BE401391A

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BREVET D'INTENTION "Installation de turbines à gaz à action "
L'invention concerne une installation de turbines à gaz action, qui travaille 2 destempératures de commande de l'a- gent moteur de 00 C abs. et au delà. L'invention concerne de préférence des installations de turbines à gaz à action de ce genre qui travaillent à une pression initiale relativement basse, d'environ 4 à 10 atm. Pour autant qu'on ait connu jusqu'ici des propositions pour l'utilisation de turbines axiales à pleine in- jection pour la réalisation du principe des turbines 1- gaz à ac- tion , ces propositions concernant la forme constructive des tur- bines axiales s'appliquent essentiellement aux types connus de la construction des turbines à vapeur.

Cependant, les turbines à vapeur axiales, même si elles produisent les résultats les plus favorables pour la commande à la vapeur, ne sont pas utilisa- 'bles pour la réalisation du procédé à action pour des turbines à gaz.

L'invention a pour but de créer une installation de tur- bines à gaz à action dans laquelle les conditions particulières du fonctionnement consistent en ce que les températures d'entrée

de l'agent moteur sont de 8000 C, as. et en ce aue les pressions initiales de l'agent moteur sont relativement basses.

Sous le rap port de ces deux conditions, le procède action à mettre en oeuvre se distingue fondamentalement du principe de la turbine CI. vapeur en ce sens que dans cette dernière des températures initiales essentiellement basses et des pressions initiales essentiellement élevées de l'agent moteur, la vapeur, sont usitées. La solution du problème d'une turbine axiale ap- propriée à la réalisation du procédé à action est possible, suivant l'invention, si la turbine axiale pour desturbines à pleine injection est construite de/-telle façon que les diamètreo moyens des aubes croissent constamment en direction de la sor- tie et que la longueur des aubes du côté de l'entrée soit éga- le au moins à 105, de préférence 15 à 205, du diamètre moyen des aubes.

Du côté de l'entrée, la diamètre moyen est choisi aussi petit que possible et, avantageusement, tellement minime que, du cote d'entrée de la turbine, de préférence dans le premier étage ou dans les premiers étages de la turbine, la vitesse périphérique moyenne des aubes ait une valeur d'environ 100 m/se- conde. Par le maintien de cette vitesse périphérique relative- ment faible, il est possible de maintenir les sollicitations des aubes dans les limites qui sont gouvernables au point de vue constructif, malgr- lestempératuses d'entrée extrêmement élevées de l'agent moteur.

Cette prescription , consistant choisir le diamètre moyen des aubes aussi petit que possible n'est pas aussi obligatoire pour les turbines axiales à vapeur, car celles-ci travaillent à des températures d'entrée essentiel- lement plus basses et par conséquent les sollicitations des mattériaux, aussi, sont minimes.

Si, suivant l'invention, la longueur des aubes est fixée y à au moins 10%, de préférence 15 à 20 %, du diamètre moyen des aubes, on obtient une construction d'aubes qui n'a pas été ap- pliquée jusqu'à présent dans la construction des turbines à vapeur.Bien mieux ,ici dans les turbines ayant un diamètre

croissant constamment du cote d'entrée vers la sortie,la lon - gueur des aubes dans les turbines à pleine injection était or- dinairement fixée à 2 à 4 % du diamètre moyen des aubes.

Cette faible longueur d'aube est tout à fait admissible dans les tur- bines à vapeur puisque, grâce aux températures initiales rela- tivement basses dans le service des turbines à vapeur, les jeux sont tellement minimes que des aubes aussi courtes ne sont pas préjudiciables sous le rapport des pertes par inétanchéité.

Cependant, si l'on voulait appliquer ce mode de construction, usuel dans la construction des turbines '0, vapeur aux procédé des turbines à gaz à action, il se formerait, par suite des températures d'entrée essentiellement plus élevées, des jeux d'une grandeur telle que les pertes par inétanchéité qui en ré- sulteraient, exclue raient l'obtention d'un degré de rendement thermodynamique pratiquement utilisable dans la turbine axiale.

.Si au contraire, suivant l'invention, dans une turbine axiale à pleine injection , on applique la règle consistant à donner aux aubes du soie de l'entrée une longueur égale au moins 105, en particulier 15 à 20 %, du diamètre moyen des aubes,on obtient une construction qui est particulièrement favorable poui le fonctionnement des turbines à gaz et cela pour les raisons Suivantes.

Si l'aube est relativement longue, elle devient plus insensible aux pertes par inétanchéité à mesure que la longueur croît. Toutefois, cette insensibilité permet d'admettre un jeu plus grand entre les aubes et l'enveloppe ou les aubes directrices, et cela est précisément décisif pour la construc- tion des turbines à gaz en ce sens que ce jeu plus grand admet de plus grands grimpements qui sont inévitables aux températu- res d'entrée élevées du procédé à action, pour autant qu'on veuille faire fonctionner la turbine,, un degré de rendement thermodynamique suffisant.

La théorie consistant à donner aux couronnes des aubes

d'entrée un diamètre aussi petit que possible se trouve dans une certaine mesure en contradiction avec les expérien- ces de la construction des machines à vapeur; car dans les tubines à vapeur à pleine injection, eu égard à la caracté- ristique de arson, le choix d'un diamètre moyen des aubes trés petit à l'entrée conduit è une augmentation inadmissi- ble du nombre d'étages et, par conséquent, à des longueurs de construction qui, connue les premières théories sur les turbines de Parson, dont le diamètre à l'entrée était, comme on le sait, très petit, donnent des constructions de turbines axiales inutilisables.

Si, par conséquent, ces expériences de la construction des machines à vapeur apreent en elles-mêmes contre le choix: d'un diamètre de la roue d'entr.-e trop petite, l'examen plus approfondi montre qu'il n'existe aucune objec- tien contre l'application de ce petit diamètre d'entrée dans les turbines à gaz à action et cela parce que, en particulier quand la turbine travaille dans des zones de pressions ini- tiales basses, la chute à l'intérieur de la turbine est rela- tivement minime et en tous cas beaucoup plus minime que dans une turbine à vapeur.

Ceci est également en corrélation avec le fait que l'agent moteur d'une turbine à gaz à actionna sa- voir des gaz de combustion, a une chaleur spécifique essen- tiellement plus faible que celle de l'agent moteur de la tur- bine µ= vapeur, dont la chaleur spécifique est environ dou- ble.Par conséquent, la chute de température dans les diffé- rents étages de la turbine à gaz est essentiellement plus grande que dans la turbine à vapeur, de sorte que le choix du petit diamètre de la roue d'entrée, qui conduit à des lon- gueurs de construction inutilisables pour la turbihe à vapeur, ne peut pas entraîner cet inconvénient pour la turbine à gaz action, de sorte qu'une turbine à gazà action ,

bien qu'elle soit construite avec un très petit diamètre de la roue d'en- trée, ne peut conduire à des longueurs de construction inuti- lisables.

Le diamètre moyen des aubes plus petit du côté d'entrée

de la turbine à gaz a aussi pour effet que l'arbre de la tur- bine vient très près du côté d'entrée chaud, de sorte que l'ar- bre est rapidement chauffe, ce à quoi l'on doit tendre pour l'obtention d'une dilatation aussi uniforme que possible de toutes les pièces constructives par la chaleur dans la zone de température élevée de la turbine à. gaz dans l'intérêt de la diminution/du jeu.

Dans les installations de turbines à gaz , dans lesquelles une utilisation aussi poussée que possible de la chute de tem- pérature disponible doit être réalisée, le rapport de la lon- gueur des aubes au diamètre moyen des aubes est maintenu à. peu près aussi grand que du côté de l'entréa, de sorte que les lon- gueurs des aubes sont égales à 10%, en particulier 15 à. 20 du diamètre moyen des aubes qui croît constamment.

Toutefois, si la vitesse de sortie des gaz s'échappant du dernier étage de la turbine doit être utilisée pour accélé- rer un véhicule actionnépar la turbine, par exemple un aéroplane, par suite d'un effet de fusée des gaz d'échappement, la longueur relative des aubes peut décroître, suivant l'in- vention, en direction de l'extrémité de sortie de la turbine, par exemple, de telle façon que la longueur des aubes du coté d'entrée soit égale à 20 % du diamètre moyen des aubes et que du côté de sortie elle soit égale à, 15 à 16% de ce diamè- tre.

Des exemples de réalisation de l'invention sont repré- sentés par les dessins.

Parmi ceux-ci:
La fig. 1 est une demi-coupe axiale à travers un groupe formé d'un compresseur et une turbine axiale.

La fig. 2 est una vue defront de cette turbine, vue du côtéde l'échappement.

La fig. 3 est une coupe partielle de la figure 1 à plus grande échelle.

La fig. 4 est une demi coupe axiale à travres une autre turbine à gaz.

Les fig. 5 et 6 sont des coupes partielles de la fig. 4, à plus grande échelle.

La fig. 7 représente l'ensemble d'une installation.

Les fige 8 et 9 sont deux formes de réalisation des dis- ques ou plateaux de la turbine.

Dans une enveloppe commune, un compresseur A et une tur- bine axiale B sont montés sur le même arbre±L'arbre est un arbre creux constitué de plusieurs parties tubulaires qui sont reliées entre elles par les connexions 1,2 et sont montées des deux cotés dans les paliers d'extrémité 3 et 4. Tour supporter l'arbre au milieu, il est encore prévu un palier intermédiai- re 5.

Le compresseur aspire l'air entrant en 6 et le comprime par exemple à 3 atmosphères. L'air comprimé s'échappe à l'ex- trémité du compresseur par la fente annulaire 7, passe vers l'arrière dans la direction de la flèche autour de la chambre de combustion 8, pour entrer à l'intérieur de la chambre de combustion par l'ouverture 9 . Devant celle-ci sont placés plusieurs entonnoirs 10, par l'ouverture Il desquels entre un courant d'air primaire , dans lequel du combustible, par- exemple du pétrole brut, est injecté au moyen d'un certain nombre de tuyères 12 distribuées régulièrement sur la périphé- rie.

Le combustible est allumé d'une manière connue. Par suite de la combustion du combustible dans la chambre de com- bustion 3, l'air comprimé est chauffée. 800 C als. et au-des- sus. Il entre à cette température dans la turbine par le canal annulaire 13 raccordant à la chambre de combustion 8. Le dia- mètre moyen des premières roues est choisi aussi minime que possible, par exemple, dans une turbine suivant la fig. 1 il est de 200 mm. Le. longueur @ des aubes estégale, suivant l'invention, à 20% du diamètre moyen des aubes, soit donc
40 mm.

Dans la forme de réalisation de l'invention, représen- tée la fig. 1, la turbine à gaz peut être employée comme

machine motrice pour un véhicule à hélice, par exemple un aéroplane. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire que toute l'énergie utilisable de l'agent moteur chaud soit mise a pro- fit dans les aubes de la turbine. On peut laisser sortir les gaz du dernier étage de la turbine axiale une vitesse plus grande. La force réactionnelle renferme un effet de fusée qui pousse l'aéroplane en avant. Dans ce cas, le rapport des aubes du côté de l'échappement sera avantageusement autre que du côté de l'entrée, de façon qu'ici la longueur des aubes, rapportée au diamètre moyen soit plus petite que du côté de l'admission.

La chambre de combustion 8 est, dans l'exemple de réalisa- tion décrit, un réservoir annulaire dont la section tranversa- le est visible à la fig. 1 et qui entoure l'enveloppe de la turbine pour ainsi direcomme une chemise creuse. La chambre le combustion 8 esttraversée, du côté voisin du compresseur, par des canaux 32, de sorte que l'air venant du compresseur 7 peut passer par ces canaux 32, entre l'enveloppe de la turbine et la paroi intérieure 15 de la chambre de combustion. Une partie de l'air délivré par le compresseur suit le parcours in diqué par la flèche 16 autour de la paroi extérieure de la chambre de combustion 8 et entre devant la première aube mo- trioe 17, dans le courant d'agent moteur chaud entrant dans la turbine suivant la flèche 18.

Cette séparation d'une partie de l'air du compresseur suivant le parcours de la flèche 16 a pour but de protéger la garniture d'étanchéité 19 et le pa- lier 5 contre l'absorption de la chaleur rayonnante provenant de la chambre de combustion.

La construction d'ensemble est la suivante:
L'enveloppe du compresseur est constituée d'une manière connue, par des sections d'enveloppe 20 ou 21, 22. La dernière section contient le canal d'admission d'air 6 et, du côté frontal, le palier 3.A la section d'enveloppe 21 est soudé un cône en tôle 23 qui porte au milieu le palier intermédiaire 5.

Au cône en tôle est fixé un anneau 24, par exemple soudé,qui sertmaintenir et àentrer l'enveloppe de la turbine de la manière suivante : . L'extrémité de gauche de l'enveloppe 25 de la turbine se prolonge en un cône 26 qui se termine par une bride annu- laire '27. Cette bride annulaire 27 enferme l'anneau 24 et est reliée 1. celui-ci par une conexion à cheville 54 dilata- ble, de façon que des dilatations radiales éventuelles et des variations résultantes du diamètre de l'anneau 24 et de la bride annulaire 27 puisseat s'équilibrer. La liaison à che- ville 54 est représentée a la fig. 4 une plus grande échelle et sera décrite plus en détail lors de l'explication de cette figure.

La paroi du corps conique d'extrémité 26 préseate des perforations 27 à travers lesquelles passent des canaux 32 qui, 2 leur tour, raccordant ?- une chambre annulaire 31 dont l'ou- verture annulaire 13 de droite s'ouvre directement vers le cô- té d'entrée de la turbine.

Suivant l'invention, toute !--'enveloppe de la turbine est fabriquée d'une pièce sans joints de séparation et convient donc particulièrement bien pour les températures de service extrêmement élevées, pour lesquelles une enveloppe de turbine subdivisée serait moins appropriée. Le diamètre de l'enveloppe 25 de la turbine croît comme n'indique la fig.l, en gradins, d'étage en étage et l'intérieur de l'enveloppe a également le, forme le gradins.

Les parois sont relativement minces, ce qui est admissible grâce la forme de réalisation non subdivisée de l'enveloppe et procure l'avantage que les parois de l'enveloppe peuvent très rapidement se mettre la température de service et sont chauffées de la même manière que l'arbre pour lequel les conditions d'arrivée de la chaleur sont les plus favorables. Le rotor consiste en un arbre creux 33 sur la périphérie extérieure duquel sont montes les disques ou pla- teaux 34 faits d'une pièce avec lui.

Dans ceux-ci les aubes motrices scat fixées d'une manière appropriée par les assem-

blages connus, par exemple par queue d'aronde et rainure, et protégé cet assemblage est @ par un soudage supplémentaire., en particulier contre les influences défavorables du grimpement.

Les soudures sont indiqués au dessin, par exemple par 35 (fig. 3). L'extrémité extérieure des aubes est protégée par des 'bandes de recouvrement 36, auxquelles les extrémités extérieures des aubes sont soudées.

Le distributeur (fig. 3) consiste en un certain nombre de couronnes de disques directeurs 37 dont la section trans- versale à la forme d'un Z. A celles-ci sont reliées les aubes directrices 38 qui, à leur tour, sont reliées aux disques directeurs correspondants 39 par des moyens appropriés, l'as- semblage étant consolidé par une soudure 40. Hne liaison ana- logue des aubes est représentée à, la fig. 6, dans laquelle les soudures sont désignées par 40'.

Dans la construction de roue à aubes représentée 1. la gauche de la fig. 6, les aubes sont raccordées aux disques 34 non seulernent par l'assemblage à queue d'aronde représenté, mais encore. par une soudure à rapprochement, en serrant les aubes contre les disoues suivant les surfaces 40" et en soudant à rapprochement par pressage d'un courant électrique dans ces surfaces 40".

La fixation des aubes par soudure est très importante parce que, par cette mesure, les relâchements des assemblages qui menacent en particulier à cause du grimpement aux tempéra- tures de service qui sont extrêmement élevées, sont empêchés avecsûreté.

Les 'bandes de recouvrement 36 présenter, leur périphérie, quatre arêtes d'étanchéité, dont une 36", est dirigée vers la droite, une autre 36", vers la gauche et deux autres 36' , ra- dialement vers l'extérieur. Les arêtes d'étanchéité disposées à la gauche de la périphérie de la roue à aubess'avaneent contre la couronne extérieure 37, du distributeur , et les arêtes d'étanchéité situées à droite de la périphérie des roues à avaneent \ aubes s'avaneent d'un côté contre la périphérie intérieure 25' de l'enveloppe et vers la droite contre le côté gauche

de l'anneau, extérieur du distributeur voisin.

L'étanchéité entre le rotor et les disques directeur est assurée, d'une manière analogue, également par quatre arêtes d'étanchéité, dont deux, 39' montées sur la périphérie du rotor, sont dirigées radialement vers l'extérieur, tandis ( que deux autres 39", disposées à droite et à gauche @@@ les disques directeurs 39 sont dirigées en sens inverse dans la @@@@ direction axiale . Ces dernières @ contre des surfa- ces d'étanchéité correspondantes, qui se trouvent au fond des roues à aubes 34, les premières contre des surfaces d'é- tanchéité périphériques disposées sur la périphérie intérieure des disques directeurs 39 et avantageusement décalées l'une par rapport à l'autre en diamètre.

A l'enveloppe du compresseur, une enveloppe extérieure
41 est raccord e vers l'arrière et se termine à l'arrière par nne bride annulaire 42 qui est raccordée à l'enveloppe,par exemple par soudage en 43. A cette bride est raccordée une tôle annulaire 44, . laquelle est raccordé, le canal d'échap- pement 45 en forme d'entonnoir de l'enveloppe 5 de la turbine.

A l'intérieur du canal d'échappement 45 en forme d'entonnoir sont disposées des nervures porteuses 46 dont la section transversale a avantageusement la forme du-ne ligne de courant et qui portent le palier d'extrémité 4 à l'aide d'une tôle annulaire 47. Le moyeu de la turbine et le palier d'extrémité sont recouverts par l'extérieur, d'un chapeau 48 qui s'étend versl'arrière et a la forme de lignes de courant et dont le plus grand diamètre extérieur est situé là ou le chapeau s'approche de la dernière couronne d'aubes. Vers l'arrière, le chapeau est étiré, en une pointe 49 bien arron- die.

La forme donnée à ce chapeau a pour but de permettre un échappement des gaz brûlés sans perte hors de la turbine vers l'arrière, ce qui est surtout important lorsque la turbine doit agir comme turbine à effet de fusée.

Le disque 44, à la périphérie intérieure duquel l'envelop- pe de la turbine est fixée par sa partie d'échappement 45,

est suivant l'invention, est rendu souple en donnant à la tôle annulaire une minceur convenable, sa souplesse étant telle que les dilatations différentes de l'enveloppe extérieure 41 et de l'enveloppe intérieur 25 de la turbine puissent être équili- brées. Attendu que la palier d'extrémité 4 est construit comme un palier axial et se trouve de son côté dans le canal d'é- chappement 45 dela turbine , on est assuré de ce que l'arbre pourra aussi se dilater librement, et cela dans la même mesure que l'enveloppe, ce qui abaisse à un minimum les différences de dilatation en direction axiale entre le rotor et l'enveloppe.

L'exemple de réalisation suivant la fig. 4 correspond dans l'essentiel à celui de la fig. 1.

La turbine représentée ici est destinée à l'utilisation complète de la chute de température disponible et par conséquent la longueur relative des aubes est sensiblement la même sur toute la longueur axiale de la turbine; par conséquént , il n'y a aucune diminution de la longueur relative des aubes.

L'enveloppe 50 de la turbine, qui s'agrandit de nouveau en gradins vers le canal d'échappement , est constituée d'un corps unique non subdivisé. L'enveloppe est maintenue dans une pièce intermédiaire conique 51 qui est raccordée par une 'bride 52 à l'enveloppe 55 d'une machine annexée, par exemple d'un com- presseur ou d'un générateur. La connexion entre l'enveloppe
50 de la turbine et la pièce intermédiaire 51 est assurée par des boulons 54 introduits axialement. Ces derniers sont placés $dans des perforations radiales 57 et 58 de la bride annulaire
56 ou de l'enveloppe de la turbine et possèdent, à l'extrémité extérieure, une tête plate 59 qui repose sur le fond 60 d'une perforation élargie 55 .

Un tampon 62 pourvu d'un filet est vissa par au-dessus dans cette perforation , de sorte que le 'boulon 54 est immobilisé en direction radiale.

De l'extérieur, l'enveloppe de la turbine est fermée par une.chemiseen tôle 63 s'adaptant à sa forme.

A l'extrémité déchappement de l'enveloppe de la turbine, est raccordé un anneau 64, qui est relié à l'enveloppe de la turbine au moyen de brides 65,66. Il porte des mervures por- tevses 67, ayant avantageusement un profil en forme de ligne de courant, qui sont disposées radialement comme les rayons d'une roue et sont fixées à la''périphérie extérieure d'une paroi conique d'extrémité 68 qui, de son côté, porte au milieu le palier d'extrémité. Une tubulure cylindrique 69 contient un coussinet annulaire 70 qui est garni de métal paur palier 70' par exemple du métal blanc dans la perforation du palier. Dans cette dernière tourne le tourillon d'extrémité 29 de l'arbre de la turbine.

La garniture en métal blanc s'étend aussi,comme indiqué en 72, du côté frontal de droite du coussinet 70.lei, contre la yarniture 72 en métal blanc, repose un disque de pression 72 qui est rendu solidaire $des extrémités frontales de l'arbre par des boulons filetés 74. -Le côté extérieur du disque de pression 73 repose contre un disque d'extrémité 76, également pourvu d'une garniture en métal pour palier 75 qui est rendu solidaire de la tubulure cylindrique 69 du cha- peau d'extrémité 68 par une connexion à. vis (non représentée).

Avantageusement, l'ensemble du palier extérieur est complète- ment fermé de l'extérieur par un couvercle d'extrémité 77 qui est également vissé au disque d'extrémité 76 . A l'extré- mité intérieure de la tubulure de palier cylindre 69 est mon- tée une garniture d'étanchéité 78 pour l'huile, qui doit em- pêcher l'écoulement de l'huile hors du palier vers le rotor de la turbine.

Les espaces d'étanchéité 78' sont remplis d'air d'obtu- ration d'une manière connue.

La partie de gauche de plus petit diamètre de l'enveloppe de la turbine s'avance à l'intérieur de la pièce intermédiai- re conique 51, et y délimite une chambre annulaire 79 qui. est raccordée au premier étage de la turbine par son orifice d'échappement annulaire 80. Cette chambre annulaire 79 commu- nique avec la chambre de combustion par une conduite appro- .Q

pr@ee, de sorte que le gaz de combustion chaud en venant de la chambre de combustion entre dans la chambre annulaire 79 et de là arrive à la turbine.

La chambre annulaire 79 est entourée d'un étroit espace d'air 81,81' qui est traversa par de l'agent moteur froid, par exemple de l'air, qui,à l'ouverture d'éshappement 80 de la chambre annulaire 79, entre dans le cou- rant de gaz chaud entrant dans la turbine au sortir de ladite chambre. Ces courants d'air protègent l'enveloppe ou les garni- tures d'étanchéité 8, 83 et le palier 84 contre l'absorption de la chaleur rayonnante de la chambre annulaire 79 qui con- duit les gaz de combustion chauds . Les espaces 83' des garni- tures d'étanchéité 83 sont remplis d'ait d'obturation.

Dans cette forme de réalisation de l'invention, les disques, qui portent les aubes, ne sont pas fabriqués d'une pièce avec l'arbre, mais comme disques sépares.La forme des disques séparés 85 ressort du dessin (voir aussi la représen- tation agrandie de la fig.5).

L'arbre 86 est un arbre creux dont le diamètre maximum se trouve à peu près en 87.A partir de là,le diamètre décroît d'étage en étage vers la droite et vers la gauche,de sorte que l'arbre va en diminuant en gradins vers la droite et vers la gauche.Les disques de la turbine sont formés de façon tel- le que leur diamètre intérieur est également diminué.Les dis- ques 85 de la turbine présentent d'un côté une saillie annu- laire 88,dont le diamètre intérieur est un peu plus petit que le diamètre de la perforation 88' qui s'étend au-dessus de la partie la plus large du disque de turbine.

Par con- séquent, il se forme à cet endroit une butée par laquelle les s'appliquent talons annulaires 88 @ contre les faces de butée 89 formées par les gradins de l'arbre.On obtient ainsi le palier axial des disques enfilés les uns derrière les autres sur l'arbre.L'immobilisation dans cette position se fait au moyen de chevilles 90, qui traversent des perforations 91 des dis- ques de la turbine et 92 de l'arbre qui coïncident entre elles.

Chaque disque de la turbine presente,du cote dirigé en sens opposé par rapport au talon annulaire 88, une gorge tournée 93,dans laquelle pénètre le talon annulaire 88 du disque voisin. Par conséquent, les aneaux recouvrent les extrémités extérieures des boulons 90, de sorte que ces der- niera ne peuvent pas sortir. On voit au dessin qu'un petit interstice 94 est laissé entre les disques de turbjne voi- sins. La grandeur de cet interstice varie suivant les exi- genaes du cas envisagé. Il suffit qu'il ait une grandeur telle qu'il soit tenu compte des dilatations par la chaleur, auxquelles on peut s'attendre dans le cas le plus extrême.

L'interstice peut toutefois être choisi un peu plus grand., afin de provoquer un chauffage de l'arbre, Suivant l'invention,un certain nombre de rainures 95 (fig. 4) paral- lèles à l'axe, qui relient entre eux deux interstices voisins, sont taillées dans l'arbre. Il en résulte que de l'agent mo- teur chaud peut passer d'un étage à pression plus élevée à un étage de pression moindre, suivant le parcours indiqué par la flèche. Ce faisant, l'agent moteur chaud passe par le oanal 95 de l'arbre et cède sa chaleur à l'arbre en cet en- droit. On peut prévoir un nonbre quelconque de canaux de communication de cette espèce entre les différents étages et leur forme peut être choisie à volonté.

Un autre mode de chauffage de l'arbre est 'indiqué à l'étage qui se trouve à proximité du plus grand diamètre x de l'arbre de la turbine.

A cet endroit, un interstice 98 relie l'espace 97 entre deux disques voisins à l'arbre, lequel présente ici une ou plu- sieurs perforations radiales 99 qui arrivent jusqu'à la per- foration inéérieure ou forage 100 de l'arbre de la turbine. De l'agent moteur chaud peut donc s'échapper de l'espace 97 dans la perforation intérieure 100 de l'arbre en passant par l'in- tervalle 98 et les perforations 99 et chauffer ainsi l'arbre par l'intérieur.

Le chauffage de 1 arbre est important parce qu' il est pos-

sible, en chauffant convenablement l'arbre par l'intérieur, de régler ses dilatations sous l'influence de laohaleur de façon telle que les rapports de tension ainsi que les rapports de dilatation entre l'arbre et l'enveloppe soient les plus favorables possibles.

Les deux possibilités de chauffage de l'arbre qui sont indiquées dans l'exemple de réalisation peuvent avesi être réunies. Les gaz de chauffage qui s'échappent dans le forage 100 de l'arbre sont eliminés dans le canal d'échappement de la tuibine, dans la direction de la flèche 102, par des oa- naux d'échappement 101 placés à l'extrémité dedl'arbre.

L"étanchéité des interstices est assurée un peu diffé- remment dans cet exemple de réalisation. A la périphérie ex- térieure, les anneaux de reoouvrement 103 (fig. 5 et 6) des disques 85 de la turbine présentent des arêtes d'étanohéité 104, 105 dirigées vers l'extérieur, parmi lesquelles les arêtes d'étanchéité 104 sont adjacentes aux surfaces intérieu- res oylindriques correspondantes 106 de l'enveloppe de la tur- bine, et les arêtes 105 sont adjacentes à des surfaces 107, de forme convenable/des anneaux extérieurs 108 du distribu- n teur.

Les anneaux extérieurs 108 portent des bandes anulaires en tôle 109 dirigées vers la droite, dont les arêtes sont séparées par un jeu convenable des surfaces de délimitation de gauche des anneaux de recouvrement 103. Du oôté gauche,les anneaux extérieurs 108 des aubes directrices portent également des anneaux en tôle 110 qui sont adjacents aux arêtes frontales de gauche de l'anneau de recouvrement du disque de turbine voisin.

L'étanchéité à la périphérie intérieure est assurée de la manière suivante : les disques directeurs 111 (voir fig. 6) portent des anneaux en tôle 112 et 113 dirigés axialement vers la droite et vers la gauche, qui sont dirigés vers des surfaces latérales correspondantes 114, 115 des disques de tur- bine voisins, tandis que celles-ci portent elles-mêmes des

arêtes d'étanohéité 116, 117 dirigées vers l'extérieur,qui arrivent contre les surfaces périphériques intérieures oorres- pendantes 118, 119 du disque direoteur fixe 111.

Dans cette forme de réalisation de la turbine, les dis- ques intermédiaires extérieures 108 du distributeur peuvent aussi être faits d'une pièce,, étant donné que les disques du rotor peuvent être ¯enfilés séparément.

Dans l'exemple de réalisation suivant les fig. 1 à 3, les disquesde la turbine et l'arbre forment une seule pièce; dans l'exemple de réalisation suivant les fige -4 à 6, les dis- ques de turbine séparés sont montés sur un arbre commun. Ces formes de réalisation peuvent toutefois être modifiées, comme représenté aux fig. 8 et 9.

Suivant la fig. 8, les différents disques 140 de la tur- bine sont juxtaposés par leur moyen 141 et sont reliés entre eux par des cordons desoudure angulaires 142, afin que les moyeux 141 réunis par soudage remplacent l'arbre.

La fig. 9 représente un/ mode de construction analogue, avec la seule différenoe que les disques 140 s'étendent vers l'intérieur dans la perforation du tambour et présentent une saillie annulaire 143 en cet endroit. Ce mode de construction diminue les sollicitations dues à la force centrifuge. La sail- lie intérieure 143 facilite le soudage en servant de guide.

Comme cela ressort des fig. 1 et 4, le palier axial est placé très près des disques de la turbine pour obtenir la meil- leure étanchéité axiale possible du côté de l'échappement de la turbine, étant donné que les disques de la turbine exigent un jeu assez grand en direction radiale. Au contraire,les joints radiaux doivent être rendus aussi étanohes que possible du côté de l'admission de la turbine, où les masses de poussée des disques sont petites et où les déplacements axiaux sont re- lativement grands.

La fig. 7 représente une installation de ttrbines à gaz qui est équipée d'une turbine axiale suivant les fig. 4 à 6.

120 est un compresseur, auquel la turbine axiale 121 est raooordée de la manière décrite plus haut. Il est prévu une deuxième turbine analogue 122 séparée, qui travaille sur le même arbre qu'un générateur de courant 123 auquel elle est reliés. L'air délivré par le compresseur entre dans le conduit 124. Dans celui-ci, de l'eau est injectée par le dispositif 125, ce qui provoque un refroidissement de l'air ohauffé dans le compresseur et en même temps de la vapeur est produite d'une manière connue. L'air continue ensuite à travers le conduit 124 jusqu'à un régénérateur 125a, dont une coupe partielle est représentée à la fig. 3a.

Il contient, d'une manière oon- nue, des pièces intérieures ayant une certaine surface et est chauffé par les gaz.,.. brûlés de l'installation de turbines,qui s'échappent par la conduite 126a. Par la conduite 126, de l'air fortement chauffé passe du régénérateur à la ohanbre de combustion 127. Dans oelle-oi, du combustible est injecté à l'aide de dispositifs d'injection appropriés 128 et est allu- mé, de sorte qu'il s'y forme un gaz de combustion à très haute température, qui passe ensuite aux deux tuibines 121 et 122 par les conduites 129 et 130.

Dans la chambre de combustion débouche un dispositif d'injection d'eau 128' ,à l'aide duquel de l'eau est injectée, ce qui permet de chauffer la charge pour les besoins extraor- dinaires (surcharges).

.Après que l'agent moteur à fourni du travail dans les tur- bines, il passe par les conduits d'évacuation 131 et 132 au régénérateur 125a et, après avoir traversé celui-oi à la con- duite d'échappement finale 126a.

Dans l'exemple de réalisation représenté, les deux turbi- nes sont montées en parallèle.

Une partie de l'air fortement comprimé dans le compresseur est envoyée dans le réservoir intennédiaire 133 et est oondui- te par une oonduite 134; dans une oonduite de circulation d'air

de 135, qui appartient au système ciroulation d'air du généra- teur électrique 123., Dans l'enveloppe du générateur se trouve la soufflerie 136 qui réalise la circulation d'air à travers le générateur à une extrémité frontale de l'enveloppe du géné- rateur et de le.; par la conduite de circulation d'air 135 à l'autre extrémité frontale du générateur. La conduite de circulation d'air 135 est pourvue d'un dispositif de refroidis- sement 137 par lequel le courant d'air circulant à travers la machine est refroidi.

Cette mise sous pression du refroidissement de l'air de circulation du générateur est d'une importance considéra- ble en ce sens que l'effet de refroidissement de l'air oirou- lant est beaucoup meilleur à haute pression qu'à pression normale.

La. mise sous pression de l'enveloppe du générateur a toutefois aussi l'autreavantage qu'il ne règnepas dans oelui- ci une pression plus basse qu'au côté d'entrée de la lutine à gaz qui y est raooordée. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir des points d'étanohéité pour des surpressions établis avec un soin particulier, pour le palier situé entre la tur- bine et le générateur .

D'une manière analogue, l'étanchéité du palier de la turbine actionnant le compresseur peut aussi être assurée en mettant sous pression un espace voisin du palier situé entre le compresseur et la turbine à gaz qui le commande,à savoir l'espace situé du coté du compresseur,, par un conduit d'amenée 138, de secte qu'ioi aussi on peut se dispenser d'un joint d'étanchéité pour des surpressions entre la turbine à gaz et le oompre sseur.

L'invention n'est pas limitée aux exemplede réalisation représentés aux dessins, on peut en prévoir d'autres pourvu que les idées inventives expliquées ci-dessus à l'aide des exemples soient observées.

Claims

REVENDICATIONS 1. Turbine à gaz à actiondans laquelle la température d'entrée de l'agent moteur est au moins égale à 800 C. als., EMI19.1 .us. ec q,.' a a L- tè caractérisée pam a t"ub.'sb\'$. axialevà pleinei njeotion, dmlv eb lm; es aubes ont un diamètre moyen croissant d'une manière constan te en direction de la s ortie.

2. Turbine à gaz à action suivant la revendication 1, dans laquelle la longueur des aubes du coté de l'entrée est au moins égale à 10 %, de préférence 15 à 20 %, du diamètre moyen des aubes .

3. Turbine à gaz à action suivant la revendioation 1 ou 2, caractériséeen ce que le rapport de la longueur des aubes du diamètre moyen des aubes reste pratiquement le même dans tousles étages de la turbine.

4. Turbine à gaz à action suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur des aubes par rapport au diamètre moyen des aubes en direction de l'échappement de 1 a turbine devient plus petit que du coté de l'entrée.

5. Turbine à gaz à action suivant la revmdioation 1, oaraotérisée par des dispositifs de chauffage qui chauffent l'arbre de la turbine au moyen d'agent moteur chaud.

6. Turbine à gaz à action suivant la revendioation 5, caractérisée par des canaux (95 ou 98) par lesquels de l'a- gent moteur chaud est amené à l'arbre.

7. Turbine à gaz à action suivant la revendication 5, caractérisée par des canaux (95) disposés à la périphérie de l'arbre, qui relient desfétages de pression plus élevée et des étages de pression moindre et dans lesquels l'agent moteur chaud cède directement de la chaleur à l'arbre.

8. Turbine à gaz à action savant la revendication 5,ca- ractérisée en ce que l'arbre de la turbine est chauffé par l'intérieur, par exemple par sa perforation oentrale (100), à l'aide de canaux appropriés (98,99) qui relient l'intérieur <Desc/Clms Page number 20> de l'arbre à un ou plusieurs étages de la turbine.

9. Turbine à gaz à aotion suivant la revendication 8, caractérisée en ce que l'intérieur de l'arbre (perforation ou forage 100) est relié à l'échappement de la turbine par des oanaux appropriés (101).

10. Turbine à gaz à action suivant la revendioation 1, caractérisée en ce que l'enveloppe (25) de la turbine est construite d'une pièce.

11. Turbine à gaz à aotion suivant la revendication 10, caractérisée en ce que l'enveloppe non subdivisée (25) de la turbine est construite de façon telle que son diamètre oroît en gradins d'étage en étage à partir du côté de l'entrée jus- qu'à l'échappement.

12. Turbine à gaz à action suivant la revendication l, caractérisée en ce que l'extrémité (46) de l'enveloppe(25) de la turbine est reliée du côté de l'échappement à une chemise ex- térieure (41) de turbine par un élément flexible dans la direc- tion de l'axe.

13. Turbine à gaz à action suivant la revendication 12, caractérisée en ce que l'enveloppe de la turbine est reliée du coté de l'échappement à une ohemise extérieure (41) de turbine par une tôle annulaire (44) dont 1épaisseur est choisie telle qu'elle puisse se prêter aux dilatations longitudinales qui se produisent lors de l'échauffement de l'enveloppe (25) de la turbine.

14. Turbine à gaz à action suivant la revendication 13, caractérisée en ce que l'élément flexible reliant la chemise extérieure (41) à l'enveloppe ( 25) de la turbine sert en même temps de support pour les tuyères (12) à combustible.

15. Turbine à gaz à aotion suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe (25) de la turbine est pro- longée au delà de l'ouverture d'admission sousùla forme d'une tubulure de raccordment (26) avantageusement conique,à 1aide <Desc/Clms Page number 21> de laquelle elle est raccordée à une partie de l'enveloppe d'une machine (par exemple un compresseur ou un générateur) actionné par la turbine.

16. Turbine à gaz à action suivant la revendication 15, caractérisée en ce que la machine actionnée par la turbine, par exemple un compresseur (A) est fermée du côté de la tur- bine par une paroi frontale (23),sur l'extérieur de laquelle est montée une bride annulaire (24),autour de laquelle se place une bride d'extrémité correspondante de la tubulure de raccordement (26) de l'enveloppe (25) de la turbine, 17. Turbine à gaz à action suivant la revendication 16, caractérisée par une connexion à oheville , non souple en direo - tion axiale, mais permettant une dilatation radiale de la bride d'extrémité (27).

18. Turbine à gaz à action suivant la revendication 17, caractérisée en ce que la bride annulaire (24) et la bride d'ex- trémité (27) présentent des perforations (57,58) en alignement l'une avec l'autre, dans lesquelles est montée une oheville de fixation (54), assurant la position axiale mutuelle des parties/reliées, dent l'échappement vers l'extérieur est em- pêché par une pièce d'extrémité (62) filetée.

19. Turbine à gaz à action, oaraotérisée en ce que)vers l'extérieur, à la perforation (57) pour la cheville est raooor- dée une perforation élargie (55 ) sur le fond (60) de laquelle la cheville de fixation (54) repose par une tête élargie (59) et dont l'ouverture est fermée vers l'extérieur par un tampon (62) qui y est introduit (vissé).

20. Turbine à gaz à aotion suivant la revendication l,carac- térisée en ce que l'enveloppe de la turbine se termine du oôté de l'échappement par une tubulure d'échappement (45) à l'aide de laquelle ellest raccordée d'un coté à la ohemise (41) de la turbine et qui porte intérieurement une pluralité de nervures d'appui radiales (46) qui raccordent à une paroi d'extrémité <Desc/Clms Page number 22> (47 ou 68) de la turbine.

21. Turbine àgaz à action suivant la revendication 20, caractérisée en ce que la paroi d'extrémité (47) centrale porte un palier d'extrémité de turbine construit 'comme un palier axial.

22. Turbine à gaz à action suivant la revendication 21, caractérisée par un coussinet (4 ou 70) qui est pourvu d'une garniture de métal pour paliers dans sa perforation et sur la surface frontale (72) dirigée vers l'extérieur, et reçoit le tourillon d'extrémité (29) de l'arbre, auquel est raccordé un disque de pression (73) qui bute d'une part, contre la garniture frontale (72) et, d'autre part, contre un palier d'extrémité (76) frontal.

23. Turbine à gaz à action suivant la revendication 21, caractérisée en ce que des jointe labyrinthe (83 ou 78) pour- vus d'espaces d'air d'obturation (83' ou 78') sont disposés entre les paliers d'extrémité (4 ou 70) de la turbine et les disques d'extrémité (34) de la turbine.

24. Turbine à gaz à action suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'une chambre de combustion (8) entourant l'enveloppe de la turbine est disposée entre l'enveloppe (25) de la turbine et la chemise (41) de la turbine.

25. Turbine à gaz à action suivant la revendication 24, caractérisée en ce qu'une chambre d'admission (31)/entourant l'arbre de la turbine et ouverte vers la turbiine est raooor- dée à la ohanbre de combustion (8).

26. Turbine à gaz à action suivant la revendication 15 et 25, caractérisée en ce que la tubulure de raccordement (26) de l'enveloppe de la turbine, qui est placée du coté de l'ad- mission de la turbine, présente plusieurs perforations (27) à travers lesquelles passent les tubulures de communication (32) qui relient la chambre de combustion (8) à la chambre d'admission (31). <Desc/Clms Page number 23>

27. Turbine à gaz à action suivant la revendication 24, caractérisée en ce qu'il existe, entre la chambre de oombus- tion (8) ou la chambre d'admission (31) et les parties avoi- sinantes (enveloppe 25 de la turbine, chemise 41, paroi d'ex- trémité 23, joints d'étanchéité 83), des espaces de proteo- tion qui sont traversés par de l'agent moteur froid et pro- tègent ainsi lesdites parties contre la surchauffe par les hautes températures de la chambre de combustion (8) ou de la chambre d'admission (31)' 28.

Turbine à gaz à aotion suivant la revendioation 27, caractérisée par une disposition des espaces de protections telle qu'avant son entrée dans la chambre de combustion (8), tout l'air délivré par le oompresseur (A) est réchauffé par les parois de ladite chambre de combustion, grâce à ce qu'il enveloppe entièrement cette dernière.

29. Turbine à gaz à aotion suivant la revendication 24, caractérisée en ce que l'introduction du combustible dans la chambre de combustion (8) se fait par son extrémité située du côté de l'échappement de la turbine.

30. Turbine à gaz à aotion suivant la revendioation 29, caractérisé en ce que le courant d'agent moteur froid (courant d'air) est divisé à l'extrémité de la chambre de combustion (8) en deux courants partiels, parmi lesquels le courant pri- maire entre dans les entonnoirs mélangeurs (10), placés devant les ouvertures (9) d'admission de la chambre de com- bustion, qui sont disposés à distanoe entre les tuyères à combustible (12) et les ouvertures d'admission (9) de la chambre de combustion et au sortir desquels le courant pri- maire d'agent moteur entre dans la chambre de combustion (8) en se réunissant au oourant seoondaire de l'agent moteur.

31. Turbine à gaz à action suivant la revendication l, caractérisée en ce quun chapeau d'extrémité (48), diminuant vers l'arrière en forme de ligne de courant jusqu'au milieu <Desc/Clms Page number 24> de l'axe, est raccordé à la périphérie intérieure de l'éohappe- ment de la turbine, afin d'obtenir un éohappement sans perte de l'agent moteur.

32. Turbine à gaz à aotion suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les aubes sont reliées à leurs supports non seulement par des connexions mécaniques d'une manière oon- de nue, pour supprimer les sollicitations @ grimpement qui sont défavorables, mais encore par soudure (35, 40, 40').

33. Turbine à gaz à action suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le rotor est constitué par desdisques de turbine séparés (140) dont les moyeux, réunis entre eux par soudure (142) par leurs extrémites frontales, forment l'ar- bre de la turbine (fig. 8 et 9).

34. Turbine à gaz à action suivant la revendication 33, caractérisée en ce que les disques (140) sont pourvus d'anneaux intérieurs (143) s'avançant à l'intérieur de l'arbre au delà du diamètre intérieur des moyeux.

35. Turbine à gaz à action suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les disques de la turbine ou les disques directeurs présentent, sur leur périphérie extérieure ou inté- rieure, quatre arêtresd'étanchéité (36', 36" ou 39', 39" ), dont deux (36' ou 39') tonnent joint pour un interstice disposé axia- lement et les deux autres (36" ou 39") forment joint chacun pour un interstice radial (fig. 3,5,6).

36. Turbine à gaz à action suivant la revendication ou 35, caractérisée en ce que les aubes direotrioes sont fixées à des anneaux extérieurs (108) subdivisés ou non subdivisés, dont la section transversale suivant le profil en gradins de l'envelop- pe (25) de la' turbine à la forme d'un Z.

37. Turbine à gaz à action suivant la revendication 36, caractérisée en ce que dans les anceaux extérieurs (108) des disques directeurs sont encastrés des anneaux en tôle (109,110) disposés radialement, dont les arêtes forment joint radial ornent, <Desc/Clms Page number 25> d'étanohéité oontre les cotés frontaux des disques moteurs voisins (fig.5 & 6).

38. Turbine à gaz à. action suivant la revendication 37, caractérisée en ce que les couronnes (bandes de recouvrement 103) des disques moteurs présentent à la périphérie extérieu- re deux arêtes d'étanchéité radiales (104., 105) dont l'une (104) forme joint oontre la périphérie intérieure de l'envelop- pe (25) de la turbine, et l'autre forme joint contre la péri- phérie intérieure des anneaux extérieurs (108) des disques direoteurs.

39.Turbine à gaz à aotion suivant la revendication 35, caractérisée en ce que les moyeux des disques de la lutine présentent des deux côtés du disque une arête d'étanohéité (39') et une surface d'étanchéité (114, 115) qui coopèrent avec des surfaces d'étanchéité (118, 119) en gradins l'une par rapport à l'autre et disposées à la périphérie intérieure du disque directeur 1111) et avec des bagues d'étanchéité (112) 113) en tôle encastrées dans les surfaces latérales du disque directeur (111) (fig. 5,6).

40. Turbine à gaz à action suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les disques de la turbine sont montés séparément sur l'arbre creux de la turbine et sont séparés les uns des autres par du jeu axial.

41. Turbine à gaz à action suivant la revendication 40, caractérisée en ce que les moyeux des disques de la turbine sont reliés entre eux.

42. Turbine à gaz à action suivant la revendication 40 et 41, caractérisée en ce que le moyeu de chaque disque de la turbine présente, d'une part, une gorge tournée (93) et d'autre part, un collier annulaire (88) correspondant à cette gorge tournée.

43. Turbine à gaz à action suivant la revendioation 42, caractérisée en ce que la fixation axiale des disques de la <Desc/Clms Page number 26> turbine sur leur arbre est assurée par des chevilles (90) qui reposent dans des perforations (91) des colliers annulaires (88 ou 89) de l'arbre et sont immobilisées en direction radia- le par recouvrement par les moyeux des disques de turbine voisins.

44. Turbine à gaz à action suivant la revendication 1, une enveloppe conique de turbine, caractérisée en ce que, dans une zone comprise entre l'admis- sion et l'échappement, l'enveloppe est raccordée par un accou- planent à bride (56) à une' enveloppe d'assemblage (51) qui, de son coté, est reliée à l'enveloppe de la machine actionnée par la turbine, de façon telle qu'entre ces parties d'envelop- pes reliées entre Mies, il se forme un espace annulaire en- tourant l'extrémité d'entrée de la turbine, dans lequel est disposée une chambre d'admission (79) pour l'agent moteur chaud.

45. Turbine à gaz à action suivant la revendication 1, caractériséeen ce que des espaces protecteurs (81, 82),qui sont traversés par de l'agent moteur froid, sont formées entre la chambre d'admission (79) et les parties d'enveloppes (25,51) voisines de celle-ci.

46. Installation pour la production de force motrioc,com- prenant une ou plusieurs turbines à gaz suivant la revendica- tion 1, caractérisée en ce que de l'eau est injecté dans l'air venant du compresseur et en ce que cet air est ensuite conduit à travers un régénérateur (125a) chauffé par les gaz d'échappement de la turbine avant qu'il arrive à la chambre de oonbustion.

47. Turbine à gaz à action suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, pour vaincre des surcharges; de l'eau est injectée dans la chambre de combustion ou dans le gaz de oom- bustion fortement chauffé.