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Perfectionnements aux machines à gaz @
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif destinés à améliorer le rendement des dispositifs fonctionnant par 7-,'écoulement d'un gaz. Elle a également pour, objet les dispositifs comportant application de ce procédé.
Le procédé en question consiste, fondamentalement, à disposer les éléments qui transforment en travail l'énergie due à l'écoulement du dit gaz dans ou à la proximité d'un col annulaire faisant partie d'un système convergent-divergent, annulaire lui aussi, et à créer et maintenir dans le dit col une zône de pression et de température relativement basses, la puissance nécessaire pour créer et maintenir ces conditions de pression et de température étant empruntée aux dits éléments de transformation de l'énergie.
Le dispositif, objet de l'invention, consiste, fondamen- talement, en une turbine à gaz, alimentée en fluide gazeux rela- tivement chaud par un injecteur annulaire qui mélange un flux ga- zeux chaud comprimé par un compresseur mu par la turbine et un flux gazeux à plus basse température réchauffé au contact du dit injecteur, en combinaison avec un convergent-divergent dans
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lequel échappe la turbine et qui est muni, à l'entrée de son col d'une fente dirigée vers l'aval et dont la lèvre aval s'éoar te de plus en plus de l'axe de sortie de la dite fente et qui est alimentée en fluide gazeux comprimé par le dit compresseur @ refroidi par le fluide gazeux aspiré par le dit injecteur, ce convergent-divergent étant relié à un compresseur, mu par la tur bine, qui relève la pression des fluides gazeux sortant du conve: gent-divergent et le refoule au dehors du dispositif.
Le système convergent-divergent annulaire est monté de façon que l'écoulement du gaz qui le traverse se fasse d'une manière soit centripète, soit axiale, soit centrifuge.
Une façon de réaliser la présente invention est, par exemple, la suivante;
Si l'on dispose d'une masse de gaz chaude par exemple de gaz provenant de l'échappement d'un moteur ou de la combustion dans un foyer ou ayant servi à refroidir un mécanisme chaud quelconque, le nombre des calories qui s'y trouvent ne peut généralement pas être utilisé en totalité ou en partie et ceci à cause du manque de surpression ou de la faible surpression qui règne dans la dite masse gazeuse par rapport à lambiance,
On sait,d'autre part, que lorsque l'on crée à la sortie d'un divergent d'une tuyère convergente-divergente un appel d'air à travers la dite tuyère, la vitesse de la masse d'air- appelée est accrue dans le col,
d'une façon assez importante et que cette augmentation se fait au détriment de la pression et de la tempé- rature. On réalise ainsi une dépression qui peut atteindre uhe valeur élevée et une température qui peut être très basse.
L'on peut aussi créer et maintenir la dépression dans le col en soufflant la longdes parois du convergent vers le diver- gent ; le phénomène dans le colest alors le même.
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C'est l'application de ce phénomène @ qui consiste à créer une zone de pression ot de température relativement basses, placée en aval de la masse gazeuse plus chaude dont on dispose, qui permet d'ob- ('tenir un écoulement pouvant être transformé en travail, cet écoulement se faisant à travers une tuyère de forme annulaire qui est l'un doc moyent fondamentaux de la présente invention.
Le dessin ci-joint représente, à titre d'exemple, di- verses formes de réalisation de l'invention.
Dans ce dessin :
Fig. 1 est une coupe diamétrale schématique d'un ensemble formant une machine à gaz avec turbine fonctionnant d'une manière centripète;
Fig. 2,3, 4 et 5 sont dos sections transversales par I-I, la-la, Ib-Ib, Ic-lc de fig. 1;
Fig. 6 est une vue analogue à fig. 1 d'uns variante de la réalisation d'une telle machine à gaz ;
Fig. 7 e'st une coupe, analogue à fig. 1, d'uneautre variante ;
Fig. 8 est une coupe,également analogue à fig. 1 de plusieurs machines accouplées, conformes à l'invention, agissant ensemble sur une turbine commune;
Fig. 9 est encore une figure analogue à fig. 1 d'une antre variante dans laquelle une turbine axiale remplace la turbine centripète.
Dans la forme d'exécution représentée dans les fig. 1 à 5, une masse gazeuse chaude, sous pression, qui circule dans l'anneau circulaire 1 s'échappe par des ouvertures 2 à travers des ajutages 3 qui forment un convergent annulaire et autour desquelles une masse d'air, qui s'est échauffée au contact de
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la paroi de l'anneau 1 et des ouvertures 2, circule et se mé- lange avec les gaz chauds qui proviennent de l'anneau 1 on sor- tant par les orifices 2,
Ce mélange d'air chauffé et de gaz chauds, attacue les aubes 5 d'une turbine6 placées dans une partie étranglée annu- laire 2a qui fait l'office do col annulairo do la tuyère annu- laire.
La turbine, mise en mouvement,. entrai ne par son axe 7 une série de compresseurs étagés 9 lesquels, à leur tour, aspi- rent et compriment de l'air arrivant par l'ouverture 8 en l'obl' geant, entre chaque étage, à circuler au contact d'ailettes 10- 11.
Dans les alvéoles lla qui se trouvent entre los ailettes 11 circule de l'air qui les refroidit en entrainant la cha- leur au fur et à mesure que l'air comprimé venant des compres- seurs, la leur transmet,
A la fin do la compression, l'air, assez refroidi, qui vient s'accumuler en 12, passe par des canalisations 13, qui sont autant que possible refroidies encore par la forme d'ai- lettes qui leur est donnée (fig, 1 et 2) et par leur contact extérieur avec l'ambiance, et arrive dans une capacité circu- laire 14 d'où il sort par une fonte annulaire 15.
Cette fente 15 est caractérisée par le fait que la lèvre de son embouchure est prolongée en s'écartant continuel- lement de la direction de l'axe de la sortie et fait partie de la paroi du convergent d'un tuyère convergente-divergente 19.
Dans le col 18 de cette tuyère convergente-divergente, de forme cylindrique, circule, par suite des dispositions ci-dessus et du fonctionnement auquel'. elles donnent lieu, une masse gazeuse qui se trouve être, par la détente de ltair venant de la fente
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15, en déprossion ot à une température relativement basse.
Pa: le convergent 19a de la tuyère 19, la dépression est transmi-se en amont vers un endroit situé en aval dos aubes 5 de la turbir 6 de sorte que le plateau de la turbine ainsi qu'une partie de la paroi du convergent do la tuyère 19 forment,en quelque sorte un divergent annulaire qui fait suiteau col où l'on trouve le aubes 5 de la turbine 6 et par où se fait l'appel du mélange d'air et de gaz ; le convergent de ce système annulaire est formé, comme on le voit, par les parois extérieures du collec- teur 12 des ajutages 3 et de la paroi inférieure de l'ensemble
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au travers duquel passe l'air 4. Le prolongement20 de 1" arbre d,. la turbine 6 entraine en plus un compresseur axial 21 lequel refoule,sous une certaine pression,le mélange total des gaz et de l'air à travers la sortie 22.
Cet air peut ainsi servir soi directement comme réacteur par sa quantité de mouvement, soit pour toute autre application qui peut être envisagée,
Dans le cas de la variante do la fig. 6 les divers orga- nes du dispositif et le fonctionnement sont les mêmes que dans les fig. 1, 2, 3, 4 et 5, jusqu'au compresseur axial qui est remplacé par un comoresseur centrifuge 24 lequel, à sa sortie agit sur les aubes 26 d'une turbine qui, à son tour, entraine Un arbre 28 sur lequel on peut prélever de l'énergie.
Dans la variante représentée à la fig. 7,de l'air, réchac fé par une source chaude 29 ou toute autre masse gazeuse chaud circule dans un colimaçon 30. Des ouvertures 2a aménagées à l'intérieur de ce colimaçon permettent à l'air ou à la masse gazeuse d'en sortir, Cette sortie a lieu dans un convergent annulaire 19a qui porte sur chaque face intérieure une fente caractérisée par le fait que la lèvre aval 15a de l'embouchure de cette fente est prolongée en s'écartant continuellement de
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la direction de l'axe de sortiedu gaz de cette fente 15 et forme une partie de la paroi intérieure du convergent 19a. Dans le col 2a se trouvent les aubes 5 d'une turbihe 6.
Après ce col le divergent est constitué par, d'une par%, une partie d'un autre convergent 19a qui appartient à un système convergent-divergent circulaire central, et d'autre part, avec le fond du plateau 6 de la turbine (ou d'une pièce placée à cet ehdroit, dans ce but, et d'une forme adéquate). Faisant suite 3 ce convergent 19a se trouve un ccl cylindrique 16 suivi, à son tour, par un divergent 19 lequel est prolongé par une partie cylindrique droite 19c.
L'intérieur de ce système formé par 19a, 16, 19 et 19c est traversé par un axe 20 qui est le pro- longement de l'axe de la turbine 6. A l'extrémité de cet axe se trouve monté un compresseur centrifuge 24 qui a pour objet d'aspirer le mélange gazeux qui vient de 29, de 15 et de 18 et de le refouler, par la suite, sous une certaine pression à tra- vers un colimaçon collecteur 29 pour sortir par 22 vers l'endroi où il doit être employé. En même temps, soit par le prclongemen de l'axe 20, soit par tout autre moyen, un dispositif de compres sion non représenté et relié à l'entrée 29 du colimaçon 30, est mis en mouvement pour alimenter les capacités 12 et 14 par les conduites 8 et 33 avec de l'air sous pression afin que celles-ci puissent alimenter à leur tout le soufflage de l'air sortant par les fentes 5.
La fig. 8 représente un ensemble formé de plusieurs dispositifis groupés,,dont les unités fonctionnent comme suit :
De l'air se trouvant dans la chambre annulaire 1 est réchauffé par une adduction de combustible de tout type connu approprié, non représenté. Cette masse chauffée sort par les ajutages 2 en se mélangeant dans un colimaçon 3) avec de l'air m@ins chaud à travers un convergent annulaire 2a pour agir sur
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les aubes 5 d'une turbine 6.
Ces aubes 5 se trouvent ainsi dans le col annulaire d'un convergent-divergent annulaire dont les parois du divergent sont réalisées d'une part, par la partie centrale de la -turbine 6 à laquelle est fixé l'axe 20, et,d'autre part, par la paroi inter- ne d'un convergent 19a faisant partie d'un.autre convergent-di- v'ergent cylindrique 19 dont le col 16 est maintenu en dépression et à température relativement basse par l'écoulement d'air qui sort par la fente 15 d'une chambre circulaire 34. La forme spéciale de cette'fente a été décrite précédemment (en référen- ce aux figures 1 à 6).
L'axe 20 traverse tout ce dispositif et entraîne à son extrémité un compresseur axial 21 lequel souffle tout le mélange qui provient de 1, 5, 19a et 19 sur les aubes 35 d'une turbine centrale 36 dont l'arbre 37 est placé au centre de tout le dis- positif.
Cette turbine , dont la puissance représente la sonnas des énergies de toutes les unités, entraine, par un prolongement 12 de son arbre 37, un compresseur centrifuge 38, commun à toute,- les unités, lequel aspire par son oui'e 39 de l'air qu'il comprim dans un colimaçon 30 d'où, par la tuyauterie 41,cet air passe dans des radiateurs refroidisseurs 42 jouant le rôle des ailette,, 10, 11 des dispositifs des figures 1 à 6, qui cèdent leur chaleu: à l'air aui pénètre par l'ouverture 43 d'une envelopie 44 aboutir sant au colimaçon 30 qui alimente le convergent annulaire 1, 2, 3. L'air comprimé, refroidi en 42,alimente,de son côté, la ca- pacité angulaire 34 et, par conséquent, les fentes 15.
La figure 9 représente un schéma du montage dans lan col annulaire 3 des aubes 5 d'une turbine axiale. L'air ou les ga? chauds d'alimentation du dispositif passent à travers un conver-
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gent annulaire 45 et,,-après avoir traversé les aubes 5 de la tu@ bine;sort par un divergent annulaire 49a qui se déveioppe ensuit en convergent d'un convergent-divergent central 19a, 2a, 18, 19 dont le convergent 19a com orte une fente 15 du même type que celles 15 précédemment décrites, afin de créer et maintenir dans le col 2aj une dépression.
Cette fente est alimentée en air sous pression à partir d'une chambre annulaire 14 qui reçoit de l'air sous pression fourni par un dispositif de compression ana- logue à celui 21 des figures 1 à 8 et mu par l'arbre 20 de la turbine 6.
Le fonctionnement de cette variante est le même que celui de ceux décrits en référence aux figures 1 à 6.