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La présente invention concerne d'une façon générale un groupe de force motrice comprenant une turbine à gaz, notamment un agencement compact pour un groupe de force motrice à turbine à gaz plus particulièrement destiné à fonctionner dans un espace restreint, comme c'est nécessaire par exemple dans les locomotives ou les bateaux.
Un but de l'invention est donc de créer un ensemble dont l'encombrement est réduit au minimum et qui comprend une turbine à gaz, un compresseur et un échangeur de chaleur coopérant les uns avec les autres.
Un autre but de l'invention est de créer un ensemble nerfectionné comprenant une turbine à gaz et un compresseur avec
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un agencement spécial des aubes transmettant un minimum de poussée axiale au rotor de la turbine et du compresseur d'air.
Un autre but de l'invention est de créer un bloc à tur- bine et compresseur combinés comportant un seul rotor monté dans des paliers disposés dans une zone de faible température et non exposés aux actions nuisibles de la zone de fonctionnement à haute température.
Ces buts et d'autres buts ressortiront mieux de la description ci-après en regard du dessin annexé., sur lequel la figure unique est une vue schématique en coupe axiale d'un groupe à turbine à gaz çonstruit selon l'invention.
Cette figure montre schématiquement un ensemble compre- nant un compresseur, une turbine et un échangeur de chaleur combinés logés dans une enveloppe extérieure 10 d'une forme sensi- blement cylindrique. La turbine 14 et le compresseur axial 18 sont montés sur un rotor commun creux 27 muni de fusées 22 qui reposent dans des paliers extérieurs 26. Ce rotor est entouré d'un échangeur de chaleur 50 centré sur son axe. Les paliers 26 reposent à leur tour sur des supports 28 fixés sur un socle 30 ou sur une autre base principale. Etant donné que le fonctionnement de la turbine et du compresseur n'engendre aucune pou,ssée axiale sensible, les- supports, peuvent être de simples montants uniquement destinés à maintenir les paliers 26 dans l'alignement axial.
L'enveloppe extérieure 10 est portée, indépendamment du rotor 27, par des moyens tels qu'ils sont indiqués en 32 et 34, ce qui permet au rotor de tourner librement autour de son axe sans être gêné par les organes qui. l'entourent. Un dispositif d'accouplement 25 permet d'utiliser en un lieu quelconque la force motrice développée dans la turbine, mais ceci ne fait pas partie de l'invention.
Le otor 27 est essentiellement constitué par une pièce cylindrique creuse présentant à une extrémité 23 des orifices d'admission 36 par lesquels l'air peut entrer dans la chambre 35 menagée à l'intérieur du rotor. Cet air entrant dans la chambre
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s'écoule Salement jusque la rangée périphérique d'orifices 38 à travers lesquels cet air est aspiré par le compresseur 18 dont les aubes 42B le refoulent dans le collecteur 44. L'air aspiré directement en 37 'à l'extrémité gauche du rotor 27 est refoulé par une série d'aubes 42A dans le même collecteur 44, et les aubes 42A et 42B sont à cet effet inclinées dans des sens opposés.
L'air comprimé passe du collecteur 44 dans un récupérateur ou échangeur de chaleur 50, ensuite dans un distributeur circulaire 51 qui communique avec une chambre d'allumage 52. Dans cette chambre 52, l'air comprimé assure 'allumage d'un carburant injecté par des tuyères 54. Les produits gazeux de combustion passent de la chambre d'allumage 52 dans une chambre de combustion 63 qui les distribue dans la turbine à gaz 14 où leur détente fait tourner le rotor autour de son axe. Les gaz de combustion sortant de la turbine repassent dans l'échangeur de chaleur 50 pour céder leur chaleur résiduelle à l'air de combustion. Les gaz de combustion ainsi refroidie sont évacués à l'air libre par un orifice 58 de l'envelop- pe extérieure 10.
La turbine 14 comprend deux groupes égaux d'aubes 46A et 46B inclinées dans des sens opposés, disposées de part et d'au- tre de la fente périphérique d'admission 15. Les gaz entrant dans la turbine par cette fente 15 se détendent dans les deux groupes 46A et 46B en direction des deux fentes d'échappement 17A et 17B, et passent ensuite dans les compartiments à gaz de l'échangeur de :chaleur 50 pour sortir finalement par l'orifice 58.
Axialement espacés des orifices 38, il y a dans le rotor, d'autres orifices 39 disposés en rangée périphérique et permettant le passage d'une certaine quantité d'air vers l'entrée d'un com- presseur auxiliaire 41. Après une légère compression, ce compresseur auxilia.ire refoule l'air froid dans la fente d'échappement 17A où cet air se mélange avec les gaz de combustion pour abaisser leur température. Des orifices 43 pratiqués dans le flasque en bout 45 sur le côté droit du rotor 27 permettent le passage de l'air
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froid de la chambre 35 entre les aubes 47, où la. force centr@@age de ces aubes refoule cet air légèrement comprime dans la fente d'échappe-lent 17B en vue de l'abaissement de la température des gaz de combustion chauds.
Le rotor 27 est entouré d'un cylindre concentrique 61 formant une chambre annulaire 40 par laquelle l'air comprimé et les gaz de combustion chauds sont refoulés dans l'échangeur de chaleur 50. Ce cylindre 61 est entouré d'un deuxième cylindre 63 et forme avec celui-ci une chambre annulaire intermédiaire 57, qui est remplie d'une matière mauvaise conductrice de la chaleur ayant tendance à isoler la zone du gaz à haute température du récupéra- teur pour maintenir l'air aspiré à une température relativement basse.
Un joint de dilatation 62 prévu sur le pourtour de l'en- veloppe extérieure 10 permet la dilatation ,axiale de cette enveloppe @ sans contrarier l'alignement axial des paliers 26. '
Pendant le fonctionnement, l'air aspiré entre par la fente 37 et passe directement dans les aubes 42A qui le compriment et le refoulent dans le collecteur 44. Une certaine quantité d'air comprimé est également refoulée dans le collecteur 44 par les aubes 42B qui reçoivent l'air par les orifices 38 et les orifices d'entrée 36 du rotor. Cet air comprimé passe du collecteur 44 à travers l'échangeur de chaleur 50 où il absorbe la chaleur des gaz de combustion chauds avant d'entrer dans la chambre d'allumage 52 pour assurer l'allumage du carburant injecté par la tuyère 54.
Après l'allumage, les produits gazeux de combustion passent dans la fente d'admission 15 de la turbine et sont divisés en deux courants qui s'écoulent dans des directions opposées entre les aubes 46A et 46B de la turbine, en se détendant pour fournir l'énergie nécessaire à l'entraînement du rotor autour de son axe.
Pendant la rotation du rotor, le compresseur axial 41 et le compresseur centrifuge 47 aspirent une faible quantité d'air,dans la chambre 35 pour la re- fouler à l'encontre de la faible pressa des gaz de combustion
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dans les fentesd'échappement 17A et 17B. L'air compr@mé plus froid réduit la température des gaz d'échappement de la turbine avant leur passage dans les compartiments à gaz de l'échangeur de chaleur 50. Après la transmission d'une grande partie de leur chaleur à l'air entrant, dans l'échangeur de chaleur 50, les gaz de combustion refroidie passent par l'orifice 58 dans la cheminée.
Tout effet de propulsion résultant d'un jet d'échappement de la turbine est efficacement neutralisé par un jet d'échappement similaire orienté dans une direction opposée. De plus, ainsi qu'il a été indiqué précédemment, le compresseur est divisé en deux parties refoulant dans des directions opposées, de sorte que toute poussée axiale transmise par le compresseur au rotor est encore efficacement neutralisée au point d'origine.
Il résulte de ce nouvel agencement des aubes de la turbine et du compresseur que la poussée axiale résiduelle se présentant pendant le fonctionnement normal est sensiblement réduite à zéro, ce qui élimine entièrement la tendance du rotor de la turbine et du compresseur à se déplacer vers les paliers. Ces paliers du groupe décrit sont disposés à l'extérieur du cylindre dans lequel tourne le rotor, dans une zone de basse température où ils ne subissent pas l'action de la chaleur interne ni l'action corrosive des gaz'chauds.
L'abaissement de la température des gaz de combustion chauds sortant de la turbine, par une injection d'air froid de la manière précédemment décrite, fournit des gaz chauds pour l'échan geur de chaleur,ces gaz ayant cependant une températureet une pression un peu inférieures à celles des gaz d'échappement. Grâce à cette réduction de la température, le récupérateur et ses con- duits de raccordement peuvent être construits en alliage ne résis- tant qu'à des températures relativement faibles.