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Groupe compresseur à commande par turbine* On connait déjà les groupes compresseursà commande par turbine dans lesquels de la vapeur ou un gaz, ou un nutro fluide élastique, ou bien encore de l'eau, constitue le fluide moteur pour les turbinesp et dans lesquels les compresseurs sont accouples mécanique- ment à ces turbines. Dans les groupes compresseurs du genre connu jusqu'à présent, l'arbre du compresseur comme l'arbre de la turbine est supporté Indépendamment, à ses deux extrémités.
Une telle disposition entraîne
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certains inconvénients, qui résident dans le fait que le nombre relativement important de paliers augmente le prix du groupe, qu'il y a lieu de prévoir un emplacement important en direction axiale et que le rendement du groupe est influencé de façon défavorable en raison des pertes par friction additionnelles dans les paliers.
La présente invention est relative aux groupes compresseurs du genre indiqué, dans lesquels, toutefois, et en vue de surmonter les inconvénients indiqués, la turbine motrice est montée en porte-à-faux, si bien que dans la forme de réalisation la plus simple de l'inven- tion, deux paliers seulement sont nécessaires. De ce fait, les frais d'établissement sont réduits, le groupe n'exige qu'un emplacement plus faible, en direction axiale, et le rendement de ce groupe est notablement amélioré.
La turbine, qui est montée en porte-à-faux à l'extrémité de l'arbre appartenant au compresseur,peut être une tur- bine axiale, mais sera cependant de préférence une tur- bine radiale.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention,, le compresseur se compose de deux ou plusieurs parties, ces parties étant ou bien actionnées simul- tanément-au moyen d'une turbine radiale à simple rotation unique, ou bien'étant actionnées chacune, indépendamment, par leur propre rotor du turbine radiale; dans ce der- nier cas,-les deux rotors de turbine peuvent être ainsi réunis .qu'ils forment ensemble une turbine du type à double rotation.
Les parties constitutives du compres- seur peuvent être.utilisées chacune, indépendamment afin
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de conduire le fluide compressé à différents points d'uti- lisation, ou bien ces parties peuvent aussi être connec- tées en série, dans le sens de l'écoulement du fluide compressé.
D'autres particularités caractérisant l'inven- tion seront indiquées plus en détails, à l'appui des dessins annexés dans lesquels :
La Fig. 1 est une coupe longitudinale verticale de la forme de réalisation la plus simple de l'invention, c'est-à-dire un compresseur dont l'arbre est supporté dans deux paliers, un rotor de turbine radiale étant mon- té à une extrémité de l'arbre, en porte-à-faux, le sys- tème d'aubes directrices de ce rotor de turbine étant fixe, et assujetti à un carter constituant une partie du carter du compresseur.
La Fig. est une coupe transversale verticale par le compresseur, suivant la ligne A - A de la Fig 1.
La Fig. 3 est une vue de profil, partielle- ment en coupe, d'un groupe compresseur dans lequel deux compresseurs sont fixés sur un seul et même arbre, ledit arbre étant actionné par une turbine radiale à simple rotation.
La Fig. 4 est une coupe longitudinale verti- cale par une forme de réalisation modifiée d'un groupe compresseur conforme à l'invention, dans lequel deux compresseurs sont entraînés indépendamment l'un de l'autre par leur propre rotor de turbine radiale, ces deux rotors étant rassemblés de telle sorte qu'ils constituent ensem- ble une turbine du type à double rotation.
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La Fig. 5 est une vue de profil de deux groupes compresseurs conformes à la Fig. 3, ou conformes à la Fig. 4, dans laquelle les compresseurs d'un groupe sont connectés en série aux compresseurs de l'autre groupe.
La Fig. 6 est une vue de profil d'un groupe compresseur se composant de trois compresseurs, dont deux sont reliés pour former un groupe, le troisième compres- seur étant entraîné au moyen d'une turbine radiale spé- ciale.
' La Fig. 7 est une vue de profil d'un groupe compresseur se composant de deux compresseurs, dans lequel chaque compresseur est 'entraîné au moyen d'une turbine radiale à simple rotation qui lui est propre.
La Fig. 8 est une vue de profil d'un groupe analogue à celui montré à la Fig. 7, mais dans lequel, toutefois, l'un des compresseurs est actionné indirecte- ment par une turbine, par l'intermédiaire d'un renvoi d'engrenages.
La Fig. 9 est une vue de profil d'un groupe compresseur se composant de trois compresseurs, dans le- quel l'un des compresseurs est 'actionne au moyen d'une turbine spéciale, les deux autres compresseurs étant actionnés simultanément par une seule et même turbine,, l'un de ces derniers compresseurs étant toutefois accou- plé mécaniquement à la turbine au moyen d'un renvoi d'en- grenages.
Dans toutes ces figures, les mêmes chiffres repère ont été utilisés pour désigner les parties cor- respondantes.
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Conformément à la Fig. l, 1 montre un compres- seur de type usuel, dont l'arbre 3 est monté dans deux paliers 4 et 5, disposés sur le carter de compresseur 6, lequel est pourvu d'un orifice d'admission 7, et d'un orifice d'échappement 8 pour le fluide à compresser.
A une extrémité de l'arbre 3, on fixe un rotor de turbine 9, portant les oouronnes d'aubes 10, et les couronnes d'aubes directrices 11 sont fixées à un pla- teau de turbine 12, raccordé au carter de turbine 13.
Ce carter 13 est relié au carter de compresseur 6 de toute'manière convenable. Les couronnes d'aubes tournantes 10 et les couronnes d'aubes directrices 11, sont ainsi disposées l'une par rapport à l'autre qu'elles constituent ensemble une turbine radiale à simple rotation, le fluide moteur étant introduit dans L'orifice d'admission 14, et étant éloigné,, depuis la périphérie du carter de turbine 13, au moyen d'un orifice d'échappement non représenté sur le dessin.
Le compresseur 1 se compose des systèmes d'aubes 15, 16, 17, 18, 19 et 20 fixés à l'arbre 3. Radialement à l'extérieur du côté aspiration des systèmes d'aubes, on dispose des systèmes d'aubes directrices 15a, 16a, 17a 18a,19a, 20a et radialement à l'extérieur, du côté com- pression des systèmes d'aubes tournantes on dispose des organes faisant office de diffuseur et désignés en 21, 22,23 4, 25 26. En outre, dans l'intervalle existant entre ces diffuseurs et le système d'aubes de compresseur suivant on prévoit des éléments de refroidissement 27, 28, 29, 30,31, qui n'ont été représentés sur le dessin que par leur profil extérieur seulement.
Ces éléments de
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refroidissement peuvent, par exemple, se composer de tubes rectilignes plats juxtaposés, pourvus de brides ou autres organes analogues 32, lesdits tubes étant balayés par le fluide compressé. Des groupes de tels dispositifs de refroidissement sont disposés tout autour de la périphérie du compresseur, et peuvent former les cotés d'une figure géométrique. Dans le cas présent, on a disposé quatre groupes de dispositifs de refroidisse- ment 28, 32, 33, 34, dans le carter 6, de telle manière qu'ils forment un carré. Les dispositifs de refroidisse- ment sont placés de façon démontable dans les orifices 35, 36, 37, 38, si bien qu'ils peuvent être aisément retirés, en vue de leur nettoyage et de leur vériication.
Le fonctionnement du compresseur peut être indiqué de la manière suivante. Le fluide à compresser pénètre par l'orifice d'admission 7, et est aspiré au travers du système d'aubes directrices 15a, par l'action du premier système d'aubes 15. Le fluide est chassé radialement vers l'extérieur, par le premier jeu d'aubes, à une vi- tesse telle que l'on donne naissance, par le diffuseur 21, à une certaine pression statique dans la chambre 39.
Depuis cette chambre, le fluide s'écoule par le dispo- sitif de refroidissement 27, et le second système d'aubes directrices 16a, jusqu'au second système d'aubes tour- nantes 16, par l'action duquel le fluide est rejeté en direction radiale à une certaine vitesse, si bien que par l'intermédiaire du diffuseur 22 suivant, on obtient dans la chambre 40 qui suit une .pression statique plus élevée. De la même manière, le fluide est soumis à des compressions additionnelles au cours de son écoulement
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au travers des systèmes d'aubes suivants, désignés en
17 - 20, en se déplaçant dans la direction indiquée par les flèches, et le fluide définitivement compressé est conduit au point d'utilisation,, en s'échappant par l'ori- fice 8.
Conformément à la Fig. 3, deux compresseurs 1 et 2 sont montés sur le même arbre 3 et, dans la portion médiane de cet arbre/ est fixé un rotor de turbine radiale .9, 10, 11, 12 du genre indiqué à la Fig. 1, lequel en- traîne ainsi simultanément les deux compresseurs let 2.
Le fluide à compresser est introduit dans le compresseur
1 par l'orifice d'admission 7, et est expulsé, à l'état compressé, par l'orifice d'échappement 8. Le fluide devant être compressé dans le compresseur pénètre dans un orifice d'admission 7a, et s'en échappe en passant par l'orifice de sortie 8a. Si on le désire, l'échappement 8 peut être directement relié à l'admission 7a, si bien que le même fluide est compressé successivement en deux étapes, par l'action des compresseurs 1 et 2.
La Fig. 4 montre une disposition analogue à celle donnée à la Fig. 3, mais dans laquelle, toutefois, la turbine est du type à double rotation. Les compresseurs 1 et sont du même genre que ceux décrits en liaison avec les Fig. 1 et 2. et pour cette raison il sera super- flu de donner ici la description des compresseurs, et l'indication de leur mode de travail. Cependant,, les parties correspondantes ont été désignées par les mêmes chiffres repère. Comme on le voit, le compresseur 1 possède six systèmes d'aubes tournantes, alors que le compresseur 2 possède huit systèmes de ce genre, et dans ce cas, les deux compresseurs sont connectés en série, en direction
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de l'ecoulement du fluide à compresser, à l'aide d'une , deux ou plusieurs conduites 41.
La partie 1 du compres- seur forme ainsi une partie basse pression, et la partie 2 du compresseur une partie haute pression, laquelle est calculée pour une pression plus élevée, mais un volume de fluide plus faible que dans la partie 1. Dans ce cas, les deux compresseurs ne sont pas montés sur le même arbre; le compresseur 1 possède son arbre propre, dési- gné en 3, et le compresseur possède également son arbre particulier,-indiqué en 3a. L'arbre 3est monté, à l'une de ses extrémités, sur un palier radial 42, en même temps que sur un palier axial 43, par exemple un palier Michel, afin de pouvoir résister aux pressions axiales.
Par son autre extrémité, l'arbre 3 est monté, en 44, dans un palier glissant, et forme d'autre part, en cet endroit, un arbre de turbine 45, ou bien, comme on l'a indiqué en 46, est assemblé avec un tel arbre de turbine qui, de la façon connue dans les turbines Ljungs- tröm, porte um rotor de turbine 47, lequel, avec le sys- tème d'aubes qui lui appartient, forme un élément de turbine à double rotation.
Cette turbine à double rotation, dans laquelle la vapeur pénètre au centre,, en 54, et s'en échappe en 55, est établie comme turbine à contre-pression, où la vapeur, après avoir abandonné son énergie dans cette turbine à double rotation, peut être utilisée à d'autres buts, par exemple, comme on le décrira plus complètement à l'appui de la Fig. 5, à 1actionnement.d'une turbine à basse pression.
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Attendu que les deux rotors de turbine 47, 48 de la turbine à double rotation tendent à fournir une puissance egale, la partie compresseur, en conséquence, devrait être construite pour répondre aux vitesses vou- lues des rotors de turbine. L'une des parties du compres- seur, par exemple la partie haute pression 2, doit avoir, convenablement; une vitesse de rotation plus élevée que l'autre partie du compresseur, mais cette différence de vitesse, toutefois, n'influence pas le service de l'appa- reil, ou la puissance de la turbine à double rotation, car celle-ci n'est seulement calculée que pour une vitesse relative déterminée entre les deux rotors de turbine.
La différence de vitesse est réglée automatiquement d'après la vitesse la plus favorable, dans le groupe, ce qui est le cas lorsque les deux parties du compresseur sont char- gées de manière égale. Un autre avantage de ce réglage automatique réside dans le fait que la puissance et la vitesse de rotation se règlemtoujours de'telle manière que la pression de compression et la quantité à compresser ent dans une partie du compresseur répond/toujours aux con- ditions régnant dans l'autre partie du compresseur.
Conformément à la Fig. 5, on raccorde deux groupes du genre indiqué aux Fig. 3 ou 4, de telle façon que le fluide qui a d'abord été compressé dans les compres- seurs 1 et + est conduit par une canalisation 56 à une partie de compresseur la, dans laquelle sa compression est encore accrue.
Par une canalisation 41a, le fluide compressé est amené à une autre partie de compresseur 2a, d'où il s'échappe par une conduite 8b, Les parties de compresseur 1 et 4 sont, de la même façon qu'on l'a repré- senté aux Fig. 3 ou 4, actionnées par une turbine à double
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rotation 57, recevant convenablement la vapeur de la turbine à double rotation 58, cette dernière, dans ce cas, étant avantageusement calculée et réalisée comme turbine à contre-pression, alors que la turbine 57 sera avantageusement construite comme turbine à basse pression et à condensation. Naturellement,, les turbines 58 et 57 peuvent au contraire être indépendantes l'une de l'autre, et travailler soit comme turbines à contre-pression, soit comme turbines avec condenseur,, et avec des admissions de vapeur séparées.
Dans cette forme de réalisation toute- quatre fois, les/parties de compresseur connectées en série sont accouplées mécaniquement à quatre rotors de turbine, lesquels peuvent être actionnés soit en série, dans le sens de l'écoulement de la vapeur, soit encore d'une autre manière. Les rapports de vitesse entre les parties 1 et , et la et 2a, sont réglés de la manière plus haut indiquée.
Le groupehautee pression la, 58, 2a, doit posséder une vitesse relative plus élevée, et convenablement aussi une puissance plus élevée que le groupe basse pression 1, 57, Les parties de compresseur 1, , et la,. 2a, peuvent toutes,ou un certain nombre d'entre elles, posséder des vitesses différentes, une partie de compresseur à haute pression possédant une,vitesse plus élevée qu'une partie basse pression. Si les turbines sont connectées en série, on peut arriver à un réglage automatique des rapports de vitesse convenables, déterminés à l'avance, pour dif- férentes puissances.
Dans la forme de -réalisation représentée à la Fig. '6, un groupe réalisé conformément à la Fig. 4 cons- titue une partie de l'ensemble du groupe compresseur, et
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le fluide est amené, de la manière habituelle, par une canalisation d'admission 7. Dans cette forme de réalisa- tion, l'air ou tout autre fluide à compresser est conduit par une canalisation 101 jusqu'au groupe compresseur depuis un point éloigné de celui-ci.
En 59 on a indiqué un filtre par lequel le fluide à compresser subit une épuration, afin d'éviter que le compresseur ou le dispo- sitif de refroidissement décrit plus haut, et travaillant avec le compresseur s'obstrue par des impuretés, rédui- sant de la sorte le rendement des compresseurs. Apres que le fluide a été compressé dans les parties de compres- seur 1 et 2, actionnées chacune par un rotor appartenant à la turbine 57, il est conduit, par une canalisation 60, à un compresseur à haute pression 61, qui sera convena- blement réalisé de la même manière que la partie de compresseur représentée à la Fig. 4. Ce compresseur est accouplé directement à une turbine 63, par un arbre 62.
Le fluide comprimé est éloigné par une canalisation 64, et peut être conduit à un collecteur 65, de la façon connue dans les installations de compresseur antérieures.
La Fig. 6 permet en outre de voir comment la turbine 63 est réalisée comme turbine d'interposition, en avant de la turbine à double rotation 57. La vapeur à haute pres- sion est, par conséquent, conduite à la turbine haute pression 63 par une canalisation 66, alors que l'échap- pement de la turbine haute pression 63 est en communica- tion, par une canalisation 67, avec l'admission de la turbine à double rotation 57. De cette manière, et comme on l'a spécialement indiqué à l'appui de la Fig. 5, on doit adopter un rapport de vitesses convenable entre les
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parties de compresseur, si bien que l'on obtient un réglage automatique de ces parties et des turbines.
Dans la Fig. 7, on a indiqué en 1 et 2 des parties de compresseur connectées en série, lesquelles sont actionnées au moyen de rotors de turbine 68 et 69 séparés. La partie de compresseur 1 est une partie à basse pression, et est en communication, au moyen d'une canalisation de raccordement 7, avec l'admission de fluide à compresser. Par une canalisation 41, le fluide déjà compressé dans une certaine mesure est conduit à la partie de compresseur 2, et le fluide ayant subi sa compression finale dans cette partie s'échappe par la canalisation 8a. Dans cette forme de réalisation, les turbines 68 et 69 sont connectées en série, dans le sens de l'écoulement de la vapeur, en sorte que la vapeur à haute pression est amenée par une canalisation 70 à la turbine 69, pour ensuite être conduite à la turbine basse pression 68, par une canalisation 71.
L'échappement de vapeur 72 de la.turbine 68 peut être relié ou bien à un condenseur, ou bien à un autre groupe turbine. La repré- sentation de cette forme de réalisation fait ressortir que la vapeur et le fluide à compresser s'écoulent en direction opposée, si bien que la turbine travaillant à haute pression actionne la partie de.compresseur desti- née à la forte compression. On réalise de la sorte un équilibrage de pression convenable entre la vapeur et le fluide compressé. Dans ce cas également,.et comme on l'a mentionne plus haut, les parties de compresseur peu- vent tourner à des vitesses différentes l'une de l'autre, ces vitesses étant adaptées aux différentes
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pressions auxquelles travaillent les parties de compresseur.
On obtient également un réglage automatique du groupe/ à la vitesse de rotation déterminée à l'avance, lorsque les deux turbines sont connectées en série. L'ensemble du groupe peut être ainsi réglé automatiquement pour'la pres- sion de compression convenable, et la quantité de fluide à compresser.
Dans la Fig. 8, et comme précédemment, la partie basse pression du compresseur est désignée en 1, et la partie haute pression du compresseur est montrée en 2.
L'admission et l'échappement du fluide à compresser sont montrés en 7 et 8a, On a également utilisé la canalisation 41 reliant lés deux parties de compresseur 1 et , connec- tées en série. La partie de compresseur est, de la ma- nière ci-dessus décrite, accouplée directement à une tur- bine 73 alors que la partie de compresseur 1 est accouplée mécaniquement à une turbine 74 par l'intermédiaire d'un renvoi d'engrenages 75. Cette disposition a été adoptée pour donner à la turbine haute pression 74 une vitesse de rotation plus élevée que si elle avait été directement accouplée au compresseur à haute pression. Cette turbine haute pression, dont l'admission de vapeur est désignée en 76, est en communication avec la turbine à basse pres- sion 73 par une canalisation 77.
L'échappement 78 de la turbine 73 est relié soit à un condenseur, soit à un autre groupe, par exemple à une turbine destinée à d'autres usages, ou à une turbine destinée à l'actionnement de compresseurs travaillant en série avec les parties de compresseur ci-dessus indiquées. Dans ce cas également, les rapports de vitesse sont réglés de la manière indiquée plus haut, grâce à quoi on peut réaliser un équilibrage convenable de pression entre la vapeur et le fluide à compresser,
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Conformément à la Fig. 9, la partie de compres- seur à basse pression 1 est accouplée directement à une turbine 79, alors que la partie de compresseur 2, travail- lant à haute pression, est accouplée à une turbine 80 par l'intermédiaire d'un renvoi à engrenages 81.
Cette turbine 80 a une vitesse de rotation plus élevée que la partie 2 du compresseur, laquelle, à son tour, possède une vitesse de rotation plus élevée que la partie 1 dû compresseur. La turbine 80 est accouplée directement à une partie de compresseur 82 à haute pression, laquelle tourne ainsi à une vitesse plus élevée que la partie de compresseur 2, et par conséquent que la partie de compres- seur 1 également. Le fluide à compresser pénètre par la canalisation 7 dans la partie de compresseur 1, et est conduit à la partie de compresseur 2 par une canalisation 41. Depuis la partie de compresseur 2 le fluide, déjà compressé jusqu'à un certain degré, est conduit par une canalisation 83' à la partie haute pression 82 du compres- seur, d'où il est conduit, par la canalisation 84, à son point d'utilisation.
Le fluide moteur, par exemple la vapeur destinée à la turbine haute pression 80, pénètre dans celle-ci par la tuyauterie 85, et est conduit, âpres qu'il a abandonné une certaine quantité d'énergie dans la turbine haute pression 80, à la turbine basse pression 79, au moyen d'une canalisation 86. Par une canalisation 87, reliée à l'échappement de la turbine 79, la vapeur est conduite à un condenseur, ou à un autre groupe, par exemple à une turbine entraînant des appareils indépendants de ce compresseur.
Toutefois, la vapeur abandonnant la tur- bine 79 peut être utilisée à l'actionnement d'un compresseur
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travaillant en série avec les parties de compresseur 1, 2 et 82, Dans ce cas également, le rapport de vitesse entre' les parties de compresseur 1 et 2 peut être réglé automatiquement, de sorte que l'on peut réaliser une marche économique. Cette puissance avantageuse est une conséquence du fait qu'au moins deux parties de compres- seur sont chacune accouplées à un rotor de turbine, grâce à quoi on obtient la vitesse de rotation convenable au groupe.
Au moyen d'un renvoi à engrenages, on peut natu- rellement entraîner les différentes parties de compres- seur, au moyen d'une seule et même turbine, à des vitesses différentes, et les vitesses des diverses parties de compresseur peuvent être calculées à l'avance, l'une par rapport à l'autre. Cependant, ces rapports de vitesse varient de manière importante, lorsque la puissance varie, de sorte que l'on ne peut obtenir seulement qu'un résul- tat à peu près satisfaisant, pour un effet déterminé.
Avec les constructions conformes à l'invention, on réalise toujours les conditions de vitesse les plus favorables entre les différentes parties de compresseur, ces rapports étant également convenables pour les diffé- rentes turbines, lorsque celles-ci sont connectées en série. Une turbine à haute pression exige en effet une plus grande vitesse de rotation,comme c'est aussi le cas dans un compresseur à haute pression. Nême lorsque les turbines ne sont pas connectées en série, les parties de compresseur connectées en série peuvent être entraînées dans un rapport de vitesse réciproque qui, selon les circonstances, pourra varier en vue de fournir le rende- ment le plus favorable de l'ensemble du groupe.
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Les formes de réalisation de l'invention, représentées dans les différentes figures, et ci-dessus décrites, ne sont à considérer que comme des exemples de réalisation appropriés, ne limitant pas l'étendue de l'invention, et l'on peut imaginer encore d'autres for- mes de réalisation de ladite invention.
Ainsi, 1'invention: n'est dépendante ni de la forme des différentes parties des compresseurs, ni de la construction des différentes turbines, ni des accou- plements mécaniques entre les groupes.
Les turbines peuvent ainsi entraîner les compresseurs, soit indirectement, par l'intermédiaire d'un renvoi d'engrenages, soit directement, et ceci par le fait que les compresseurs et les rotors de turbine seront montés sur le même arbre, ou sur des arbres situés en prolongement l'un de l'autre, et accouplés l'un à l'autre.
Le problème posé et résolu par l'invention;, a été exposé, dans les exemples de réalisation ci-dessus décrits, à l'appui de turbines à vapeur ou à gaz, mais il peut toutefois être également résolu, de manière ana- logue, au moyen de turbines hydrauliques.