BE515635A - - Google Patents

Description

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  TURBINE A GAZ A DETENTE. 



   La présente invention est relative aux turbines à gaz à détente. 



   Ces turbines sont bien connues mais elles comportent plusieurs in- convénients sérieux dus à l'excessive vélocité, qui ne permet pas la régulière succession des phases caractéristiques des moteurs à explosion, et à la diffiqul- té de réaliser l'étanchéité par rapport aux dilatations thermiques. 



   La présente invention a pour objet une turbine à gaz à cylindres annulaires où les désavantages susmentionnés sont éliminés et dont une caracté- ristique consiste à effectuer la compression de l'air et du combustible hors de la turbine et   à   les amener dans une chambre où la combustion a lieu éventuel - lement avec injection d'eau, et   d'ouïes   gaz de la combustion passent à se dé- tendre dans un cylindre annulaire. Des garnitures appropriées sont aménagées dans ce cylindre où se déterminent aussi des contre-pressions qui s'opposent à toute fuite des gaz sous pression des organes en mouvement de la turbine. 



   D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la descrip- tion qui suit et des dessins annexés, où quelques formes de réalisation de l' invention sont illustrées à titre d'exemple non limitatif. 



   Dans ces dessins : 
La fige 1 montre partiellement en section et partiellement en élé- vation une turbine suivant l'invention ayant quatre   ttes   tournantes et trois pistons ; 
La fige 2 est une coupe axiale partielle de la turbine; 
La fig  3   montre un détail du joint à labyrinthe. 



   En se référant particulièrement aux figures du dessin, la turbine est constituée par un rotor 1 calé sur l'arbre moteur 2 qui porte un certain nombre de pistons 3 distribués le long du dit arbre à distance égale l'un de l'autre. Dans l'exemple illustré aux dessins ces pistons sont au nombre de trois. 

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   Le rotor et les pistons tournent dans la capacité annulaire 4   du   stator 5; cette capacité étant divisée en parties égales 4 - 4' - 4'' - 4''' par autant de têtes rotatives   6-6'-6"-6'"   chacune desquelles comporte un creux 7 où passent les pistons en tournant en synchronisme. 



   Le groupe alimenteur constitue la partie la plus importante de la turbine, d'où dépend entièrement le diagramme-moteur. 



   Un de ces appareils est représenté à la fig. 1 à gauche et se compose d'un cône   Venturi   10 formant à son intérieur deux chambres 11 et   12.   



  Une bougie à incandescence 13 allume le mélange d'air et combustible à son passage. L'air venant du compresseur entre dans la chambre 11 au fond de celle-ci suivant une direction tangentielle et prend ensuite un mouvement tourbillonnant à l'aide duquel le dit air se mêle avec le combustible sortant ensuite sous pression par une tuyère 15. 



   Les compresseurs de l'air et du combustible peuvent être de n' importe quel type connu et ne sont pas représentés aux dessins. Des pulvé- risateurs d'eau peuvent être pareillement prévus. 



   L'admission de l'air et du combustible sont réglées par deux robi- nets 16 et 17 ou bien par d'autres moyens de réglage de type connu qui, à 1' aide d'engrenages appropriés ouvrent ou forment tour à tour l'orifice d'admis- sion en synchronisme avec le fonctionnement du moteur. Lorsque ces robinets sont ouverts, les gaz de la combustion passent sous pression constante dans une chambre de détente délimitée par la cavité annulaire correspondante 4''', par le piston   3 "   et la tête 6'''. Lorsqu'au contraire les robinets sont fer- més, aura lieu la détente adiabatique des gaz jusqu'à l'échappement de ceux- ci   à   travers une lumière 20'''. La   fig.   1 montre dans cette position le pis- ton 3 dans le cylindre   4.   



   .Pour le réglage de la turbine on a prévu que les phases d'admis- sion de l'air et respectivement du combustible à travers les robinets 16 et 17 aient une durée variable, tout en faisant en sorte de ne dépasser les li- mites angulaires du principe et de la fin du passage des fluides, lesquels doivent être en synchronisme avec le mouvement des autres parties de la tur- bine. 



   Ce réglage peut être obtenu de plusieurs façons différentes par exemple à   1,'aide   de robinets dont le boisseau est susceptible de se déplacer en sens axial, et ayant une lumière de passage variable   suivant   les dits déplacements axiaux du boisseau. 



   Par la variation des temps d'ouverture et de fermeture des robi- nets on obtient de prolonger plus ou moins la phase d'introduction du   mélan,-   ge et par conséquent aussi la phase de détente   adiabatique.   De cette façon on peut augmenter ou diminuer la puissance du moteur en variant les temps d'ad- mission et par cela la quantité de gaz appelée à travailler par chaque cycle. 



  Mais le commencement du diagramme-moteur aura toujours lieu en correspondance de la même position relative des organes tournants et sous une pression cons- tante égale à la pression du compresseur de l'air et de la pompe à combustible. 



  Par cela on aura une consommation spécifique constante par ch-h développé, sauf une légère différence de rendement mécanique aux différentes vélocités. 



   Le dispositif d'alimentation représenté à titre d'exemple dans la fig. 1 à gauche est directement en communication avec la chambre de détente, de sorte que les gaz ont à accomplir un parcours très bref; cependant on a prévu aussi le cas où un seul appareil alimenteur pourvoit à l'alimentation de toutes les chambres. 



   Une différente réalisation du dispositif susdit est représentée dans la même fig. 1 à droite où les deux robinets 16 et 17 sont remplacés par un seul distributeur sphérique 23 placé entre le dispositif d'alimentation et le cylindre moteur. Ce distributeur, en tournant dans son logement présente tour à tour un conduit 21' dans une position telle à laisser passer les gaz venant du cône Venturi   24   pour les amener, après qu'ils ont été allumés, dans la chambre annulaire, de détente   4'   au moyen d'un conduit 21'. 

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   Autant avec le premier qu'avec le deuxième dispositif décrit ci-des- sus la combustion aura lieu sous pression constante; cependant par le dispositif représenté à la fig. 1 en haut on peut réaliser un diagramme à combustion sous volume constant. 



   Suivant cette solution le cône Venturi 26   réélit   de mélange la chambre 26' d'un distributeur tournant 26. 



   Dans le dessin la chambre   26'   vient de dépasser le cône 25 et le mélange est allumé par la bougie à étincelle 27. Puisqu'à ce moment la chambre 
26 est fermée,la combustion aura lieu sous volume constant. En poursuivant la rotation du distributeur 26 dans le sens de la flèche, les gaz de la combustion passent à travers le conduit 21 dans le cylindre annulaire ou se produit la dé- tente adiabatique des dits gaz. 



   L'étanchéité entre les distributeurs tournants 23 et 26 dans la ca- pacité du stator où ils sont logés est obtenue, autant si ces distributeurs sont de forme sphérique que s'ils sont cylindriques, au moyen de segments de garni- ture 36 de type connu. 



   Dans les turbines suivant la présente invention il peut y avoir autant de   ttes   tournantes 6 que de pistons, ou bien le nombre de ces têtes et de ces pistons peut être différent, tel qu'indiqué à la fig. l. 



   Dans le premier cas, la combustion et ensuite la détente se produi- ront en même temps dans tous les cylindres, et il s'en suivra une augmentation de puissance, dans le deuxième cas au contraire, ces phases seront décalées et la marche en résultera plus régulière. 



   La solution du problème visant à assurer l'étanchéité par rapport aux dilatations thermiques des parties en mouvement repose sur le principe suivant lequel la viscosité des gaz augmente avec la température. Ceci permet de laisser entre les organes tournants du moteur des interstices suffisants pour faire place aux dilatations thermiques auxquelles les dits organes sont sujets pendant le fonctionnement de la turbine, tandis que des contre-pressions qui se déterminent dans les cylindres de détente, empêchent toute fuite des gaz à travers les dits interstices. 



   De cette façon dans la turbine suivant la présente invention il n'y aura aucune surface sujette à usure par frottement. 



   L'étanchéité entre le rotor et le stator est assurée par un ou plusieurs segments 30 ménagés sur des plans parallèles ou radiaux (fig. 2) sur le bord du piston, entre celui-ci et la surface intérieure du stator, de façon à faire ressort en sens radial sur tout le bord du stator sans exercer aucune pression. Cependant, à la différence des segments de piston ordinaires, les segments 30 ne sont soumis à aucune poussée latérale due à l'action de la bielle, mais ils sont parfaitement centrés, de sorte que pas même la force cen- trifuge ne peut déterminer une pression sur la surface intérieure du cylindre, car les arcs de cercle les plus proches des branches rectilignes supportent les segments, auxquels on peut donner une épaisseur variable pour les adapter au profil du cylindre annulaire après sa déformation. 



   L'étanchéité entre la tête tournante 6 et le rotor 1 a lieu le long de la bande de contact. 



   Il est évident que lorsque des dilatations thermiques se produisant il n'est pas possible d'assurer l'étanchéité par simple contact des deux sur - faces périmétrales. Suivant la présente invention l'étanchéité du joint entre une zone 4 du cylindre et les zones 4' et 4''' situées respectivement à droite et à gauche de la tête tournante 6 a lieu le long des lignes de contact des engrenages 31 et 31' respectivement du rotor 1 et de la tête tournante   6   les dents de ces engrenages étant conformées de fagon à permettre d'en augmenter la pénétration réciproque dans les limites des dilatations thermiques. 



   Ces engrenages n'ont aucune, fonction d'entraînement par rapport à la tête tournante, car cette fonction est confiée à un système d'engrenages si- 

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 tués hors de la turbine, lesquels mettent en rotation autant les têtes que les distributeurs tournants du mélange, ceux-ci étant reliés à l'arbre mo- teur de la machine par des rapports de vélocité constants-, 
Il faut remarquer que lorsque le rotor et la tête 6' tournent dans la même direction que la flèche, les particules gazeuses s'insinuant entre les dents 31 et 31' sont refoulées dans la zone 4 du cylindre de la même façon qu'il arrive dans les pompes à engrenages. 



   A la fig. 1 en bas sont dessinées en pointillés des cavités radia- les 32 pratiquées dans l'épaisseur du stator 5 et destinées à loger deux seg- ments poussés par de petits ressorts de façon à   adhérer* aux   dites surfaces planes de la tète tournante 6' et à assurer l'étanchéité sans frottement ap- préciable, même sous l'effet des dilatations thermiques. 



   La turbine à gaz suivant la présente invention se compose de pré- férence de plusieurs cylindres annulaires à   coté   l'un de l'autre, chacun por- tant un rotor; ces rotors étant montés tous sur le même arbre. L'étanchéité entre les cylindres annulaires le long du moteur est assurée au moyen de la- byrinthes 34 de type connu (fig. 3). D'ailleurs les pressions s'équilibrent en- tre les cylindres annulaires, tandis que les fuites éventuelles de gaz entre le dernier labyrinthe et l'extérieur sont empêchées par un presse-étoupe 35 de n'importe quel type approprié, ménagé directement sur l'arbre moteur.

Claims (1)

1. RESUME.

   Turbine à gaz à détente du type décrit, remarquable notamment pour les caractéristiques suivantes considérées séparément ou en combinaison : a) L'air comprimé et le combustible sont amenés par deux conduits séparés dans une chambre d'alimentation où ils se mêlent intimement l'un à 1' autre et où s'effectue la combustion éventuellement avec ajoute d'injection d' eau;

   des moyens de distributions étant prévus pour régler le passage sous pression constante du mélange dans une chambre annulaire de détente, pendant une période de temps variable à commande. b) La chambre d'alimentation se compose de deux cavités en forme de tronc de cône, coaxiales l'une à l'autre, et ayant en commun la moindre section normale au centre de laquelle est placée la tuyère pour la pulvérisa- tion du combustible, tandis que l'air comburant est introduit dans la chambre suivant une direction tangentielle à la section la plus grande de la première cavité où se produit le mélange d'air et combustible, ce mélange passant ensul- te dans la cavité suivante où a lieu la combustion;

   et les gaz truies étant amenés dans un cylindre annulaire entre la tête rotative et le piston, étant ces gaz maintenus sous pression constante, par alimentation graduelle de la combustion à l'aide de robinets dont un pour l'air et l'autre pour le com- bustible, ces robinets étant situés en amont de la chambre de combustion et pou- vant demeurer ouverts pendant une période de temps variable. c) Le passage des gaz brûlés de la chambre de combustion dans la chambre annulaire de détente correspondante, est obtenu au moyen d'un distri- buteur unique, ou d'un robinet rotatif placé entre la chambre de combustion et ladite chambre de détente.

   d) Les robinets d'admission de l'air et du combustible sont rempla- cés par des soupapes ou d'autres moyens connus, étant pareillement de type connue les régulateurs. . e) Un seul dispositif d'alimentation et de combustion est prévu pour toutes les cavités annulaires où tournent les pistons, étant prévu pareil- lement un seul régulateur d'admission. f) Les robinets d'admission de l'air et du combustible sent com- mandés par les déplacements axiaux du boisseau desdits robinets, de sorte que le commencement de 1-'admission des fluides ait toujours lieu quand les organes rotatifs sont dans la même position l'un par rapport l'autre, le déplacement <Desc/Clms Page number 5> du boisseau ayant rapport seulement à la durée des périodes d'alimentation.

   g) L'étanchéité entre les organes tournants et les parties fixes de la turbine ou entre deux organes tournants est réalisée sans préjudice des dilatations thermiques des dits éléments, par l'action concomitante de la vis- cosité des gaz et des contre-pressions qui se déterminent en aval des zones d' étanchéité et du refroidissement sur les deux surfaces entre lesquelles les segments de garniture sont ménagéso h) L'étanchéité entre le stator annulaire et le piston est assu- rée à l'aide de segments de garniture en forme de # ménagés sur le piston et disposés en sens radial ou parallèle, de façon à faire ressort en sens radial sur la surface annulaire intérieure du stator.

   i) L'étanchéité entre le rotor et les têtes rotatives est assu- rée par des joints à labyrinthe, les deux bords de contact étant munis de dents n'ayant aucune fonction d'entraînement et les vélocités et le sens de rotation étant de sorte à refouler dans le cylindre annulaire les gaz qui tendent à s' ' échapper. j) L'étanchéité entre les faces latérales des têtes rotatives et le stator est réalisée à l'aide de segments radiaux poussés par des ressorts de façon à adhérer à l'une des surfaces en contact, les ressorts et partiel- lement les segments mêmes étant encastrés dans l'autre surface.

   k) Les rotors peuvent être plus d'un, placés à coté l'un de l'autre, chacun tournant dans ses cylindres, l'étanchéité entre ces cylindres étant réa- lisée par des joints à labyrinthe du type connu et l'étanchéité du cylindre extrême étant assurée au moyen de bagues de garniture pareillement de type connu.

   1) L'étanchéité entre les parois intérieures du stator et le dis- tribteur rotatif des gaz de la combustion, est réalisée, tant si ce distri- buteur est de forme cylindrique que s'il est sphérique, par l'intermédiaire de segments de garniture ménagés le long des génératrices du cylindre ou bien dans la zone méridienne de la sphère. m) Les segments de garniture ménagés sur la surface du stator sont d'épaisseur variable. en annexe 1 dessin.