<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements aux moteurs turbine à combustion interne.
La présente invention concerne des perfectionnements aux moteurs 1 turbine combustion interne.
Suivant la présente invention, une turbine à combustion interne comprend, en combinaison, une chambre de combustion présentant un orifice de sortie de gaz, un rotor de turbine pourvu de passages de gaz destinée 1 être amenés en face de l'orifice de sortaie des gaz pour recevoir les gaz sortante et transformer leur énergie en travail, un surchauffeur d'air disposé dans le trajet des gaz du rotor de façon que l'air contenu dans ce surchauffeur soit surchauffé par les
<Desc/Clms Page number 2>
bre de combustion et un moyen de débiter le combustible vers la chambre de combustion et de l'allumer dans celle-ci.
Dans la forme de réalisation particulière représentée ci-après, la turbine travaille suivant le système dit "Diesel", c'est à, dire que de l'huile lourde ou du combustible est in¯ jecté dans un volume d'air comprimé chaud, la chaleur de l'air enflammant le combustible.
Mais cette turbine peut ê- tre adaptée à l'emploi d'essence de moteur, d'alcool ou de n'importe quel gaz approprié et le moyen de débiter le com- bustibla vers la chambre de combustion peut comporter la mé- lange du combustible à l'air avant son introduction dans la chambre de combustion,
Un certain nombre de chambres de combustion peut être prévu, ces chambres étant disposées à intervalle autour de l'axe du rotor, pour coopérer avec les passages de gaz suc- cessivement. En outre, le rotor peut comporter un certain nombre de séries de passages de gaz, séparées l'une de l'au- tre par des intervalles autour du rotor et disposées de façon à coopérer successivement avec chaque chambre de combustion, l'air et la combustible dans la chambre ou les chambres de combustion étant brûlés par masses, par intermittences,
lors¯ que les passages de gaz du rotor las atteignent.
Le rotor peut être pourvu d'un certain nombre de passages de gaz dans chaque série, chaque passage successif dans une série étant conformé pour s'adapter à la réduction graduelle de pression due à la détente des gaz à la sortie de la chambra de combustion. Cette disposition est expliquée avec plus de détail dans la suite.
Suivant une autre caractéristique da l'invention, le ro¯ tor peut être constitué par un certain nombre de lames dans le but de faciliter la formation de passages de gaz dans ceLui-ci et de permettre les dilatations différentes dues aux variations de température dans différentes parties du rotor.
L'invention comprend en outre une turbine à combustion
<Desc/Clms Page number 3>
interne présentant, en combinaison, au moins une chambre de combustion avec un orifice de sortie du gaz, et un élé- ment de turbine comprenant des passages de gaz, la chambre de combustion et l'élément de turbine étant capables de to ner l'un par rapport a l'autre et l'orifice de sortie du gaz de la chambre de combustion étant situé dans une face est tout contre une face de l'élément de turbine contenant les passages de gaz, la turbine étant caractérisée par le fait que des anneaux d'étanchéité concentriques l'axe de rotation sont enchâssés dans une face ou dans les deux faces jointives,
vers l'intérieur et vers l'extérieur par rapport aax orifices de sortie de gaz et aux passages de ga@ et qu'une amenée de lubrifiant est établie pour les anneaux d'étanchéité r sous une pression convenable pour maintenir un joint étanche aux gaz. D'autres caractéristiques de l'in- vention résulteront de la description qui suit, laquelle se rapporte à une forme de réalisation particulière de l'in- vention, choisie à titre d'exemple et représentée schémati quement aux dessins annexés dans lesquels:
La fig. 1 est une coupe longitudinale dans les pièces principales de la turbine.
La fig. 2 est une coupe transversale par la ligne 2-2 de la fig. 1, vue dans la direction des flèches.
La fig. 3 est une coupe transversale par la ligne 3-3 de la fil. 1, également vue dans la direction des flèches.
La fig. 4 est une vue de détail montrant la disposition des passages de gaz dans le rotor.
Il doit être bien entendu que les dessins sont schémati- ques seulement et qu'en certains endroits, des détails de construction ont été représentés sous une forme simplifiée dans un but de clarté de la représentation. En outre les proportions générales dépendront nécessairement de l'échelle à laquelle la turbine est construite, des matériaux dont elle est composée et d'autres facteurs dont la traitement tombe
<Desc/Clms Page number 4>
dans le domaine de la construction technique. Le but des des.: sins est de montrer le principe des pièces en service.
Si l'on se reporte d'abord à la fig. 1, on voit que 11 représente un arbre de rotor sur lequel est monté un rotor consistant en un certain nombre de plaques épaisses 12 adap- tées l'une contre l'autre et comprenant une plaque d'entré.. mité 13 qui procure la face active 14 du rotor. Ces lames sont toutes serrées ensemble par des moyens non représentés aux dessins et elles comprennent trois séries de passages de gaz dont la disposition générale se voit le mieux à la fig. 3, Chaque série de passages de gaz comprend quatre passages 15, - 16, 17, 18, qui commencent par des lumières de forme rectangu- laire créées dans la face active 14 du rotor et qui s'avancent suivant des trajets incurvés se terminant dans la périphérie. du rotor, comme le montrent les fig, 1 et 4.
Le premier passage 15 traverse toutes les plaques du rotor et se termine dans la périphérie de la plaque qui est la plus éloignée de la face active 14. Le passage 16 se termine dans la plaque immédiatement adjacente, le passage 17 dans la troisième pla- que et le passage l@ dans la plaque ad@jacente à la plaque 13. De cette manière, ces quatre passages forment une série et on observera que leur section transversale augmente pro- gressivement du passage 15 au passage 18. Il y a trois grou- pes ou séries semblables de passages, disposés à égale dis- tance l'un de l'autre autour de l'axe du rotor.
Contre la face active 14 bute une portion fixe 20 de la turbine qui contient quatre chambres de combustion 31 placées à égale distance autour de l'axe du rotor et pourvues de lumières de sortie de gaz 22, débouchant dans la face de la partie fixe 20 qui bute contre la face 14 du rotor. La forme de la chambre de combustion aux lumières de sortie 22 est tel- le qu'elle dirige les gaz vers l'avant, dans une direction tangentielle, dans les passages 15 à 18 du rotor, Une quantité déterminée de matière combustible est destinée 16 être brûlée
<Desc/Clms Page number 5>
dans chaque chambra de combustion et est autorisée à se dé tendre dans les passages 15 à 18 lorsque ceux-ci passent e face des orifices.
Par conséquent la pression des gaz sor- tant par les lumières 22 diminua graduellement et la vite± se correspondante diminue également. L'angle d'entrée des passages 15 IL .18 est modifié en concordance, l'angle d'ent du passage 15 étant tel que les gaz sortant de la chambre combustion à une vitesse élevée peuvent se mouvoir dans c@ passage sans chocs, tandis que las angles d'entrée des
EMI5.1
passages suivants 16, 17 et 18 correspondent "à des vitesse moindres des gaz entrants.
Bien que sur la fig, 4, les passages de gaz 15 à 18 aient été représentés avec leurs lumières d'entrée quelque peu espacées l'une de l'autre pour *,la clarté de la représentation, il doit être bien a tendu qu'ils peuvent être amenés l'un contre l'autre de s te que seul un tranchant de couteau les sépare, si on le ge désirable, comme dans un aubage de turbine. Par suite de la chaleur en ce point, toutefois, il faut tenir compte de la nécessité d'une résistance mécanique convenu et d'une résistance des pièces à la corrosion. Les chambr de combustion et la rotor doivent être faits en une mati convenant pour travailler à chaud et conservant sa résisi à chaud.
La construction du rotor en lames facilite grandemen la formation des passages incurvés dans celui-ci pendant la fabrication.
Il est à remarquer que le rotor possède quatre zones gaz d'échappement, correspondant aux quatre passages 15 et que ces gaz d'échappement, ainsi subdivisés, diffèren de température l'un de l'autre. Autour du rotor se trouv une enveloppe 30 qui est subdivisée par des nervures 31 quatre compartiments correspondant aux quatre zones des @ d'échappement. Dans chaque compartiment se trouve un an@
EMI5.2
4--1-- 'le4- Q g""'f!nAnf'fenr 32. L'élément de surchauffeur
<Desc/Clms Page number 6>
tué dans la premier compartiment, correspondant aux passa- ges 18, est alimenté en air sous une pression élevée par des tuyaux 55 venant du compresseur d'air non représenté, qui peut avantageusement être acqtionné par l'arbre du rotor.
Dans ce compartiment l'air est porté à une température plus élevée par les gaz d'échappement venant des passages la et de 1à il passe par le passage de transfert 34 dans un second anneau de surchauffeur disposé autour de la sortie des pas- sages 17. Ce gaz est plus chaud et l'air est par conséquent chauffé davantage. De là il se rend par des passages de transfert 35 au troisième anneau de surchauffeur situé autour des passages 16 et reçoit de la nouvelle chaleur et finalement par les passages de transfert 36 il se rend dans un dernier anneau de surchauffeur qui reçoit les gaz des passages 15.
L'air qui a été ainsi surchauffé est conduit par des tuyaux 37 dans des orifices d'entrée d'air 38 qui aboutissent dans les chambres de combustion 21 et sont commandés par des sou- papes d'admission 40, du type à plateaux. Les soupapes d'ad- mission peuvent être actionnées par n'importe quel mécanis- me approprié, par exemple des leviers brisés 41, 42 et des tiges de poussée 43, à partir d'une came 44 montée sur l'ar- bre 11 du rotor. Des moyens appropriés pour maintenir la soupape 40 fermée, sauf lorsqu'elle est ouverte par la pous¯ sée de la came 4, sont prévus et sont représentés schéma- tiquement aux dessins par des ressorts 45.
L'air se trouvant dans les tuyaux 37 et les orifices d'admission :sa et en fait dans tout le surchauffeur est à la pression requise pour l'infection dans les chambres de combustion lorsque les sou- papes 40 s'ouvrent, cI est à dire que cette pression corres- pond à la pression de compression dans un moteur Diesel, mais par suite du surchauffage de l'air, en vue d'assurer la com- bustion du combustible, cette pression de compression ne doit pas être aussi élevée que celle habituellement employée dans les moteurs Diesel, parce que l'air est chauffé non seulement
<Desc/Clms Page number 7>
par la compression mais également par les gaz d'échappement Tenant du rotor.
SL l'on considère de nouveau le rotor et les gaz d'é- chappement de celui-ci, ces gaz se rendent par des passages appropriées prévus dans les nervures 31 vers l'extrémité de l'enveloppe 30 et sortent par les ouvertures 138 dans la paroi d'extrémité 39 de celle-ci, pour gagner une enveloppe de turbine laquelle l'enveloppe 30 est reliée par une bride 137. Il y a un rotor de turbine et un aubage de turbine montés dans cette enveloppe sur l'arbre 11, mais ces pièces ne sont pas représentées aux dessins parce qu'elles peuvent être construites dans une large mesure suivant la pratique usuelle des turbines vapeur réaction.
Ces pièces de turbine utilisent l'énergie restant dans les gaz d'échap- pement venant du rotor 12, lesquels gaz peuvent avoir, dans ce but, n'importe quelle pression d'échappement que l'on trouve appropriée lors de l'établissement de la turbine, par exemple 100 livres par pouce carré. La turbine d'échappement à laquelle la bride 137 est reliée ajoute par conséquent une puissance considérable au débit de 1'ensemble de la machina et l'on fait en sorte que sa poussée équilibre sensiblement la poussée axiale produite par la pression des gaz sur le rotor 12.
Il y a un palier de butée 50 représenté aux dessins entre le rotor et la pièce coulée de butée 20, et un sembla- ble palier de butée devrait également âtre disposé dans le section de turbine d'échappement pour absorber la poussée en sens opposé à celui de la poussée absorbée par le palier 50, ce qui maintient les pièces en position axiale relative correcte l'une par rapport à l'autre.
Il est à remarquer que la pièce coulée 20 est disposée de façon à fournir un espace 60 formant chemise d'eau autour des chambres de combustion, et il y a une conduite principale ap- propriée 61 de circulation d'eau, reliée par les branchements 62 à la périphérie de la chemise d'eau, tandis que l'autre
<Desc/Clms Page number 8>
conduite principale 63 est reliée par des branchements 64 à la face frontale de la chemisa d'eau. L'eau est fournie à la conduite principale 63 par un tuyau 65 et est enlevée de la conduite principale 61 par un tuyau 66.
L'éinjection de combustible dans les chambres de combus- tion 21 est réalisée par l'intermédiaire de tuyères d'injec.. tion 70. La construction de ces tuyères ne fait pas partie de la présente invention et elles peuvent être construites suivant la pratique usuelle dans las moteurs Diesel. La tuyè- re débite le combustible dans une chambre de combustion préliminaire 71 qui communique avec la chambre de combustion principale par des passages 72. La combustible est refoulé dans la tuyère au moyen d'un plongeur de pompe 73 fonction- nant dans un cylindre 74.
Le combustible est débité dans les cylindres de pompe par des soupapes dans l'enveloppe 75 et est envoyée à l'enveloppe par une conduite principale an- nulaire 76 alimentée par un tuyau 77. Les fuites qui se produisent toujours dans les injecteurs à haute pression de ce genre et qui sont habituellement prises à des raccords d'évacuation sur la pompe et l'injecteur, sont recueillies et évacuées par un tuyau 78 qui les ramené dans le bassin d'ou le combustible est aspiré.
Les plongeurs de pompe 73 sont actionnés par une came 80 montée concentriquement à l'arbre 11 du rotor, La came 80 n'est pas montée directement sur l'arbre 11 mais sur un manchon intermédiaire 81 qui est fixée par nervures sur un collier 82 calé à l'arbre il. Le manchon 81 est également calé par nervures à la cama 80 et l'une des séries des ner- vures est rendue hélicoïdale. En conséquence un mouvement longitudinal du manchon 81 servira à faire tourner la came par rapport 1 l'arbre 11. A ce propos, il doit évidemment être bien entendu que des moyens sont prévus pour empêcher le mouvement longitudinal de la came elle-même lorsque le manchon est déplacé et qu'une fourche et une tige de com-
<Desc/Clms Page number 9>
mande sont prévues pour venir an prise avec le manchon 81.
Ce mécanisme sert à avancer ou à retarder la moment d'injection de l'huile combustible dans les chambres de combustion.
Si l'on considère maintenant le système de graissage, le lubrifiant est débité par un tuyau 90 dans une conduite an- nulaire principale, 91 qui le débite par des branchements 92, 93 en différents points situés autour des surfaces de con¯ tact du rotor en 14 et de l'enveloppe 20. Des anneaux de bourrage 94, 95 sont placés dans des cavités de ces faces concentriques 'à l'axe du rotor, l'anneau 94 étant à l'inté- rieur des chambres de combustion et l'anneau 95 à l'exte- rieur, de celles-ci. Les jeux entre ces anneaux et les rai- nures dans lesquelles ils fonctionnent, et également le jeu entre les faces du rotor et l'enveloppe sont réduits à une valeur de l'ordre de millièmes de pouce et la lubrifiant est débité par les tuyaux 92, 93 aux rainures dans lesquelles les anneaux fonctionnent.
La pression d'alimentation en lu- brifiant est rendue suffisamment élevée pour résister au déplacement sous l'effet des pressions périodiques produites dans les chambres de combustion. En d'autres termes lorsque les gaz ont brûlé dans les chambres de combustion, il y a une pression élevée tendant à refouler le lubrifiant vers l'extérieur. Lorsque les gaz ont été expulses dans les pas- sages de gaz du rotor, la pression du lubrifiant tendra à le faire fuir vers l'intérieur. Si l'on choisit une pression appropriée et si l'on prend une huile ou un autre lubrifiant d'une viscosité correcte, il n'y aura aucune perte exagérée d'huile ni aucune fuite de gaz.
L'huile dans son ensemble tend à se mouvoir radialement vers l'extérieur vers la péri¯ phérie du rotor où elle est recueillie par un prolongement de 97 de l'enveloppe 30 et évacuée par un tuyau 98 qui la ramène à un bassin à lubrifiant d'ou elle est repompée vers les rai- nures de bourrage et les anneaux contenus dans celles-ci.
Les différents dispositifs d'alimentation de combustible
<Desc/Clms Page number 10>
pour alimenter le tuyau 77, la pompe pour alimenter le tuyau 90 et les moyens qui peuvent être employés pour faire circu- ler l'eau dans le tuyau 75 ne sont pas représentes aux des¯ sins vu qu'ils appartiennent à la pratique habituelle da la technique.
Outre le moyen pour débiter du combustible dans les chambres de combustion, des moyens, qui peuvent être en principe semblables l'injecteur 70, peuvent être employés pour injecter de l'eau dans les chambres de combustion après le commencement de la combustion dans celles-ci. Ceci tend à abaisser la température des gaz dans les chambres tout en augmentant la quantité réelle de fluide débitée vers les passages de gaz prévus dans la rotor.
La pression produite est également réduite, de sorte que la tension imposée aux pièces est limitée et l'emploi d'eau d'injection peut dans beaucoup de cas suffire pour rendre possible l'emploi da ma- tières de construction plus facilement disponibles pour la fabrication de l' appareil. Il doit être bien entendu égale¯ ment que des paliers appropriés destinés à résister aux vi- tasses élevées de rotation requises seront employés.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.