Groupe propulseur à turbine à gaz La présente invention a pour objet un groupe propulseur à turbine à gaz comprenant un ensemble rotatif à basse pression comportant un rotor de com presseur à basse pression entraîné par un rotor de turbine à basse pression, lequel entraîne également une hélice propulsive, et un ensemble rotatif à haute pression comportant un rotor de compresseur à haute pression entraîné par un rotor de turbine à haute pression.
Suivant l'invention, ce groupe est caractérisé par un frein relié à l'ensemble rotatif à basse pression au moyen d'un engrenage et permettant d'arrêter la rotation de cet ensemble rotatif et de l'hélice.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation latérale de cette forme d'exécution avec certaines parties arra chées ; la fig. 2 montre en coupe la partie de cette forme comprise entre les lignes A et B de la fig. 1 ; la fig. 3 montre une coupe de la partie comprise entre les lignes C et D de la fig. 1 ; la fig. 5 montre une coupe de la partie comprise entre les lignes D et E de la fig. 1 ;
la fig. 6 est une coupe d'un détail de l'assemblage de carter du compresseur ; la fig. 7 est une coupe d'un détail de l'assemblage d'une aube du compresseur ; la fig. 8 est une coupe par 8-8 de la fig. 3 ; la fig. 9 est une coupe d'une partie de la turbine ; la fig. 10 est une vue de détail de l'un des cou vercles de protection ;
la fig. 11, enfin est une coupe du frein.
Le groupe propulseur représenté est pourvu d'un compresseur à écoulement axial à plusieurs étages comprenant un rotor à haute pression entraîné par un rotor de premier étage ou à haute pression de la turbine.
Le rotor à basse pression du compresseur et l'hélice sont entraînés par un rotor de turbine à basse pression comprenant les étages restants de la turbine. L'hélice 2 (fig. 1) est montée à l'extrémité avant du groupe qui présente le conduit par lequel l'air pénètre dans le compresseur 4.
L'air .s'écoule axialement à travers le compresseur et, de là, dans la section 6 comprenant les chambres de combustion. Les gaz provenant des chambres de combustion pas sent dans la turbine 9 d'où ils s'échappent par une tuyère de propulsion.
L'hélice est entraînée par l'intcrmédiaâre d'un engrenage réducteur (fig. 2). L'arbre d'hélice 12 tourne dans des paliers 14 portés par une plaque 16 supportée à son bord externe par un élément de bâti 18 comprenant des anneaux interne et externe 20 et 22 maintenus espacés par des bras 24 pour- for mer une entrée de section annulaire 25 pour le com presseur.
L'arbre d'hélice tourne par son extrémité arrière dans le tourillon d'extrémité avant creux 26 du rotor de compresseur 28 à basse pression. Le tourillon 26 tourne de son côté dans un palier 30 sup porté par une plaque 32 qui porte, par son bord ex térieur, contre le manchon intérieur 34 d'une paire de manchons 34 et 36 formant un prolongement de passage d'admission 25 et qui sont maintenus écartés par un certain nombre de bras 37.
Les extrémités avant des manchons 34 et 36 sont fixées, par des bou lons 38, aux anneaux 20 et 22 respectivement. Les plaques 16 et 32 avec l'anneau 20 et le manchon 34 forment une enveloppe pour l'engrenage réducteur.
L'extrémité avant du tourillon 26 est reliée par cannelures à un disque 40 portant des dents entra?- nant par l'intermédiaire d'une bague 42 dentée inté rieurement une roue dentée 44 tournant sur l'arbre 12 de l'hélice.
La roue dentée 44 dont le mouvement axial sur l'arbre 12 est empêché grâce au fait que son moyeu est serré entre un épaulement 45 et un anneau de blocage 46, forme une roue planétaire et engrène avec une série de pignons 47 portés par une cage 48 tournant sur un moyeu en saillie 50 de la roue planétaire 44.
Les pignons 47 engrènent aussi avec une couronne dentée 52 présentant, sur sa sur- face externe, des cannelures hélicoïdales 54 venant en prise avec des .cannelures coopérantes ménagées dans une bague 56 fixée à l'anneau intérieur 20. La couronne dentée 52 à cannelures hélicoïdales fait partie d'un mesureur de couple.
Sur la cage 48 est montée à cannelures une roue dentée 58 qui forme une roue planétaire et qui a même axe que l'arbre de l'hélice. La roue dentée 58 engrène avec une série de pignons 60 portés par une cage 62 qui est montée à cannelures sur l'ar bre d'hélice. Les pignons 60 engrènent avec une cou ronne dentée 64 qui comporte une bride 65 serrée entre le bord externe de la plaque 16 et l'élément 18 de bâti pour maintenir en place la couronne dentée 64.
La turbine, à trois étages, comprend des disques de turbine 68, 70 et 72 portant, à leur périphérie, des aubes 74 qui alternant avec des rangées d'aubes fixes 76 portées par les anneaux de carter 78, 80 et 82, respectivement. Les disques du second et du troi sième étage 70 et 72 sont réunis entre eux par des boulons,
pour former le rotor de turbine à basse pression et le côté amont du disque 70 est boulonné sur une bride 86 d'un arbre 88 qui se prolonge en avant à travers la section de combustion (fig. 4), et à travers le rotor à haute pression du compresseur (fig. 3).
A l'extrémité avant de l'arbre 88, est monté, par cannelures, le tourillon d'extrémité 90 du rotor à basse pression 28 du compresseur, qu'entraîne ainsi le rotor à basse pression de la turbine.
Le rotor à basse pression du compresseur (fig. 3) comprend un certain nombre de disques 92 com- portant chacun une rangée d'aubes 94 à leur p6ri- phérie et comportant aussi chacun des bossages tu bulaires 96 sur leurs faces opposées,
bossages rece vant des boulons 98 qui les traversent et qui vien nent en prise bout à bout pour espacer les disques. Les bossages 96 sont tangents à une bride annulaire 99 (fig. 8) qui coopère avec la bride voisine du dis que adjacent pour former un manchon cylindrique s'étendant entre les disques adjacents.
Le tourillon 26 de l'extrémité d'amont du rotor de basse pression et le tourillon d'extrémité opposé 90 sont solidaires respectivement des disques 101 et 102, qui s'en- gagent entre les bossages 96 des disques de com presseur situés le plus à l'extérieur et les disques qui leur sont adjacents. Les périphéries des disques 101 et 102 sont percées de rangées d'ouvertures 103 donnant passage aux boulons 98.
Les rangées successives d'aubes 94 des disques 92 alternent avec des rangées d'aubes fixes 104 qui sont supportées et espacées axialement par des an neaux d'enveloppe 106 qui les entourent, ces anneaux étant disposés bout à bout et étant fixés l'un à l'au tre par des boulons 108.
Les aubes 104 sont montées par leur extrémité externe sur des plaques semi-an- nulaires 110 (fig. 6), chaque plaque comportant une bride 112 s'ajustant entre les brides voisines 114 et 116 des anneaux de l'enveloppe.
Chaque anneau 106 comporte un évidement 11'8 destiné à recevoir les plaques 110 portant les aubes, de telle manière que lorsque les aubes et les plaques ont été assemblées à l'intérieur des anneaux de l'enveloppe, la paroi interne de l'enveloppe qui délimite le parcours des gaz soit sensiblement unie ou lisse.
Les extrémités internes des aubes 104 du stator de chaque rangée sont reliées les unes aux autres par un anneau fendu 120 (fig. 7) auquel est égale ment fixé un organe d'étanchéité 122 comportant des brides espacées 124 qui s'étendent radialement vers l'intérieur et qui viennent en prise avec des re bords 126 faisant saillie latéralement sur les faces des disques 92.
Les rebords situés sur des côtés oppo sés de chaque disque 92 ne sont pas à l'alignement axial, afin d'obtenir l'équilibrage de la poussée to tale sur le rotor de compresseur 28.
Le tourillon 90 tourne dans un palier 128 porté par un flasque de .support 130 solidaire d'un an neau 132 -qui forme la paroi interne du conduit de section annulaire 134 entre la section basse pression du compresseur et la section haute pression de ce dernier.
L'anneau<B>132</B> est supporté à l'intérieur d'un anneau extérieur sensiblement parallèle 136 par des entretoises 138 creuses par lesquelles le lubrifiant ar rive au palier 128. L'anneau extérieur 136 est re lié à l'enveloppe du compresseur dont il forme le prolongement.
Le rotor à basse pression de la turbine compre nant les second et troisième étages de celle-ci qui entraïne le rotor à basse pression du compresseur est supporté par un palier 140 (fig. 5) placé en aval des disques de turbine. Le dernier disque de turbine 72 comporte une bride annulaire 141 sur laquelle est monté un tourillon 142. L'extrémité externe du tourillon 142 est supportée par le palier 140.
Ce dernier est monté dans un croisillon 144 dont la pé riphérie est reliée par cannelures en 146,à un an neau 148 supporté par la paroi intérieure du con duit d'échappement de section annulaire 150 de la turbine. La liaison à cannelures permet la dilatation radiale de l'anneau de support par rapport au croi- sillon.
Les trois paliers espacés 30, 128 et 140 suppor tent aussi le rotor à basse pression du compresseur et le rotor de turbine qui l'entraîne de façon que cet ensemble à basse pression puisse tourner indépen damment de l'ensemble rotatif à haute pression.
Le rotor à haute pression 152 du compresseur (fig. 3 et 4) est formé d'un certain nombre de dis ques distincts 154 comportant chacun à sa périphérie une rangée d'aubes 156. Les disques du rotor<B>152</B> sont assemblés de la même manière que ceux du ro tor à basse pression du compresseur, ces disques étant maintenus entre eux par des boulons 158 qui les traversent et fixent aussi les disques aux touril lons d'extrémité 160 et 162. Les aubes 156 des di vers étages alternent avec des rangées d'aubes fixes 164 qui sont fixées en place de manière analogue aux aubes 104 de la section à basse pression.
Les anneaux 166 de l'enveloppe de la section à haute pression forment un prolongement de l'enveloppe à basse pression et du manchon 136 et constituent la paroi externe du passage d'air à travers le compres- seur.
L'extrémité d'amont du rotor 152 est supportée par un palier<B>168</B> monté dans le flasque de support 130 qui porte le palier 128. A l'extrémité aval le ro tor 152 est supporté par un palier 170 qui est porté par un boîtier de palier 172. Ce boitier est maintenu en place par des bras 174 s'étendant radialement et à travers lesquels passent des arbres de commande 176, de dispositifs accessoires.
Les extrémités ex ternes des bras font corps avec un élément de diffu seur 178, cet élément s'étendant depuis l'extrémité de décharge du compresseur jusqu'aux chambres de com- bustion.
Un autre palier 180, placé au voisinage du dis que 68 du rotor de la turbine à haute pression sup porte un manchon d'entraînement 182 qui s'étend entre le disque 68 et le rotor 152 et qui relie ces élé ments. Le palier 180 est maintenu en place par un élément de bâti tronconique 184 s'étendant à par tir de l'élément de diffuseur 178, le palier étant mon té à l'intérieur d'un anneau de montage 186 sur le petit côté de l'élément ,tronconique.
Le manchon 182 est cannelé à son extrémité avant pour engrener avec des cannelures coopérantes 188 prévues sur le tourillon 162. Une roue dentée 190 est également montée à cannelures sur le man chon 182 au voisinage du palier 170 pour entraî ner des dispositifs accessoires. Le manchon 182 en toure l'arbre 88 et un palier 192 est disposé entre le manchon et l'arbre 88, en un point voisin du pa lier 170.
A son extrémité aval, le manchon 182 comporte une bride 194 s'étendant radialement (fig. 5), bride dont le bord extérieur est fixé, au moyen de boulons 196,à une bride 198 du disque de turbine 68. Le bord externe de la bride est relié à la partie restante de la bride 194 par une partie cylindrique flexible 195.
Les paliers 168, 170 et 180 supportent le rotor à haute pression 152 du compresseur, le ro tor de turbine à haute pression et le manchon de liai son 182, de manière telle que cet ensemble rotatif puisse être assemblé et essayé à l'intérieur de la structure de support sans qu'il soit nécessaire de monter l'ensemble rotatif à basse pression.
L'élément de diffuseur 178 consiste en un anneau extérieur 200..et un anneau intérieur 202, dont les extrémités amont sont maintenues espacées par des ailettes 204.
L'anneau extérieur 200 présente une bride 206 par laquelle le diffuseur est relié à l'extré mité aval de l'enveloppe du compresseur. Les an- neaux 200 et 202 divergent dans le sens de l'écou lement de l'air pour former le passage du diffuseur et l'élément de .support 184 est relié à l'extrémité aval de l'anneau intérieur 202.
Une enveloppe 208 entoure les chambres de combustion 209 et est reliée à son extrémité amont à l'extrémité aval de l'anneau 200, par des boulons 210. L'enveloppe 208 est formée de plusieurs éléments à brides reliés au moyen de boulons 212.
A une certaine distance radiale, vers l'intérieur, de l'enveloppe 208 se trouve un manchon 216 for mant la paroi intérieure et relié à son extrémité amont à l'anneau 202 et son extrémité aval à un anneau de support 218 (fig. 5) pour les extrémités internes des aubes directrices 76 du premier étage de turbine. Un écran thermique 220 garnit l'enve loppe 208 et un autre écran thermique 222 garnit le manchon 216,
ces deux écrans étant écartés de l'élément adjacent pour permettre le passage d'un courant d'air de refroidissement entre eux.
Dans l'espace de section annulaire ménagé entre l'enveloppe 208 et le manchon 216 sont placées les chambres de combustion 209 qui-comprennent des manchons coaxiaux 224 et 226 ouverts à leur extré mité amont pour recevoir le combustible provenant de tuyères 228 et convergeant vers l'extrémité d'aval pour former une ouverture de décharge annulaire plus petite 230 pour le gaz allant à la turbine.
Les aubes directrices de turbine (fig. 5) sont sup portées à partir de l'extrémité aval de l'enveloppe 208 par un anneau 232 maintenu à une extrémité, au moyen de boulons 234, sur l'enveloppe 208 ;
à l'ex trémité aval, l'anneau est boulonné sur la liaison à brides existant entre les aubes directrices des se cond et troisième étages de turbine. L'agencement de cet anneau est tel que l'enveloppe de la .turbine puisse se dilater sans cesser d'être à l'alignement des enveloppes du compresseur et des chambres de com bustion.
Des écrans thermiques 236 et 238 sont es- pacés et parallèles par rapport. à l'anneau 232. L'écran intérieur 238 est ouvert à son extrémité avant, à l'exception d'oreilles d'espacement 240 ménagées sur lui afin que l'air circulant, extérieure ment aux manchons 224 des chambres de combus tion, puisse s'écouler par des trous 242 de l'écran thermique 220 pour pénétrer dans l'espace situé en tre l'écran le plus interne 238 et l'écran 236.
La fixation de l'anneau 232 à l'enveloppe de la turbine entre les aubes directrices du .second et du troisième étage assure la présence d'un point de fixation relativement froid par rapport à la tempéra ture des aubes directrices du premier étage.
De plus, l'anneau 232 se comporte comme un joint entre l'en veloppe et la structure qui l'environne pour mainte nir, dans l'espace entourant les aubes directrices des premier et second étages, la pression, de décharge du compresseur, de manière que les pressions à l'in- térieur et à l'extérieur des anneaux portant les aubes directrices soient sensiblement équilibrées et que l'anneau d'aubes de premier étage ne soit pas soumis à des pressions déséquilibrées quelconques tendant à le faire éclater.
L'écoulement de l'air de refroidis sement se fait à partir de l'extrémité externe froide de l'anneau 232 vers l'extrémité intérieure chaude, ce qui fait que l'anneau peut s'adapter de lui-même par des échanges thermiques à la dilatation thermique de l'enveloppe.
L'écran 238 le plus interne porte, à son extrémité avant, un rebord 244 s'étendant vers l'intérieur, re bord dont l'extrémité interne est à l'alignement du courant aval de l'écran thermique 220, grâce à quoi le courant d'air de refroidissement est guidé entre les écrans de la turbine. Le bord interne du rebord 244 est légèrement espacé dans le sens axial de la paroi 246 pour former la paroi externe du conduit d'ad mission 248 à la turbine.
Cet espacement délimite un passage 250 par lequel l'air de refroidissement provenant des écrans s'écoule dans le conduit d'ad mission et se déplace le long de la surface interne de la paroi 246 pour empêcher la surchauffe.
L'écran le plus interne 238 est écarté de l'écran voisin 236, de manière que l'air de refroidissement s'écoule entre ces deux écrans. Cet air de refroidis sement s'échappant aux extrémités aval ouvertes des écrans est dirigé contre la surface externe, de l'en veloppe de la turbine, au voisinage du point de fixa- tion de l'anneau de support 232.A partir de ce point, l'air de refroidissement s'écoule vers l'avant, par dessus les anneaux de carter 80 et 78,
puis le long de la surface externe de la paroi 246 et pénètre dans le passage 250.
Pour empêcher la surchauffe des paliers 170 et 180 (fig. 4), de l'air de refroidissement provenant du compresseur circule dans la chambre limitée par la paroi interne 202 du diffuseur et aussi vers l'in térieur de l'organe de support tronconique 184. Ce dernier est percé de trous 252 par lesquels l'air froid s'écoule dans un espace 253 compris entre la paroi 216 et l'organe 184.
L'extrémité aval de cet espace est fermée par un diaphragme 254 qui comporte des tuyères 256 (fig. 5) montées sur lui pour guider l'air s'écoulant le long de l'espace de refroidissement contre le disque de turbine de premier étage au voisinage de sa périphérie. Le dernier disque du ro tor de compresseur à haute pression possède des bri des 258 espacées radialement dont chacune coopère avec des éléments d'étanchéité 260 portés par la pa roi 202 et qui règlent la quantité d'air comprimé s'échappant en ce
point pour être utilisé au re froidissement.
Les paliers 170 et 180 sont enfermés à l'inté rieur du support 172 et de l'anneau de montage 186, grâce à un manchon s'étendant entre l'anneau de montage et le support. Ce manchon 262 entoure l'arbre 88 et le manchon 182 pour délimiter une chambre 264 qui renferme les paliers et les réunit entre eux. La chambre 264 est fermée à son extré mité avant par un dispositif de joint 266 dont une partie est portée par une plaque-couvercle 268 pour l'extrémité amont de cette chambre. L'extrémité in térieure de la chambre est fermée par un dispositif de joint 270. Le manchon comporte une partie in térieure décalée 271 pour permettre la dilatation axiale.
Le lubrifiant est amené par un tube 274 logé dans un des bras 174 et par un tuyau de by-pass 276 reliant les paliers. La chambre 264 est évacuée par l'intermédiaire d'un conduit 278 relié à une pompe d'évacuation non représentée.
L'espace situé en amont du disque de premier étage de la turbine, entre le disque et le diaphragme 254, est fermé par le dispositif de joint 270, grâce à quoi il devient inutile de prévoir d'autres disposi tifs pour empêcher les fuites de fluide moteur à par tir de l'espace compris entre les aubes distributrices de premier étage et les aubes coopérantes du premier disque de turbine.
Entre les premier et second dis ques, toutefois, il est nécessaire d'empêcher les fuites autour de l'extrémité interne du diaphragme pour le distributeur de second étage. A cet effet, le distribu teur 81 du second étage, dont les aubes sont portées par l'anneau d'enveloppe 80, comporte un dia phragme 280 faisant saillie vers l'intérieur portant des rebords d'étanchéité 282 venant en contact avec des brides d'étanchéité 284 sur la face aval du disque du premier étage.
Un dispositif d'étanchéité semblable est prévu entre les second et troisième étages de turbine et comprend un diaphragme 285 situé à la périphérie interne du distributeur de troisième étage 83.
L a lubrification du palier 140 est assurée par un tuyau de lubrification 286 passant dans un tube- écran 288 s'étendant radialement, jusqu'à un boitier 290 entourant le palier 140. Ce boîtier est formé de deux parties, la partie aval 291 étant en forme de cuvette et fixée à la plaque 144. L'autre partie 292 se trouve sur le côté amont de la plaque 144 et porte à son extrémité amont, un organe d'étanchéité 293 entourant le tourillon 142 pour empêcher les fuites d'huile. L'huile est évacuée à partir de ce bditier par le tube 288.
Un second bditier 294 entoure le boi- tier 290 et a une forme semblable, son extrémité amont ouverte étant au voisinage de l'extrémité amont du bditier intérieur. L'air de balayage pénè tre par une entrée 296 et arrive au boîtier 294 par un conduit 298. Un tuyau d'évacuation 300, situé dans le conduit 298, assure l'évacuation du bditier in térieur 290. Les conduits 288 et 298 passent à tra vers -des bras creux 302 dans le conduit de section annulaire de décharge 150 de la turbine.
Du côté d'entrée du disque de turbine du pre mier étage des couvercles de protection 304 sont montés sur les extrémités des boulons de maintien 196 et des couvercles semblables 305 sont montés sur les extrémités des boulons de serrage 98 et 158 des rotors du compresseur. Chacun de cas couvercles a la forme d'un capuchon (fig. 10) qui recouvre l'ex trémité du boulon et l'écrou de serrage portés par celui-ci. Dans le cas des couvercles du compresseur, les bords du capuchon sont engagés entre des brides écartées 307 et 308 sur le disque de compresseur le plus extrême.
Les couvercles sont maintenus en place par des vis 310 se vissant dans les extrémités des boulons.
On peut mettre en marche le groupe décrit en mettant en marche l'ensemble rotatif à haute pres sion en laissant tourner l'ensemble rotatif à basse pression comme un moulin à vent par l'effet de l'écoulement de gaz à travers le groupe. L'ensemble rotatif à haute pression est mis en marche par un moteur 312 porté par un ,support auxiliaire 314 dans lequel tourne un arbre 316. L'arbre moteur 318 vient en prise avec des cannelures d'une extrémité de l'arbre 316, lequel porte une roue dentée 320 engrenant avec une roue dentée 322 montée sur l'un des arbres 176.
Certains des dispositifs accessoires sont comman dés à partir de l'ensemble rotatif à basse pression dont le tourillon 26 porte un pignon de commande 324 (fig. 2) engrenant avec une série de roues den tées 326 montées sur des arbres de commande 328 s'étendant radialement à travers les bras 37. Un de ces arbres peut commander des pompes d'évacuation et d'alimentation d'huile 330 (fig. 2).
Un autre des arbres de commande 328 (fig. 2 et 11) porte à son extrémité externe un tambour de frein 332 logé dans un carter 334 monté sur le manchon extérieur 36 de l'admission du compres seur.
Ce carter comporte un chapeau 336 qui sup porte une série de sabots de frein 338 normalement maintenus, par un ressort 340, hors de contact avec le tambour de frein et amené en contact avec ce tambour au moyen d'un tube 342 pouvant être gonflé. Le fluide pour dilater le tube est admis par un con duit 344, l'alimentation étant contrôlée par une soupape à commande manuelle 346.
Dans ces con ditions, lorsque le groupe est arrêté, le frein peut être mis en action pour empêcher l'ensemble rotatif à basse pression et l'hélice de tourner pendant que l'on fait démarrer le groupe, ou bien, quand ce der nier tourne à vide, on peut mettre l'hélice en dra peau et appliquer le frein afin d'arrêter la rotation de celle-ci et de l'ensemble rotatif à basse pression.