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" Perfectionnements apportés aux installations motrices avec turbines à combustion interne. "
L 'invention est relative à des installations motrices avec turbines à combustion interne et du genre de celles dans lesquelles une turbine est utilisée non seulement pour entraîner un compresseur mais également un autre organe-rotatif qui peut être un autre compresseur et qui, généralement, doit pouvoir tourner à une vitesse différente du compresseur cité en premier lieu et pour lesquelles le ou les compresseur produisent la totalité de la phase de compression du cycle.
Par exemple, pour une machine avec turbine à gaz pour la propulsion par jet de réaction d'un avion; il a été proposé d'utiliser une hélice ou un ventilateur encagé, actionné à l'aide d'une transmission réductrice par la turbine, pour améliorer la poussée lors de l'envol et le rendement de la machine aux basses altitudes.
Il est connu de munir un moiteur suralimenté, destiné à entraîner une hélice, d'une transmission différentielle reliant le moteur à la fois au suralimenteur et à l'hélice. mais pour un tel dispositif seulement une partie de la phase de compression est effectuée dans le suralimenteur de sorte que toute variation de la vitesse
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de celui-ci modifie seulement le pression de contrôle.
Dans une installation motrice avec turbine à combustion interne, toutefois, le compresseur produit la totalité de la compression et, pour cette raison, l'effet obtenu en faisant varier la vitesse du compresseur est bien plus prononcée.
L'invention a pour but, surtout, de réaliser des moyens à l'aide desquels la puissance d'entraînement de la turbine peut être répartie entre les organes rotatifs entraînas afin que chacun d'entre-eux ou les deux puissent être actionnés à des vitesses qui sont variables par rapport à celle de la turbine.
Elle consiste, principalement, à relier opérativement le compresseur et l'autre organe rotatif entraîné, à la turbine et entre-eux, par une transmission différentielle .
De cette manière on rend la vitesse, à laquelle chaque organe entraîné tourne par rapport la vitesse de le turbine entraînante, dépendante de la vitesse angulaire de l'autre organe entraîné et elle sera maximum quand ledit organe rotatif entraîné est fixe. En. ayant recours à des moyens de réglage de vitesse appropriés, par exemple un mécanisme de freinage ou régulateur de vitesse adjoint à chacun des organes entraînés, la puissance d'entraînement disponible de la turbine peut être répartie entre les organes entratnés et on peut régler et/ou faire varier la répartition.
Les dessins ci-annexés montrent, titre d'exemple, quelques modes de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre, parties en élévation et parties en coupe axiale, une installation motrice avec turbine à combustion interne pour un avion et comprenant un mécanisme différentiel établi entre la turbine et le compresseur ainsi que l'hélice qu'elle entraîne.
Les figs. 2 à 5 montrent, en coupe, plusieurs modes de réalisation de mécanismes différentiels qui peuvent être utilisés pour le dispositif selon la fig. 1 en vue de réaliser un rapport de vitesses maximum autre que 1 : 1 entre la machine motrice principale ou turbine et chacun des organes rotatifs qu'elle entratne.
La fig. 6 montre, semblablement à la fig. l, une installation analogue pour la propulsion par réaction d'un avion et pour laquelle la turbine entraîne, à l' aide d'un mécanisme différentiel, une soufflerie centrifuge et un compresseur axial.
La fig. 7 montre, semblablement, une installation analogue pour laquelle la turbine entraîne, par un mécanisme différentiel, un compresseur axial et un ventilateur encagé qui augmente la poussée du jet de réaction.
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La fig. 8 montre, semblablement à la fig; 1, une partie du dispositif selon cette figure mais qui comporte une servo-oommande à la place d'un régulateur de vitesse.
La fig. 9 montre, semblablement, une partie du dispositif selon la fig. 6 mais qui comporte une serva-commende à la fois pour la soufflerie centrifuge et pour le compresseur.
La fig. 10 montre, en coupe schématique, une application de l'invention à une installation motrice avec turbine à combustion interne pour la propulsion d'un bateau et pour laquelle on se sert d'une transmission différentielle électrique.
L'installation motrice, montrée sur la fig. 1, comprend un rotor 1 d'un compresseur axial et un rotor coaxial 2 d'une turbine axiale et qui sont montés de manière à pouvoir tourner autour des extrémités opposées d'un arbre hélice 3 respectivement par l'intermédiaire des paliers 4 et 5. Le rotor de compresseur 1.porte des séries circulaires d'aubes radiales et espacées 6 et le rotor de turbine 2 porte deux séries circulaires d'aubes radiales et espacées 7 entre lesquelles est intercélée une série d'aubes de stator 9, les aubes 7 et 9 étant montées sur un carter fixe 10 entourant les rotors k et 2.
Entre ceux-ci est prévue une chambre de combustion annulaire 11 dans laquelle le combustible est injecté et brûlé continûment à l'aide d'un brûleur à gicleur 12.
L'extrémité avant de l'arbre- d'hélice 3 est logée dans un palier 13 établi au centre d'un disque terminal 14 dans lequel sont ménagées des ouvertures 15 par lesquelles de l'air est admis dans le conduit annulaire du compresseur axial. L'extrémité arrière dudit arbre est montée dans un palier 16 supporté par un carénage d'échappement 17, de forme ogivale et dans lequel est logé un mécanisme de freinage 18 à l'aide duquel l'arbre d'hélice 3 peut être arrêté ou commandé.
Des bras ou des axes, dont un seulement a été montré, sont fixés radiale nent sur l'arbre d'hélice 3 et sur chaque bras 19 peutntourner librement un pignon central et planétaire 20 qui engrène avec deux couronnes dentées 21 et 22 rendues solidaires respectivement du rotor de compresseur 1 et du rotor de turbine 2. Par ce dispositif différentiel la vitesse du rotor 1 est rendu dépendénte de la vitesse de l'arbre d'hélice 3 et elle aura une valeur maximum quand ce dernier est immobilisé à l'aide du frein 18. De même, la vitesse de l'hélice dépend de celle du rotor 1 et sera maximum quand le rotor du compresseur est fixe.
Quand les couronnes dentées opposées ont des cercles primitifs de même diamètre et quand des pignons planétaires de même module engrènent avec les deux couronnes et sont montés sur des bras radiaux perpendiculaires à l'arbre d'hélice, comme montré sur la fig. 1, le couplé agissant sur le rotor du compresseur est égal à la moitié de celui agissant sur l'hélice.
Si l'on désire utiliser un autre rapport pour les couples entre
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l'hélice et le rotor de compresseur on peut utiliser d'eutres mécanismes différentiels convenablement agencés et dont des exemples sont indiqués schématiquement sur les figs. 2 à 5 pour lesquelles les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que sur la fig. 12
Pour le dispositif selon la fig. 2 on a recours à des engrenages à dentures droites ou hélicoïdales, à le place des engrenages coniques, les roues principales 21 et 22 portant respectivement des dentures externes et internes et engrenant simultanément avec des pignons 20 montés sur des axes 19 parallèles à l'arbre d'hélice 3 et montés sur undisque 24 rendu solidaire de ce dernier.
Sur la fig. 3, les couronnes dentées coniques 21 et 22 engrènent chacune avec un pignon faisant partie d'une paire de pignons 2P engagés librement sur des bras radiaux perpendiculaires à l'arbre d'hélice 3 et montés sur un disque 24 solidaire de ce dernier. Sur la fig. 4 on a recours à desppignons coniqueplanétaires montés sur des bras 19 faisant un angle différent de 90 C avec l'arbre d'hélice 3 et montée sur un disque 24 solidaire de celui-ci, lesdits pignons engrenant chacun avec les deux couronnes coniques 21 et 22 dont les cercles primitifs ont des diamètres différents.
Sur la fig. 5 on a recours à des pignons avec dentures droites ou héli- coldales qui engrènent entre-eux et respectivement avec les couronnes dentées 21 et 22, les pignons étant montés de manière à. pouvoir tourner sur des axes 19 parallèles à l'arbre d'hélice 3 et montés sur une cagé 25 à la périphérie d'un disque 24 rendu solidaire dudit arbre, lesdites couronnes 21 et 22 portant toutes deux des dentures internes.
Après avoir décrit divers modes de réalisation du mécanisme différentiel qui peuvent être utilisés avec le dispositif montré sur la fig. 1, on revient à ce dispositif en faisant observer que la vitesse du rotor de compresseur 1 peut être réglée en ayant recours à une hélice 26 à pas variable, à commande hydraulique, électrique, mécanique ou autre et le compresseur peut être rendu à vitesse -constante à l'aide d'un régulateur de vitesse 27 entraîné, à l'aide d'un pignon 28 et d'une tige 29, par le rotor 1 du compresseur et relie, par les tubes de liaison 30, au mécanisme de variation du pas de l'hélice 26, de la manière connue.
L'utilisation d'un compresseur à vitesse constante, commandé par un régulateur contrôlant le mécanisme de variation du pas de l'hélice, comme celui décrit à propos de la fig. 1, présente le désavantage que la pression à la sortie du compresseur décroît quand l'altitude augmente mais on peut y remédier en contrô- lant le mécanisme susdit par une servo-commande utilisée à la place du régulateur de vitesse du compresseur, la servi-commande agissant en fonction de la pression à la sortie dudit compresseur.
Un tel mode de réalisation est montré schématiquement sur la fig. 8 pour laquelle une servo-commande 31, logée dans une boite 32 dans laquelle
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agit la pression de décharge du compresseur par l'inter- médiaire du tube de liaison 33, fait intervenir un servo- moteur ou relais à fluide propre à régler le débtt ou la pression du fluide dans les tubes 30 aboutissant au mécanisme de variation du pas de l'hélice. Le servo-com- mande peut être analogue à celle utilisée pour la sur- alimentation des moteurs d'action et peut comporter un empilage de capsules, un soufflet ondulé, etc. dans lesquels on a fait le vide ou encore une membrane ou un diaphragme flexible, sur lesquels on fait agir le. pression de décharge du compresseur.
Quand le changement de pas se fait à 1 aide de moyens électriques ou méca- niques, la serve-commande est agencée de manière à pouvoir contrôler le circuit électrique ou la transmis- sion mécanique. Pour éviter l'emballement du compresseur, on peut le contrôler par un régulateur centrifuge prré- dominant- sur la serve-commande.
Quand on serre le frein 18, l'hélice Se peut être rendue inactive et la poussée du gaz d'échéppement, débité par la tuyère à l'arrière du carénage ou carter 10, peut être utilisée à elle seule pour la propulsion par réaction de l'avion quand celui-ci vole à une vi- tesse élevée, dans la stratosphère où l'hélice serait inefficace. Pour réduire au minimum l'effet de traînée,- dans ces conditions de vol à haute altitude, les pales de l'hélice, peuvent être articulées à leurs bases et agencées de manière à pouvoir être repliées vers l'avant ou l'arrière par une commande articulée analogue à celle ' utilisée pour un parapluie ordinaire.
Avec un tel dis- positif, par lesquels les pales d'hélice peuvent être repliées ou rabattues, l'installation motrice devrait comporter, en réalité, un compresseur à deux vitesses, la vitesse: inférieure intervenant pour les vols à basse altitude -avec propulsion par hélice et par jet de réac- tion alors que la vitesse supérieure servirait pour les vols à altitude élevée et seulement avec une propulsion par réaction. Dans ce cas on ne devrait pas se servir d'un régulateur de vitesse pour le compresseur mais une commande appropriée pour le réglage de la vitesse de la turbine serait nécessaire, avantageusement sous la forme d'un régulateur de vitesse, relié à l'arbre de la. turbine et propre à régler, de la manière connue, l'alimentation. du combustible vers la chambre de combustion.
Au lKieu de se servir d'une hélice à ,pales re- pliables ou rabattables, comme ci-dessus, on peut avoir recours à une hélice du type normal à pales fixes, de pair avec un régulateur propre à contrôler l'alimenta- tion en combustible ou à faire varier l'angle d'inci- dence des aubes du rotor et/ou du stator 'du compresseur et, dans le cas où l'on fait varier cet angle d'inci- dence, un contrôle additionnel de la vitesse de la tur- bine peut être nécessaire et prévu de la manière connue.
Pour le mode de réalisation selon la fig. 6, la roue-4:5 d'une soufflerie centrifuge et le rotor 1 d'un compresseur axial sont entraînés, par une trans- mission.différentielle, à l'aide du rotor 2 de la turbine.
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Le différentiel comprend les couronnes dentées 46 et 21, rendues respectivement solidaires de la roue 45 et du rotor 1, ces couronnes engrenant à la fois avec des pignons planétaires 20 montés sur des bras radiaux 19 fixés sur l'arbre 47 du rotor de la turbine; Cet arbre 47 repose dans des paliers 48 montés sur le stator 49 commun à la soufflerie, au compresseur et à la turbine et dans lequel est également logée une chambre de combustion 11, entre le compresseur et la turbine, dans laquelle du combustible est injecté et brûlé continûment à l'aide de brûleurs à gicleurs 12. Le rotor 1 du compresseur peut tourner librement sur l'arbre 47 à l'aide de paliers 4 alors que la roue 45 peut tourner librement autour de l'extrémité avant de cet arbre à l'aide de paliers 50.
Un carénage de sortie 39 et l'extrémité arrière de la carliggue 41, dans laquelle est logée la machine, délimitent un passage d'échappement annulaire qui se termine par un orifice ou une tuyère 42 pour le jet de propulsion. Par cette disposition, la distribution ou la répartition de la puissance d'entraînement, fournie par la turbine, entré le rotor du compresseur et la roue de la soufflerie est automatique et en fonction du rapport des charges agissabt s@r ces éléments entraînés dans les conditions de vol.
Au lieu de vouloir obtenir un effet purement automatique, à l'aide du différentiel, pour la répartition de la puissance, fournie par la turbine, entre le compresseur et la soufflerie, comme indiqué ci-dessus en se référant à la fig. 6, ces éléments entraînés peuvent avoir une serve-commande en fonction de leurs pressions de décharge respectives. Comme montré sur la fig. 9, les aubes de stator 7 du compresseur axial peuvent être articulées, par des pivots 51, au carter 10 afin que leur angle d'incidence puisse être modifié à l'aide d'un mécanisme à leviers 52 actionné par un servo-moteur ou relais à fluide 53 sous le contrôle d'une servo-commende 54 logée dans une botte 55 dans laquelle règne la pression de décharge du compresseur par l'intermédiaire du tube de liaison 26.
De même, une serve-commande 57, logée dans la botte 58 dans laquelle règne la pression de décharge de la soufflerie par l'intermédiaire du tube de liaison 59, fait varier l'incidence des ailettes de guidage 60, à la sortie de la soufflerie, à l'aide d'un servo-moteur ou relais à fluide 61 et un mécanisme à leviers 62.
Sur la fig. 7 on a montré un mode de réalisation suivant lequel le rotor de compresseur 1 et un arbre coaxial 63, sur lequel le rotor 1 peut tourner librement à l'aide des paliers 4, sont entraînés par le rotor à aubes 2 de la turbine et par l'intermédiaire d'une transmission différentielle comprenant des couronnes dentées 22, 21 et des pignons planétaires intercalés 20 montés sur des bres radiaux 19 fixés sur l' arbre 63. Le rotor 2 de la turbine est coaxial à l'arbre 63 et peut tourner librement autour de celui-ci à l'aide des paliers 5.
L'arbre 63 peut tourner dans des paliers avant 13 et arrière 16 qui sont supportés:par un carter
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de stator 10, commun au compresseur 'et à la turbine et dans lequel est logée, entre le compresseur et la turbine, une chambre de combustion 11 dans laquelle du combustible est injecté et brûlé continûment à l'aide des brûleurs à gicleurs 12. Le compresseurk dont le mécanisme de commande sera décrit ci-après, et la chambre de combustion 11 sont logés dans un carénage 64 dont l'extrémité avant, de pair avec un carénage intérieur 65, délimite une entrée d'air annulaire pour le compresseur.
Ledit carénage 64 forme, de pair avec un carénage extérieur 66, une entrée d'air annulaire aboutissant à l'arrière à un ventilateur encagé dont la paroi externe 67 est supportée, à l'aide de bras radiaux ou ailettes de guidage 68, par le carter de stator 10. Un carénage d'échappement 69 et un carénage externe 70, qui l'entoure, s'étendent vers l'arrière depuis une partie annulaire du carter 10, pour délimiter un conduit d'échap- pement annulaire prolongé par une tuyère 71 pour le jet propulseur.
Pour cette disposition, les aubes 7 du stator et celles 6 du rotor sont montées respectigement sur des pivots 75 et 76 afin que leurs incidences puissent être modif iées. A cet effet, un régulateur de vitesse 27, entraîné par la tige 29 et par le pignon conique 28 depuis le rotor de compresseur 1, agit sur un servo-moteur ou relais à fluide 77 lequel, 'par un mécanisme à leviers 78, provoque des mouvements simultanés et oorrespondants à une tige 79 et des pivots 75 des aubes 7 du stator. Une manivelle 80, montée sur l'extrémité interne de la tige 79, provoque un mouvement axial à un manchon de commande 81 qui e'st reliée par des mécanismes articulés 82 aux pivots 76 des aubes 6 du rotor de manière à les déplacer suivent des mouvements simultanés et correspondants.
De cette manière, l'incidence des aubes 6, 7 du compresseur est modifiée en fonction de la vitesse du compresseur. Par conséquent, la répartition de la puissance fournie par la tourbine entre le compresseur et le ventilateur encagé est réglée en conséquence par la. transmission différentielle en fonction des conditions du fonctionnement.
Dans une installation motrice avec turbine à combustion interne,pour la propulstion d'un bateau, montrée schématiquement sur la fig. 10, l'air entrant par une admission 83, orientée vers l'avant, traverse un compresseur axial pour atteindre une chambre de combustion 85 dans laquelle du combustible est injecté et brûlé continûment à l'aide d'un brûleur à gicleur 86 et les produits, résultant de la combustion dans la chambre 85, sont détendus dans une turbine axiale 87, pour actionner celle-ci et sont ensuite évacués à l'air libre?L-'arbre 88 de la turbine entraîne une génératrice électrique 89 dont le circuit utile 90 alimente des moteurs électriques 91 et 93, reliés en série.
Le moteur 91 entraîne le rotor du compresseur 84 par l'arbre 93 et le moteur 92 actionne l'arbre 94 d'une hélice marine 95? Par le montage d'une génératrice entraînant des moteurs reliés
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en série, les moteurs prélèvent de l'énergie, fournie par la génératrice, en proportion des charges qui les sollicitent et la répartition de la puissance varie automatiquement en fonction des variations du rapport entre ces charges, ce qui correspond, en réalité, à une transmission différentielle électrique.
REVENDICATIONS.
1. Installation motrice avec turbine à com- bustion interne et du genre de celles dans lesquelles une turbine est utilisée non seulement pour entraîner un compresseur mais également un autre organe rotatif qui peut être un autre compresseur et qui, généralement, , doit pouvoir tourner à une vitesse différente du comResu@@@ presseur cité en premier lieu et pour lesquelles le ou les compresseur produisent la totalité de la phase de com- pression du cycle, caractérisée par le fait que le com- presseur et l'autre organe rotatif entraîné sont reliés opérativement à la turbine et entre-eux par une transmis- sion différentielle.
2. Installation motrice telle que spécifiée sub 1 et comportant des moyens régulateurs de la vitesse en coopération avec l'un des organes entraînés afin que la puissance d'entraînement disponible de la machine motrice principale puisse être répartie entre les organes entraînés;
3. Installation motrice telle que spécifiée sub 2 et destinée à des avions tout en comportant une turbine entraînant -un compresseur et une hélice à pas variable, caractérisée par le fait qu'une vitesse constante est obtenue pour le compresseur en agissant sur le mécanisme pour la variation du pas de l'hélice à l'aide d'un régulateur de vitesse relié au rotor du compresseur.
4. Installation motrice telle que spécifiée sub i ou 2 et destinée à des avions tout en comportant une turbine entraînant un compresseur et une hélice à pas variable, caractérisée par le fait que le mécanisme de variation du pas de l'hélice est contrôlé par une servo-commande sur laquelle agit la pression de décharge du compresseur.
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