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La présente invention se rapporte aux dispositifs d'échap- pement pour moteurs propulseurs d'appareils d'aviation du type à turbine à combustion et elle a pour but de procurer un dispositif d'échappement donnant satisfaction tant au point de vue construc- tion qu'au point de vue efficacité, là où la sortie d'échappement ou tuyère ne peut,, pour des raisons de montage ou autres raisons, être placée directement dans l'axe à l'arrière de la. sortie de turbine et y être raccordée par un conduit en substance rectiligne.
Un'dispositif d'échappement suivant la présente invention, servant à conduire des gaz d'échappement de la sortie d'échappement annulaire d'une turbine à combustion vers une sortie ou tuyère d'échappement, comprend un conduit annulaire diffuseur partant de
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la sortie d'échappement annulaire de la turbine et placé en subs- tance coaxialement àla turbine et d'une section croissante, se terminant par deux conduits en volutes semblables dans lesquels débouche l'extrémité extérieure du conduit diffuseur et s'étendant circonférentiellement en sens opposés à partir d'une crête sépara- trice tournée vers le sens d'approche des gaz dans le conduit diffu- seur et placée d'un côté diamétral de l'axe de ce diffuseur,
vers un conduit commun de décharge s'étendant du côté diamétral opposé de l'axe du diffuseur dans une direction ayant une composante en substance radiale par rapport à cet axe et menant vers un orifice ou tuyère de sortie ou se terminant par un tel orifice ou tuyau.
Dans la plupart des cas, le conduit de décharge commun comprend une section coudée ou arquée à l'extrémité éloignée du conduit diffuseur conduisant s l'orifice ou tuyère de sortie, le sens d'éjection des gaz dans celui-ci étant par conséquent incliné ou perpendiculaire par rapport à l'axe du conduit de décharge commun et ayant, de préférence, une composante en substance dans un sens parallèle à l'axe du conduit diffuseur de manière à exercer une force de réaction propulsive dans un sens approximativement paral- lèle à l'axe du moteur à turbine à combustion.
De plus, suivant une autre particularité de l'invention, le conduit de décharge commun est de préférence pourvu d'un ou plusieurs joints de dilatation permettant une dilatation longitu- dinale de ses parties sans variation substantielle de la distance comprise entre ses extrémités, la section d'extrémité du conduit de sortie,coudée ou arquée comme décrit plus haut, étant reliée directement à une partie rigide de la turbine ou à un système de support du moteur à turbine à combustion, par un ou plusieurs organes supportant les efforts, par exemple des étrésillons, les forces appliquées à la section coudée ou arcuée par la réaction du jet de fluide sortant de la tuyère étant ainsi transmises directe- ment a la turbine ou au système de support.
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Le genre de joint de dilatation employé dans le conduit de décharge commun dans le dispositif ci-dessus peut varier, mais suivant une forme d'exécution préférée de ce joint de dilatation ou de chacun de ces joints de dilatation, ce joint comprend deux parties capables d'un déplacement axial télescopique limité l'une par rapport à l'autre et un dispositif de liaison sous forme d'un organe élastique de tension, par exemple un fil s'étendant circon- férentiellement autour du conduit de décharge commun et passant librement alternativement dans des oeillets tangentiels, respecti- vement prévus sur les deux parties du joint, en suivant un trajet en zig-zag de manière que la tension de l'organe élastique flexi- ble tende à éviter la séparation des deux parties du joint.
On voit que par la présente invention, l'énergie cinéti- que des gaz sortant de la turbine est changée en grande partie dans le conduit diffuseur en énergie potentielle, les gaz passant ensuite par deux volutes, de préférence avec une certaine transfor- mation inverse en énergie cinétique, dans le conduit de décharge commun, après quoi l'énergie potentielle restante est en grande partie transformée à nouveau en énergie cinétique dans la tuyère de manière à produire un effet propulsif efficace. L'énergie des gaz quittant la turbine est par conséquent conservée et utilisée à des fins propulsives avec une faible perte par rapport aux changements de direction qui sont imposés aux gaz.
Une forme d'exécution d'un dispositif d'échap@@ ment suivant l'invention est-représenté à titre d'exemple sur les dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 est une vue de côté du dispositif complet et de la partie adjacente du moteur, la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1, à plus grande échelle, la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2,
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la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 2, la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 2, la figure 6 est une coupe suivant la ligne 6-6 de la figure 2, la figure 7 est une vue de côté à plus grande échelle d'une partie des joints de dilatation faisant partie du dispositif représenté.
La figure 8 est une coupe suivant la ligne 8-8 de la figure 7,et la figure 9 est une vue semblable à la figure 8 montrant en coupe l'autre joint de dilatation faisant partie du dispositif représenté.
Dans la construction représentée, le dispositif d'échappe ment est relié à l'extrémité arrière d'un moteur de propulsion à turbine à combustion du type "Turbo-Prop" dont le carter de la turbine est représenté en A sur la figure 1, cet organe étant supporté depuis une cloison B par un système de supp @ts tubu- laires de moteur d'un genre connu représenté dans son ensemble par B1.
La sortie des gaz d'échappement de la turbine a une forme annulaire normale et le dispositif d'échappement représenté est relié en C à l'extrémité arrière du carter de turbine de manière à communiquer avec cette sortie, et comprend un conduit diffuseur annulaire D dont la section augmentant vers l'arrière débouche dans une hotte E conformée intérieurement de manière à former deux conduits collecteurs en forme de volutes E1 et E2 s'étendant circonférentiellement en sens opposés à partir d'une crête sépa- ratrice E3 comme représenté sur les figures 2, 3 et 6,
vers des points oui sont déplacés de cette crête par rapport à l'axe du conduit diffuseur d'un angle égal à environ 1800 et qui se trouvent situés sur les côtés opposés d'une séparation ou crête commune E4 avant de se rejoindre et se fondre dans un conduit de décharge
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commun F dirigé vers le bas, comme représenté sur les figures 1,
2 et 3, ce conduit de décharge ayant une section approximativement circulaire.
Le conduit de décharge F comporte une section supérieure
F1, une section intermédiaire F2 et une section inférieure F3,la section supérieure étant reliée à la section intermédiaire par un joint de dilatation G décrit en détail ci-après, tandis que la section intermédiaire est reliée à la section inférieure par un joint de dilatation semblable H également décrit ci-après. La sec- tion la plus basse F3 est coudée ou arquée comme représenté et se termine par une tuyère F4 par laquelle les gaz d'échappement sont chassés dans l'atmosphère avec un effet propulsif, des séparations ou aubes directrices F étant prévues dans la section coudée F3.
Comme représenté, la section F3 à tuyère F4 du conduit de décharge est directement reliée par un ou plusieurs étrésillons B 2 à un support B3 solid.aire du carter de turbine A, formant par exemple également support pour une des parties du système de support Bl relié au carter de turbine.
Sur les figures 7 et 8, le joint de dilatation G comprend une bride G1 reliée à la section F1 du conduit de décharge commun, et comportant une partie tubulaire G2 et une bride G3 faisant saillie dans la partie tubulaire G2 et porte un segment d'étanchéi- té G4, dans une gorge, en contact avec 1-'alésage de la partie tubulaire G2 et est pourvue en un point intermédiaire de sa longueur d'une bride radiale G5 dont le bord circonférentiel se termine par une bride cylindrique G6. Des oreilles Gl portent une rainure G8 comme représenté sur la figure 8 sont situées sur la partie tubu- laire G2 et la bride cylindrique G6,les côtés de ces rainures, normalement ouverts,étant fermés par une plaque H.
Les rainures G8 forment en fait des passages dans lesquels un organe de tension ou fil métallicue flexible J passe en zigzag, comme représenté clairement sur les figures 1 et 7, muni d'un dispositif permettant d'en rapprocher circonférentielle-
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ment les extrémités, de manière à tendre le fil et maintenir les ties du joint de dilatation approximativement dans les positions relatives représentées.
Sur la figure 9, le joint de dilatation H a la. même forme d'ensemble que le Joint de dilatation G, sauf qu'au lieu d'avoir une bride G1 reliée de façon rigide à la section F2, un organe à peu près semblable H1 est monté de façon à coulisser sur un manchon H2 relié rigidement à la section F2 et peut être déplacé longitudinalement par rapport à cette section au moyen d'une bague filetée H4 dont un épaulement intérieur H5 porte sur une butée H6 du manchon H2.
Après le montage de l'ensemble du conduit de décharge commun F on peut c onner une tension prédéterminée du conduit et par conséquent aux organes de liaison élastiques associés aux joints de dilatation.
Si on le désire,, une prise de force auxiliaire peut passa de l'arrière de la turbine à travers le dispositif d'échappement.
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The present invention relates to exhaust devices for propellants of aircraft of the combustion turbine type and its object is to provide an exhaust device satisfying both from a construction and from a construction point of view. 'from the point of view of efficiency, where the exhaust outlet or nozzle can, for mounting or other reasons, be placed directly in the axis behind the. turbine outlet and be connected to it by a substantially straight duct.
An exhaust device according to the present invention, serving to conduct exhaust gases from the annular exhaust outlet of a combustion turbine to an exhaust outlet or nozzle, comprises an annular diffuser duct extending from
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the annular exhaust outlet of the turbine and placed in substance coaxially with the turbine and of an increasing cross section, terminating in two ducts in similar volutes into which the outer end of the diffuser duct opens and extending circumferentially in direction opposite from a separating ridge facing the direction of approach of the gases in the diffuser duct and placed on a diametral side of the axis of this diffuser,
to a common discharge duct extending on the diametrical side opposite the axis of the diffuser in a direction having a component substantially radial with respect to this axis and leading to an outlet orifice or nozzle or terminating in such an orifice or pipe.
In most cases, the common discharge duct comprises a bent or arcuate section at the end remote from the diffuser duct leading to the outlet orifice or nozzle, the direction of ejection of the gases therein being therefore inclined. or perpendicular to the axis of the common discharge duct and preferably having a component substantially in a direction parallel to the axis of the diffuser duct so as to exert a propulsive reaction force in an approximately parallel direction to the axis of the combustion turbine engine.
In addition, according to another feature of the invention, the common discharge duct is preferably provided with one or more expansion joints permitting a longitudinal expansion of its parts without substantial variation in the distance between its ends, the end section of the outlet duct, bent or arched as described above, being connected directly to a rigid part of the turbine or to a support system of the combustion turbine engine, by one or more members supporting the forces, by example of struts, the forces applied to the bent or arched section by the reaction of the jet of fluid leaving the nozzle thus being transmitted directly to the turbine or to the support system.
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The kind of expansion joint employed in the common discharge duct in the above device may vary, but in a preferred embodiment of this expansion joint or each of these expansion joints, this joint comprises two capable parts. a telescopic axial displacement limited to one another and a connecting device in the form of an elastic tension member, for example a wire extending circumferentially around the common discharge duct and passing freely alternately in tangential eyelets, respectively provided on the two parts of the joint, following a zig-zag path so that the tension of the flexible elastic member tends to avoid the separation of the two parts of the joint.
It can be seen that by the present invention, the kinetic energy of the gases leaving the turbine is largely changed in the diffuser duct into potential energy, the gases then passing through two volutes, preferably with some reverse transformation. into kinetic energy, in the common discharge duct, after which the remaining potential energy is largely transformed back into kinetic energy in the nozzle so as to produce an effective propellant effect. The energy of the gases leaving the turbine is therefore conserved and used for propellant purposes with little loss with respect to the changes of direction which are imposed on the gases.
An embodiment of an exhaust device according to the invention is shown by way of example in the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a side view of the complete device and of the adjacent part of the motor, Figure 2 is a section on line 2-2 of Figure 1, on a larger scale, Figure 3 is a section on the line 3-3 of figure 2,
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figure 4 is a section on line 4-4 of figure 2, figure 5 is a section on line 5-5 of figure 2, figure 6 is a section on line 6-6 of figure 2 , Figure 7 is a side view on a larger scale of part of the expansion joints forming part of the device shown.
Figure 8 is a section taken on line 8-8 of Figure 7, and Figure 9 is a view similar to Figure 8 showing in section the other expansion joint forming part of the device shown.
In the construction shown, the exhaust device is connected to the rear end of a combustion turbine propulsion engine of the "Turbo-Prop" type, the turbine housing of which is represented at A in FIG. 1, this member being supported from a partition B by a system of tubular engine supports of a known type represented as a whole by B1.
The outlet of the exhaust gases from the turbine has a normal annular shape and the exhaust device shown is connected in C to the rear end of the turbine housing so as to communicate with this outlet, and comprises an annular diffuser duct D whose section increasing towards the rear opens into a hood E shaped internally so as to form two collecting ducts in the form of volutes E1 and E2 extending circumferentially in opposite directions from a separating ridge E3 as shown in the drawings. figures 2, 3 and 6,
towards points yes are displaced from this ridge with respect to the axis of the diffusing duct by an angle equal to approximately 1800 and which are located on the opposite sides of a separation or common ridge E4 before meeting and merging in a discharge pipe
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common F directed downwards, as shown in Figures 1,
2 and 3, this discharge duct having an approximately circular section.
The discharge duct F has an upper section
F1, an intermediate section F2 and a lower section F3, the upper section being connected to the intermediate section by an expansion joint G described in detail below, while the intermediate section is connected to the lower section by an expansion joint similar H also described below. The lower section F3 is bent or arcuate as shown and ends with a nozzle F4 through which the exhaust gases are driven into the atmosphere with a propellant effect, separations or guide vanes F being provided in the section elbow F3.
As shown, the section F3 with nozzle F4 of the discharge duct is directly connected by one or more struts B 2 to a support B3 integral with the turbine casing A, for example also forming a support for one of the parts of the support system B1 connected to the turbine housing.
In Figures 7 and 8, the expansion joint G comprises a flange G1 connected to the section F1 of the common discharge duct, and having a tubular part G2 and a flange G3 projecting into the tubular part G2 and carrying a segment of seal G4, in a groove, in contact with the bore of the tubular part G2 and is provided at an intermediate point of its length with a radial flange G5 whose circumferential edge ends in a cylindrical flange G6. G1 ears carry a groove G8 as shown in FIG. 8 are located on the tubular part G2 and the cylindrical flange G6, the sides of these grooves, normally open, being closed by a plate H.
The grooves G8 in fact form passages in which a tension member or flexible metal wire J passes in a zigzag fashion, as clearly shown in FIGS. 1 and 7, provided with a device enabling them to be approached circumferentially.
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the ends, so as to tension the wire and maintain the expansion joint ties in approximately the relative positions shown.
In Figure 9, the expansion joint H a la. same overall shape as Expansion Joint G, except that instead of having a flange G1 rigidly connected to section F2, a roughly similar member H1 is slidably mounted on a connected sleeve H2 rigidly to the section F2 and can be moved longitudinally relative to this section by means of a threaded ring H4, an inner shoulder H5 of which bears on a stop H6 of the sleeve H2.
After the assembly of the assembly of the common discharge duct F, a predetermined tension can be confined to the duct and consequently to the elastic connecting members associated with the expansion joints.
If desired, an auxiliary power take-off can be passed from the rear of the turbine through the exhaust system.
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