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TURBINE A COMBUSTION INTERNE A EXPLOSIONS.
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(ayant fait Z 'objet d'une demande de brevet déõsée aux E.lf..4. le 24 décembre 1951, au non de H.HoZzwQtrthdéclaration de la déPosante -).
La présente invention se réfère à des turbines à combustion interhé à explosions, en particulier dans leur utilisation comme générateurs
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de gaz moteurs produisant des gaz de combustion par des explosîous., avec un dispositif à tuyères et à aubages injecté par les gaz de ctt,bu.stion.
Pour de telles turbines à combustion interne à explosions , en a proposé, dans le brevet n PV 4040177 déposé le 22 décembre 1952 -au nom
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de la demanderesse au nom de Nr. He HOLZWARTH et ayant pour titre : tlP:r0aé- dé de fonctionnement de générateurs de gaz moteurs produisant des gaz de combustion par des explosions, et dispositifs pour la mise en oeuvre du
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procédé"-, un procédé de travail qui se caractérise par le fait que le nom- bre des fractions de cycle de travail concorde avec le nombre de chambres d'explosion adjointes aux dispositifs à tuyères et à aubages qui sont injectés.
Ce procédé donne la possibilité de décaler, dans le temps, les uns par rapport aux autres, les cycles de travail des différentes, chambres
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d'eXplasian, d'un laps de steppe égal chaque fois à une fraction de ayele- -de travail. Si dans le cas le plus simple., l'on part de trois fractions de cycle de travail' dont la première comprend le chargement des chambres d'explosion avec expulsion simultanée du résidu de gaz de combustion pro-
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venant de l'explosion précédente, dont la deuxième se carâaérise par2l-lâ-1- lumage et l'explosion du changement, et dont la troisième se caractérise par l'expansion des gaz de combustion produits, alors, étant donné les
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trois chambres d'explosion prévues dans ce cas, il se trouvera q'\l6" simultanément., pendant la première fraction de cycle de travail,
la première chambre sera soumise à la fraction de cycle de travail comprenant le chargement et l'expulsion du résidu de gaz de combustion, la deuxième chambre à 1a fraction*de cycle de travail comprenant l'allumage et l'explosion, et
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la trvisiéne chambre à la fraction de cycle de travail comprenant l'expansion. jouant le laps de temps affecté à eette fraction de cycle de travail sera écoulée., la fraction de cycle de travail comprenant 13allumage et, l'explosion s'accomplira dans la première chambre, celle,de 1-lexpansion dans la deuxième chambre et celle du chargement et de l'expulsion du résidu de
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gaz de combustion dans la troisième chambre.
Enfin, pendant le dernier tiers du laps de temps prévu pour un cycle de travail, la fraetion de cycle de travail affectée à l'expansion s'accomplira dans la première chambre, celle du chargement et de l'expulsion du résidu de gaz dé combustion dans la deuxième chambre, et la fraction de cycle de travail comprenant l'alluma- ge et l'explosion s'accomplira dans la troisième chambre. On arrive ainsi à ce qu'il y ait toujours une chambre qui se trouve au stade de l'expansion, ce qui veut dire que le dispositif à tuyères et à aubages adjoint est continuellement injecté.
Ceci a des répercussions favorables sur les conditions de fonctionnement de la turbine, en particulier en ce qui concerne la suppression d'oscillations de torsion nuisibles, la suppression de décrochages de la génératrice électrique actionnée du réseau qu'elle alimente.. le degré d'irrégularité de la turbine, et aussi les conditions relatives aux transferts de chaleur, etc... Si l'on décide de provoquer l'expansion pendant plus d'une fraction de cycle de travail, donc de prévoir chaque fois une fraction de cycle de travail pour une expansion partielle, on obtient d'antres effets avantageux en ce qui concerne la constance des chutes partielles devant, être utilisées dans les dispositifs à tuyères et à aubages, de sorte qu'en obtient des rendements élevés de roue.
On peut en outre arriver à ce que les chutes partielles puissent, au point de vue ordre de grandeur, être calculées de telle sorte que des roues à une seule couronne suffixent à utiliser les chutes partielles. On supprime ainsi les aubes de guidage ou d'inversion, qui peuvent provoquer des difficultés de fonctionnement, en particulier si l'on veut leur assurer un refroidissement suffisant, étant donné qu'elles se trouvent constamment dans le courant de gaz de combustion, tandis que les au- bes mobiles subissent les effets favorables de la pause d'injection qui se produit lorsque l'aube intéressée, depuis le moment où elle se trouve devant l'orifice de tuyère injectant, accomplit le trajet la séparant du moment où
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elle se trouve à nouveau devant le mêm.e orifice de tuyère, pour être alors à nouveau injectée.
La nature du procédé de fonctionnement décrit entraîne donc que l'on doit tabler, en général, sur l'installation d'au moins trois chambres, d'explosion adjointes au système commun à tuyères et à aubages, et d'au moins quatre chambres d'explosion habituellement, dans le cas de deux expansions partielles.
Les conditions de construction ain'si créées ont été déjà remplies du fait que l'on installa , autour des dispositifs à tuyères et à aubages, une série de chambres d'explosion allongées, dont les axes longitudi- naux étaient parallèles à l'axe du rotor de turbine portant les aubages rotatifs, avec coincidence axiale totale ou au moins partielle entre les exten- sions longitudinales de l'enveloppe de turbine et des chambres d'explosion.- Dans cette invention,conformément à des exemples précédents mais dans les-
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quels les chambres d'explosion, vues en direction axiale, faisaient suite a l'enveloppe de turbine, on partait tout d'abord d'une disposition régulière des chambres d'explosion en cercle autour de l'enveloppe.
Toutefois, cette disposition comporte l'inconvénient reconnu que l'enveloppe de turbine en devient moins .accessible, et que, surtout, l'ensemble de l'enveloppe de turbine comporte des parties parcourues par le gaz de combustion et pour lesquelles il faut tenir compte de la: dilatation thermique et d'autres aggravations des conditions de service, en leur donnant une structure appropriée.
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En particulier, les parties parcourues par le courant de gaz de oonbnstioa doivent toutes, ou presque toutes étre refroidies, de sorte que le longetoeà des chambres de refroidissement et l'établissement des arrivées et'des dépota de l'agent de refroidissement entraînent déjà, à eux seuls, certaines diffi- cultes auxquelles la présente invention se propose pour but de remédier.
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Le problème ainsi posé se trouve résolu, dans le cadre de l' i.nv'e1i1- tion, par le fait que plusieurs chambres d'explosion, réunies en groupes dont chacun forme bloc, et de préférence par paires, sont disposées autour de l'enveloppe de turbine, leurs axes longitudinaux étant parallèles à l'axe
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du rotor portant les aubages.
73u fait que les chambres d'explosion sont ainsi réunies par blocs de deux au moins, ainsi qu'il est proposé, on obtient un tel-ramassaient des chambres dans le sens périphérique que l'on parvient à ' loger les chambres en ne leur faisant occuper qu'une partie de la ciioon
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ce de 1 ''enveloppe, toujours vue dans le sens périphérique, même si leur nombre devient importante par la concordance avec le nombre des fractions de cycle de travail,nombre qui peut être grand selon le procédé de travail adopté.
Déjà, dans le cas d'un groupement par blocs de deux, on parvient sans peine à prévoir trois et quatre chambres sur la moitié inférieure de la circonférence de l'enveloppe. Si celle-ci est divisée en deux parties,on arrive donc à ce que la moitié supérieure de l'enveloppe .devient un simple convercle de récipient, puisque cette partie n'a plus à jouer que le röle consistant à former la chambre de roue et à empêcher la sortie des gaz mo- teurs de celle-ci. On obtient ainsi une simplification extrêmement poussée de toute la construction de la turbine; la moitié supérieure de l'enveloppe devient surtout entièrement accessible, et on peut facilement l'enlever de la moitié inférieure de l'enveloppe, de sorte que l'intérieur de la turbine devient accessible.
Ainsi, la partie de l'enveloppe qui ne contient pas - d'éléments en contact avec les gaz de combustion se trouve fixée, à la par- tie de l'enveloppe contenant des éléments en contact avec les gaz de com- bastion,par des assemblages à vis noyés dans des morceaux de tube de camou- flage, donc invisibles, qu'il est utile de souder ensuite,'et traversant les rebords de séparation, de préférence horizontaux, qui relient l'enveloppe in- térieure et l'enveloppe extérieure.
La réunion des chambres en un bloc peut être obtenue de toute façon désirée, par exemple au moyen de brides ou de vis,par coulée simultanée, par soudure ou autrement.
La nouvelle structure de la turbine donne en outre la possibilité de réunir, en un seul élément de montage pouvant être monté comme un tout dans la coquille correspondante de l'enveloppe ou être enlevé de celle-ci, tous les éléments en contact avec les gaz de combustion - qui sont généra- lement conçus sous forme d'organes à parois minces, bombés et composés de piè- , ces individuelles assemblées - tels que tuyères d'injection et tuyères cap- teuses, chambres de remplissage, raccords d'admission, coudes de transfert, etc., éventuellement aussi les labyrinthes et éléments analogues, On obtient ainsi une nouvelle simplification, parce que tout le montage et le démontage de ces parties compliquées de la turbine peut se faire en dehors de l'enve- loppe.
Pour soutenir le rotor de turbine lorsqu'on le monte'dans l'élément de montage contenant les parties en contact avec les gaz de combustion, ou lorsqu'on le retire de cet élément, on a prévu dans le cas présent des dis- positifs spéciaux de soutien, par exemple sous la forme de boulons obliques de support, à vis.
On a en outre la possibilité de construire d'une seule pièce les cou- vercles latéraux, les paliers et les presse-étoupe de la turbine, alors que l'enveloppe est divisée, de sorte que l'on obtient ainsi d'autres avantages.
On obtient des dispositions d'ensemble particulièrement perfection- nées si l'on dispose, de chaque côté de la partie inférieure de l'enveloppe, un bloc de deux chambres,de préférence en inclinant de 45 le plan de symétrie de chaque bloc de deux chambres, par rapport au plan de séparation de l'enve- loppe de turbine qui est avantageusement horizontal.
Cela donne surtout des dispositions avantageuses de soupapes, au point de vue de la circulation, étant donné que les passages entre l'intérieur des chambres d'explosion et les siè- ges de soupapes, qui peuvent se trouver dans des plans tangents à l'enveloppe de turbine ou approximativement dans ces plans, peuvent être conçus sous la forme d'ampoules à parois minces courbées et refroidies, tandis que, dans les cols de ces ampoules, situés vers le siège de soupape, les conduits de guida- ge à extrémités hémisphériques des soupapes de tuyères situées entre les cham- bres de chaque bloc de deux chambres, plongent de façon approximativement tan- gente aux courbures les plus voisines l'une de l'autre des deux cols de passa- ge De la même manière,
des chambres faisant suite - dans la direction suivie par les gaz de combustion - aux sièges des soupapes d'échappement des blocs de deux chambres (soupapes servant à laisser échapper des chambres le résidu de gaz de combustion), peuvent être conçues sous forme d'ampoules à parais min- ces, bombées et refroidies, et auxquelles on donnera, en outre une forme apla- tie à la manière d'un sac, pour les adapter à l'espace qui doit les loger,
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entre l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure de la turbine, tandis . que les cole de ces ampoules, ouverts sur la conduite de prélèvement de. ,gaz moteurs, sont recourbés dans le sens de la longueur de cette conduite.
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Cependant, le nouveau mode de construction de turbine ainsi caracté- risé entraîne d'assez grandes exigences en ce qui concerne l'organisation'de la distribution, en particulier lorsque la distribution se fait de manière mé- canique et hydraulique. La solution de principe adoptée dans le cadre de l'in- vention se caractérise par le fait que l'axe des arbres de distribution ac- tionnant les soupapes de tuyères et d'échappement de chaque bloc dé deux cham- bres,est disposé parallèlementà l'axe de la turbine.
S'il se trouve dans le plan de symétrie de chaque bloc de deux chambres, on obtient la possibili- té de disposer dans des plans perpendiculaires à l'axe de la turbine les axes de deux sièges de soupape de tuyère et d'échappement appartenant aux deux chambres d'explosion de chaque bloc de deux chambres, et de donner à ces axes une direction parallèle au plan de symétrie du bloc de deux chambres corres- pondant. Par ailleurs, l'axe des arbres de distribution actionnant les soupa- pes d'admission des chambres d'explosion est disposé perpendiculairement à l'axe de la turbine.
On a ainsi la possibilité de faire commander les deux arbres de distribution par un arbre de renvoi transversal commun, disposé ho- rizontalement et perpendiculairement à l'axe de la turbine, et d'utiliser pour actionner d'autres machines auxiliaires cet arbre de renvoi transversal qui sera congu comme un arbre de distribution principal. Par cette organisa- tion originale de la distribution, on parvient à adapter la distribution à la construction d'ensemble de l'installation de turbines à combustion interne à explosions, à accomplir commodément toutes les missions de la distributiom, et néanmoins à loger la distribution élégamment, ce qui peut se faire en par- ticulier en installant en sous-sol l'arbre de distribution principal.
En mé- me temps, on arrive à ce que l'enveloppe renfermant l'arbre de distribution principal puisse être conçue sous forme de poutre renforçant le bâti de la' machine cmme un treillis, On peut ainsi se passer tout à fait d'un bâti de machine particulier d'autant plus que les blocs de deux chambres peuvent eux- mêmes, éventuellement, jouer le rôle de poutres de ce bâti de machine, ce qui veut dire que, de leur coté, ils contribuent de cette manière à former le bà- ti de la machine. L'enveloppe de turbine elle-même est alors appuyée sur les blocs de deux chambres, et renforce de son côté le bâti de la machine.
Si les blocs de deux chambres les plus bas placés sont situés directement sur le socle de la machine, et s'ils relient au socle la construction de machine décrite, il n'est plus nécessaire non plus de construire un châssis spécial de machine ,
Tous les autres détails ressortent du dessin annexé. Ce dessin mon- tre une installation de turbines à combustion interne à explosions comportant quatre chambres. Dans ce dessin :
Fig. 1 représente schématiquement une vue latérale de l'ensemble de l'installation, l'une des chambres étant représentés en coupe longitudina- le verticale suivant la ligne I - I de la fige 2.
Figo 2 correspond à une coupe, transversale verticale de la turbine suivant la ligne II-II de la fig, 1.
Fig. 3 montre, dans la coupe de la fig. 2, le détail du mode d'or- ganisation de la distribution d'une soupape de tuyère.
Fig. 4 correspond à une coupe verticale suivant la ligne IV - IV de la fige 3.
Fig. 5 montre une vue de face du dispositif de distribution de la turbine, tandis que
Fig. 6 correspond à une coupe transversale verticale suivant la ligne VI- VI de la fige 5.
Fig. 7 montre la forme de réalisation, quelque peu modifiée par rapport à la figure 2, du siège d'une soupape d'échappement et de la partie de conduite qui s'y raccorde.
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Dans l'installation de turbine à combustion interne à explosions représentée par les fige 1 à 7, 1 désigne le rotor avec les roues 2 et 3 et les aubages rotatifs à une seule couronne 4 et 5. L'enveloppe de turbine logeant ces parties est appelée 6. Au dispositif rotatif d'aubages 1 à 5 sont adjointes quatre chambres d'explosion qui, conformément à l'invention, sont réunies par paires en blocs de deux chambres chacun. On reconnaît sur la fig. 2 le bloc de deux chambres situé à droite, avec les chambres d'explo- sion 7 et 8. Un bloc de deux chambres correspondant se trouve du coté'gauche, avec les chambres d'explosion 9 et 10 non dessinées à la fige 1.
On voit que le plan de symétrie de chaque bloc de deux chambres, qui coupe le plan du dessin suivent la ligne 11-11 de la figo 2, est incliné à peu près à 45 par rapport au plan horizontal de séparation 12 - 12 de l'enveloppe de turbi- ne 6. Tandis que l'enveloppe de turbine présente le joint de séparation
12 - 12, les couvercles latéraux 13, les paliers 14, les presse-étoupe non visibles ainsi que les labyrinthes et joints non dessinés sont exécutés sans séparation. Les chambres de chaque bloc de deux chambres, comme on peut le-. voir par la fig. 3, sont réunies ensemble par coulée simultanée.
Par cette disposition, on a la possibilité de concevoir la moitié supérieure de l'enve- loppe 6 sous forme de simple couvercle d'enveloppe, et de loger dans la moi- tié inférieure de l'enveloppe, qui est équipée avec des chambres d'explosion, tous les éléments de structure en contact avec des gaz de combustion. Ces parties en contact avec des gaz de combustion comprennent, outre le rotor 1 déjà mentionné, des tuyères 15 qui sont disposées en amont de l'aubage 4 de la roue 2. Les antichambres de tuyères 16, comme on peut le voir sur la fig.
2, sont conçus sous forme de coudes creux dont l'ouverture du coté chambre, 17, forme le siège des soupapes de tuyères 18, tandis que l'autre extrémité est étirée pour former le segment de tuyère 15 déjà mentionné. On peut voir en outre sur la fige 2 que les sièges 17 des soupapes de tuyères sont situés dans un plan tangent à l'enveloppe de turbine 6, ou à peu près dans ce plan, On a ainsi la possibilité de concevoir les passages 19 entre l'intérieur 20 des chambres d'explosion et les sièges de soupapes de tuyères 17, sous forme d'ampoules 21 à parois minces, recourbées et refroidies, tandis que,'dans les cols 19 de celles-ci, situés vers le siège de soupape, les conduits de gui- dage à extrémités hémisphériques 22 des soupapes de tuyères situées entre les chambres de chaque bloc de deux chambres,
plongent de façon à peu près tangente aux courbures les plus rapprochées l'une de l'autre, en 23, des deux cols de passage 21, en formant des déviations de gaz de combustion qui offrent peu de résistance au courant.
En aval du premier étage de turbine, constitué par les pièces 15, 4 se trouve un dispositif de tuyères capteuses 24, qui est suivi d'une cham- bre de remplissage 25, dont l'orifice de sortie, formant tuyère 26, est placé en amont de l'aubage 5 du deuxième étage de turbine 26,5. Mais la chambre de remplissage 25 ne reçoit pas seulement, par le dispositif de tuyères capteuses 24, des gaz de combustion qui étaient soumis à une expansion partielle dans le premier étage de turbine 15,4, mais elle reçoit aussi, directement des chambres d'explosion, des gaz frais, par l'intermédiaire des soupapes de tuyères 27, dont la structure ne se distingue pas de celle des soupapes 18.
Dans ce but, les sièges des soupapes de tuyères 27 sont réunis à un dispositif de coude 28 qui débouche en 29 dans la chambre de remplissage 25.
En aval du deuxième étage de turbine 26,5 se trouve un dispositif de tuyères capteuses 30 qui conduit, par l'élément de conduite 31, à la conduite de prélèvement de gaz moteurs 32, les quantités partielles de¯gaz moteurs soumises à la deuxième expansion partielle. Par l'intermédiaire de la conduite de prélèvement de gaz moteurs 32, l'utilisateur 33 reçoit les gaz moteurs nécessaires à son fonctionnement.
Le rotor 1 de la turbine à combustion interne à explosions actionne de son coté, par l'éccouplement 34, les machines auxiliaires de l'installation, sauf celles qui, comme les machines d'allumage et les pompes à carburant$ sont reliées directement à la turbine à combustion interne,, Dans le cas présent, les machines auxiliaires disposées en dehors de la turbine à combustion interne à explosions comprennent le compresseur d'air de chargement 35; dans le cas du fonctionnement au carburant gazeux, il y aurait lieu également d'actionner le compresseur de gaz combus-
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tible.
Ainsi qu'on peut le voir encore par la fig. 1, chaque chambre d'explosion est munie d'une soupape à air de chargement 36, dans laquelle se trouve installée directement la soupape d'injection de carburant 37. Uneconduite d'admission d'air de chargement 38 relie les chambres d'explosion au compresseur d'air de chargement 35, éventuellement avec intercalage d'un dispositif de refroidissement intermédiaire. La commande de la soupape à air de chargement 36 est représentée schématiquement en 39. La conduite d'admis- sion de carburant à la soupape 37 n'a pas été dessinée, comme étant généralement connue.
On n'a pas dessiné non plus des éléments de conduite qui font suite à la soupape d'échappement 40, non mentionnée jusqu'à présent, de la chambre d'explosion 8 représentée en coupe sur la fig. 1. Ces éléments de conduite qui, dans le sens de circulation des gaz de combustion, font suite aux sièges des soupapes d'échappement 40 des blocs de deux chambres, sont également conçus sous forme d'ampoules à paroi mince, bombées et refroidies, auxquelles on donne en outre une forme aplatie à la manière d'une poche, pour les adapter aux espaces où elles doivent se loger, entre les enveloppes intérieure et extérieure de turbine, tandis que les cols de ces ampoules, ouverts sur la conduite de prélèvement de gaz moteurs 32,
sont recourbés dans le sens de la longueur de cette conduite. On arrive ainsi à ce que l'expansion du résidu de gaz de combustion, qui a lieu dans ces espaces et ensuite dans la condui- te de prélèvement de gaz moteurs 32, peut se propager, par l'intermédiaire de l'élément de conduite 31 et du dispositif de tuyères capteuses 30, jusqu'à la chambre de la roue 3. Par suite, le deuxième étage de turbine est soumis à une contre-pression qui a le caractère d'une expansion.
Etant donné que, par suite du décalage, mentionné au début, entre les fractions de cycle de travail des différentes chambres, cette contre-pression se produit de façon synchrone à l'injection de la tuyère 26 et de l'aubage 5 du deuxième étage de turbine, on réalise, dans cet étage de turbine, une chute partielle approximativement constante, qui amène des rendements de roue élevés et qui, en outre, peut être calculée de telle façon que l'aubage à une seule couronne 5 suffit à absorber cette chute partielle. Les faits décrits pour le deuxième étage de turbine sont valables, de façon analogue, pour le premier étage de turbine.
Car de même, l'allure donnée à la pression intérieure dans la. chambre de remplissage 25, sous l'influence des deux afflux de gaz de combus- tion, se fait sentir, par l'intermédiaire de la tuyère capteuse 24, comme contre-pression par rapport à l'étage de turbine précédant 15,4. L'allure de la pression intérieure dans la chambre de remplissage 25 possède de nouveau le caractère d'une expansion, puisque la chambre de remplissage, par l'intermédiaire de la tuyère 26, se trouve en liaison ouverte avec la chambre de la roue 3 du deuxième étage de turbine, qui lui fait suite:
, C'est encore à cause du décalage, déjà mentionné, entre les cycles de travail des différentes chambres, - décalage égal à une fraction de cycle de travail - que la formation de contre-pression ainsi caractérisée a lieu de façon synchrone aux pressions d'injection du premier étage de turbine. Par suite de la caractéristique analogue et de la variation synchrone de la pression d'injection et de la contre-pression, le premier étage de turbine est soumis, lui aussi, à des chutes partielles pratiquement constantes, de sorte qu'il peut fonctionner avec un rendement de roue élevé.
Ici encore, la chute partielle utilisée dans cet étage de turbine doit étre calculée, en ordre de grandeur, de telle façon que des aubages à une seule couronne 4 suffisent à l'utiliser,
La production des gaz de combustion eux-mêmes est connue.
Lorsque la soupape de chargement 36 s'ouvre, la soupape d'échappement 40 s'ouvre si- multanément, L'air de chargement qui pénètre prend la forme d'un piston, par suite de la forme allongée du diffuseur et de la tuyère Venturi prévue du cöté admission des chambres d'explosion, de sorte que le piston d'air comprimé ainsi formé expulse, par la soupape d'échappement 40, le résidu de gaz de combustion de l'explosion précédente, ce résidu de gaz de combustion étant* utilisé pour tonner la contre-pression dont il a déjà été question, par rapport à l'étage de turbine 26,5 Pendant que ce processus dure encore, le
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piston de la pompe à carburant - dont il sera question plus loin - exécute sa course d'alimentation,et injecte,
au sein du piston d'air comprime en progres- sion, une quantité de carburant appropriée à la puissance désirée. Il se for- me ainsi dans la chambre, pendant que dure encore le processus de balayage, un mélange détonante Ce mélange remplit entièrement la chambre au moulent où les soupapes 36 et 40 se ferment. La première fraction de cycle de travail! est ainsi accomplie., Ensuite vient la fraction de cycle de travail affectée à l'allumage et à l'explosion, les soupapes étant entièrement fermées, les dispositifs d'allumage ne sont pas reproduits, étant généralement connus. A la fraction de cycle de travail comprenant l'allumage et l'explosion, succè- de celle de la première expansion partielle, pendant laquelle la soupape de tuyère 18 s'ouvre.
En même temps, la soupape de tuyère 27 d'une autre cham- bre s'ouvre, et laisse échapper, dans la chambre de remplissage 25, une quan- tité partielle de gaz de combustion à tension plus faible. Cette chambre re- coit donc simultanément des gaz de combustion de l'étage de turbine 15,4, par l'intermédiaire de la tuyère capteuse 24, et, directement d'une autre cham- bre d'explosion, des gaz de combustion sortant par la soupape de tuyère 27 ou- verte de cette chambre, et le coude 28. Sous !.l'influence de ces deux afflux de gaz de combustion, la chambre 25 se remplit rapidement de gaz de combus- tion, mais ceux-ci sont utilisés, par l'intermédiaire de la tuyère 26, pour injecter l'aubage 5 du deuxième étage de turbine 25,5.
Une troisième cham- bre avait simultanément ouvert sa soupape d'échappement, pendant que se dé- , roulaient ces deux processus, de sorte que le résidu de gaz de combustion avait été expulsé par l'intermédiaire de la soupape d'échappement correspon- dante 40, et avait ainsi donné lieu à la formation d'une contre-pression ap- propriée dans la chambre de roue du deuxième étage de turbine,, Toujours de façon simultanée à ces trois processus, l'allumage et l'explosion avaient eu- lieu dans une quatrième chambre. Ce qui a été expliqué pour la chambre 8 est valable, de façon analogue, pour les autres chambres de la turbine.
La fig. 2 montre encore, en détail, la fixation de la moitié supé- rieure de l'enveloppe sur la moitié inférieure. A cet effet, on a prévu des joints à vis 42, noyés dans des tubes de camouflage 41, donc invisibles, qui peuvent avantageusement être soudés ensuite, et qui traversent les rebords horizontaux de séparation 43, 44.
Les deux figures permettent de voir que tous les éléments en con-¯ tact avec les gaz de combustion ont été réunis en un élément de montage com- mun, pouvant être monté dans la moitié inférieure de l'enveloppe, ou en être retiré, comme un tout. Il est avantageux, dans ce cas, pour soutenir le ro- tor de turbine lorsqu'on l'installe dans l'élément de montage contenant les éléments en contact avec les gaz de .combustion ou lorsqu'on l'en sépare, de prévoir des dispositifs spéciaux de soutien, par exemple sous la forme de bou- lons obliques de support, à vis, dont on peut voir la disposition en 45.
Les figs. 3 et 4 montrent la structure individuelle des chambres d'explosion et de la distribution des soupapes de tuyères. La distribution elle-même est mécanique et hydraulique. Chaque bloc de deux chambres présen- te un arbre de distribution 46, situé dans son plan de symétrie 11, et dirigé parallèlement à l'axe du rotor de turbine 1, arbre de distribution sur lequel est disposé, en face des soupapes de tuyères et d'échappement, un manchon rotatif 47. Sa position peut etre réglée,, suivant les cas, par l'intermédiaire du levier à rotule 48, de la rainure 48a dans le manchon 47, du tronçon d'ar- bre 52 et du carré 50. A la place de ce dispositif de lrglage, on peut mettre tout autre dispositif au moyen duquel on peut faire varier la position des cames par rapport à leur arbre de commande.
Ainsi, on peut modifier, d'une manière déterminée, la position relative des cames 51 par rapport à l'arbre de distribution 46. Le manchon 47 reçoit des clavettes 49 qui, de leur côté, sont engagées dans des rainnres obliques 50a et 50b dès surfaees de glisse- ment en contact des pièces 46 et 47, les rainures étant obliques dans une direction opposée l'une à l'autre. Contre les cames .51 s'appliquent les rou- leaux 53 du levier coudé double 54 qui est articulé sur pivot en 55. Le deuxième bras libre du levier coudé se termine par une calotte sphérique 57, qui reçoit la tête de pression 58 du piston de précommande 59 de la soupape de tuyère 17.
Ce piston de précommande, sous l'influence des mouve-
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ments de rotation de l'arbre de distribution 46, fait agir, à certains moments et pendant des laps de temps déterminés, l'agent de pression, par exemple sous la forme d'huile sous pression, sur les surfaces actives non dessinées du dispositif de commande de la soupape 17, ou bien les décharges de la pression d'huile, en chargeant une autre surface de commande. Par suite de ces mouvements de distribution, la soupape de tuyère 18 est ouverte ou fermée pendant des laps de temps déterminés., . Ce qui a été dit pour l'une des soupapes de tuyères est valable, .de la même manière, pour l'autre soupape de tuyère du même bloc de deux chambres, et pour les quatre soupapes detuyères de l'autre groupe de deux chambres, non dessiné.
C'est valable, de même, pour les soupapes d'échappement 40 des deux blocs de deux chambres, qui sont actionnés de façon mécanique et hydraulique par le même arbre de distribution 46. Le réglage précis se fait ici, dans chaque cas, au moyen des carrés 50.
L'arbre de distribution 46 (fige 4) est actionné par l'engrenage conique 60. L'engrenage conique 60 engrène avec le contre-engrenage d'un arbre oblique dont on peut voir l'enveloppe extérieure en 61 sur la fig. 5.
Au moyen d'un deuxième contre-engrenage, non dessiné, l'arbre oblique engrène avec l'engrenage conique:, qui est disposé sur,. l'arbre de renvoi transversal 63, qui est coneu sous òrne d'arbre, de distribution principal. L'axe de cet arbre de distribution principal 63 passe en dessous des blocs de chambres d'explosion 7,8 et 9,la, et de l'enveloppe de turbine 6, dans une direction perpendiculaire à l'axe du rotor 1 de la turbine. Sur l'arbre de distribution principal 63 sont placées, comme on peut le voir par la fig. 6, les cames de commande 64 des pompes à carburant 65, un levier oscillant double 66 recevant le mouvement des cames et le transmettant aux butoirs 67 des pompes à carburant 65.
Le réglage des pompes à carburant est indiqué en 68. Sur l'arbre de distribution principal 63 sont disposées en outre les cames 69 qui servent à actionner les soupapes à air de chargement 36. A cette fin, on a encore logé, dans les enveloppes 70, des pistons de précommande correspondant au piston de précommande 59 (voir fig.3) des soupapes de tuyères 17. Ces pistons de précommande s'appuyent sur des butoirs 71, dont les têtes à pression 72 prennent place dans les ouvettes 73 des leviers d'angle 74. Les leviers d'angle 74 pivotent sur les boulons-pivots 75. Le bras de levier libre 76 porte les rouleaux 77 qui viennent au contact des cames de commande 69 de l'arbre de distribution principal.
Sur l'arbre de distribution principal 63 se trouve encore disposée la roue 78 pourvue d'une double denture. La première denture de cette roue engrène tout d'abord avec le pignon non dessiné du moteur électrique d'entraînement de l'arbre de distribution principal 63. La deuxième denture engrène avec la roue dentée 79 qui, à son tour, porte encore une denture conique. Cette denture conique engrène avec les engrenages coniques 80 des machines d'allumage 81. L'arbre de distribution principal est logé dans une enveloppe 82 qui, avec les tubes de guidage 61 des arbres obliques de commande des arbres de distribution 46, et avec les logements tubulaires 83 des butoirs de commande 71 des soupapes à air de chargement, ainsi qu'avec les blocs de deux chambres 7 à 10 et l'enveloppe 6 ou les enveloppes de soupapes 84, forme un ensemble rigide.
Il suffit ainsi d'asseoir toute l'installation de machines en 85 sur les chambres 7 et 9. De cette manière, on peut se dispenser entièrement aussi bien d'un bâti spécial de machine que d'un châssis de base des machines, puisque tous les logements constituent des poutres d'un bâti de machine qui, de cette manière, se trouve formé comme un treillis.
Ce qui a été dit pour la disposition des chambres d'explosion dans la moitié inférieure de l'enveloppe de turbine est valable, de façon analogue, pour la moitié supérieure de celle-ci, lorsque, dans des cas spéciaux, on a besoin de pouvoir abaisser la moitié inférieure de l'enveloppe et examiner le rotor, aussi facilement que c'est possible dans des turbines suivant le dessin, en enlevant le couvercle d'enveloppe au moyen d'une grue. Il en est de même aussi pour les moitiés droite et gauche de l'enveloppe, par exemple dans les cas où, comme sur les navires, il est nécessaire d'avoir une installation compacte.
Mais si l'on décide de disposer des chambres d'explosion, tuyères et conduites de gaz de combustion sur plus d'un secteur de l'enveloppe, il est bon d'arranger la disposition de telle sorte que les secteurs d'enveloppe
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forment, avec les chambres d'explosion, tuyères et conduites de gaz moteurs correspondantes, des éléments de construction solidaires, qui peuvent être montés et démontés comme un tout, de sorté que le montage ou le démontage d'un secteur n'entraîne pas de Nidifications aux autres secteurs.
Dans 1'exemple de réalisation représenté à la figure 7, la cons- titution du siège de soupape d'une soupape d'échappement provient du désir de pouvoir assembler, déjà en dehors de la turbine, les parties de raccor- dement comme une unité de montage terminée et de poursuivre le montage.
A cet effet le coude 86 est pourvu d'une enveloppe réfrigérante, ce coude se raccordant à la partie d'enveloppe 87 tonnant le siège de soupape d'échap- pement et y étant relié de façon étanche, des pièces intercalaires pouvant encore, le cas échéant, être prévues entre les deux parties. La chambre de refroidissement ainsi formée est fermée vers l'extérieur par une pièce de fermeture 89. Celle-ci est soudée en 90 a l'extrémité du coude 86. Là piè- ce de fermeture $9' en forme de plaque assure ainsi la possibilité de pouvoir raccorder des morceaux de conduite recueillant des gaz de combustion. L'ex- trémité d'entrée du coude est soudée en 91 à la partie 92, qui constitue une partie de l'enveloppe réfrigérante.
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INTERNAL COMBUSTION TURBINE WITH EXPLOSIONS.
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(having been the subject of a patent application filed with E.lf..4. on December 24, 1951, in the name of H. HoZzwQtrthdeclaration of the applicant -).
The present invention relates to interhé combustion explosive turbines, in particular in their use as generators.
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of gas engines producing combustion gases by explosîous., with a device with nozzles and vanes injected by the gases of ctt, bu.stion.
For such internal combustion turbines with explosions, has been proposed, in the patent n PV 4040177 filed on December 22, 1952 - in the name
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by the applicant in the name of Nr. He HOLZWARTH and having for title: tlP: operating range of engine gas generators producing combustion gases by explosions, and devices for the implementation of
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process "- a working process which is characterized by the fact that the number of the working cycle fractions matches the number of explosion chambers added to the nozzle and vane devices which are injected.
This process gives the possibility of shifting, in time, relative to each other, the working cycles of the different chambers.
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of eXplasian, of a steppe lapse equal each time to a fraction of ayele- -de working. If in the simplest case, we start with three fractions of the work cycle, the first of which includes the charging of the explosion chambers with simultaneous expulsion of the residue of combustion gas pro-
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from the previous explosion, the second of which is characterized by the lighting and the explosion of change, and the third of which is characterized by the expansion of the combustion gases produced, then, given the
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three explosion chambers provided in this case, there will be q '\ l6 "simultaneously., during the first fraction of the working cycle,
the first chamber will be subjected to the duty cycle fraction comprising the charging and expulsion of the flue gas residue, the second chamber to the duty cycle fraction comprising ignition and explosion, and
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the chamber at the fraction of the working cycle including the expansion. playing the lapse of time allocated to this fraction of the working cycle will have elapsed., the fraction of the working cycle comprising the ignition and, the explosion will be accomplished in the first chamber, that of the expansion in the second chamber and that loading and expelling the residue of
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combustion gas in the third chamber.
Finally, during the last third of the lapse of time provided for a work cycle, the work cycle fraction assigned to the expansion will be accomplished in the first chamber, that of the loading and expulsion of the combustion gas residue. in the second chamber, and the fraction of the duty cycle including ignition and explosion will be accomplished in the third chamber. It is thus achieved that there is always a chamber which is at the expansion stage, which means that the device with nozzles and adjoining vanes is continuously injected.
This has favorable repercussions on the operating conditions of the turbine, in particular as regards the suppression of harmful torsional oscillations, the suppression of stalls of the electric generator operated from the network which it supplies .. the degree of irregularity of the turbine, and also the conditions relating to heat transfers, etc ... If one decides to cause the expansion for more than a fraction of a work cycle, therefore to provide each time a fraction of the cycle of work for a partial expansion, other advantageous effects are obtained as regards the constancy of the partial falls to be used in the devices with nozzles and blades, so that high impeller efficiencies are obtained.
In addition, it is possible to achieve that the partial falls can, from an order of magnitude point of view, be calculated in such a way that wheels with a single crown are sufficient to use the partial falls. This eliminates the guide or reversing vanes, which can cause operating difficulties, in particular if they are to be provided with sufficient cooling, since they are constantly in the flue gas stream, while that the mobile blades undergo the favorable effects of the injection pause which occurs when the blade concerned, from the moment it is in front of the injecting nozzle orifice, completes the path separating it from the moment when
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it is again in front of the same nozzle orifice, to then be injected again.
The nature of the operating method described therefore means that one must generally rely on the installation of at least three explosion chambers, added to the common system with nozzles and vanes, and at least four chambers. explosion usually, in the case of two partial expansions.
The conditions of construction thus created were already fulfilled by the fact that one installed, around the devices with nozzles and blades, a series of elongated explosion chambers, the longitudinal axes of which were parallel to the axis. of the turbine rotor carrying the rotating blades, with total or at least partial axial coincidence between the longitudinal extensions of the turbine casing and the explosion chambers. In this invention, in accordance with previous examples but in the-
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which the explosion chambers, seen in the axial direction, followed the turbine casing, we started with a regular arrangement of the explosion chambers in a circle around the casing.
However, this arrangement has the recognized drawback that the turbine casing becomes less accessible, and that, above all, the whole of the turbine casing comprises parts traversed by the combustion gas and for which it is necessary to keep account for: thermal expansion and other worsening of service conditions, giving them an appropriate structure.
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In particular, the parts traversed by the flow of gas of onbnstioa must all, or almost all be cooled, so that the longetoe to the cooling chambers and the establishment of the inlets and deposits of the cooling medium already entail, by themselves, certain difficulties which the present invention aims to remedy.
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The problem thus posed is solved, within the framework of the iv'e1i1- tion, by the fact that several explosion chambers, united in groups, each of which forms a block, and preferably in pairs, are arranged around the turbine casing, their longitudinal axes being parallel to the axis
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of the rotor carrying the blades.
73because the explosion chambers are thus united in blocks of at least two, as is proposed, one obtains such a collection of chambers in the peripheral direction that one manages to 'lodge the chambers without them. occupying only part of the ciioon
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this of 1 '' envelope, always seen in the peripheral direction, even if their number becomes important by the concordance with the number of work cycle fractions, a number which may be large depending on the work method adopted.
Already, in the case of a grouping in blocks of two, it is easy to provide three and four chambers on the lower half of the circumference of the envelope. If this is divided into two parts, it is therefore possible that the upper half of the casing becomes a simple container convercle, since this part only has to play the role of forming the wheel chamber. and preventing the exit of engine gases therefrom. An extremely thorough simplification of the entire construction of the turbine is thus obtained; above all, the upper half of the casing becomes fully accessible, and it can be easily removed from the lower half of the casing, so that the interior of the turbine becomes accessible.
Thus, the part of the casing which does not contain - elements in contact with the combustion gases is fixed, to the part of the casing containing elements in contact with the combustion gases, by screw connections embedded in pieces of camouflage tube, therefore invisible, which it is useful to weld afterwards, and passing through the separating flanges, preferably horizontal, which connect the inner casing and the outer envelope.
The joining of the chambers into a block can be achieved in any desired way, for example by means of flanges or screws, by simultaneous casting, by welding or otherwise.
The new structure of the turbine also makes it possible to combine, in a single mounting element which can be mounted as a whole in the corresponding shell of the casing or be removed from it, all the elements in contact with the gases. combustion - which are generally designed in the form of thin-walled, convex parts and composed of individual assembled parts - such as injection nozzles and collecting nozzles, filling chambers, inlet fittings, transfer bends, etc., possibly also labyrinths and the like. A further simplification is thus obtained, because all the assembly and disassembly of these complicated parts of the turbine can be done outside the casing.
In order to support the turbine rotor when it is mounted in the mounting element containing the parts in contact with the combustion gases, or when it is removed from this element, devices have been provided in the present case. special support, for example in the form of oblique support bolts, screws.
In addition, there is the possibility of constructing the turbine side covers, bearings and glands in one piece, while the casing is divided, so that further advantages are obtained. .
Particularly improved overall arrangements are obtained if a block of two chambers is placed on each side of the lower part of the casing, preferably by inclining the plane of symmetry of each block of two chambers by 45. chambers, with respect to the plane of separation of the turbine casing which is advantageously horizontal.
This gives above all advantageous valve arrangements, from the point of view of circulation, since the passages between the interior of the explosion chambers and the valve seats, which may lie in planes tangent to the turbine casing, or approximately in these planes, may be designed as curved and cooled thin-walled bulbs, while in the necks of these bulbs, located towards the valve seat, the end guide conduits The hemispherical nozzle valves located between the chambers of each block of two chambers, dip approximately tangentially at the curvatures closest to each other of the two passage necks In the same way,
chambers following - in the direction followed by the combustion gases - to the seats of the exhaust valves of the blocks of two chambers (valves used to let the combustion gas residue escape from the chambers), can be designed as bulbs that appear thin, convex and cooled, and to which we will also give a flattened shape like a bag, to adapt them to the space which is to house them,
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between the inner shell and the outer shell of the turbine, while. that the schools of these ampoules, open on the sampling line of. , engine gases, are bent in the direction of the length of this pipe.
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However, the new mode of turbine construction thus characterized entails rather high demands on the organization of the distribution, in particular when the distribution is done mechanically and hydraulically. The solution in principle adopted in the context of the invention is characterized by the fact that the axis of the distribution shafts actuating the nozzle and exhaust valves of each block of two chambers, is arranged parallel to the axis of the turbine.
If it is in the plane of symmetry of each block of two chambers, we obtain the possibility of arranging in planes perpendicular to the axis of the turbine the axes of two nozzle and exhaust valve seats belonging to to the two explosion chambers of each block of two chambers, and to give these axes a direction parallel to the plane of symmetry of the corresponding block of two chambers. Furthermore, the axis of the distribution shafts actuating the inlet valves of the explosion chambers is arranged perpendicular to the axis of the turbine.
It is thus possible to have the two distribution shafts controlled by a common transverse countershaft, arranged horizontally and perpendicular to the axis of the turbine, and to use this countershaft to actuate other auxiliary machines. transverse which will be designed as a main distribution shaft. By this original organization of the distribution, it is possible to adapt the distribution to the overall construction of the installation of internal combustion turbines with explosions, to conveniently accomplish all the missions of the distribution, and nevertheless to accommodate the distribution. elegantly, which can be done in particular by installing the main distribution shaft in the basement.
At the same time, it is possible that the casing enclosing the main distribution shaft can be designed in the form of a beam reinforcing the frame of the machine as a trellis. It is thus possible to do without a trellis. particular machine frame, all the more so since the blocks of two chambers can themselves, possibly, play the role of beams of this machine frame, which means that, for their part, they contribute in this way to forming the machine frame. The turbine casing itself is then supported on the blocks of two chambers, and in turn reinforces the frame of the machine.
If the lowest placed two-chamber blocks are located directly on the base of the machine, and if they connect the described machine construction to the base, it is also no longer necessary to build a special machine frame,
All other details appear from the attached drawing. This drawing shows an internal combustion turbine installation with four chambers. In this drawing:
Fig. 1 schematically shows a side view of the entire installation, one of the chambers being shown in a vertical longitudinal section along the line I - I of fig 2.
Figo 2 corresponds to a vertical cross section of the turbine along line II-II of Fig, 1.
Fig. 3 shows, in the section of FIG. 2, the detail of the mode of organization of the distribution of a nozzle valve.
Fig. 4 corresponds to a vertical section along line IV - IV of fig 3.
Fig. 5 shows a front view of the distribution device of the turbine, while
Fig. 6 corresponds to a vertical cross section along line VI-VI of fig 5.
Fig. 7 shows the embodiment, somewhat modified from Figure 2, of the seat of an exhaust valve and of the pipe portion which connects to it.
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In the internal combustion turbine installation with explosions represented by figs 1 to 7, 1 designates the rotor with the impellers 2 and 3 and the rotating blades with a single crown 4 and 5. The turbine casing housing these parts is called 6. The rotary blade device 1 to 5 are added four explosion chambers which, according to the invention, are joined in pairs in blocks of two chambers each. It can be seen in fig. 2 the two-chamber block located on the right, with the explosion chambers 7 and 8. A corresponding two-chamber block is on the left side, with the explosion chambers 9 and 10 not shown in figure 1 .
It can be seen that the plane of symmetry of each block of two chambers, which intersects the plane of the drawing following the line 11-11 of figo 2, is inclined approximately at 45 with respect to the horizontal plane of separation 12 - 12 of l 'Turbine casing 6. While the turbine casing has the separation seal
12 - 12, the side covers 13, the bearings 14, the non visible cable glands as well as the labyrinths and seals not drawn are executed without separation. The rooms of each block of two rooms, as can be seen -. see by fig. 3, are joined together by simultaneous casting.
By this arrangement, we have the possibility of designing the upper half of the casing 6 in the form of a simple casing cover, and of accommodating in the lower half of the casing, which is equipped with chambers of explosion, all structural elements in contact with combustion gases. These parts in contact with combustion gases comprise, in addition to the rotor 1 already mentioned, nozzles 15 which are arranged upstream of the blading 4 of the impeller 2. The nozzle antechamber 16, as can be seen in FIG. .
2, are designed in the form of hollow elbows whose opening on the chamber side, 17, forms the seat of the nozzle valves 18, while the other end is stretched to form the nozzle segment 15 already mentioned. It can also be seen in fig 2 that the seats 17 of the nozzle valves are located in a plane tangent to the turbine casing 6, or roughly in this plane, it is thus possible to design the passages 19 between the interior 20 of the explosion chambers and the nozzle valve seats 17, in the form of thin-walled, curved and cooled ampoules 21, while, in the necks 19 thereof, located towards the seat of valve, the guide conduits with hemispherical ends 22 of the nozzle valves located between the chambers of each block of two chambers,
plunge approximately tangent to the curvatures closest to one another, at 23, of the two passage necks 21, forming deflections of combustion gases which offer little resistance to the current.
Downstream of the first turbine stage, formed by the parts 15, 4, there is a sensor nozzle device 24, which is followed by a filling chamber 25, the outlet of which, forming nozzle 26, is placed. upstream of the blading 5 of the second turbine stage 26.5. However, the filling chamber 25 not only receives, through the collecting nozzle device 24, combustion gases which were subjected to a partial expansion in the first turbine stage 15.4, but it also receives directly from the combustion chambers. explosion, fresh gases, via the nozzle valves 27, the structure of which does not differ from that of the valves 18.
For this purpose, the seats of the nozzle valves 27 are joined to an elbow device 28 which opens out at 29 into the filling chamber 25.
Downstream of the second turbine stage 26.5 is a sensing nozzle device 30 which leads, through the pipe element 31, to the engine gas sampling pipe 32, the partial quantities of engine gas subjected to the second partial expansion. By means of the engine gas sampling pipe 32, the user 33 receives the engine gases required for its operation.
The rotor 1 of the internal combustion turbine with explosions actuates on its side, by the coupling 34, the auxiliary machines of the installation, except those which, like the ignition machines and the fuel pumps $ are connected directly to the internal combustion turbine ,, In the present case, the auxiliary machines arranged outside the internal combustion explosion turbine comprise the charge air compressor 35; in the case of operation with gaseous fuel, the combustion gas compressor should also be actuated.
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tible.
As can still be seen from FIG. 1, each explosion chamber is provided with a charge air valve 36, in which the fuel injection valve 37 is directly installed. A charge air intake pipe 38 connects the explosion chambers. to the charging air compressor 35, optionally with the insertion of an intermediate cooling device. The control of the charge air valve 36 is shown schematically at 39. The fuel supply line to the valve 37 is not drawn, as being generally known.
Neither has been drawn the pipe elements which follow the exhaust valve 40, not mentioned until now, of the explosion chamber 8 shown in section in FIG. 1. These pipe elements which, in the direction of flow of the combustion gases, follow the seats of the exhaust valves 40 of the two-chamber blocks, are also designed in the form of thin-walled bulbs, convex and cooled, which are also given a flattened shape in the manner of a pocket, to adapt them to the spaces where they must be housed, between the inner and outer casings of the turbine, while the necks of these ampoules, open on the sampling pipe of gas engines 32,
are bent in the direction of the length of this pipe. It is thus achieved that the expansion of the combustion gas residue, which takes place in these spaces and then in the driving gas sampling pipe 32, can be propagated by means of the pipe element. 31 and the sensing nozzle device 30, up to the chamber of the impeller 3. As a result, the second turbine stage is subjected to a back pressure which has the character of an expansion.
Since, as a result of the offset, mentioned at the beginning, between the working cycle fractions of the different chambers, this back pressure occurs synchronously with the injection of the nozzle 26 and the blading 5 of the second stage of turbine, an approximately constant partial drop is achieved in this turbine stage, which leads to high wheel efficiencies and which, moreover, can be calculated in such a way that the single-ring blading 5 is sufficient to absorb this partial fall. The facts described for the second turbine stage are similarly valid for the first turbine stage.
Because in the same way, the pace given to the internal pressure in the. filling chamber 25, under the influence of the two inflows of combustion gas, is felt, via the collecting nozzle 24, as back pressure with respect to the turbine stage preceding 15.4. The shape of the internal pressure in the filling chamber 25 again has the character of an expansion, since the filling chamber, via the nozzle 26, is in open connection with the chamber of the impeller 3. of the second turbine stage, which follows it:
It is also because of the shift, already mentioned, between the working cycles of the different chambers - shift equal to a fraction of the working cycle - that the formation of back pressure thus characterized takes place synchronously at the pressures d injection of the first turbine stage. Due to the analogous characteristic and the synchronous variation of the injection pressure and the back pressure, the first turbine stage is also subjected to practically constant partial drops, so that it can operate with high wheel efficiency.
Here again, the partial drop used in this turbine stage must be calculated, in order of magnitude, in such a way that blades with a single crown 4 are sufficient to use it,
The production of the combustion gases themselves is known.
When the charging valve 36 opens, the exhaust valve 40 opens simultaneously. The charging air entering takes the form of a piston, due to the elongated shape of the diffuser and the nozzle. Venturi provided on the inlet side of the explosion chambers, so that the compressed air piston thus formed expels, through the exhaust valve 40, the residue of combustion gas from the previous explosion, this residue of combustion gas being * used to thunder the back pressure already discussed, relative to the turbine stage 26.5 While this process is still going on, the
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piston of the fuel pump - which will be discussed later - performs its supply stroke, and injects,
within the air piston progressively compresses a quantity of fuel appropriate to the desired power. There is thus formed in the chamber, while the sweeping process is still going on, a detonating mixture. This mixture completely fills the chamber in the mold where the valves 36 and 40 close. The first fraction of a work cycle! is thus accomplished. Then comes the fraction of the duty cycle assigned to ignition and explosion, with the valves fully closed, the ignition devices are not reproduced, being generally known. The fraction of the working cycle comprising ignition and explosion is followed by that of the first partial expansion, during which the nozzle valve 18 opens.
At the same time, the nozzle valve 27 of another chamber opens, and lets out, into the filling chamber 25, a partial amount of combustion gas at lower tension. This chamber therefore simultaneously receives combustion gases from the turbine stage 15.4, via the collecting nozzle 24, and, directly from another explosion chamber, the combustion gases exiting. by the open nozzle valve 27 of this chamber, and the elbow 28. Under the influence of these two inflows of combustion gases, the chamber 25 quickly fills with combustion gas, but these are used, via the nozzle 26, to inject the blading 5 of the second turbine stage 25.5.
A third chamber had simultaneously opened its exhaust valve, while these two processes were taking place, so that the flue gas residue had been expelled through the corresponding exhaust valve. 40, and had thus given rise to the formation of an appropriate back pressure in the impeller chamber of the second stage of the turbine ,, Still simultaneously in these three processes, the ignition and the explosion had taken place. place in a fourth room. What has been explained for chamber 8 is valid, analogously, for the other chambers of the turbine.
Fig. 2 also shows, in detail, the attachment of the upper half of the casing to the lower half. For this purpose, screw joints 42 are provided, embedded in camouflage tubes 41, therefore invisible, which can advantageously then be welded, and which pass through the horizontal separating edges 43, 44.
From the two figures it can be seen that all the elements in contact with the combustion gases have been united in a common mounting element, which can be mounted in the lower half of the casing, or removed from it, as a whole. In this case, it is advantageous to support the turbine rotor when installing it in the mounting element containing the elements in contact with the combustion gases or when separating therefrom. special support devices, for example in the form of oblique support bolts, with screws, the arrangement of which can be seen at 45.
Figs. 3 and 4 show the individual structure of the explosion chambers and the nozzle valve distribution. The distribution itself is mechanical and hydraulic. Each block of two chambers has a distribution shaft 46, located in its plane of symmetry 11, and directed parallel to the axis of the turbine rotor 1, the distribution shaft on which is arranged, opposite the nozzle valves and exhaust, a rotary sleeve 47. Its position can be adjusted, depending on the case, by means of the ball lever 48, the groove 48a in the sleeve 47, the shaft section 52 and the square 50. Instead of this adjustment device, we can put any other device by means of which we can vary the position of the cams relative to their control shaft.
Thus, it is possible to modify, in a determined manner, the relative position of the cams 51 with respect to the distribution shaft 46. The sleeve 47 receives keys 49 which, for their part, are engaged in oblique grooves 50a and 50b. from the sliding surfaces in contact with the parts 46 and 47, the grooves being oblique in a direction opposite to each other. Against the cams .51 apply the rollers 53 of the double angled lever 54 which is articulated on a pivot at 55. The second free arm of the angled lever ends in a spherical cap 57, which receives the pressure head 58 of the piston. valve 59 for nozzle valve 17.
This pre-control piston, under the influence of the
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elements of rotation of the distribution shaft 46, causes the pressure agent, for example in the form of pressurized oil, to act, at certain times and for determined periods of time, on the undefined active surfaces of the device control valve 17, or discharges the oil pressure, by charging another control surface. As a result of these dispensing movements, the nozzle valve 18 is opened or closed for determined periods of time. What has been said for one of the nozzle valves is valid, in the same way, for the other nozzle valve of the same block of two chambers, and for the four nozzle valves of the other group of two chambers. , not drawn.
This is also valid for the exhaust valves 40 of the two blocks of two chambers, which are actuated mechanically and hydraulically by the same timing shaft 46. The precise adjustment is made here, in each case, at the mean of squares 50.
The timing shaft 46 (pin 4) is actuated by the bevel gear 60. The bevel gear 60 meshes with the counter-gear of an oblique shaft, the outer casing of which can be seen at 61 in FIG. 5.
By means of a second counter-gear, not shown, the oblique shaft meshes with the bevel gear :, which is arranged on ,. the transverse countershaft 63, which is coneu under the shaft of the main distribution shaft. The axis of this main distribution shaft 63 passes below the explosion chamber blocks 7, 8 and 9, 1a, and of the turbine casing 6, in a direction perpendicular to the axis of the rotor 1 of the turbine. On the main distribution shaft 63 are placed, as can be seen from FIG. 6, the control cams 64 of the fuel pumps 65, a double rocker lever 66 receiving the movement of the cams and transmitting it to the stops 67 of the fuel pumps 65.
The setting of the fuel pumps is indicated at 68. On the main distribution shaft 63 are further arranged the cams 69 which serve to actuate the charging air valves 36. For this purpose, it has also been housed in the casings 70, pre-control pistons corresponding to the pre-control piston 59 (see fig. 3) of the nozzle valves 17. These pre-control pistons are supported on stops 71, the pressure heads 72 of which take place in the openings 73 of the levers angle 74. The angle levers 74 pivot on the pivot bolts 75. The free lever arm 76 carries the rollers 77 which come into contact with the control cams 69 of the main timing shaft.
On the main distribution shaft 63 is also disposed the wheel 78 provided with a double toothing. The first toothing of this wheel first meshes with the non-illustrated pinion of the electric motor driving the main seeding shaft 63. The second teeth meshes with the toothed wheel 79 which, in turn, still carries a toothing conical. This bevel toothing meshes with the bevel gears 80 of the ignition machines 81. The main timing shaft is housed in a casing 82 which, with the guide tubes 61 of the oblique control shafts of the timing shafts 46, and with the tubular housings 83 of the control stops 71 of the charging air valves, as well as with the blocks of two chambers 7 to 10 and the casing 6 or the valve casings 84, form a rigid assembly.
It is therefore sufficient to seat the entire machine installation at 85 on chambers 7 and 9. In this way, a special machine frame can be dispensed with entirely as well as a basic machine frame, since all the housings constitute the beams of a machine frame which, in this way, is formed like a trellis.
What has been said for the arrangement of the explosion chambers in the lower half of the turbine casing is valid, similarly, for the upper half of the latter, when, in special cases, it is necessary to be able to lower the lower half of the casing and examine the rotor, as easily as possible in turbines according to the drawing, by removing the casing cover by means of a crane. The same is also true for the right and left halves of the enclosure, for example in cases where, as on ships, it is necessary to have a compact installation.
But if it is decided to have the explosion chambers, nozzles and combustion gas pipes in more than one sector of the envelope, it is advisable to arrange the arrangement so that the envelope sectors
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form, with the explosion chambers, nozzles and corresponding driving gas pipes, integral construction elements, which can be assembled and disassembled as a whole, so that the assembly or disassembly of a sector does not entail any Nesting in other areas.
In the exemplary embodiment shown in figure 7, the construction of the valve seat of an exhaust valve arises from the desire to be able to assemble, already outside the turbine, the connecting parts as a unit. assembly completed and continue with assembly.
For this purpose, the elbow 86 is provided with a cooling casing, this elbow connecting to the casing part 87 thundering the exhaust valve seat and being connected thereto in a leaktight manner, the spacers also possibly being if necessary, be provided between the two parties. The cooling chamber thus formed is closed to the outside by a closure piece 89. This is welded at 90 to the end of the bend 86. The plate-shaped closure piece $ 9 'thus ensures the possibility of to be able to connect pieces of pipe collecting combustion gases. The inlet end of the elbow is welded at 91 to part 92, which constitutes part of the cooling jacket.