BE533518A

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Publication number: BE533518A
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Description


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   Cette invention est relative aux machines   à   courant axial et à étages multiples telles que les compresseurs et les turbines. 



   Un but de l'invention est de fournir dans ces machines un joint d'étanchéité entre les étages. 



   Suivant la présente invention, une machine à courant axial à étages multiples comprend au moins deux disques de rotor portant chacun une série d'ailettes de rotor espacées sur la circonférence et constituant une couronne d'ailettes de rotor, et une série d'aubes de stator espacées sur la circonférence et constituant une couronne d'aubes de stator interposée entre chaque paire adjacente de couronnes d'ailettes de rotor, les aubes de la couronne du stator étant fixées par leurs extrémités extérieures à une enveloppe de stator entourant la partie active de la ma- chine, un corps annulaire entre étages fixé à et s'étnendant vers l'intérieur de la couronne d'aubes de stator et se trouvant entre des disques de rotor adjacents,

   et un dispositif d'étanchéité monté sur la partie intérieure du corps entre étages et en contact avec un organe rotatif d'étanchéité monté sur l'arbre du rotor de manière à former entre étages un joint étanche au fluide entre les côtés amont et aval de la couronne d'aubes de stator, le diamètre de l'organe d'étanchéité étant considérablement inférieur au diamètre aux racines des aubes du stator.

   L'arbre de rotor est de préférence creux et la machine comporte un dispositif pour fournir de l'air sous pression dans les espaces annulaires entre le corps entre étages et les faces adjacentes des disques de rotor par des forages ou des ouvertures dans l'arbre creux du rotor de manière à fournir une différence de pression agissant sur les disques de rotor dans une direction axiale pour s'opposer à la poussée dynamique produite par la circulation des gaz dans la machine. 



     @   L'invention est donc particulièrement applicable aux turbines actionnées par les gaz d'échappement dans lesquelles l'air introduit dans les espaces annulaires sert aussi pour le refroidissement. 



   L'ouverture ou le forage, par lequel l'air de refroidissement est amené d'un côté d'un disque de rotor, a de préférence une section transversale relativement réduite en comparaisqn du forage ou de l'ouverture par laquelle l'air de refroidissement est amené de l'autre coté de ce disque de rotor de manière à créer la différence de pression requise de part et d'autre du disque et fournir ainsi la pousséee axiale   d'équi-   librage dans un sens opposé à la poussée dynamique produite par la circulation des gaz dans la machine. 



   Suivant un autre aspect préféré de l'invention, le corps annulaire entre étages a une forme et'des dimensions telles et il est disposé de telle manière que ses surfaces latérales se trouvent très près des   surfaces   adjacentes des disques de rotor. Le jeu axial entre les surfaces latérales du corps entre étages et les surfaces adjacentes des disques de rotor est de préférence inférieur à la moitié de l'écartement axial entre les disques adjacents de rotor et il peut tomber à un huitième de cet écartement. 



   Suivant un autre aspect préféré de l'invention, le corps annulaire entre étages à la forme d'un corps annulaire creux à double paroi et il est raidi intérieurement par un certain nombre de plaques d'écartement d'allure générale radiale placées entre les parois annulaires du corps. 



   Dans tous les cas, le diamètre de l'organe d'étanchéité est de préférence inférieur à la moitié et même au tiers du diamètre des plateformes des racines des aubes de la couronne du stator associée au corps entre,étages. 

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   Le corps annulaire est de préférence pourvu sur au moins une de ses faces adjacentes à un disque de rotor d'une série d'ailettes en spirale telles que l'air de refroidissement ait tendance à circuler suivant une trajectoire en spirale vers l'extérieur sur le disque de rotor. 



   Suivant un autre aspect de   l'invention,   un moteur à turbine à gaz comprend une turbine à combustion aménagée comme il a été expliqué ci-dessus et un compresseur principal monté coaxialement avec la turbine qui l'entraîne et qui est destiné à refouler de l'air comprimé dans une ou plusieurs chambres de combustion d'où les produits de combustion sont conduits à la turbine et le fluide refroidissant admis dans le ou les espaces annulaires compris entre   le.ou   les disques de rotor et le corps annulaire est pris au compresseur principal et est admis dans cet ou ces espaces annulaires via un ou plusieurs passages dirigés vers l'intérieur dans le rotor du compresseur et un conduit dans les arbres des rotors du compresseur et de la turbine. 



   Le groupe moteur comporte de préférence un piston rotatif d'équilibrage de la poussée, monté à l'extrémité postérieure de l'arbre de la turbine et un dispcsitif pour admettre de l'air sous pression sur le piston depuis le conduit dans l'arbre du rotor de la turbine. 



   L'invention peut être mise en application de différentes façons une forme de réalisation particulière appliquée à la turbine actionnée par les gaz d'échappement d'un-groupe moteur d'avion à hélice actionnée par une turbine sera décrite ci-après à titre d'exemple., avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une élévation de cotés avec certaines parties arrachées et en partie en coupe du groupe moteur complet; la figure 2 est une demi-coupe à plus grande échelle de la turbine actionnée par les gaz d'échappement;

   la figure 3 est une demi-coupe de la turbine à une échelle encore plus grandes et la figure 4 est une élévation en bout d'un des corps annulaires
28 avec certaines parties arrachées:pour montrer une coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 20 
Le groupe moteur comprend fondamentalement un compresseur axial
1 destiné à refouler de l'air comprimé dans une série de chambres de   com-   bustion 2 où un combustible,amené par des passages d'arrivée 3, est   brûlé   dans l'air d'une manière connue, les produits de la combustion étant . amenés à la partie active d'une turbine 4 ,et passant ensuite à l'échap- pement par l'orifice d'échappement 5.

   L'arbre 6 de la turbine 4 est directement accouplé à l'arbre 7 du compresseur 1 au moyene d'un assembla- ge tubulaire creux 8 et l'extrémité antérieure de l'arbre du compresseur est accouplée au moyen d'un mécanisme différentiel désigné d'une manière générale par 9 sur la figure 1, à un arbre 10 sur lequel est montée une hélice (non représentée). 



   La turbine comporte trois disques de rotor 21, 22, 23 montés de manière à tourner avec l'arbre de rotor 6, chaque disque de rotor portant à sa périphérie extérieure une série d'ailettes de rotor de tur- bine espacées 25-constituant trois couronnes de rotor de turbine. Entre les couronnes de rotor et en amont de celles-ci sont interposées des couronnes correspondantes de stator 26 comprenant chacune une séria d'aubes de stator espacées sur la circonférenceavec leurs extrémités extérieu- res ancrées dans une enveloppe de stator 27. 

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   Les extrémités intérieures des aubes 26 de chaque couronne de stator entre étages sont reliées à des corps annulaires creux entre les étages 28 et 29 en tôle qui se trouvent entre les disques de rotor adja- cents 21, 22 et 23 dont ils sont écartés d'un petit intervalle axial. 



   Chaque groupe de trois aubes de stator adjacentes est monté par les extré- mités intérieures sur une plate-forme commune 30 (voir figure 4) qui pivote en un point de la périphérie des corps respectifs 28 ou 29 au moyen d'une barrette tangentielle 31 permettant ainsi la dilatation   ther-   mique des aubes dans un sens radial tout en procurant un support précis et rigide pour les corps 28 et 29 entre les étages, concentrique à l'arbre 6 de la turbine.

   Dans le présent exemple, où la distance axiale entre les disques de rotor adjacents 21, 22 et 23 est approximativement de 2 pouces (51 mm), le jeu axial entre un disque de rotor et la face adjacente du corps adjacent entre étages 28 ou 29 est d'environ 0,2 pouce (5 mm)o La surface intérieure cylindrique de chaque corps-entre étages est pourvue d'un joint d'étanchéité à labyrinthe 32 en contact avec un rebord cylindrique 33 sur un organe d'étanchéité placé entre chaque paire de disques de rotor adjacents.

   Chaque organe d'étanchéité est percé de forages radiaux ou comporte des parties dégagées 34 et 35 qui communiquent avec des forages radiaux 36 dans l'arbre du rotor pour permettre à l'air de refroidissement de circuler vers l'extérieur depuis l'arbre creux du rotor dans les espaces libres entre chaque corps entre étages 28 et 29 et les disques de rotor adjacents 21, 22 et 230 
L'air de refroidissement est dérivé du compresseur principal 1 et il est amené de'directement en amont du dernier étage 38 du compresseur vers l'intérieur dans un conduit 37 à l'intérieur de l'arbre du rotor, guidé par des aubes prévues sur un des disques du rotor et disposées de manière à agir comme une pompe   centripèdeo   Le conduit 37 communique directement avec l'intérieur de;l'arbre 6 du rotor de la turbine par l'assemblage tubulaire creux 8. 



   Les forages 34 admettant l'air de refroidissement dans les espaces annulaires sur les côtés aval des disques de rotor sont plus grands que les forages 35 admettant l'air sur les côtés amont des disques et ainsi il y a tendance à production de pressions d'air supérieures sur les faces aval des disques de manière à fournir une poussée axiale d'équilibrage sur le rotor de 'la turbine dans un sens tel qu'elle contrebalance la poussée dynamique produite par la circulation du gaz dans la turbine.

   La sortie de l'air de refroidissement de la périphérie de chaque espace annulaire précité est limitée par les (joints ordinaires en lame de couteau 39 formés sur les racines des ailettes de rotor 250 
Chaque corps entre étages 28 et 29 est constitué par deux disques annulaires en tôle espacés 40 et 41 pourvus de rebords inclinés retournés vers l'intérieur à leurs périphéries intérieures et extérieures, les bords extrêmes intérieurs et extérieurs des disques 40 et 41 étant soudés respectivement sur une couronne annulaire intérieure 42 portant le j,oint à labyrinthe 32 et une couronne extérieure 43 sur laquelle sont attachées les extrémités intérieures des aubes 26 du stator comme il a été décrit ci-dessus. 



   L'intérieur de chaque corps entre étages est en communication par un forage 53 dans les montures 42 et 32 avec un point médian dans les joints à labyrinthe 32 et 33, maintenant ainsi une pression intermédiaire dans les intérieurs des corps et réduisant la différence de pression sur chaque paroi 40 et 41 qui peuvent par conséquent être de construction relativement légère. 

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   Chaque corps entre étages 28 et 29 est renforcé intérieurement par une série de plaques radiales d'écartement 44 de forme approximative- ment rectangulaire et pourvues d'un certain nombre d'ouvertures découpées 45 pour réduire le poids et pour permettre   à   l'air de circuler à   l'inté-   rieur du corps. Bien qu'il ne soit ancré qu'à sa périphérie extérieure, chaque corps est ainsi   suffisammt'raide   pour supporter les différences de pressions combinées agissant sur ses surfaces annulaires extérieures opposées. 



    Les faces externes amont et aval des disques 40 et 41 de chaque corps entre étages sont pourvues d'ailettes en spirale 46 qui peuvent être   en tôle soudée sur le corps etqui tendent à forcer l'air de refroidisse- ment à circuler vers l'extérieur en spirale sur la face des disques de ro- tor 21,   22* 'et   23 et à augmenter ainsi la longueur de la trajectoire et par suite l'effet de refroidisseement de l'air par rapport à la quantité d'air qui circule. 



   Les ailettes en spirale 46 sont de préférence disposées comme le montre la figure 4 pour former des passages 47 en spirale relativement étroits qui ont une composante de direction circonférentielle considéra- blement plus grande que la composante radialeo Dans la construction pré- férée représentée, on a ainsi prévu cinq ailettes qui s'étendent chacune sur un angle d'environ 300  et dont les extrémités intérieures sont appro- ximativement à 3,75 pouces (95 mm) de l'axe du rotor de la turbine tandis que les extrémités extérieures sont approximativement à 6,5 pouces (165 mm) de cet axe,Dans ce cas, le largeur des passages 47 entre les ailettes est approximativement de 0,4 pouce (10 mm). 



   Des ailettes correspondantes en spirale 46 sont aussi prévues sur les parois 48 du stator adjacentes à la surface amont de la première couronne 21 du rotor et de la surface aval de la dernière couronne 23 du rotor, l'air de refroidissement étant aussi amenédans les espaces libres entre ces parois et les disques de rotor adjacents. 



   A l'extrémité postérieure de l'arbre creux 6 de la turbine, est monté un piston supplémentaire 50 d'équilibrage de la poussée pourvu à sa périphérie d'un joint d'étanchéité à labyrinthe 51 qui coopère avec une partie fixe de l'enveloppe de la turbine pour former avec elle un joint en substance étanche à l'airo Le piston 50 est enfermé dans un cou- vercle à dôme 52 fixé également d'une manière étanche au gaz sur l'enve- loppe de la turbine et de l'air est admis depuis l'intérieur creux de l'ar- bre 6 de la turbine qui se trouve sous une pression substantielle,

   direc- tement dans l'espace compris entre le piston et le couvercle d'extrémité et il exerce ainsi une poussée axiale d'équilibrage sur le piston 50 et l'arbre de la turbine dirigée vers l'amont pour aider à l'équilibra- ge de la poussée dynamique exercée dans une direction axiale par le courant de gaz dans la turbine. 



   Le diamètre des couronnes de rotor aux racines des ailettes 25 est dans le présent exemple de 16,6 pouces (420 mm)o Le diamètre du pre- mier organe d'étanchéité 33 entre le premier et le deuxième disques de rotor 21 et 22 là où il est en contact avec les joints à labyrinthe 32 sur la surface intérieure du premier corps entre étages 28 est de 5,4 pouces 
 EMI4.1 
 (.137 mm) tandis que ¯3,e¯diamètre correspondant du;

   second organe dPétanché-o- ité 33 est de 5,0   ponces   (126 mm)o La vitesse relative des deux parties en contact dans chacun des joints à labyrinthe varie évidemment directement avec leur diamètre et dans la construction décrite il y a en conséquence des vitesses relatives de l'ordre du tiers de la vitesse qui serait atteinte si les joints d'étanchéité entre les étages étaient adjacents aux racines des ailettes 25 dans les couronnes du rotor. En outre, la construction fournit en même temps un refroidissement efficace des ailettes des disques du rotor et des parties associées et un certain équilibrage de la poussée axiale, et elle est légère et compacte.

Claims

REVENDICATIONS 1.- Machine à courant axial à étages multiples comprenant au moins deux disques de rotor portant chacun une série d'ailettes de rotor espacées sur la circonférence et constituant une couronne d'ailettes de rotor, et une série d'aubes de stator espacées sur la circonférence et constituant une couronne d'aubes de stator interposée entre chaque paire adjacente de couronnes d'ailettes de rotor, les aubes de la couronne du stator étant fixées à leurs extrémités extérieures à une enveloppe de stator entourant la partie active de la machine, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps annulaire entre étages fixé à et s'étendant vers l'intérieur de la couronne d'aubes de stator et se trouvant entre des disques de rotor adjacents et un dispositif d'étanchéité monté sur la.

partie intérieure du corps entre étages et en contact avec un organe d'étanchéité rotatif monté sur l'arbre du rotor de manière à former un joint étanche au fluide entre étages, entre les côtés amont et aval de la couronne d'ares de stator, le diamètre de l'organe d'étanchéité étant considérablement inférieur au diamètre aux racines des aubes du stator.

2.- Machine à courant axial suivant la revendication 1, dans laquelle l'arbre du rotor est creux, caractérisée en ,ce qu'elle comporte un dispositif pour amener de l'air sous pression dans les espaces annulaires compris entre le corps entre étages et les faces adjacentes des disques de rotor, par des forages ou des ouvertures dans l'arbre creux du rotor de manière à créer une différence de pression agissant sur les disques de rotor dans une direction axiale opposée à la poussée dynamique produite par la circulation des gaz dans la machineo 3.- Machine à courant axial suivant la revendication 1 ou 2, constituant une turbine à gaz d'échappement, caractérisée en ce que l'air' introduit dans les espaces annulaires sert aussi au refroidissement.

4.- Machine à courant axial suivant la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que l'ouverture ou les ouvertures par lesquelles l'air de refroidissement est amené d'un côté d'un disque de rotor ont une section transversale, relativement réduite par rapport à l'ouverture ou aux ouvertures par lesquelles l'air de refroidissement est amené de l'autre côté de ce disque de rotor ou d'une autre de manière à créer la différence de pression requise.

50-Machine à courant axial suivant l'une quelconque des revendications précédentes.9 caractérisée en ce que le corps annulaire entre étages a une forme et des dimensions telles et est disposé de manière telle que ses surfaces latérales se trouvent très près des surfaces adjacentes des disques de rotor.

60- Machine à courant axial suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le jeu axial entre les surfaces latérales du corps entre étages et les surfaces adjacentes des disques de rotor est inférieur à la moitié et ,est, de préférence égal à environ un huitième de l'écartement axial entre disques de rotor adjacents.

7.- Machine à courant axial suivant l'une quelconque des revendications précédentes.. caractérisée en ce que le corps annulaire entre étages a la forme d'un corps annulaire creux à double paroi et est raidi intérieurement par des plaques d'écartement d'allure générale placées entre les parois annulaires du corps.

8.- Machine à courant axial suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le diamètre de l'organe d'étanchéité est inférieur à la moitié du diamètre des plate-formes des racines des aubes de la couronne du stator associée au corps entre étages. <Desc/Clms Page number 6>

9.- Machine à courant axial suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le diamètre de l'organe d'étanchéité est le tiers du diamètre des plate-formes des racines des aubes de la couronne du stator associée au corps entre étages- 10.- Machine à courant axial suivant la revendication 3 ou l'une des revendications 4, 5, 6, 7, 8 ou 9 rapportées à la revendication 3,caractérisée en ce que le corps annulaire eest pourvu, au moins sur une de ses faces adjacentes à un disque de rotor, d'une série d'ailettes en spirale telles que l'air de refroidissement tend à circuler suivant une trajectoire en spirale vers l'extérieur sur le disque de rotor.

11.- Groupe moteur à turbine à gaz caractérisé en ce qu'il comporte une turbine à gaz d'échappement suivant la revendication 3 ou l'une des revendications 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 rapportées à la revendication 3, et un compresseur principal monté coaxialement avec la turbine qui l'entraîne et destiné à refouler de l'air comprimé dans une ou plusieurs chambres de combustion d'où les produits de combustion sont amenés à la turbine et dans laquelle le fluide refroidissant admis dans l'espace annulaire compris entre le ou les disques de rotor et le corps annulaire est dérivé du compresseur principal et est admis dans cet ou ces espaces annulaires via un ou plusieurs passages dirigés vers l'intérieur dans le rotor du compresseur et un conduit dans les arbres des rotors du compresseur et de la turbine.

12.- Groupe moteur à turbine à gaz suivant la revendication 11 caractérisé en ce qu'il comporte un piston rotatif d'équilibrage de la poussée monté à l'extrémité postérieure de l'arbre de la turbine et un dispositif pour admettre de l'air sous pression sur le piston depuis le conduit dans l'arbre du rotor de la turbine. En annexe : 4 dessins.