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Cette invention est relative à des moteurs à turbine à gaz et, en particulier mais non exclusivement, aux moteurs propres à être montés dans des avions destinés à voler à des vitesses excédant la vitesse du son.
Dans les moteurs à turbine à gaz et dans les avions comprenant une installation de moteur à turbine à gaz, il est courant d'utiliser de l'air tiré de l'atmosphère pour refroidir des parties du moteur, en particulier les paliers et la structure y associée, et des auxiliaires du moteur tels que les compresseurs à air à pression élevée et les réfrigérateurs d'huile de lubrification. Cet air peut être comprimé dans un système de compresseur du moteur ou il peut, dans certains casêtre amené directement de l'atmosphère à un auxiliaire du moteur tel qu'un compresseur d'air à pression élevée ou un réfrigérateur d'huile de lubrification.
Lorsqu'un avion vole à grande vitesse, par exemple à des vitesses considérablement supérieures à la vitesses du son, il y a un accroissement important de la température de l'air pénétrant dans l'installation du moteur et, si l'air est ensuite comprimé par le système de compresseur du mo- teur, il y a un accroissement de température additionnel ; est donc possi- ble que la température de l'air devienne trop élevée pour que celui-ci soit efficace pour le refroidissement. Même si aucune compression subséquente de l'air n'a lieu dans le compresseur du moteur, l'élévation de la température due à la vitesse du vol en avant peut être d'une importance telle que l'air ait une température trop élevée pour qu'un refroidissement efficace se produise.
Selon la présente invention, il est prévu, dans un moteur à turbine à gaz ou dans une installation de moteur à turbine à gaz, des moyens destinés à introduire un liquide dans un courant d'air de refroidissement, lorsque la température de l'air excède la température à laquelle ledit liqui de se vaporise, à la pression dudit courant d'air de refroidissement, d'où l'air de refroidissement est refroidi tandis que le liquide se vaporise. On produit un refroidissement additionnel de l'air de refroidissement en chauffant le liquide à la température de vaporisation et en chauffant la vapeur.
On utilise de préférence de l'eau comme liquide de refroidissement et il est prévu un dispositif de commande pour l'injection du liquide de refroidissement dans l'air de refroidissement lorsque la température de l'air excède celle à laquelle l'eau se vaporise à la pression régnant dans le courant d'air de refroidissement.
Quelques modes de réalisation de l'objet de cette invention seront maintenant décrits avec référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels: la figure 1 représente un moteur à turbine à gaz avec parties brisées pour en laisser appareitre la structure interne, le moteur étant équipé de moyens d'amenée d'air de refroidissement selon l'invention; la figure 2 représente ,à plus grande échelle, le système de refroidissement représenté à la figure 1, et la figure 3 représente un moteur à turbine à gaz équipé d'une seconde forme de système de refroidissement conforme à cette invention.
Si l'on se réfère aux figures 1 et 2 des dessins, on y voit un moteur à turbine à gaz propre à être utilisé pour fournir de l'énergie à un avion volant à une vitesse supérieure à la vitesse du son, ce moteur comprenant un compresseur 10, dans lequel de l'air est amené de l'atmosphère et comprimé ,un équipement de combustion 11, auquel l'air comprimé est amené pour être brûlé avec le combustible fourni par les injecteurs à combustible 12, une turbine 13 raccordée de façon à recevoir les gaz chauds provenant de l'équipement de combustion 11, et un dispositif d'échappement 14, par lequel les gaz d'échappement provenant de la turbine passent dans l'atmosphère.
Le compresseur 10 comprend une enveloppe de stator 15, portant
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un certain nombre de rangées d'ailettes de stator 16, ainsi qu'un logement de paliers arrondi 17, disposé centralement dans la partie évasée de son extrémité d'entrée, le logement 17 étant relié 1-'enveloppe 15 du stator au moyen d'un certain nombre de traverses 18. Le compresseur 10 comprend' également un rotor pourvu d'un arbre central creux 19, dont l'extrémité an= térieure est montée dans un palier 20, prévu dans le logement 17,et une série de disques 21 porteurs d'ailetteschacun de ceux-ci portante à sa périphérie;, une série d'ailettes de rotor 22.
L'arbre 19 se prolonge vers l'arrière, sort du compresseur et traverse centralement 1'équipement de combustion 11; sur l'extrémité postérieure de cet arbre est monté le rotor 23 d'une turbine 13,si bien que la turbine commande le compresseur. La partie postérieure de l'arbre est supportée par une paire de paliers espacés axialement 24 et 25, le palier 24 étant voisin de l'extrémité de sortie du compresseur 10 et le palier 25, voisin du disque de turbine 230
Il est à noter que pendant le fonctionnement du moteur, il sera nécessaire de refroidir les paliers 24 et 25, puisqu'ils sont voisins de la structure chaude, et., à cet effets, de l'air de refroidissement est amené à s'écouler sur les logements 26 et 27 des paliers 24 et 25,
l'air destiné à refroidir le palier 24 étant pris d'un étage intermédiaire du compresseur et l'air destiné à refroidir le palier 25 étant pris de l'équipement de eaubustion 11.
Le moyen destiné à la prise d'air de refroidissement pour le pa= lier 24 est constitué par des orifices 28 formés dans la périphérie du rotor du compresseur de façon que l'air s'écoule dans l'espace compris entre deux des disques 21, par des orifices 29 formés dans l'arbre 19 pour permettre à l'air de passer de l'espace précité dans l'arbre creux 19 du compresseur et par des orifices 30 également formés dans l'arbre 19 pour permettre à l'air pris au compresseur 10 de s'écouler de l'arbre 19 du compresseur dans une chambre 40 faisant partie de la structure du stator, immédiatement en amont du palier 24.
Lorsqu'il traverse la chambre 40, l'air est guidé par une paroi fixe 31, de façon à passer au delà du logement de palier 26, et)) après avoir dépassé ce logementil pénètre dans un espace 32 prévu entre l'arbre 19 et l'équipement de combustion 11 et il s'écoule de cet espace, dans l'atmosphère, par des aubes directrices creuses 33 par la turbine 13.
L'air de refroidissement destiné au palier 25 est pris de l'équipement de combustion Il)) au moyen d'un ou de plusieurs conduits 34, qui abou- tissent dans un espace 35 situé autour du logement de palier 27, en partant de l'espace d'air 36 prévu dans l'équipement de combustion 11, entre un tube d'inflammation 37, dans lequel se produit la combustion;, et l'enveloppe d'air principale 38, qui contient le tube d'inflammation 37 et dont les parois sont espacées de celles de ce dernier. Une partie de l'air pénétrant dans l'équipement de combustion 11 passe directement dans le tube d'inflammation 37 et le reste s'écoule dans les espaces 36 externes par rapport au tube d'inflam- mation.
L'air pénétrant dans l'espace 35 est amené à s'écouler au delà du logement de palier 27 grâce à la paroi 39 délimitant l'espace 35 et, après avoir dépassé le logement 27, l'air de refroidissement s'écoule vers l'extérieur,au delà de la surface en amont du disque de turbine 23, pour retourner dans l'anneau de fluide actif de la turbine 13. Dans certaines circonstancesla température de l'air de refroidissement est trop élevée pour qu'il assure un refroidissement satisfaisant des paliers 24 et 25. Ceci peut par exemple se présenter lorsque l'avion dans lequel est monté le moteur vole à une vitesse élevée)) si bien que l'air pénétrant dans le compresseur 10 est comprimé dans l'entrée d'air de celui-ci par un effet de refoulement et est par conséquent chauffé.
La présente invention fournit des moyens grâce auxquels la tem= pérature de l'air de refroidissement puisse être maintenue à une valeur désirable.
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Si l'on se réfère plus spécifiquement à la figure 2, on y voit un agencement convenable de ces moyenso Chacune des chambres 40 et 35 porte, dans l'une de ses paroisun gicleur de pulvérisation de liquide 41,ces gicleurs étant alimentés en liquidepar exemple en eaup par des conduits d'amenée 42, dont les extrémités d'amont sont raccordées à des pompes de liqui- de séparées 43, qui, pour raison de commodité, sont représentées sous la forme de pompes centrifuges et qui aspirent le liquide de refroidissement d'un réservoir d'alimentation 44.
Il est évident que si le liquide est débité sous forme de jet dans les chambres 40 et 35, l'air passant dans ces chambres est refroidi tandis que le liquide s'évapore.
Dans le mode de réalisation représenté, l'écoulement du liquide vers les gicleurs 41 est commandé de façon à débuter lorsque la température de l'air de refroidissement tend à s'élever au-dessus d'une valeur choisie, et à augmenter ensuite comme la température de l'air à augmentero On a représenté au dessin une forme convenable de dispositif de commande répondant à ce but; un tel dispositif de commande est associé à chacune des pompes.
Dans chaque cas, la pompe 43 est actionnée, par l'intermédiaire d'un engrenage 45, par un moteur électrique 46 alimenté en courant provenant, par exemple, d'une batterie 47 et le circuit du moteur comprend un interrup- teur 49, prévu de façon à être actionné par un dispositif sensible à la température. Le dispositif sensible à la température comprend, par exemple, une poire 50, disposée dans la chambre correspondante 40 ou 35,dans la trajectoire du courant d'air de refroidissement et en aval du gicleur de pulvérisation de liquide correspondant 41. La poire est raccordée, par un tube capillaire 51, à une capsule 52, constitùée par un soufflet et par conséquent susceptible de se dilater, et la poire 50, le tube capillaire 51 et la capsule 52 sont remplis d'un liquide tel que la paraffine.
Comme la température de l'air s'écoulant au delà de la poire 50 augmente, le liquide que contient celle-ci se dilate et détermine la dilatation du soufflet 52. Lorsque la tem- pérature communiquée à la poire 50 atteint une valeur choisie, une tige 53, portée par la capsule 52, ferme l'interrupteur 49, mettant ainsi en marche le moteur 46, qui actionne la pompe 43. La tige porte également un élément de soupape 54, qui coopère avec un orifice 55 prévu dans une paroi ééparant deux chambres 56 et 57 d'un logement 58, et l'agencement est tel que l'élé= -ment de soupape 54 se rapproche de son siège, autour de l'orifice 55, à mesure que la température communiquée à la poire 50 augmente.
La chambre 57 est reliée, par un conduit 59, au conduit d'amenée de liquide 42 et la chambre 56 est reliée, par un conduit 60, au conduit daspiration 61 de la pompe correspondante 430 Par conséquent, lorsque l'élément de soupape 54 est éloigné de son siège, une partie du liquide fourni par la pompe 43 est remise en circulation dans la pompe et la proportion du liquide remis en circulation diminue comme la température communiquée à la poire 50 augmente.
Les dispositifs d'alimentation et de commande séparés pour l'ame- née du liquide de refroidissement aux deux chambres 40 et 35 sont utilisés pour desraisons d'économie dans l'emploi du liquide réfrigérant mais, si on le désire,on peut utiliser un seul système de commandée
Si l'on se réfère à la figure 3, on y voit une application de l'invention à un système de refroidissement pour l'huile circulant dans le système de lubrification d'un moteur à turbine à gaz 62.
Le système de lubrification représenté comprend un réservoir d'emmagasinage 63, duquel l'agent lubrifiant est aspirée par l'intermédiaire d'un conduit 64, par une pompe 65, qui, par l'intermédiaire d'un conduit 66, débite l'huile dans un réfrigérateur d'huile. Le réfrigérateur d'huile comprend un serpentin 67, monté dans un conduit à air 68, présentant une admission d'air s'ouvrant vers l'avant 68a et une sortie tournée vers l'arrière, si bien que, lorsque l'avion dans lequel est monté le moteur 62 est en vole il
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passe un courant d'air de refroidissement sur le serpentin 67, ce qui détermine la réfrigération de l'huile qui s'y écouleo L'huile passe du serpentin 67 dans un certain nombre de conduits! de distribution ramifiés 69,
dont chacun mène à un palier y associée L'un des conduits de distribution 69 mène par exemple à un logement 70 prévu pour le palier antérieur 71.
Le système de lubrification comprend également un système d'éva= cuation de L'huile, comprenant des conduits collecteurs séparés 72, menant des logements des paliers respectifs, tels que le logement 70, au côté d'admission d'uns pompe d'évacuation ou refoulement 73, par laquelle l'huile est ramenéej par un conduit 74, au réservoir à huile 63.Les deux pompes 65 et ?3 sont, dans le cas illustré, des pompes commandées par le moteur de l'avion, les transmissions étant indiquées en 750
Si la température de l'air s'écoulant par le serpentin 67 devient trop élevé en raison des effets de refoulement, un liquide tel que de l'eau est pulvérisé dans le courant d'air s'écoulant dans le conduit 68, en un point situé en amont du serpentin 67,
pour refroidir ainsi l'air par évaporation du liquide. Le liquide réfrigérant est pulvérisé dans le conduit 68 par un gicleur de pulvérisation 76,qui est alimenté en liquide par un système d'alimentation semblable à celui qui a été décrit pour les gicleurs 41 et comprenant une commande sensible à la température telle que celle qui a été décrite plus haut.
Dans les agencements exposés plus haut, l'air de réfrigération peut également être utilisé pour refroidir d'autres parties du moteur et de son installation. Par exemple,, dans la construction représentée aux figures 1 et 2, l'air de réfrigération peut être utilisé pour refroidir la structure de la turbine,.. par exemple les ailettes du rotor.,
De plus, au lieu d'être commandées par moteur électrique., les pompes 43 peuvent être commandées par le moteur de l'avion.
Bien que l'invention ait été décrite comme particulièrement pro= pre à être utilisée dans les installations de turbines à gaz pour avions, on remarquera quedans certains cas, l'emploi de systèmes de compresseurs à rapport de compression élevé dans un moteur à turbine à gaz, par exemple dans un moteur destiné à la propulsion marins, peut nécessiter des courants d'ir de refroidissement à pressions élevées; lorsque cet air est tiré du système de compresseur l'élévation de la température due à cette compression peut rendre désirable de refroidir l'air avant qu'il ne soit utilisé aux fins de réfrigération.
L'invention est donc applicable à de tels moteurs à turbine à gaz, l'eau ou autre liquide convenable étant introduit dans l'air de refroidissement pour y Être vaporisé avant que l'air ne soit utilisé aux fins de réfrigération.
REVENDICATIONS
1. Moteur à turbine à gaz ou installation de moteur à turbine à gaz dans lequel il est prévu des moyens destinés à introduire un liquide dans un courant d'air de refroidissement, lorsque la température de l'air excède la température à laquelle ledit liquide se vaporise, à la pression dudit courant d'air de refroidissements d'où le courant d'air de refroidie= sement est refroidi tandis que le liquide se vaporise.