Installation de turbine à gaz. La présente invention a pour objet une installation de turbine 'a gaz comprenant des cubages de compresseur et des cubages de turbine agencés de telle façon qu'un refroi dissement. desdits cubages de turbine ait. lieu par transmission de chaleur par conduction (le ces derniers auxdits cubages de compres seur, caractérisé par une série de chambres de combustion successivement et cyclique ment mises en communication avec le refoule ment clu compresseur et avec l'admission de la turbine au moyen d'au moins un distribu teur rotatif,
le tout étant agencé de façon qu'une chambre de combustion commence à être mise en communication avec le refoule ment du compresseur avant que la communi cation entre cette chambre et l'admission de la turbine soit, interrompue, et de façon que dans chacune desdites chambres la. combus tion ait lieu sous volume constant.
Le dessin représente, à. titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'installation selon l'invention, ainsi que des variantes (le ces formes d'exécution.
L a fig. 1 représente la coupe longitudi nale, suivant .l-B--O-C de la fig. 2, d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 représente une coupe suivant I1-11 de la fi-. 1, le distributeur étant sup posé déchiré dans sa partie basse.
La fig. 3 est une vue partielle montrant une variante (le détail de l'installation (le la fig. 1. La. fig. 4 est une vue partielle d'une va riante de l'installation de la fig. 1 équipée d'un dispositif de refroidissement par eau.
La fig. 5 représente la coupe longitudi nale d'une seconde forme d'exécution.
La fig. 6 représente, dans son quart droit inférieur, une vue extérieure de l'installation de la fig. 5, dans son quart gauche inférieur, une vue avec le carter enlevé, dans son quart supérieur gauche, une coupe suivant D-E-F de la fig. 5, et, dans son quart. supérieur droit, une coupe suivant CT-H-1 de la même fig. 5.
La fig. 7 représente en coupe longitudi nale une troisième forme d'exécution.
La fig. 8 représente en coupe longitudi nale, suivant K-I,-H-N de la fia. 9, une quatrième forme d'exécution.
La fi'-. 9 représente une coupe suivant IX-.-IX de la fig. 8.
La fig. 10 représente un détail de l'ins tallation des fia. 8 et 9.
La. fig. 11 représente en coupe longitudi nale une cinquième forme d'exécution.
La fig. 12 représente une sixième forme d'exécution en coupe longitudinale suivant 0'-P-Q-R de la fig. 13.
La fia. 13 est une coupe suivant Xlll--Xlll fie la fi-. 12.
La fi-. 14 représente partiellement une variante de l'installation des fig. 12 et 13. Dans l'installation représentée aux fig. 1 et 2, l'élément compresseur et l'élément tur- bine sont du type axial. L'arbre moteur 1 est supporté par des paliers à roulement à billes et entraîne un réducteur 2 qui, par l'intermé diaire de l'arbre 3 monté fou en bout de l'arbre 1, transmet le mouvement et la puis sance à l'appareil récepteur à l'aide, par exemple, d'un plateau d'accouplement 1.
Le palier à roulement. à billes pourrait être rem placé par tout autre type de palier; pareille ment, le réducteur pourrait. être supprimé ou remplacé par une boîte de vitesse ou un mé canisme différentiel.
Sur l'arbre 1 sont centrés, calés et blo qués des roues 5 et un distributeur 6.
Le rotor ainsi constitué, dont le démar rage est effectué soit à la main, soit méca niquement, électriquement ou pneumatique- ment, aspire en tournant l'air comburant, qui y accède par l'ouverture annulaire 7, à l'aide de pales 8 solidaires des roues 5 et fonction nant. comme pales de compresseur.
Entre les aubages mobiles de compresseur 8 sont logés des aubages directeurs fixes 9. Les deux premières roues .5 portent chacune en même temps que l'aubage de com presseur 8, un aubage de turbine 11 entou rant le premier. Les aubages directeurs fi-,es 9 du compresseur sont portés intérieurement par des anneaux de support portés intérieure ment par des aubages directeurs 12 et 13 (le la turbine dont chacun entoure l'aubage fixe 9 correspondant. et à même axe.
On voit que les aubages de turbine 11, 12 et 13 sont refroidis par transmission de chaleur par con- duction aux aubages de compresseur 8 et 9.
L'air comprimé refoulé par le compres seur est conduit dans la chambre annulaire 14 servant, d'une part, de chambre d'alimen tation du distributeur 6 et, d'autre part, de moyen de stabilisation pour la pression et le débit de l'air sous pression.
Le distributeur 6, ainsi que représenté a la fig. 2, porte une ouverture d'admission d'air 15 et une ouverture de sortie des gaz bridés 16. Ce distributeur obture, d'autre part, les chambres d'explosion ou de combus tion 17 sur une de leurs faces latérales et sur leur face cylindrique interne. Les cham- bres 17 soit formées par des alvéoles usinés dans le carter 10 et sont munies d'un injec teur de combustible let d'un dispositif d'allumage 19. Ces chambres forment une rangée circulaire de même axe que l'arbre 1. En considérant la fi-. ?, l'obturateur tourne dans le sens des aiguilles d'une montre.
L'ouverture 15 ouvre une chambre de coii- bustion quelconque un peu avant que la com munication entre cette chambre et la tiii- bine soit interrompue par le distributeur. Le léger recouvrement d'une chambre (voir par exemple celle qui est située tout en haut dans la fig. 12), par la lumière 15 et la lumière 16 à la fois, est nécessité par l'obligation de pro voquer un balayage dans la chambre consi dérée, ce balayage étant effectué à l'air com primé.
Une chambre de combustion se trouve donc fermée pendant le parcours angulaire déterminé par le passage de l'arête de gaac he de la. lumière 1.5 à. l'arête de droite de la lic- mière 16.
Par l'intermédiaire de l'ouverture 15, l'air comprimé accumulé clans la chambre d'alimentation 1-1 est., du fait. de la rotation du distributeur 6, fourni successivement à toutes les chambres de combustion 17. Le com bustible est. injecté directement soit méca niquement, soit pneumatiquement, dans les chambres<B>1.7</B> à l'aide des injecteurs de com bustible<B>18</B> alimentés par une pompe dInjec- tion pontée par le carter 20.
Le calage de cette pompe est tel que, pour chaque chairi- bre, l'injection du combustible a. lieu dès la fermeture de l'admission par l'ouverture 1.5. Chaque injection a lieu à chaque tour du dis- tributeur 6, c'est-à-dire après chaque rein- plissage des chambres 17 en air comburant et, évidemment, à la même position angulaire respective de ce distributeur par rapport à la chambre considérée.
L'inflammation du combustible est assu rée par des bougies 19 dont l'étincelle, en gendrée par un distributeur d'allumage porté par le carter 20, éclate en synchro nisme avec la rotation du distributeur 6 à. une position angulaire de ce distributeur dé terminée préalablement. Ce dispositif d'allu- mage par bougie peut. être prévu soit simple ment pour faciliter le démarrage, soit pour être utilisé constamment pour le fonctionne ment, régulier. Dans le cas on ce disposit.;f n'est utilisé que pour le démarrage, l'inflam mation du combustible en opération s'opère par auto-allumage.
La combustion du mélange carburé obtenu par l'injection du combustible dans la chaiti- bre 1.7 s'effectue dans le temps compris entre le moment de l'injection et le début de l'ou verture de la lumière d'évacuation 16 du dis tributeur 6. La combustion dans chaque chaiu- bre se produit donc sous volume constant.
Lors du passage de la lumière 16 devant chaque chambre d'explosion 17, les gaz brà- lés sont évacués dans aine chambre annu laire 21, d'égalisation de la pression et de la température, et passant Pnsuite dans l'au- bage directeur fixe 12 de la turbine. L'au balte directeur 12 fixe pourrait être remplacé suivant l'importance et la masse des gaz, par une simple tuyère ou par plusieurs tuyères réparties sur 1a circonférence.
Les gaz déteai- dus en sortie de turbine sont recueillis dans le collecteur d'échappement 22 et évacués vers l'extérieur.
La turbine est. déterminée pour absorber l'énergie totale des gaz venant de la chambre 21. Ceci assure un échappement particulière ment silencieux.
Le carter 20 porte tous les accessoires né cessaires: pompe à combustible, pompe à in jection, démarreur, magnéto, etc. On pour rait aussi disposer le réducteur du même côté que le carter 20 par rapport à l'arbre mo teur ou prévoir deux plateaux d'accoupla- ment sur deux appareils récepteurs, chacun de ces plateaux étant placé à chaque extré mité de l'arbre moteur.
L'étanchéité entre les parties fixes et les parties en rotation du moteur est. obtenue au moyen de labyrinthes.
La liaison entre l'arbre 1 et le plateau dis tributeur 6, au lieu d'être directe, ainsi que représenté à la fig. 1, peut être indirecte comme dans la variante représentée à la fig. 3. L'arbre 1a est muni d'une denture 23 en prise avec des pignons 24 supportés par le carter 10a, lesdits pignons engrenant à. leur tour avec une denture 25 du distributeur 6u. On peut imposer ainsi au distributeur une vi tesse différente de celle de l'arbre.
Dans la variante de l'installation des fil;. 1 et 2 représentée à la fig. 4, le carter 10b est muni d'un chambrage 26 utilisé pour assurer le refroidissement de ce carter par circulation d'air, circulation d'eau ou de liquide spécial, circulation de vapeur ou de gaz inerte quelconque, etc.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 5 et 6, l'élément compresseur est du type centrifuge et l'élément moteur du type turbine centripète.
Cette forme d*exécution comprend deux arbres moteurs creux 31, 31.a supportés par des paliers à roulement à billes et entraînant directement des plateaux d'accouplement 34 et 34a. Sur ces arbres sont calés des roues 35, 35a et des distributeurs 36 et 36a,. L'air com burant est aspiré par les ouvertures annu laires 37, 37a, à l'aide d'aubages 38_ et 38a solidaires des distributeurs et des roues. On voit que l'aubage de compresseur de chaque roue 35, 35a est porté latéralement d'un côté de cette roue.
Une pièce annulaire 27, soli daire des carters 40 et 40a entoure les roues 35 et 35a et est munie à la sortie des cu bages de compresseur de ces roues des cu bages fixes de diffusion 39, 39a qui commu niquent avec des chambres annulaires de dis tribution d'air 44, 44a.
Chaque roue 35 et 35a porte latéralement de son autre côté deux cubages de turbine 41, respectivement 41a. Ainsi les cubages 41, 41a sont refroidis par transmission de chaleur par conduction aux cubages de compresseur 38 et 38a. La pièce annulaire 27 porte égale ment un cubage directeur fixe 42 de la tur bine de même axe que les cubages fixes 39, 39a, ces cubages 39, 42 et 39a étant disposés l'un à côté de l'autre dans le sens axial de façon que l'aubage 42 soit refroidi par trans mission de chaleur par conduction aux cu bages 39 et 39a.
Les distributeurs 36 et 36a portent les ouvertures d'admission d'air 4.5, 45a et des ouvertures de sortie des gaz 46 et 46a. Ces distributeurs obturent, d'autre pari, les cham bres de combustion 47, 47a sur une de leur;
faces extérieures et. sur leurs faces evlin- driques internes. Les chambres 47, 47a sont formées par des alvéoles usinés dans les car ters 40, 40a. Par l'intermédiaire des ouver tures 45, 45a l'air comprimé accumulé dans les chambres d'alimentation 44, 44a.
est, du fait de la rotation des distributeurs 36, 36a, fourni successivement à toutes les chambres de combustion 47, 4'7a.. Le combustible est in jecté directement dans ces chambres comme clans l'installation représentée aux fig. 1 et 2.
Lors du passage des lumières 46, 46a. de vant chaque chambre 47, 47a, les gaz brûlés sont évacués dans une chambre annulaire 531 et, par passage dans les aubages directeurs 42 portés par la pièce annulaire 27, s'écou lent à travers les étages de la turbine, don nant ainsi l'impulsion aux roues 35, 35a qui tournent en sens inverse.
Les gaz détendus en sortie des turbines sont recueillis dans des tubes d'échappement 52, 52a logés dans ].es arbres creux 31, 31a. Le fonctionnement des distributeurs 36. 36a est le même que celui du distributeur 6 de l'installation représenté aux fIg. 1. et 2.
L'installation représentée aux fig. 5 et 6 est une installation à grande puissance et se prête à tous les cas où il est nécessaire d'en traîner deux groupes récepteurs.
Dans les installations représentées aux fils. 7 à 11, la turbine et le compresseur sont. a-encés de la même fagon que dans l'instal lation des fig. 1 et 2. Les mêmes organes por teront les mêmes références avec un indice (le différenciation et seules seront décrites les particularités appartenant à chacune des réalisations représentées.
Dans toutes ces formes d'exécution les aiubages de turbine 11, 12 et 13 sont refroidis par transmission de chaleur par conduction de ces aubages à des aubages 8 et 9 du compresseur, comme dans le cas de l'installation de la fig. 1. Le distri buteur 6 de ces installations commande la communication. entre les chambres de combus tion 17 et le compresseur et la turbine de la même façon que dans l'installation des fi-. 1 et 2.
Dans l'installation représentée à la fig. 7, sur un même arbre moteur 1e sont montés deux groupes turbine, compresseur distincts, analogues à celui de l'installation des fig. 1 et 2. Cette solution permet, d'obtenir une puis sance double avec des éléments similaires.
En désaccouplant le dispositif pompe d'injec- tion-distributeur d'allumage de l'un des groupes d'avec cet arbre moteur 1e ou en accouplant les deux dispositifs des deux groupes, on peut utiliser soit un seul groupe compresseur turbine, soit les deux ensemble, ce qui permet d'appliquer cette réalisation toutes les fois qu'on a besoin d'une puissance maximum pendant un temps relativement ré duit, tandis que l'on n'a besoin que d'une petite puissance en fonctionnement normal.
Les fig. 8 à 10 se rapportent à une ins tallation conçue spécialement pour la pro pulsion d'un avion. Cette installation com prend une chambre annulaire 28 reliée à une tuvère de propulsion 29. Le distributeur<B>M</B> est constitué de façon à. chevaucher les chambres de combustion 17d et il porte deux disques d'obturation 52 et 53. La face laté rale du distributeur 6d située en regard de la turbine est, comme précédemment, munie de lumières 15d d'admission d'air et 16d d'échappement. des gaz brûlés.
L'autre face latérale de ce distributeur est munie d'une lumière 54 servant à faire communiquer les chambres 17d avec la chambre annulaire 28.
Ainsi que représenté à. la fig. 10, les disques d'obturation 52 et 53 coopérant avec les faces latérales, présentant respectivement les lumières 16d et 54, du distributeur rotatif 6d sont munis de dentures 52a. et 53a qui peuvent être entraînées par des pignons co niques 55 et 56 entraînés à.
leur tour par des pignons coniques 55a et 56a calés sur des arbres 55b et 56b portant les pignons 55 et 56, ces pignons 55a. et 56a. étant attaqués par deux pignons 55e et 56e calés sur un arbre commun 57 muni d'un pas de vis à long pas 57a en prise avec titi manchon en deux par ties 58 commandé par un levier 59.
Ce man chon comprend une partie intérieure 58a en prise avec le pas de vis 57a et tournant avec l'arbre :i7 et une partie extérieure file aSb reliée au levier 59, les parties 58a. et 58b cou lissant simultanément par rapport. à l'arbre .i7 à l'aide (le ce levier 59. Les arbres 55b et 56b et les pignons correspondants sont dis posés dans des logements non représentés dit distributeur.
La partie 58a du manchon 58 coulissant sur la vis hélicoïdale 57c1 ne petit tourner par rapport au distributeur rotatif. Par suite, cri agissant sur le levier de com mande 59, on déplace des disques d'obtura tion 52 et 53 par rapport au distributeur rotatif de façon à régler la section des lu mières 16d et 54, de celui-ci grâce aux lu mières 52b et 53b portées par ces disques. On peut ainsi, en cours de fonctionnement, faire varier la durée de la. période d'échappement des chambres de combustion.
Le principe du fonctionnement de l'ins tallation des fi-. 1 et 2 est. conservé intégrale ment tant que la lumière 54 du distributeur 6d est. obturée par l'obturateur 53, les gaz brûlés s'éeliappant alors par la lumière 16d au travers (le l'obturateur 52, de telle sorte que toute la puissance est transmise au pla teau d'accouplement 4d entraînant l'hélice 30. L'ouverture 54 reste obturée pendant, la pé riode de décollage de l'avion et pendant la première partie du vol, de telle sorte que cet avion acquiert très rapidement. la vitesse de décollage et conserve une vitesse ascention- nelle importante.
Au fur et. à. mesure que l'avion prend de l'altitude et. de la vitesse, on déplace les disques obturateurs 52 et 53 à. l'aide du levier 59, clé façon à réduire la section de la. lumière 16(1 du distributeur 6d et à démas quer progressivement la lumière 54. La puis sance transmise à la turbine, et de ce fait à l'hélice, se réduit en proportion, tandis que le complément de puissance latente dans les gaz sortant. par la lumière 54, est exploitée à tra vers la chambre annulaire 28 et la. tuyère de propulsion 29 sous forme de poussée de réac- tion provoquée par le jet de gaz ainsi obtenu.
On agit. progressivement sur les disques obtu rateurs 52 et 53 jusqu'à ce que la lumière 54 soit démasquée entièrement, permettant ainsi d'exploiter toute la puissance utile de l'ins tallation sous forme de propulsion par réac tion. A ce moment, la lumière 16d partielle ment fermée, par suite du déplacement pro gressif de l'orifice 52b par rapport à cette lumière 16d, est réduite de façon à ne laisser passage qu'à la quantité de gaz strictement suffisante pour effectuer le travail de com pression de l'air comburant nécessaire.
L'agencement. du dispositif de réglage est tel qu'à tous les régimes, la lumière 15d com mence à mettre une chambre de combustion en communication avec le compresseur avant que la communication de cette chambre avec. la turbine par la lumière 16d soit inter rompue.
En même temps, on peut soit débrayer l'hélice 30 et mettre ses pales en drapeau, soit utiliser sa résistance dans l'air pour la faire tourner comme propulseur des roues du com presseur. Dans ce dernier cas, la quantité de gaz à faire passer à travers la turbine par la lumière 16d se trouve encore réduite, ce qui permet d'employer la quantité de gaz éco nomisée pour la propulsion par réaction.
Les gaz. d'échappement. sortant de la tur bine par le collecteur 22d sont évacués dans une enveloppe 55a. dans laquelle peut éven tuellement circuler de l'air de refroidissement qui pénètre par des ouïes spécialement amé nagées à l'avant du carénage (voir fig. 11). De plus, la partie arrière de l'enveloppe 55 est, disposée par rapport à la tuyère 29 de telle sorte que les gaz de propulsion par réac tion sortant de ces dispositifs provoquent aine aspiration dans cette enveloppe.
L'installation représentée à la fig. 11 dé rive de celle représentée aux fig. 8 et 9, mais est uniquement destinée à, la propulsion par réaction. A cet effet, elle est équipée de deux rangées de chambre d'explosion, les chambres 17e destinées à alimenter uniquement la tur bine qui est déterminée pour ne fournir que la puissance nécessaire à l'entraînement du compresseur fournissant l'air comburant polir l'ensemble,
et les chambres 56e destinées à fournir la puissance utile pour la propulsion par réaction. Le distributeur 6e a une forme générale analogue à celle représentée à la fig. 8, mais ne comporte pas de disques obtu rateurs associés. Il assure la communication de la chambre de distribution d'air 14e avec les chambres 17e par l'ouverture d'admission 15e et avec les chambres 56e par l'ouverture d'admission 57e. Le restant du dispositif est inchangé.
Dans l'installation représentée aux fig. 12 et 13, les roues 5 f portent en plus des aubes de turbine 11f deux aubages de compresseur concentriques 8 f et 58f coopérant avec des aubages concentriques fixes du compresseur 9 f et<B>59f</B> portés par des éléments portant en même temps des aubages fixes de la turbine <B>12f</B> et<B>13f;</B> ceci permet de doubler pour un même nombre de roues le nombre d'étages de compression et de placer les chambres (le combustion 17f à l'avant, permettant ainsi de les refroidir efficacement.
Le distributeur 6f pourvu de la lumière d'admission<B>15f</B> porte sur une seule face les différentes lumières 16f et 54f assurant respectivement l'amenée des gaz brûlés dans la turbine et l'amenée de ces gaz brûlés dans le dispositif de propulsion par réaction; cette installation fonctionne comme l'installation illustrée aux fig. 8 à 10, sauf qu'elle ne présente pas d'obturateur de réglage. Les aubages de turbine<B><I>11f; 12f</I></B> et 13f sont refroidis par transmission de cha leur par conduction aux aubages 58<I>f,</I><B>59f</B> et <I>8f, 9f</I> du compresseur.
Dans la variante représentée à la fig. 1#]., qui illustre une coupe faite dans les mêmes conditions que celle représentée à la fig. 12, le distributeur 6g comprend un disque obtura teur 52g qui porte des orifices permettant de régler la section des lumières 16g et 54g; cette variante fonctionne comme l'installation représentée à la fig. 8.
Les installations illustrées aux fig. 12 et 14 sont spécialement adaptés pour le vol à haute altitude, car le nombre élevé d'étages de compression permet d'alimenter les chanï- bres de combustion avec de l'air ayant les mêmes températures et pressions qu'au sol, et par conséquent d'obtenir une même puissance, tout en conservant à ].'ensemble un poids par CV très faible.