Brevet FR2055780A1 — publié le 19710430

è$ 28154 1 2055780 La présente invention est relative à une turbine à gaz qui comporte un distributeur à pas variable. Il est connu de réaliser une turbine à gaz comportant, d'une part un arbre primaire sur lequel sont calées la x-ou® d'un com-5 presseur centrifuge et la roue d'une turbine à haute pression, et d'autre part un arbre secondaire ou arbre de puissance sur lequel sont calées une ou plusieurs roues de turbine à basse pression. Entre la roue haute pression et la ou les roues basse pression, se trouve un distributeur muni d'aubages fixes. Cette structure 10 connue est décrite par exemple dans la demande de brevet français n° PV Rhône 50 19^, déposée le 8 Juillet 1968 au nom de la présente Demanderesse, Société Anonyme : "HENNES MARREL". Ce système donne satisfaction sur des turbine s à gaz tournant à régime et à charge pratiquement constants. Cependant, des 15 inconvénients apparaissent si l'on se propose d'utiliser une .telle turbine à des vitesses et à des charges variables, par exemple si l'on désire équiper un camion t"Et aute "véhicule automobile. En effet, il est alors utile, d'une part améliorer le rendement aux charges partielles, d'autre part ds déduire le 20 temps de démarrage de la machine, et enfin d'assurer 'Uiï effet de frein moteur sur le véhicule. La présente invention a pour but de parvonir' & résultat en réalisant une turbine à gaz d'un, type perfectionné3 spécialement étudiée pour entraîner an camion eu ua véîiiôule o.îrsc/aobile c 25 Une turbine à gaz selon 15 invention ceiaprsad un ûls-SributEa:. annulaire logé entre la roue de turbine haute pression d'un arbre primaire et la roue de terbizio aasae pzsssioa cïiixx arbre secondaire, et elle est caractérisée en c® que chaque ailette du distributeur, disposée radiai«ment autour de 1-axe central de la 30 machine, peut tourner autour d'un axe radial et est sranie à cet effet d'un pignon placé à l'extérieur du distributeur, tous ces pignons engrenant sur une couronne dentée périphérique t coaxiale à l'axe d'ensemble de la turbine, dont la rotation dans un sens ou dans l'autre est commandée par des moyens sioteurs» Ces moyens 35 moteurs comprennent préférafelement un vérin à double effet qui est relié par une bielle ai'ticulée à une patte ds la couronne dentée. Ce vérin est avantageusement constitué par un piston susceptible de se déplacer dana un cylindre, dans un sens sous la poussée d'un fluide comprimé et en sens opposé souk l'effet de itO rappel d'un ressort, la pression du fluide de commando vérin BAD original ' 69 28154 2 2055780 étant modulée à partir d'un régulateur* fîe régulateur peut être, soit à commande manuelle » soit à eossu&nil© automatique, soit enfin à commande mixte <> Le dessin annexé, donné à titre ciJ axsœple non limitatif, 5 permettra d® mieux comprendre les caractéristiques de 1*invention. F:lg. 1 est une vus ©a coupe suivant X-I (fig. 2) d*"une turbine à gaz selon 1 ' inventio:a. Fig. 2 est ims coupe suivant IÏ-XI (fig. 1). Fig. 3 et k montrent un détail de la fig. 2. 10 Fig. 5 esc une coups schématique suivant V—V (fig. 2). Fig. 6 est une vue développée illustrant 1*orientation des aubages mobiles du distributeur pendant la phase de démarrage de la turbine. Fig. 7 est une vue analogue correspondant au régime de 15 puissance maxima. Fig. 8 illustre le atone tiosin-csiBant sa frein notear, Q±i a représenté sur las dessins ili.srositi? selon. 1 ' invention qui équipe une turbine à gaz dont la structure générale est analogue à celle qui a déjà été décrite éase la demande de'brevet 2C français a* 69 -155 ^9 déposée le 22 Mai. 19^9 au ncm de la présente Eeiaandaresse . Société 'dite % ' a£®Hîœr? ïMiWliL*". Cette turbine comprend essentiellea«nt ïas compresseur centrifuge 1 et une roue à astfces haute pressifi 5 ±c.lés sur un aime ar»> tes 3S tandis qu'une pçae à anîws Ssas/sf pression constitue la 25 rets© puissance qui satreîne 1*arbre is&'t-rss: de sorti® 5 par l'intermédiaire d'un démultiplicateur 6* à. i*avant, l'arfere 3 du groupe générateur entraîne les organes d*«n bcîti@r de mécanismes 7. Lfadmission d1 air ataospfeériqne s*effectue par des ouïes latérales 8 alors que les gaz d*échappement sont refoulés vers 30 18atmosphère par deux ouïes 9 tournée® vers l'arriéré. Deux échangeurs thermiques rotatifs ï£ cent "intercalés respectivement s - sur le circuit de l'air d'afeicei-ôn (flèches tî) refoulé par le coEprssssur ! vors lss chaasferss dé combustion '12 "5 35 - sur le trajet das gaz d8i* ch^ppcccnt (flèches t3) ren voyés après la rons ds puissance 4 on 5±r«»«> tissa des ouïes -d1échappement 9 « Entre la roue ûe turbin© hatit© px'sssiss. 2 et la roue basse pression à da la turbine d© puissance, 011 liiiarcale 'an. distribu-%G tser rn.it cosstit^c .â3cb.jet clv la préseat-i tion. ^ BAD ORIGINAL 69 28154 3 205578Ô Ce distributeur comprend immédiatement en aval de la roue haute pression 2, des bras 14 qui supportent l'élément cylindrique intérieur 55 > prévu pour assurer la continuité de la veine. Ensuite, en aval de ces bras 1k, on dispose un groupe 5 d'aubages 16 qui présentent la particularité d'être orientables. Ainsi, les gaz sortant de la roue haute pression 2 passent entre les bras 14, puis traversent la couronne d'aubages 16 avant d'attaquer la roue de puissance 4. Les aubages orientables 16 sont répartis radialement autour 10 de l'axe général 15 de la machine. Ils sont tous identiques entre eux et équidistants. Par exemple, on peut utiliser dix-huit aubages 16, étant bien entendu que ce chiffre reste purement indicatif. A son extrémité radiale extérieure, chaque aubage 16 est 15 solidaire d'un tourillon 17 surmonté par un axe 18. Sur l'extrémité libre de cet axe 18, on cale un pignon denté 19» La base 20 et le sommet 21 de chaque aubage 16 sont usinés suivant un profil sphérique de façon à assurer, soit le contact, soit un jeu minimum avec les pièces fixes qui les entourent, à 20 savoir un carter annulaire interne 22 et un carter annulaire extérieur 23» Ainsi, l'étanchéité est assurée quelle que soit la position angulaire des aubages 16 et de leurs tourillons 17» Le tourillon 17 tourne dans un palier fixe 2k tandis qu'une bague 25 constitue un autre palier dans lequel tourne l'axe 18. 25 Les bagues 2k et 25 sont logées à l'intérieur d'une cheminée fixe 26, Le passage du tourillon 17 à l'axe 18 de plus petit diamètre s'effectue au niveau d'un épaulement 27 sur lequel prend appui une rondelle 28» Cette dernière reçoit la poussée d'un ressort 30 de compression hélicoïdal dont l'extrémité opposée est en butée sur la douille 25. Cette dernière est immobilisée dans le sens axial par un circlip 30 qui équipe le sommet de la cheminée 26. Ainsi, le ressort 18 logé entre les deux bagues de guidage 2k et 25 assure le contact de la base 20 de 1'aubage 16 avec la partie 35 sphérique fixe 22. Cet effort de contact se trouve augmenté pendant le fonctionnement de la turbine, sous l'effet de la pression agissant en bout de l'axe 18 (fig. 4, flèche 31)» étant donné que l'enceinte annulaire 32 qui entoure le distributeur 1k, 16 est en liaison avec la pression de refoulement du compresseur kO 1 (fig. 1 et 2). 69 28154 4 205578Ô Ce contact 20, 22 à la base de 1'aubage 16 est favorable à la tenue de cet aubage et évite l'apparition de vibrations. Les pignons 19 sont préférablement à denture conique et ils engrènent tous sur une même couronne dentée 33 qui entoure le 5 distributeur 16» Le guidage de cette couronne dentée 33 est assuré par deux chemins de roulement à billes ou à rouleaux 34 et 35. La couronne 33 comporte une patte latérale 36 (fig. 5) sur laquelle on articule par un axe 37 l'une des extrémités d'une 10 bielle d'attelage 38. A son extrémité opposée, cette bielle est reliée par un axe d'articulation 39 à la tige coulissante 40 d'un vérin. Ce vérin comprend un piston 41 solidaire de la tige 40, qui coulisse à l'intérieur d'un cylindre fixe 42. Entre le fond supérieur 43 du cylindre 42 et le piston 41, on loge un 15 ressort de compression 44. De l'autre côté du piston, c'est-à-dire vers le fond inférieur 45» se trouve définie une chambre à volume variable 46 qui reçoit par des moyens connus non représentés, l'huile du circuit de régulation de la turbine. En ce qui concerne les bras fixes 14, ils sont réalisés sui-20 vant un profil transversal 47 illustré sur la fig. 3» chacun d'eux étant creux, c'est-à-dire traversé sur toute sa longueur par des canaux 48 où circule de l'air de refroidissement. Le fonctionnement est le suivant : Selon qu'on envoie la pression dans la chambre 46 du vérin 25 41, 42 ou bien au contraire qu'on laisse le piston 41 revenir sous la poussée du ressort 44, on comprend qu'on provoque la rotation de la couronne dentée 33 dans un sens ou dans l'autre (fig. 5» flèche double 49), Ce mouvement de rotation est transmis simultanément à tous les pignons 191 si bien que tous les auba— 30 ges 16 tournent en même temps du même angle. Lorsque ces aubages occupent l'orientation illustrée sur la fig. 6, ils offrent aux gaz qui s'échappent du groupe générateur (flèche 50), la section de passage maxima. On augmente donc le taux de détente de la turbine haute pression 2. Cette position 35 correspond au régime de démarrage de la turbine, ou encore à son régime de ralenti. Lorsque par rotation des axes 18 on amène les aubages 16 à la. position, illustrée sur la fig. 7 (flèches 51)» la machine se trouve à son régime de puissance maxima, le groupe moteur 4 étant 40 lui-même à la vitesse nominale. 69 28154 5 205578Ô Lorsqu*enfin par rotation en sens inverse (flèches 52) on amène les aubages 16 à la position illustrée sur la fig, 8, les gaz qui proviennent du distributeur fixe 14 ©t sont admis dans le sens de la flèche 50 se trouvent déviés vers l'arrière et 5 sortent suivant la direction des flèches 53• Ils tendent donc à s'opposer à la rotation de la roue basse pression k qui se dépla ce suivant la direction de la flèche 5^* La turbine assure donc un fonctionnement en frein moteur. En définitive, on voit que le cLispositif selon l'invention 10 utilisant un distributeur à ailettes 16 orientables, présente le avantages suivants i — diminution du temps de démarrage de la machine ; — atténuation de la pointe de température d'admission pendant la phase de lancement ; 15 — diminution de la température au régime ralenti et, jpar conséquent, réduction de la consouanatierî à co régis® 5 — diminution de la consommatïcci atu ciiai'gc ^ pcrtielles — effet de frein moteur par inversion du jet de gaz4 Il est intéressant de remarquer que les \;rois pro^iors do 20 ces avantages sont semblables à ceux qu'il qs'c conae d'obtenir à l'aide de soupapes de by—pass du genre da celles qui, sont décrites dans la demande de brevet français PV DtïiSn© GC'7 déposée le 8 Novembre 1968 au nom de la présent© Demanderesse, Société dite : "BENNES MAKREL*. Par conséquent, il n9ess plus né-25 cessaire de prévoir ces soupapes de by—pass sur une tK.rbd.ne à gaz comportant le distributeur à aubes orientables selon la présente invention* bk 2Ô154 6 205578Ô R ï Y 1 S î ï C i T I C K S 1- Turbine à gas comprenant un distributeur annulaire logé entre la rcmc de turbins à haute pressisn d'an arbre primaire et 5 la roue de turbine basse prsssioa dsîœ arbre secondaire, caractérisé® en ce que chaque ailett® du distribntsur, disposée ra~ dialenent autour de l'axe central de la machin®, peut tourner autour d'an axe radial ©t est sranie à eet effet d'un pignon placé à l'extérieur du distributeur, tous ces pignons engrenant sur 10 une couronne dentée périphérique, coaziale à l'axe d'ensemble de la turbin®, dont la rotation dans un sens ou dans l'autre est commandée par des moyens moteurs* 2» Turbin» à gaz suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens moteurs de la couronne dentée comprennent un 15 vérin à double effet qui est relié p&.x: une bielle articulée à une pott.s latérale de cette couronne 3- Turbine à gaz suivant les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le vérin est constitué par un piston mobile dans •an cylindre «t soumis, sur- une face L poussée â!œi ressort dm 20 rappel » sur 15 autre face à la poussée d-an fluide comprimé dos S «s module à volonté la pression» h— Turbine à gaz suivant les x»s*5-a5idx%ïat;i«>as 1 S et 3» caractérisée en ce que la pression du flui&s -lu vérin est modulée par une cciumand» manuelle» 85 S™ Turbine à gaz suivant les revendications 1, 2 et 3» oarac térisée en ce que la pression du fluide du vérin est modulée auio-mati-.pisiaent par 11 iateî^ldiairt d'un régulateur» 6— Turbine à gaz suivant la rev«mdicaSien 1, caractérisée an c© qb« chaque ailott© du distributeur oo»psrà sa base ©t à son 30 sommet un profil terminai spfeérâqpe placé -n r«gard d'un profil cerrespondant sur les pièces fi—es enTlrannantas• 7»» Turbine à gaz suivant les ra-rendi-eafcioas t et 5s caractérisée en ce que efeacju© ailetts du dlst.r-lbutour est solidaire d*un tourillon prolonge par un as© -i© pi«io f sJLbA a diamètre sur lequel 35 est calé le p-ig&on de ecaraand^e S- Turbine à gas suivant l®s x-£-Tv-s;d.t cations 1, 5 »t 6, caractérisée en es qoa driis bagase da guidage fixes - logées à l'intérieur d*us.e clisr'radiale fis», servent de pallsrs ra sp®e tivsssnt au toaîâl îoe c l*a*.l«tte» hO h jas miTarj-n les mvrÂiimt:' 69 2S154 7 2055780 caractérisée en ce qu'autour de l'axe de l'ailette, on place un ressort de compression hélicoïdal logé entre les deux bagues et prenant appui, d'une part sous la bague la plus proche du pignon, d'autre part sur une rondelle posée sur l'apaulement de transi— 5 tion entre l'axe et le tourillon. 10- Turbine à gaz suivant les revendications 1 et 5i caractérisée en ce que le guidage de la couronne dentée est assuré par deux chemins de roulement. 11- Turbine à gaz suivant les revendications 1, 2 et 10, ca-10 ractérisée en ce que les deux chemins de roulement de la couronne dentée soht placés, l'un à l'intérieur de cette couronne, l'autre derrière sa face plane qui est opposée à celle de la denture.