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier flasque (12) et le second flasque (14) présentent une forme de révolution autour de l'axe longitudinal.
  3. Roue centrifuge selon la revendication 2, caractérisée en ce que la surface tangente : (36) à la zone concave du premier flasque en sortie de canal forme un angle compris entre 10° et 30° avec un plan radial perpendiculaire à l'axe longitudinal.
  4. Roue centrifuge selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la surface tangente (36) à la zone convexe (34) du second flasque (14) en sortie de canal forme un angle compris entre 1° et 45° avec un plan radial perpendiculaire à l'axe longitudinal (8).
  5. Roue centrifuge selon la revendication 4, caractérisée en ce que la surface tangente (36) à la zone convexe (34) du second flasque (14) en sortie de canal forme un angle compris entre 10° et 30° avec un plan radial perpendiculaire à l'axe longitudinal (8).
  6. Roue centrifuge selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les aubes (16) s'étendent jusqu'au bord périphérique (H, S) extérieur du premier flasque (12) et/ou du second flasque (14).
  7. Roue centrifuge selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le premier flasque (12) présente un bord périphérique (S) extérieur adjacent aux canaux de diamètre (RS) supérieur à celui (RH) d'un bord périphérique (H) extérieur adjacent aux canaux du second flasque (14).
  8. Compresseur centrifuge, caractérisé en ce qu'il comporte une roue centrifuge (2) selon l'une des revendications 1 à 7.
  9. Pompe centrifuge, caractérisée en ce qu'elle comporte une roue centrifuge (2) selon l'une des revendications 1 à 7.
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