<B>Groupe moteur comprenant une turbine à gaz.</B> L'invention a pour objet un groupe mo teur comprenant une turbine à gaz et. un compresseur centrifuge destiné à fournir de l'air comprimé à au moins une chambre de combustion de ce groupe. Elle a pour but de fournir un tel groupe de construction com pacte et de poids relativement. faible. Un tel groupe est en particulier, quoique non exclu sivement, destiné à équiper un véhicule rou tier à moteur, dans lequel il occupe l'espace normalement réservé au moteur dans les véhi cules connus de ce type.
Le groupe moteur objet de l'invention est caractérisé en ce que la sortie de sa chambre de combustion débouche dans un diffuseur disposé pour renverser le sens de l'écoule ment et pour amener directement les produits de la combustion effectuée dans ladite cham bre et. de l'air de dilution à l'entrée d'une turbine à écoulement axial, coaxiale audit compresseur. Cette turbine comprend au moins deux rotors indépendants dont. un pre mier est disposé pour entraîner le rotor du compresseur et dont un second est disposé pour entraîner un réducteur à engrenages pour un arbre de transmission de sortie, ce réducteur étant disposé entre le compresseur et la turbine et. à côté d'un arbre d'entraîne ment pour le rotor du compresseur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, trois formes d'exécution du groupe moteur objet de l'invention. Fig. 1 est une élévation schématique en coupe d'une automobile dont. le moteur est. constitué par une première forme d'exé cution.
Fig. 2 est une élévation latérale à plus grande échelle de cette première forme d'exé cution.
Les fig. 3 et 4 prises ensemble constituent une élévation en coupe, à encore plus grande échelle, de ladite forme d'exécution, fig. 3 représentant la turbine et fig. 4 le compres seur et ces figures étant. destinées à être rac cordées selon la ligne en traits mixtes 3--4, commune aux deux figures.
Fig. 5 est une vue partielle en plan d'une deuxième forme d'exécution, comprenant un échangeur de chaleur.
Fig. 6 en est une élévation en bout, vue selon la flèche 6 de la fig. 5.
Fig. 7 en est une élévation en bout, vue selon la flèche 7 de la fig. 5.
Fig. 8 est une vue en coupe selon 8-8 de la fig. 5.
Fig. 9 est une vue en plan d'une troisième forme d'exécution, et fig. 10 en est une élévation latérale. Ainsi qu'on peut le voir à la fig. 1, un groupe moteur 6 est monté à. l'avant d'un véhicule automobile qu'il est destiné à pro pulser par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission 7, qui peut comprendre un em brayage et un dispositif de marche arrière, ce dispositif de transmission entraînant un arbre 10, couplé à un différentiel 9 de type usuel qui entraîne- les. roues arrière 11 du véhicule.
Le groupe moteur 6 de la fig. 1 est repré sentée de fagon plus détaillée aux fig. 2 à 4. Ce groupe comprend- un compresseur 12, à deux étages, agencé pour fournir de l'air comprimé avec un taux de compression de 5 à 1 par exemple. Ainsi qu'on peut le voir à la fig. 4, ce compresseur comprend deux roues à aubes centrifuges 13 et 14; fixées sur un arbre 15, qui est supporté en 16 et 17 dans des paliers montés dans une enveloppe fixe 18. L'admission 19 du compresseur s'étend tout autour de l'extrémité d'un moyeu de la roue 13.
Cette admission est reliée à l'extré mité avant du véhicule par un conduit 20 qui débouche en un endroit de ce véhicule nor malement occupé par le radiateur d'un groupe moteur à refroidissement à eau.
Après avoir traversé une enveloppe 23 constituant un diffuseur annulaire pour le second étage du compresseur, l'air comprimé est amené, à partir de la partie supérieure de cette enveloppe, dans l'extrémité adjacente d'une chambre de combustion unique 24, dis posée à la partie supérieure du groupe mo teur et s'étendant longitudinalement, légère ment inclinée vers le bas d'avant en arrière. Cette chambre de combustion et les conduits qui la relient au reste du groupe à ses deux extrémités présentent une longueur totale inférieure à celle de ce groupe.
L'extrémité de sortie 26 de la chambre de combustion est reliée par un coude 27 à un diffuseur disposé pour renverser le sens de l'écoulement des produits de la combus tion qui lui sont fournis par ladite chambre et.d'air de dilution. Ce diffuseur 28 est dis posé à l'extrémité arrière du groupe. Le mé lange des produits de combustion et de l'air de dilution est envoyé, à partir du diffuseur 28, au travers d'aubes directrices 29 montées à son extrémité antérieure et plus près de l'axe du groupe que l'axe de la chambre de combustion, à la sortie de celle-ci.
Ce mé lange pénètre dans une enveloppe fixe 30 d'une turbine, au travers desdites aubes di rectrices 29, cette enveloppe entourant trois roues de turbine coaxiales au compresseur.
Les deux premières roues de turbine 32 et 33, disposées à l'arrière du groupe, sont montées sur un arbre 34 qui s'étend jusqu'à l'arbre 15 du compresseur auquel il est accouplé, pour entraîner les rotors du com presseur. La troisième roue- de turbine 35 constitue une roue de turbine motrice. Elle entraîne un arbre creux 36 qui s'étend vers l'avant., autour de l'arbre 34, jusqu'à un ré ducteur à engrenages qui est disposé directe ment en arrière de l'enveloppe 23 du deu xième étage du compresseur, du côté opposé à la chambre de combustion par rapport à l'axe du groupe. Ce réducteur à engrenages entraîne un arbre de transmission de sortie 37 qui est accouplé à l'arbre 10 du véhicule.
Il comprend un pignon 38, solidaire de l'arbre 36 et qui engrène avec un engrenage 39 monté sur un arbre intermédiaire portant également un pignon 40 qui engrène avec un engrenage 41 fixé à l'arbre 37.
A la sortie de la turbine, les gaz d'échappement sont recueillis par un canal annulaire divergeant 44 s'étendant vers l'avant et se terminant par un collecteur 45 présentant. deux conduits d'échappement 46. Les deux conduits 46 s'étendent vers le bas et chacun d'eux est relié à un tuyau d'échappement 47 qui s'étend tout d'abord vers le bas et ensuite vers l'arrière du groupe, sensiblement parallèlement à l'arbre de sortie 37.
Le réducteur à engrenages est monté dans un carter 49 disposé à l'arrière du compres seur, à une distance suffisante des parties de la turbine susceptibles d'être portées à de hautes températures. Ce carter présente des paliers pour les arbres 34 et 36, pour l'arbre intermédiaire et un prolongement arrière 50 dans lequel sont ménagés des paliers pour l'arbre de sortie 37. Des dispositifs auxi liaires, tels par exemple qu'un régulateur, qu'une pompe pour le combustible et qu'une pompe pour de l'huile de graissage sont dis posés autour du carter du réducteur et sont indiqués en 51.
Ils sont entraînés à partir de l'intérieur dudit carter au moyen d'une transmission à engrenages indiquée en 52. L n moteur de démarreur 53 est disposé perpen diculairement à l'extrémité arrière de l'arbre 34 entraînant le compresseur, de façon que la roue de turbine 35 n'est pas entraînée lors du démarrage du groupe.
Il est évident que, grâce à la disposition décrite, l'arbre de transmission de sortie se trouve relativement bas, ainsi qu'il est dési rable pour un véhicule à moteur. De même, le dispositif d'échappement. peut facilement s'étendre vers l'arrière, ainsi que cela est. d'usage dans les véhicules à moteur actuels. La longueur totale du groupe est relative ment faible, si bien que ce groupe est com pact, d'apparence extérieure simple et rela tivement. léger.
La deuxième forme d'exécution représen tée aux fig. 5 à 8 est très semblable à la première forme d'exécution décrite en réfé rence aux fig. 1 à 4, spécialement en ce qui concerne le compresseur et la turbine. Les parties de cette deuxième forme d'exécution désignées par les signes de références 12, 23, 28, 30 et 44 correspondent à celles ainsi dé signées de la première forme d'exécution. Ce pendant, dans cette deuxième forme d'exécu tion, le diffuseur de sortie 23 du compres seur est relié par un conduit 56 à une cham bre collectrice 57 pour de l'air, qui se trouve au-dessous de l'extrémité gauche d'un échan geur 58, comme vue à la fig. 5.
Cette enve loppe 57 s'étend jusqu'à une cloison médiane 59 dudit échangeur de chaleur. L'échangeur de chaleur comprend plusieurs passages espa cés 60 s'étendant horizontalement et trans versalement et laissant entre eux, du côté gauche @ de l'échangeur de chaleur, comme vu aux fig. 5 et 8, des passages 61 à travers les quels l'air fourni par le compresseur est acheminé vers le haut, à partir de la cham bre 57 jusque dans une chambre collective 62, disposée à la partie supérieure de l'échan geur de chaleur et s'étendant tout le long de celui-ci.
De façon similaire, du côté droit de l'échangeur de chaleur, comme vu aux fig. 5 et 8, l'air comprimé est acheminé vers le bas à travers des passages 63 espacés l'un de l'autre par les passages 60 ménagés dans cette partie droite de l'échangeur. A partir de ces passages 63, cet air comprimé pénètre dans l'extrémité d'admission 65 d'une chambre de combustion 24a dont l'extrémité de sortie dé bouche dans le diffuseur 28 qui amène cet air comprimé dans la turbine.
Les gaz d'échappe ment de la turbine sont. amenés par des con duits 46a jusque dans une chambre collec trice 66 qui s'étend sur toute la longueur du côté de l'échangeur 58 adjacent aux conduits 46a.. A partir de cette chambre 66, lesdits gaz sont acheminés horizontalement à travers les passages 60, servant ainsi à réchauffer l'air comprimé entre la sortie du compresseur et l'admission de cet air dans la chambre de combustion 24a. Les flèches 68 montrent par tiellement le chemin suivi par l'air à partir du compresseur jusque dans la chambre de combustion, et les flèches 69 montrent le che min suivi par les gaz d'échappement.
Comme indiqué aux fig. 6 et 7, cette deu xième forme d'exécution comprend deux chambres de combustion 24u opposées et deux échangeurs de chaleur 58, tels que celui qu'on vient de décrire.
La troisième forme d'exécution, repré sentée aux fig. 9 et 10, diffère de la pre mière principalement en ce que son compres seur 12a ne comprend qu'un seul étage et en ce qu'elle comprend deux chambres de com bustion 24 disposées de part et d'autre du groupe moteur 6 et reliées chacune au diffu seur 23, pour être alimentées en air com primé. Les sorties de ces chambres de com bustion débouchent dans un diffuseur 28 dis posé pour renverser le sens de l'écoulement. De plus, dans cette troisième forme d'exécu tion, la sortie du diffuseur 45 de la turbine se fait par un seul conduit de sortie 46a, s'étendant vers le haut et destiné à être relié à un tuyau d'échappement approprié.
<B> Power unit comprising a gas turbine. </B> The invention relates to a power unit comprising a gas turbine and. a centrifugal compressor intended to supply compressed air to at least one combustion chamber of this group. It aims to provide such a compact construction group and relatively weight. low. Such a group is in particular, although not exclusively, intended to equip a motor road vehicle, in which it occupies the space normally reserved for the engine in known vehicles of this type.
The motor unit which is the subject of the invention is characterized in that the outlet of its combustion chamber opens into a diffuser arranged to reverse the direction of flow and to directly supply the products of the combustion carried out in said chamber and. dilution air at the inlet of an axial flow turbine, coaxial with said compressor. This turbine comprises at least two independent rotors including. a first is arranged to drive the rotor of the compressor and a second of which is arranged to drive a gear reducer for an output transmission shaft, this reducer being arranged between the compressor and the turbine and. next to a drive shaft for the compressor rotor.
The appended drawing represents, by way of examples, three embodiments of the power unit which is the subject of the invention. Fig. 1 is a schematic sectional elevation of an automobile including. the engine is. constituted by a first form of execution.
Fig. 2 is a side elevation on a larger scale of this first embodiment.
Figs. 3 and 4 taken together constitute a sectional elevation, on an even larger scale, of said embodiment, FIG. 3 showing the turbine and fig. 4 the compressor and these figures being. intended to be connected along the dashed line 3--4, common to both figures.
Fig. 5 is a partial plan view of a second embodiment, comprising a heat exchanger.
Fig. 6 is an end elevation, seen along arrow 6 of FIG. 5.
Fig. 7 is an end elevation thereof, viewed along arrow 7 of FIG. 5.
Fig. 8 is a sectional view along 8-8 of FIG. 5.
Fig. 9 is a plan view of a third embodiment, and FIG. 10 is a side elevation. As can be seen in fig. 1, a motor group 6 is mounted to. the front of a motor vehicle that it is intended to propel by means of a transmission device 7, which may include a clutch and a reverse gear device, this transmission device driving a shaft 10, coupled to a differential 9 of the usual type which drives them. rear wheels 11 of the vehicle.
The motor unit 6 in fig. 1 is represented in more detail in FIGS. 2 to 4. This group comprises a compressor 12, with two stages, arranged to supply compressed air with a compression ratio of 5 to 1 for example. As can be seen in fig. 4, this compressor comprises two centrifugal impellers 13 and 14; fixed on a shaft 15, which is supported at 16 and 17 in bearings mounted in a fixed casing 18. The compressor inlet 19 extends all around the end of a hub of the wheel 13.
This intake is connected to the front end of the vehicle by a duct 20 which opens into a place of this vehicle normally occupied by the radiator of a water-cooled engine unit.
After passing through a casing 23 constituting an annular diffuser for the second stage of the compressor, the compressed air is supplied, from the upper part of this casing, into the adjacent end of a single combustion chamber 24, arranged to the upper part of the motor group and extending longitudinally, slightly inclined downward from front to back. This combustion chamber and the conduits which connect it to the rest of the group at its two ends have a total length less than that of this group.
The outlet end 26 of the combustion chamber is connected by an elbow 27 to a diffuser arranged to reverse the direction of the flow of the combustion products supplied to it by said chamber and of the dilution air. This diffuser 28 is placed at the rear end of the group. The mixture of combustion products and dilution air is sent from diffuser 28 through guide vanes 29 mounted at its forward end and closer to the axis of the group than the axis of the combustion chamber, at the outlet thereof.
This mixture enters a fixed casing 30 of a turbine, through said di rectifying vanes 29, this casing surrounding three turbine wheels coaxial with the compressor.
The first two turbine wheels 32 and 33, arranged at the rear of the group, are mounted on a shaft 34 which extends to the shaft 15 of the compressor to which it is coupled, to drive the rotors of the compressor. The third turbine wheel 35 constitutes a driving turbine wheel. It drives a hollow shaft 36 which extends forwards, around the shaft 34, to a gear reducer which is arranged directly behind the casing 23 of the second stage of the compressor, on the side opposite the combustion chamber with respect to the group axis. This gear reducer drives an output transmission shaft 37 which is coupled to the shaft 10 of the vehicle.
It comprises a pinion 38, integral with the shaft 36 and which meshes with a gear 39 mounted on an intermediate shaft also carrying a pinion 40 which meshes with a gear 41 fixed to the shaft 37.
At the outlet of the turbine, the exhaust gases are collected by a diverging annular channel 44 extending forwards and ending in a manifold 45 presenting. two exhaust ducts 46. The two ducts 46 extend downwards and each of them is connected to an exhaust pipe 47 which extends firstly downwards and then towards the rear of the group , substantially parallel to the output shaft 37.
The gear reducer is mounted in a housing 49 disposed at the rear of the compressor, at a sufficient distance from the parts of the turbine liable to be brought to high temperatures. This casing has bearings for the shafts 34 and 36, for the intermediate shaft and a rear extension 50 in which bearings are provided for the output shaft 37. Auxiliary devices, such as for example a regulator, which A pump for fuel and a pump for lubricating oil are arranged around the gearbox housing and are indicated at 51.
They are driven from inside said housing by means of a gear transmission indicated at 52. The starter motor 53 is disposed perpendicularly to the rear end of the shaft 34 driving the compressor, so that the turbine wheel 35 is not driven when starting the unit.
It is evident that, by virtue of the arrangement described, the output transmission shaft is relatively low, as is desirable for a motor vehicle. Likewise, the exhaust system. can easily extend backwards, as well as this is. of use in current motor vehicles. The total length of the group is relatively small, so that this group is compact, simple in appearance and relatively simple. lightweight.
The second embodiment shown in FIGS. 5 to 8 is very similar to the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 4, especially with regard to the compressor and the turbine. The parts of this second embodiment designated by the reference signs 12, 23, 28, 30 and 44 correspond to those thus designated of the first embodiment. However, in this second embodiment, the outlet diffuser 23 of the compressor is connected by a duct 56 to a collecting chamber 57 for air, which is located below the left end of the compressor. 'an exchanger 58, as seen in FIG. 5.
This envelope 57 extends to a middle wall 59 of said heat exchanger. The heat exchanger comprises several spaced passages 60 extending horizontally and transversely and leaving between them, the left side @ of the heat exchanger, as seen in FIGS. 5 and 8, passages 61 through which the air supplied by the compressor is routed upwards, from chamber 57 to a collective chamber 62, arranged at the top of the heat exchanger and extending all along it.
Similarly, on the right side of the heat exchanger, as seen in fig. 5 and 8, the compressed air is routed downwards through passages 63 spaced apart from each other by passages 60 formed in this straight part of the exchanger. From these passages 63, this compressed air enters the inlet end 65 of a combustion chamber 24a, the outlet end of which mouths into the diffuser 28 which brings this compressed air into the turbine.
The exhaust gases from the turbine are. brought by conduits 46a to a collecting chamber 66 which extends over the entire length of the side of the exchanger 58 adjacent to the conduits 46a. From this chamber 66, said gases are conveyed horizontally through the passages 60, thus serving to heat the compressed air between the outlet of the compressor and the admission of this air into the combustion chamber 24a. The arrows 68 partially show the path followed by the air from the compressor into the combustion chamber, and the arrows 69 show the path followed by the exhaust gases.
As shown in fig. 6 and 7, this second embodiment comprises two opposite combustion chambers 24u and two heat exchangers 58, such as the one just described.
The third embodiment, shown in Figs. 9 and 10, differs from the first mainly in that its compressor 12a comprises only one stage and in that it comprises two combustion chambers 24 arranged on either side of the motor unit 6 and connected each to the diffuser 23, to be supplied with compressed air. The outlets of these combustion chambers open into a diffuser 28 arranged to reverse the direction of the flow. In addition, in this third embodiment, the outlet of the diffuser 45 of the turbine is via a single outlet duct 46a, extending upwards and intended to be connected to a suitable exhaust pipe.