Brevet FR2005633A1 — publié le 19691212

i 2005633 La présente invention se rapporte à des perfectionnements apportés aux turbines et plus particulièrement, mais sans pour autant y être limitée, aux turbines, du type à action, telles que les turbines hydrauliques à action. 5 Dans les turbines à action connues, il est d'usage de fournir l'eau aux augets ou aux pales du rotor par des jets fixes, l'eau sortant des jets à une vitesse relativement élevée pour venir frapper les augets ou les pales afin d'imprimer un mouvement de rotation au rotor de la turbine par variation 10 de l'orientation ou de la vitesse du jet d'eau. Comme exemple de turbines à action, on peut citer la roue Pelton, la turbine à action Girard et la roue à action Turgo, la première mentionnée utilisant des aubes en forme d'augets et les autres des aubes en forme de pales. ' 15 Avec les turbines fonctionnant selon ce principe, il est clair que la seule force motrice disponible est celle du rotor de là turbine elle-même, ce qui, nécessairement limite le rendement de la turbine. De plus, une seule opération, telle, par exemple, que l'entraînement d'un rotor de ventilateur ' 20 peut être réalisée par la turbine, puisque celle-ci ne comporte qu'un seul arbre de sortie. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients mentionnés et de créer une turbine perfectionnée simple, capable d'entraîner des rotors de ventilateur, contra-rotatifs en amélio-25 frant le rendement énergie motrice-énergie transmise au gaz. Selon une caractéristique de l'invention, la turbine comporte dès jets tournant librement autour d'un axe commun. Selon une autre caractéristique, la turbine comporte un rotor auquel est associée une série.de jets, le rotor et la série de '30 jets pouvant tourner librement l'un par rapport à l'autre et en sens opposé. Le rotor et la série de jets sont de préférence solidaires de deux arbres concentriques ou montés coaxialement bout à bout, de sorte que lorsque le fluide projeté par les 35 jets contre les augets ou les pales du rotor fait tourner ce dernier dans le sens de l'éjection du fluide, les jets sont animés par réaction d'une rotation en sens contraire. Les deux arbres concentriques ou coaxiaux tournent alors en sens inverse. 69 10268 2 Î20Û5633 Le phénomène de la contra-rotation des arbres actionnés par une source motrice communepeut, de toute évidence, être exploité de différentes manières et à diverses' fins. C'est ainsi, par exemple, que deux rotors de ventilateur peuvent 5 être accouplés l'un derrière l'autre, un à chaque arbre et entraînés en sens opposé. Lors du fonctionnement de la turbine selon l'invention, les rotors des ventilateurs sont animés d'une rotation en sens contraire par une seule source d'énergie.laturbine permet donc d'etirer parti des propriétés avantageuses connues des ventila-10 teurs contra-rotatifs coopérants. En variante, chaque arbre peut être accouplé par un engrenage à un arbre de sortie commun, afin d'assurer un. entraînement unidirectionnel conjoint de celui-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 15 ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel : - la figure 1 est une coupe d'une turbine conforme à l'invention constituant l'unique source motrice entraînant deux 20 ventilateurs contra-rotatifs logés dans une gaine commune ; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 d'une variante de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 d'une seconde variante de réalisation ; et ' 25 - la figure 4 est une coupe d'une troisième variante de réalisation de la turbine de l'invention, appliquée à l'entraînement d'un unique arbre de sortie. La figure 1 montre un arbre vertical 1, comportant une partie supérieure la et une partie inférieure lb, qui est monté 30 de façon à tourner librement dans des paliers espacés 2, 3 portés respectivement par des supports appropriés 2a et J>a, 1*extrémité inférieure la portant une série de buses ou de jets radiaux 4 d'une turbine à action A par lesquels de l'eau ou un autre fluide approprié est éjecté sous pression. Ce fluide est. amené aux 35 jets 4 à travers la partie creuse lb de l'arbre 1 située au-dessous des jets 4. Un rotor de ventilateur 5 est fixé près de l'extrémité supérieure de la partis la de 18 arbre 1. La partie la de l'arbre est entourée concentriquement par un arbre creux 6 porté 69 10268 5 2005633 par des paliers d'extrémité 7» 8 de façon à pouvoir tourner librement par rapport à l'arbre la. Près de l'extrémité inférieure de l'arbre creux 6 est monté le rotor 9 de la turbine A, rotor dont les aubes 10 sont placées sur la trajectoire 5 du fluide sortant des jets 4» L'arbre creux 6 est plus court que l'arbre la autour duquel il est concentriquement disposé et porte près de son extrémité supérieure un rotor de ventilateur 11 qui est placé derrière le premier dans une gaine 12. Le second rotor 11 est fixé sur l'arbre 6 et tourne ainsi 10 dans le même sens que le rotor de turbine 9 autour de l'arbre central la portant les jets. Les Jets 4 sont montés de manière que le fuide soit éjecté tangentiellement par rapport à l'axe de l'arbre la. On comprend aisément que l'éjection de fluide par 15 les jets 4 de la turbine applique à ces derniers une réaction qui entraîne l'arbre 1 suivant une direction opposée à la direction d'éjection du fluide, tandis que le fluide éjecté qui frappe les aubes 10 du rotor 9 fait tourner ce dernier dans le sens d'éjection du fluide qui le frappe. En consé-20 quence„ les deux arbres concentriques 1 et 6 sont entraînés en sens opposés, de sorte que les rotors de ventilateur 5 et 11, montés respectivement sur ces arbres, tournent en sens inverse dans la gairie 12. La variante de réalisation de la figure? 2 est analogue 25 au mode de réalisation de la figure 1, sauf que l'arbre la, lb portant les jets n'est pas supporté séparément dans des paliers espacés 2 et 3, comme sur la figure 1, mais est supporté en même temps que l'arbre creux 6 qui l'entoure dans une enveloppe de support commune 13 dans laquelle sont montés des paliers 30 espacés 14, 15 maintenant l'arbre 6. Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, les jets 4 sont alimentés en fluide par l'arbre creux lb qui est lui-même alimenté à travers un joint rotatif lç_ par une conduite d'arrivée Id. L'agencement représenté sur la figure 3 diffère des 35 modes de réalisation des figures 1 et 2 uniquement en ce que l'arbre extérieur 6 portant le rotor et l'arbre intérieur 1 portant les jets sont montés sur un axe fixe de support 16 solidaire d'un socle non représenté. L'arbre 6 qui porte le 6 4 2005633 rotor 9 est monté sur des paliers 7 et 8.entourant l'arbre 1, qui porte les jets 4 et qui est lui-même maintenu par des paliers 17, 18 portés par le support fixe 16. Les arbres rotatifs 1 et 6 sont montés sur l'axe de support 16, dont la partie inférieure 5 16a, située sous la turbine A, est creuse pour permettre le passage du fluide d'alimentation des jets 4 par une ouverture l6b dans ledit axe 16. Pour le reste, la construction est la même que sur les figures précédentes. Pour empêcher le fluide d'actionnement de s'échapper autrement que par les jets 4, 10 des joints lç. sont prévus entre l'arbre 1 et le support 16. La figure 4 montre une autre variante de réalisation dàns laquelle des arbres contra-rotatifs portant le rotor et les jets d'une turbine sont utilisés pour produireun entraînement unidirectionnel d'un arbre de sortie unique. Dans cet agencement, les 15 jets 19 de la turbine A sont montés à l'une des extrémités d'un arbre 20 qui est monté à rotation dans des paliers 21, 22 d'une enveloppe 23 et qui portera son extrémité opposée, un pignon 24. L'arbre 20 comporte une partie creuse 20a permettant le passage du fluide d'actionnement sous pression vers les jets 20 à partir d'une alimentation 25 à travers une garniture d'étan-chéité 25a et une ouverture 20b percée dans, l'arbre 20. Le pignon 24 est accouplé à un pignon 26, monté près de l'une des extrémités d'un arbre de transmission 27, au moyen d'un pignon intermédiaire 28 porté par un arbre 29 monté libre en rotation 25 dans une enveloppe 30, ce qui fait que l'arbre de transmission tourne dans la même direction que l'arbre 20 portant les jets. L'arbre de transmission 27 est monté dans des paliers 31 logés dans une enveloppe 32. Un second arbre 33 est monté coaxialement à l'arbre 20 30 et porte le rotor 34 de la turbine A dont les aubes 35 coopèrent avec les jets 19 disposés à l'extrémité de l'arbre 20. L'arbre 33 est monté dans des paliers 36, 37 logés dans une enveloppe 38 et porte, à son extrémité opposée* un pignon 39 qui engrène avec un pignon 40 porté par l'arbre de 35 transmission 27. La rotation de l'arbre 33, qui résulte de l'impact du fluide issu des jets 19 contre ses aubes 35, fait ainsi tourner l'arbre de transmission 27 dans la direction opposée, c'est-à-dire dans la même direction que l'arbre 20 portant les Jets. De cette manière, toute la puissance de sortie de la tur t. 69 10268 5 2005633 bine A est transmise à l'arbre de transmission 27. Le cas échéant, les deux arbres de la turbine pourraient être montés concentriquement au lieu d'être placés bout à bôtit comme représenté. 5 Des essais ont montré qu'une turbine conforme à l'in vention a un rendement très supérieur à une turbine normale à jets fixes. C'est ainsi, par exemple, que lorsqu'une turbine normale à jets fixes a un rendement de 50 %, une turbine conforme à l'invention ayant un aubage identique présente un ren-10 dement d'au moins 60$. De même, un rendement de 70 % peut être élevé à au moins 8l % dans une turbine conforme à l'invention. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux exemples représentés et décrits, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. 15 C'est ainsi, par exemple, que lorsqu'on utilise la turbine de l'invention pour entraîner un seul arbre de transmission, les arbres portant le rotor et les jets n'ont pas besoin d'être disposés vraiment coaxialement, comme décrit, une certaine excentricité de montage pouvant être tolérée. De 20 plus, une turbine ayant des arbres concentriques pourrait être utilisée, le cas échéant, pour entraîner le même arbre de sortie au lieu de la disposition coaxiale décrite ci-dessus. La turbine perfectionnée selon 11 invention peut être réalisée avec les mêmesmatériaux que ceux actuellement utilisés 25 pour la fabrication des turbines, la matière particulière adoptée dépendant, dans une large mesure, de l'application à laquelle la turbine est destinée. Bien qu'une turbine conforme à l'invention puisse être avantageusement utilisée dans un grand nombre d'applications 30 pour lesquelles on utilise des turbines connues, une telle turbine est particulièrement avantageuse pour entraîner les rotors de ventilateurs contra-rotatifs des tours de refroidissement à eau ou des échangeurs de chaleur refroidis par air. 69 10268 6 2005633 REVENDICATIONS 1 - Turbine, notamment du type hydraulique à action, caractérisée en ce qu'elle comporte des buses d'éjection de fluide d'actionnement pouvant tourner librement autour d'un axe commun. 5 2 - Turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce que son rotor est associé auxdites buses d'éjection, de manière que leurs arbres respectifs soient indépendants et puissent tourner simultanément en sens opposé. 3 - Turbine selon la revendication 2, caractérisée 10 en ce que le fluide éjecté provoque, d'une part,la rotation des buses en sens inverse de l'éjection, par réaction et, d'autre part, la rotation du rotor dans le sens de l'éjection du fluide, par action. 4 - Turbine selon la revendication 3, caractérisée 15 en ce les arbres sont montés concentriquement l'un dans l'autre ou coaxialement bout à bout. 5 - Turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rotor est porté par un arbre creux concentrique et indépendant en rotation d'un arbre 20 intérieur qui porte la série de buses. 6 - Turbine selon la revendication 5> caractérisée en ce que l'arbre intérieur portant les buses a, de préférence, une longueur supérieure à celle de l'arbre extérieur creux pat?-tant le rotor et porte également un rotor de ventilateur sur 25 sa partie saillante. 7 - Turbine selon les revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que l'arbre creux portant le rotor porte également un rotor de ventilateur coopérant avec le premier rotor à l'intérieur d'une gaine ou d'une enveloppe commune. 30 8 - Turbine selon les revendications 5 à 7, caracté risée en ce que les deux arbres sont accouplés par un train d'engrenages approprié à un arbre de sortie commun, de façon à produire un entraînement unidirectionnel de cet arbre.