CH318979A - Installation comprenant une turbomachine - Google Patents

Description

  Installation comprenant une turbomachine    La présente invention a pour objet une ins  tallation comprenant une     turbomachine    présen  tant un rotor pourvu d'au moins une rangée  d'aubes creuses, et un dispositif pour faire cir  culer un liquide de refroidissement à l'inté  rieur desdites aubes creuses.  



  Cette installation est caractérisée en ce que  ledit dispositif comprend un circuit pourvu d'au  moins un réfrigérant et agencé de façon que  du liquide de refroidissement parte d'un point  de ce circuit et circule à l'intérieur desdites au  bes creuses, une partie au moins du liquide  ayant circulé à l'intérieur de ces aubes étant  ensuite renvoyé audit point de départ à tra  vers ledit réfrigérant, et en ce qu'un organe tu  bulaire ouvert à ses deux extrémités s'étend     ra-          dialement    à l'intérieur de chaque aube creuse  jusqu'au voisinage de l'extrémité extérieure de  cette aube, cet organe étant traversé par le li  quide circulant à l'intérieur de l'aube.  



  Trois formes d'exécution de l'installation  selon l'invention sont décrites ci-dessous, à ti  tre d'exemple, en regard des dessins annexés,  dans lesquels  La     fig.    1 est une vue en coupe schémati  que représentant partiellement une première  forme d'exécution constituée par une installa  tion à turbine à gaz.    La     fig.    2 est une vue correspondante, à une  échelle plus grande, du rotor de la turbine de  cette forme d'exécution.  



  La     fig.    3 est une vue de face de ce rotor,  partie en coupe suivant<I>1l1-111</I> de la     fig.    2.  



  La     fig.    4 est une coupe d'une aube de ce  rotor suivant<I>IV-IV</I> de la     fig.    2.  



  La     fig.    5 est une vue semblable à la     fig.    2,  mais relative à une variante.  



  La     fig.    6 est une vue partielle en coupe  axiale du rotor de turbine d'une     deuxième     forme d'exécution, également constituée par  une installation à turbine à gaz.  



  La fi-. 7 est une vue schématique en coupe  axiale de la troisième forme d'exécution, cons  tituée par un propulseur à turbine à gaz.  



  La     fig.    7a est un agrandissement d'une par  tie du propulseur selon la     fig.    7.  



  L'installation représentée aux     fig.    1 à 4  comprend une turbine à gaz dont le rotor pré  sente un corps de rotor formé de deux éléments  coaxiaux     TI    et     T.,    assemblés l'un à l'autre.  



  L'élément     TI    présente une paroi de révo  lution évasée 15 de même axe que le rotor et  dont le bord extérieur se raccorde à une pa  roi cylindrique 16 portant une couronne d'au-           bes    creuses A. Les chambres intérieures des  aubes A s'ouvrent du côté intérieur de la pa  roi 16 et communiquent avec une partie an  nulaire périphérique q' d'un espace compris  entre les éléments     Ti    et     T_    La paroi 16 pré  sente, du côté opposé à la paroi 15, un rebord  6 qui est engagé avec un rebord annulaire 7  solidaire de la partie     T.,.    Cette dernière pré  sente une paroi de révolution évasée 17,  coaxiale à et proche de la paroi 15,

   s'étendant  jusqu'à proximité de l'axe du rotor et dont le  bord extérieur se raccorde à une partie annu  laire 18 présentant un     flasque    19 portant le  rebord 7. Dans la partie annulaire 18 est vissé  un disque 8 de façon que l'élément     T.,    pré  sente intérieurement un espace p séparé de  l'espace q par la cloison intérieure formée par  la paroi 17 et la partie annulaire 18. La par  tie annulaire 18 de l'élément T, présente en re  gard de chacune des aubes A une ouverture 9  dans laquelle est engagée une pièce tubulaire  2 qui traverse la partie annulaire q', entou  rant l'espace<I>p</I> à sa périphérie, de l'espace<I>q</I>  et s'étend     radialement    jusqu'à proximité de  l'extrémité extérieure de l'aube.

   Chaque élé  ment a dans sa partie située à l'intérieur de  l'aube une section de forme aplatie correspon  dant à la forme de la section de l'espace inté  rieur de l'aube et présente à son extrémité in  térieure un rebord 2a engagé dans un élargis  sement correspondant 9a de l'ouverture 9. Les  organes tubulaires 2 sont maintenus en position  par un rebord annulaire du disque 8 sur le  quel prennent appui les rebords 2a de ces or  ganes. L'installation représentée comprend en  core un réservoir à combustible 10 et une  chambre de combustion C entourée par une  chemise de refroidissement 12 entourant éga  lement la tuyère 11 de sortie de la chambre C.  



  Le combustible est amené du réservoir 10  par une conduite et des passages non représen  tés, dans un canal 1 formé par une portion cy  lindrique de l'espace intérieur de la partie     T.,.     Le combustible liquide traverse l'espace p et  pénètre dans les organes tubulaires 2 par les  orifices de leurs extrémités intérieures, par les  quels ces organes communiquent avec cet es  pace p. Le combustible traverse les organes tu-         bulaires    2, parvient dans l'espace q par les pas  sages formés entre les organes 2 et les parois  des aubes creuses, et arrive dans une partie de  section annulaire, entourant la partie cylindri  que de l'espace p, de cet espace q. Le combus  tible pénètre ensuite à l'intérieur d'un palier  14 du rotor, traverse ce palier et quitte ce der  nier par une conduite 3.

   Ainsi, après avoir     re-          refroidi    les aubes A, le combustible liquide  s'écoule en contact avec les surfaces en mou  vement relatif du palier, lequel est muni de  joints d'étanchéité, et refroidit et lubrifie les  éléments de ce palier. Une conduite branchée  sur la conduite 3 amène une partie du com  bustible liquide s'écoulant du palier 14 à l'in  jecteur 13 de la chambre de combustion C,  et le reste du combustible liquide parvient à la  chemise 12 par cette conduite 3, traverse cette  chemise et retourne au réservoir 10 après avoir  traversé un réfrigérant 4. Des ailettes 5, res  pectivement 5', sont disposées suivant des  plans axiaux dans chacun des espaces<I>p</I> et<I>q</I>  afin que les masses liquides contenues dans  ces espaces tournent à la même vitesse que le  rotor.  



  Par suite de la différence de température  du liquide de refroidissement avant et après son  passage dans les aubes A, il se produit une  différence sensible de la densité du liquide  dans l'espace p et les organes 2 d'une part, et  dans les passages des aubes et l'espace q d'au  tre part. Il en résulte que la force centrifuge  à laquelle est soumis le liquide dans l'espace p  et les organes 2 est supérieure à la force cen  tripète agissant sur le liquide dans les passages  des     aub--s    et l'espace q, de sorte que le com  bustible liquide est mis en circulation dans le  circuit comprenant les aubes A, le palier 14,  la chemise 12, le réfrigérant 4 et le réservoir  10, sans qu'il soit nécessaire de prévoir  de pompe de circulation dans le circuit  de refroidissement.

   En outre la circulation  est réglée automatiquement, puisque toute  élévation de la température des aubes A pro  duit une augmentation correspondante de la  différence entre les densités et par conséquent  un accroissement de la vitesse de circulation  du combustible liquide, l'effet de refroidisse-      ment variant à peu près comme le carré de  cette vitesse de circulation. De plus, la cons  truction représentée est destinée à favoriser  l'écart de température entre les passages, car  l'espace extérieur de l'aube centripète entoure  l'organe tubulaire 2 et le protège contre l'ac  tion de chauffage de la paroi de l'aube A.  



  Il est avantageux d'utiliser le combustible  comme liquide de refroidissement, car on est  ainsi assuré qu'au moment du démarrage de  la turbine, les espaces p et q et les passages  des aubes A sont remplis de liquide de sorte  que ces aubes A ne risquent pas d'être dété  riorées par un chauffage excessif. D'autre part,  le combustible est réchauffé lorsqu'il arrive à  l'injecteur 13, dès que l'installation a fonc  tionné un court instant. Cependant, il est bien  entendu qu'en variante, on pourrait utiliser un  liquide de refroidissement que le combustible,  par exemple de l'eau ou un mélange d'eau et  de méthanol. II va de soi que l'installation  pourrait aussi comprendre plusieurs chambres  de combustion C.  



  Dans la variante à laquelle se rapporte la       fig.    5, les aubes A sont venues d'une pièce  avec la partie     T.,    la partie     TI    n'étant cons  tituée que par une paroi évasée dont le bord  extérieur est relié à la partie T., à la base des  aubes A. Pour le reste, cette variante est iden  tique à l'installation des     fig.    1 et 2.

   Les aubes  pourraient aussi être rapportées sur l'une des  parties<I>Tl</I> ou     T,-          Le    rotor représenté à la     fig.    6 présente un  corps de rotor comprenant une enveloppe ex  térieure T portant trois rangées d'aubes creuses       Aa,   <I>Ab, Ac</I> en faisant partie intégrante et obte  nues par moulage. Les espaces intérieurs de ces  aubes s'ouvrent à l'intérieur de l'enveloppe T.  Dans cette enveloppe sont disposés des élé  ments de révolution     axialement    consécutifs<I>Ta,</I>  <I>Tb, Te</I> et     Td    de façon à former des cloisons  annulaires.

   Chacun des trois éléments<I>Ta, Tb</I>  et Te correspond à une des rangées d'aubes       Aa,   <I>Ab</I> et<I>Ac</I> et présente une rangée de trous,  situés en regard des orifices des espaces inté  rieurs des aubes de cette rangée et dans cha  cun desquels est engagée l'extrémité intérieure  d'un organe tubulaire<I>2a,</I> respectivement<I>2b</I> et    2c, s'étendant     radialement    à l'intérieur de l'aube  jusqu'à proximité de son extrémité extérieure  sans toucher ses parois. Les organes tubulaires  2a sont maintenus en position par l'élément  <I>Tb</I> sur une partie cylindrique duquel     prennent     appui des rebords intérieurs de ces organes.

   De  même les organes 2b sont maintenus en posi  tion par l'élément<I>Tc</I> et les organes 2c par  l'élément     Td.    Les passages formés entre les  organes tubulaires 2c et les parois des aubes  correspondantes<I>Ac</I> communiquent avec les  orifices des extrémités intérieures des organes  tubulaires<I>2b</I> de la rangée d'aubes<I>Ac</I> voisine  par un passage de section annulaire délimité  par les éléments<I>Tb</I> et<I>Tc</I> et la paroi de l'en  veloppe T. De même, les passages formés en  tre les organes tubulaires 2b et les parois des  aubes<I>Ab</I> correspondantes communiquent avec  les orifices des extrémités intérieures des or  ganes tubulaires 2a par un passage de section  annulaire délimité par les éléments<I>Ta</I> et<I>Tb</I>  et la paroi de l'enveloppe T.

   Le liquide de re  froidissement parvient aux orifices des extré  mités intérieures des organes tubulaires 2c par  un passage de section annulaire délimité par  les éléments Te et     Td    et la paroi de l'enveloppe  T et quitte les passages formés entre les élé  ments tubulaires 2a et les parois des aubes       Aa    correspondantes par un passage formé en  tre l'élément<I>Ta</I> et la paroi de l'enveloppe<I>T.</I>  De là, le liquide traverse comme précédemment  un palier, une chemise entourant la chambre  de combustion et retourne à son point de dé  part à travers un réfrigérant, d'où il parvient  aux orifices des extrémités intérieures des or  ganes tubulaires 2c par un passage formé en  tre l'élément     Td    et la paroi de l'enveloppe T.  



  Le propulseur représenté aux     fig.    7 et 7a  comprend un compresseur d'air à deux étages  20a et 20b entraîné par un rotor de turbine     M1.     



  Un rotor de turbine     M.,,    portant deux ran  gées d'aubes, coaxial avec le rotor<I>MI</I>     entraîne     un rotor portant deux rangées de pales     H,    et       H4    et, par l'intermédiaire d'un mécanisme qui  n'est pas représenté en détail, un rotor portant  deux rangées de pales<I>HI</I> et     H..    Les pales<I>HI,</I>  <I>H,,</I>     H.;,    et     H4    tournent dans un passage<I>D</I>  formé à l'intérieur d'une enveloppe tubulaire      W ouverte à ses deux extrémités. L'agence  ment est tel que les rangées de pales voisines  tournent en sens opposés.  



  Un moulinet K coaxial avec les rotors de  turbine sert à distribuer dans le courant d'air  qui s'écoule à travers le passage D, une quan  tité supplémentaire de combustible qui brûle  dans ce passage pour     excercer    un effet de pro  pulsion supplémentaire.  



  Le combustible liquide est amené d'un ré  servoir     annulaire    R monté     dans    la partie avant  de l'enveloppe<I>W,</I> à un point<I>a.</I> De là, il passe  (suivant un trajet représenté par les lignes poin  tillées) à travers les aubes creuses des rotors  de turbine     M.,   <I>et MI</I> (voir     fig.   <I>7a,</I> établie à  plus grande échelle pour mieux se rendre  compte de cette circulation). L'agencement du  rotor M., est semblable à celui du rotor de  la     fig.        6yet    celui du rotor<I>Ml</I> semblable à ce  lui du rotor des     fig.    1 à 4.  



  Le combustible qui quitte les aubes du ro  tor M, passe, d'une manière semblable, dans  les     aubages    fixes     Vl    et     V:>    de ces rotors de tur  bine. De là, il passe à travers les chemises de  refroidissement des chambres de combustion C.  



  A sa sortie de ces chemises de refroidisse  ment, le combustible passe à travers les pales  de la rangée     H4,    chacune de ces pales étant  creuse et pourvue d'une cloison r qui oblige  le combustible à s'écouler d'abord du moyeu  vers le haut de la pale, puis à revenir du bout  vers le moyeu. Ainsi les pales de la rangée H,  constituent un réfrigérant dans lequel le com  bustible liquide cède de la chaleur au courant  d'air s'écoulant à travers le passage D.  



  De la rangée de pales     H,1,    le combustible  est ramené au réservoir R à travers un espace  S constituant un second réfrigérant et formé  par une partie à double paroi de l'enveloppe  W, d'où il retourne au réservoir R.  



  Les injecteurs de combustible 13 des cham  bres de combustion C sont branchées sur ce  circuit. Les gaz de combustion, après être pas  sés à travers les turbines, s'échappent, à tra  vers les pales creuses de la rangée     H.,    dans  le courant d'air s'écoulant à travers le pas  sage D.    Le moulinet K est alimenté en combustible  par la soupape à ressort U, ce combustible  quittant le moulinet K par des     orifices    de sor  tie b débouchant vers l'avant dans le pas  sage D.

Claims (1)

1. REVENDICATION Installation comprenant une turbomachine présentant un rotor pourvu d'au moins une rangée d'aubes creuses, et un dispositif pour faire circuler un liquide de refroidissement à l'intérieur desdites aubes creuses, installation caractérisée en ce que ledit dispositif comprend un circuit pourvu d'au moins un réfrigérant et agencé de façon que du liquide de refroidisse ment parte d'un point de ce circuit et circule à l'intérieur desdites aubes creuses, une partie au moins du liquide ayant circulé à l'intérieur de ces aubes étant ensuite renvoyé audit point de départ à travers ledit réfrigérant, et en ce qu'un organe tubulaire ouvert à ses deux extré mités s'étend radialement à l'intérieur de cha que aube creuse jusqu'au voisinage de l'extré mité extérieure de cette aube,

   cet organe étant traversé par le liquide circulant à l'intérieur de l'aube. SOUS-REVENDICATIONS 1. Installation suivant la revendication, ca ractérisée en ce que ladite turbomachine est une turbine dont le rotor présente un corps de rotor creux divisé intérieurement en deux es paces par une cloison de révolution d'axe coïn cidant avec l'axe du rotor, s'étendant jusqu'au voisinage de cet axe, et conformée de façon que l'un de ces espaces comprenne une partie an nulaire entourant l'autre espace à sa périphé rie, les espaces intérieurs des aubes s'ouvrant dans la partie annulaire dudit premier espace, tandis que les organes tubulaires communiquent chacun par l'orifice de son extrémité intérieure avec ledit deuxième espace,

   le tout étant agencé de façon que le liquide de refroidissement pé nètre dans ledit deuxième espace du corps du rotor, passe dans les aubes à travers lesdits or ganes tubulaires et quitte le corps de rotor par ledit premier espace après avoir circulé à l'in térieur de ces aubes. 2. Installation suivant 1a revendication et la sous-revendication 1, caractérisée par des ai lettes disposées suivant des plans axiaux à l'in térieur de chacun desdits deux espaces du corps de rotor. 3. Installation suivant la revendication et la sous-revendication 1, caractérisée en ce que la partie extérieure au moins des organes tubu laires a une section de forme aplatie correspon dant à la forme de la section des espaces in térieurs des aubes.

   Installation suivant la revendication et la sous-revendication 1, caractérisée en ce que le corps du rotor est formé de deux éléments assemblés l'un à l'autre, et dont l'un comprend ladite cloison intérieure et présente l'un des- dits deux espaces du corps du rotor. 5. Installation suivant la revendication, constituée par une installation à turbine à gaz dans laquelle on utilise comme liquide de re froidissement du combustible destiné à alimen ter une chambre de combustion de l'installa tion, caractérisée par un réservoir à combusti ble intercalé dans ledit circuit du dispositif pour faire circuler du liquide de refroidissement à l'intérieur desdites aubes. 6.

   Installation suivant la revendication, constituée par une installation à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'une chemise de refroidis sement entourant une chambre de combustion de l'installation est intercalée dans ledit circuit du dispositif pour faire circuler du liquide de refroidissement à l'intérieur desdites aubes. 7. Installation suivant la revendication et la sous-revendication 6, caractérisée en ce que le liquide de refroidissement utilisé est du com bustible destiné à alimenter ladite chambre de combustion. 8. Installation suivant la revendication et les sous-revendications 6 et 7, caractérisée en ce que ladite chambre de combustion est ali mentée par un injecteur branché en un point dudit circuit situé immédiatement en aval des- dites aubes. 9.

   Installation suivant la revendication, ca ractérisée en ce qu'un mécanisme de cette ins tallation présentant des parties en mouvement relatif les unes par rapport aux autres, est in tercalé dans ledit circuit du dispositif pour faire circuler du liquide de refroidissement à l'inté rieur desdites aubes, de façon que du liquide de refroidissement circule dans ce mécanisme pour le refroidir et le lubrifier. 10. Installation suivant la revendication et la sous-revendication 9, constituée par une ins tallation à turbine à gaz, caractérisée en ce que le liquide de refroidissement utilisé est du com bustible destiné à alimenter une chambre de combustion de l'installation. 11.

   Installation suivant la revendication, ca ractérisée en ce que ladite turbomachine est une turbine dont le rotor présente un corps de rotor comprenant une enveloppe extérieure en une seule pièce portant plusieurs rangées d'au bes creuses dont les espaces intérieurs s'ouvrent à l'intérieur de cette enveloppe, plusieurs élé ments axialement consécutifs étant disposés à l'intérieur de cette enveloppe pour y former des cloisons annulaires coaxiales, et en ce qu'à chacune desdites rangées d'aubes correspond un de ces éléments pourvu d'une rangée de trous, situés en face des orifices des espaces in térieurs des aubes de cette rangée et dans cha cun desquels est engagée l'extrémité intérieure d'un desdits organes tubulaires,

   lesquels s'éten dent à l'intérieur des aubes creuses sans être en contact avec les parois de celles-ci, le tout étant agencé de façon que les organes tubulai res engagés dans les trous d'un desdits éléments sont maintenus en place par une partie d'un élément adjacent. 12. Installation suivant la revendication et la sous revendication 11, caractérisée en ce que les passages formés entre les parois des aubes d'une des rangées de deux rangées adjacentes d'aubes et les organes tubulaires correspon dants, et les orifices des extrémités intérieures des organes tubulaires correspondant à l'autre rangée de ces deux rangées d'aubes communi quent par au moins un espace délimité au moyen de deux desdits éléments consécutifs. 13.

   Installation suivant la revendication, ca ractérisée en ce que ledit réfrigérant comprend des pales creuses, portées par un rotor tour nant dans un courant d'air frais et à l'intérieur desquelles circule le liquide de refroidissement. 14. Installation suivant la revendication et la sous-revendication 13, caractérisée en ce que que lesdites pales creuses tournent à l'intérieur d'une enveloppe tubulaire à travers laquelle circule ledit courant d'air.