Turbine centripète à gaz ou à vapeur La présente invention a pour objet une turbine cen tripète à gaz ou à vapeur, dont le rotor présente des aubes à extrémité extérieure libre.
La turbine selon l'invention est caractérisée en ce que les passages entre les aubes présentent des sections orthogonales par rapport à l'intersection de la surface de révolution engendrée par la ligne médiane entre les parois latérales de ces passages diminuant le long de cette intersection de l'entrée à la sortie plus rapidement au commencement et plus lentement ensuite que la dimi nution moyenne de section.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la turbine faisant l'objet de la pré sente invention.
La fig. I est une vue en coupe axiale, montrant la turbine associée à une enveloppe et à d'autres parties d'un turbocompresseur.
La fig. 2 est une vue composée partielle du rotor de turbine, la partie supérieure de cette figure étant une vue en perspective du côté droit ou de sortie de la tur bine, 1a partie inférieure à gauche de la figure montrant une coupe par la ligne 2A-2A de la fig. 1, et la partie inférieure droite montrant une coupe par la ligne 2B-2B de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue développée de la projection du rotor de turbine sur un cylindre coaxial à celui-ci.
Une partie rigide d'une enveloppe supportant des efforts est formée par des pièces moulées dont l'une est indiquée en 2 à la fig. 1 et fournit un palier gauche (non représenté). L'autre pièce moulée est indiquée en 6 et présente venue de fabrication avec elle, une cage 8 du palier de droite. Cette pièce 6 a la forme d'un croisillon fixé à la pièce 2 par des boulons 10. Un cylindre 12 en tôle présente une bride annulaire 16 serrée entre les pièces 2 et 6 et supporte un organe annulaire 14 égale ment en tôle, maintenu en place par des vis 18.
Le cylin dre 12 est forcé sur un élément cylindrique de section annulaire 20 en céramique dans lequel est retenu (par une cheville non représentée) un manchon 22 également en céramique ou autre matière réfractaire, ce remplis sage étant en deux parties simplement pour faciliter l'assemblage. Le frettage du cylindre 12 sur l'élément de remplissage 20 soumet celui-ci à une compression. La matière de remplissage en céramique résiste à une forte compression mais ne résiste pas à une traction, et la disposition assure l'étanchéité en dépit des grandes dif férences de coefficients de dilatation thermique du cylin dre et de la matière de remplissage, toute possibilité d'effort de traction dans la céramique étant éliminée par sa précontrainte en compression.
L'élément 20 présente un espace annulaire 24 dépourvu d'aubes pour l'alimen- taion de gaz d'entraînement à partir du moteur ou autre source de gaz à l'aubage de turbine, des tuyères (non représentées) étant prévues pour diriger les gaz d'entraî nement tangentiellement dans cet espace 24 à une vitesse élevée.
Les gaz d'entraînement de la turbine peuvent provenir d'un moteur sous forme de pulsations intermit tentes, mais en prévoyant une partie radiale importante dans l'espace 24 entre les tuyères et les bords d'entrée des aubes de turbine, les gaz se mettent à tourner en spirale à l'intérieur et un tourbillon apparait automati quement pour diminuer les pulsations aux bords d'entrée des aubes de turbine.
L'élément de remplissage 20 et l'organe annulaire 14 forment entre eux un diffuseur annulaire 32 dépourvu d'aubes, destiné à recevoir les gaz quittant le rotor. Le diffuseur fournit aux gaz une composante d'écoulement dirigée radialement vers l'extérieur et évacue ces gaz à travers un conduit qui les amène au point d'échappe ment désiré.
Le rotor de turbine 56 venu de fabrication avec un arbre 58 porte des aubes 57.
La fig. 3 montre comment sont disposées les parois 122 et 124 d'un passage entre deux aubes. Les bords d'attaque sont épais circonférentiellement et bulbeux comme indiqué en 120, les parois 122 et 124 des aubes convergent vers un bord de fuite 126 qui peut être arrondi pour fournir un tracé d'écoulement continu. Pour que la construction soit légère, l'intérieur de chaque aube est creux comme représenté en 128. On a en outre cons taté qu'en s'écartant légèrement de la forme théorique les parois minces s'étendant de la partie du bord d'entrée bulbeux 120 vers l'endroit d'évacuation peuvent être presque radiales.
Les passages entre les aubes ont des sections ortho gonales par rapport à l'intersection de la surface de révolution engendrée par la ligne médiane de la section axiale du passage et la surface médiane entre les parois latérales de ces passages diminuent le long de cette inter section de l'entrée à la sortie plus rapidement au com mencement et plus lentement ensuite que la diminution moyenne de section.
Les bords d'entrée bulbeux 120 des aubes forment des arcs convexes par rapport à l'axe de rotation qui peuvent être façonnés de manière à se conformer à des surfaces dont le métal adjacent à ces bords d'entrée n'est pratiquement soumis qu'à la tension mais pas à des efforts de flexion dus aux forces centrifuges. Les espaces creux 128 à l'intérieur des aubes sont ouverts à l'espace prévu entre les aubes et l'enveloppe. Ces espaces 128 sont en communication avec un espace annulaire entou rant l'arbre 58 par l'intermédiaire de passages individuels 130 pour recevoir de l'air de refroidissement provenant d'un compresseur.
Dans la turbine décrite il est avantageux de prévoir moins d'aubes (mais plus épaisses), car la surface totale de frottement est considérablement réduite.
Centripetal Gas or Steam Turbine The present invention relates to a cen tripet gas or steam turbine, the rotor of which has vanes with a free outer end.
The turbine according to the invention is characterized in that the passages between the blades have sections orthogonal with respect to the intersection of the surface of revolution generated by the center line between the side walls of these passages decreasing along this intersection of entry to exit faster at the start and slower thereafter than the average section decrease.
The accompanying drawing shows, by way of example, an embodiment of the turbine forming the subject of the present invention.
Fig. I is an axial sectional view, showing the turbine associated with a casing and other parts of a turbocharger.
Fig. 2 is a partial composite view of the turbine rotor, the upper part of this figure being a perspective view of the right or outlet side of the turbine, the lower part on the left of the figure showing a section through the line 2A-2A of fig. 1, and the lower right part showing a section through the line 2B-2B of FIG. 1.
Fig. 3 is a developed view of the projection of the turbine rotor onto a cylinder coaxial therewith.
A rigid part of an envelope supporting forces is formed by molded parts, one of which is indicated at 2 in FIG. 1 and provides a left bearing (not shown). The other molded part is indicated at 6 and has, when produced with it, a cage 8 of the right bearing. This part 6 has the shape of a spider fixed to part 2 by bolts 10. A sheet metal cylinder 12 has an annular flange 16 clamped between parts 2 and 6 and supports an annular member 14 also made of sheet metal, held in place. place by screws 18.
The cylinder 12 is forced onto a cylindrical element 20 of ceramic annular section in which is retained (by a plug not shown) a sleeve 22 also of ceramic or other refractory material, this filling being in two parts simply to facilitate the assembly. The shrinking of the cylinder 12 on the filling element 20 subjects the latter to compression. The ceramic filler material resists high compression but does not resist tensile strength, and the arrangement provides a seal despite the large dif ferences in coefficients of thermal expansion of the cylinder and the filler material, any possibility of 'tensile stress in the ceramic being eliminated by its compression preload.
Element 20 has an annular space 24 devoid of vanes for supplying drive gas from the engine or other gas source to the turbine blade, nozzles (not shown) being provided to direct. the entraining gases tangentially in this space 24 at a high speed.
The turbine drive gases can come from an engine in the form of intermittent pulsations, but by providing a large radial portion in the space 24 between the nozzles and the inlet edges of the turbine blades, the gases are spiral inside and a vortex automatically appears to decrease the pulsations at the inlet edges of the turbine blades.
The filling element 20 and the annular member 14 form between them an annular diffuser 32 without blades, intended to receive the gases leaving the rotor. The diffuser provides the gases with a radially outward directed flow component and discharges these gases through a conduit which brings them to the desired point of escape.
The turbine rotor 56 produced with a shaft 58 carries vanes 57.
Fig. 3 shows how the walls 122 and 124 of a passage between two blades are arranged. The leading edges are circumferentially thick and bulbous as indicated at 120, the walls 122 and 124 of the vanes converge to a trailing edge 126 which can be rounded to provide a continuous flow path. For the construction to be light, the interior of each blade is hollow as shown at 128. It was further found that by deviating slightly from the theoretical shape the thin walls extending from the edge portion of the blade. bulbous inlet 120 to the discharge location may be almost radial.
The passages between the blades have sections orthogonal to the intersection of the surface of revolution generated by the median line of the axial section of the passage and the median surface between the side walls of these passages decreases along this intersection from entry to exit faster at start and slower thereafter than the average section reduction.
The bulbous inlet edges 120 of the vanes form arcs convex to the axis of rotation which can be shaped to conform to surfaces of which the metal adjacent to these inlet edges is substantially subjected only to. to tension but not to bending forces due to centrifugal forces. The hollow spaces 128 inside the blades are open to the space provided between the blades and the casing. These spaces 128 are in communication with an annular space surrounding the shaft 58 via individual passages 130 for receiving cooling air from a compressor.
In the turbine described, it is advantageous to provide fewer blades (but thicker), because the total friction surface is considerably reduced.