Brevet FR2108014A1 — publié le 19720512

La présente invention se rapporte aux moteurs à turbine à gaz, communément appelés "moteurs à turbine", et concerne plus particulièrement les;moteurs de ce genre utilisés pour la propulsion de certains véhicules spéciaux. Depuis de nombreuses années, les moteurs à turbine sont largement utilisés 5 pour la propulsion des avions. A cette fin, on a étudié et conçu des moteurs ayant une aire frontale minimale. Ceci a pour but de diminuer les traînées aérodynamiques parasites dues au moteur lui-même. Pour donner iau. moteur une aire frontale réduite, on a été amené à monter les accessoires de façon qu'ils entourent le capot du compresseur du moteur, qui est généralement cylindique. 10 Bien que cette disposition soit extrêmement avantageuse dans les avions, elle est à l'origine d'un certain nombre de difficultés quand on l'adopte sur les véhicules de surface. En effet, les véhicules de surface sont souvent conçus de telle sorte que l'accessibilité du moteur est. extrêmement limitée. Ceci oblige, avec les moteurs à turbine classiques, de déposer tout le moteur, 15 même s'il ne s'agit que de remplacer un composant d'importance secondaire. Un exemple extrême d'accessibilité limitée peut être trouve dans l'utilisation des turbines à gaz pour la propulsion des chars de combat ou d'assaut. D'une manière générale, deux facteurs ont une importance primordiale dans la conception d'un char. En premier lieu, son réservoir à carburant doit..avoir 20 une capacité maximale afin d'augmenter au maximum son rayon d'action. En second lieu, le moteur utilisé pour la propulsion du véhicule doit être protégé au maximum. Pour atteindre ces deux objectifs, les ingénieurs, ont été amenés à flanquer le moteur de réservoirs de carburant, le rendant ainsi inaccessible par les côtés. De plus, le moteur est presque entièrement couvert par une 25 plaque d'acier. Avec une telle disposition, il est presque impossible d'assurer l'entretien des accessoires nécessaires à, la marche du moteur;et? le moindre remplacement de pièces exige une dépose complète du moteur. La présente invention élimine les difficultés ci-dessus en réalisant un moteur à turbine comportant une boîte à engrenages qui s'étend des deux côtés 30 de celui-ci et qui comporte une surface supérieure de montage pratiquement horizontale. Une roue dentée d'entrée est entraînée par le rotor du moteur à turbine. Un train d'engrenages, ayant chacun un axe"de rotation vertical,.est entraîné par la roue d'entrée. Un moyen est prévu pour monter de façon détachable des accessoires sur cette surface horizontale de façon à établir une 35 liaison cinématique avec les roues. Ceci permet aux accessoires d'être maintenus sur la surface horizontale par gravité pendant le montage ou la dépose. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en référence au dessin annexé, dans lequel : La figure 1 est une vue longitudinale, partiellement en coupe, d'une 40 turbine à gaz conforme à la présente invention ; 71 15394 2 2108014 La figure 2 est une vue en plan, à une échelle légèrement réduite, du moteur de la figure 1 ; La figure 3 est une vue de face du moteur de la figure 2, prise suivant la ligne 3-3 de cette figure ; 5 La figure 4 est une vue partielle à grande échelle du moteur de la figure 1 illustrant la liaison entre la boîte de vitesses et le moteur ; La figure 5 est une vue agrandie de la boîte de vitesses, prise suivant la ligne 5-5 de la figure 1 ; La figure 6 est une coupe partielle suivant la ligne 6-6 de la figure 5 ; 10 et, La figure 7 est une coupe partielle suivant la ligne 7-7 de la figure 5. En se référant à la figure 1, on voit un moteur à turbine 10. Le moteur à turbine 10 est utilisé dans un compartiment 12 qui n'est accessible que verticalement. Le moteur 10 comporte un capot d'admission 14. Le capot 14 15 présente un orifice d'admission vertical 16 (voir figure 1) et un orifice d'évacuation vertical 58. Le capot 14 est convenablement fixé au capot 20 du compresseur du moteur 10. Le capot 20 renferme deux rotors 21, 22, garnis d'aubes qui reçoivent l'air du capot d'admission 14 et le compriment avant de le refouler à travers un diffuseur annulaire radial 24 placé dans le capot 28 20 de l'appareil de combustion. L'air du diffuseur 24 est éjecté dans un échangeur de chaleur, désigné en son entier par la référence 26. L'échangeur de chaleur 26 représenté ici est du type de celui qui est décrit dans le brevet américain n° 3 424 240. En résumé, l'échangeur de chaleur du brevet ci-dessus comporte une série de 25 plaques circulaires empilées, percées àu centre d'ouvertures circulaires. Ces plaques sont ondulées, de sorte que l'air du diffuseur 24 traverse les ouvertures axiales 25 et suit une trajectoire sinueuse dans l'échangeur, pour sortir finalement par un orifice axial 27 à l'intérieur du capot 28 de l'appareil de combustion. Les gaz d'échappement chauds de l'échangeur de chaleur du 30 conduit de sortie 30 de la turbine gagnent, à travers des canaux radiaux, l'extérieur de l'échangeur. L'échangeur 26 est entouré d'un capot semi-cylindrique 56 ayant une sortie 58 dirigée verticalement (voir figure 1). L'air comprimé qui pénètre à l'intérieur du capot 28 traverse les ouvertures 32 d'un appareil de combustion 34 (figure 3). Un-carburant est injecté 35 dans l'appareil 34 par une tuyère 36 et le mélange résultant est allumé pour produire un courant de gaz de propulsion. L'appareil de combustion 34, qui est du type tangentiel, est relié à une bâche'dé sortie 38. La bâche 38 comporte une sortie annulaire 40 qui injecte les gaz chauds dans la tuyère-d'admission 42 de la turbine ^ Le's gaz chauds ainsi injectés traversent = une première roue 40 de turbine 43 garnie d'aubes qui entraîne le rotor 22 du compresseur au moyen 71 15394 3 2108014 d'un arbre 45. De là, les gaz traversent une seconde roue de turbine à aubes 44 qui entraîne le rotor 21 du compresseur au moyen d'un arbre 46. Les gaz chauds traversent ensuite des disques garnis d'aubes 48 et un conduit 30 pour gagner le récupérateur 26. Des disques 48 sont reliés par un arbre 50 et un 5 train d'engrenages 51 à un arbre de sortie 52 qui entraîne la transmission 54 d'un véhicule. Comme le montre la figure 2, le moteur à turbine 10 comporte un certain nombre d'accessoires qui sont nécessaires à son fonctionnement en tant qu'unité autonome. C'est ainsi qu'une unité 57 reçoit du carburant d'une source appro* 10 priée et le pressurise avant qu'il soit délivré, de façon contrôlée, par un conduit 59 à la tuyère 36. Un démarreur primaire 61 et un démarreur de secours 63 sont prévus pour faire tourner le rotor 22 à une vitesse suffisante pour permettre d'amorcer et d'entretenir la combustion dans l'appareil 34. Un dispositif 65 pressurise le lubrifiant destiné à être délivré aux paliers dans 15 lesquels les composants rotatifs du moteur 10 tourillonnent. De plus, le moteur 10 peut fournir l'énergie nécessaire au fonctionnement de certains accessoires remplissant une fonction auxiliaire dans le véhicule qu'il propulse. Ces accessoires sont une pompe hydraulique 67 et un alternateur ou une dynamo 69. Ces accessoires sont montés sur une boîte 60 qui comprend un capot 20 inférieur 62 s'étendant latéralement de la face inférieure du capot 20 du compresseur. La boîte d'engrenages 60 comporte un couvercle 64 qui est vissé au capot inférieur 62. Comme le montre la figure 4, une roue d'entrée 66 est montée à rotation dans la boîte 60 au moyen de roulements 68 et 70, montés respectivement dans 25 des capots 62 et 64. Un alésage 72 prévu à l'intérieur de la roue 66 comporte une partie inférieure cannelée 74 qui reçoit l'extrémité cannelée 76 d'un arbre d'entrée 78. L'arbre 78 est retenu dans l'alésage 72 par une goupille 77. L'extrémité supérieure de l'arbre 78 est reçue librement dans un alésage 80 conduisant à une cavité supérieure 82 du couvercle 64. L'arbre 78 comporte une 30 partie supérieure élargie 84 ayant des cannelures internes 86. Les cannelures 86 sont adaptées à s'enfiler sur les cannelures externes 88 de l'arbre de sortie 90 d'un accessoire du moteur. L'arbre de sortie 90 est monté à rotation au moyen d'un roulement 92 monté dans le capot 20 du compresseur. Un pignon conique 94 de l'extrémité de l'arbre 90 engrène avec un pignon conique corres-35 pondant 96 du rotor 22 du compresseur. Un mouvement radial limité entre la partie cannelée 88 de l'arbre 90 et la partie cannelée 74 de la roue dentée 66 est rendu possible en augmentant légèrement les tolérances d'ajustage des cannelures 74, 76 et 86, 88. L'intérieur de la boîte 60 est relié aux régions des paliers du moteur 40 10 de façon à réaliser un circuit de lubrification commun. A cette fin, une 71 15394 4 2108014 série d'orifices 98 sont placés près de l'arbre de sortie 90 et conduisent à une chambre 100 voisine de la jonction entre le couvercle 64 et le capot 20 du compresseur. La chambre 100 est reliée avec la chambre 82 correspondante du couvercle 64 de la boîte d'engrenages 60. Un joint approprié 102, qui peut 5 glisser axialement, est prévu entre les chambres. Des orifices 103 conduisent de la chambre 82 à l'intérieur de la boîte d'engrenages 60. Comme le montre notamment la figure 5, une roue 66 à denture droite constitue la roue d'entrée d'un train d'engrenages monté à rotation, par des moyens appropriés, sur des axes verticaux, dans la boîte 60. Ce train d'engrenages 10 comprend des roues dentées libres 104 qui transmettent l'énergie de la roue d'entrée 66 à deux roues d'entraînement 106 et 108 actionnant respectivement la pompe hydraulique 67 et l'alternateur 69. Une roue supplémentaire 110 engrène avec une roue 111 montée sur la roue d'entraînement 106 et entraîne les roues dentées d'entrée 112 et 114 de la pompe à huile 65 et du dispositif 15 de pressurisation et de distribution de carburant 57. Une autre roue dentée libre 104 engrène avec une roue 108 entraînant l'alternateur 69 et transmet l'énergie à des roues d'entrée 118 et 120 entraînant respectivement le démarreur primaire 61 et le démarreur auxiliaire 62. Les roues d'entraînement d'accessoires 106, 108, 118, 114 et 120 compor-20 tent des ouvertures cannelées 122 adaptées à recevoir les cannelures d'entrée des accessoires correspondants. Comme le montre la figure 7, une plaque de montage circulaire 124 entoure l'ouverture cannelée 122 de la roue dentée 106. Une série de goujons 126 est placée autour de la plaque de montage 124. Une cavité 125, ayant un bord exté-25 rieur biseauté, est formée entre la plaque 124 et l'ouverture cannelée 122. La cavité 125 et les goujons 126 forment respectivement des guides pour une base 127 et des ouvertures 133 prévues dans une bride 134 de l'accessoire 69. Un arbre d'entrée cannelé 127 pour l'accessoire 69 est reçu dans les cannelures 122 quand la bride 134 bute contre la plaque de montage 124. Des écrous 129 30 sont vissés sur les goujons 126 pour permettre de monter l'accessoire 69 sur la boîte 60 de façon rapidement détachable. Les roues dentées 108, 118, 120 et 144 comportent aussi des plaques de montage 128 et des cavités sur lesquelles les accessoires correspondants sont montés de façon détachable au moyen de vis, ou de goujons et d'écrous. On a 35 jugé inutile de procéder à une description détaillée de ces composants puisque leur montage est identique à celui de la roue dentée 106, qui vient d'être décrit en détail ci-dessus. Une plaque de montage 136 entoure une ouverture 138 près de la roue 110. Comme le montre notamment la figure 6, la pompe à huile 65 est adaptée à être 40 fixée de façon détachable sur la plaque 136 par des vis 140. La roue d'entraî- 71 15394 5 2108014 . nement 112 de la pompe 65 comporte une denture droite adaptée à engréner avec la roue 110 et à être déplacée axialement par rapport à cette dernière-, de sorte que la pompe 65 peut être enlevée verticalement, tout entière, de la boîte 60. Un ensemble d'admission 144 est placé dans un renfoncement 146 du 5 capot inférieur 62 de façon à produire un réservoir pour la boîte d'engrenages 60. Sur la figure 5, on voit que l'extrémité postérieure de la boîte d'engrenages 60 est montée sur le moteur au moyen de deux oreille-s espacées 150 formées sur la partie inférieure du capot 28 de l'appareil de combustion. Les 10 oreilles 150 reçoivent des goujons 152 disposés latéralement par rapport à l'axe de rotation du moteur 10. Les goujons 152 sont reçus dans des. ouvertures formées dans des bossages espacés 154 du couvercle 64 de la boîte d'engrenages. Des goujons 152 sont retenus dans les bossages 154 de façon à pouvoir être facilement enlevés. Une série de bossages espacés 156 et 158 sont prévus res-15 pectivement sur le capot 28 de l'appareil de combustion et sur le couvercle 64 de la boîte d'engrenages et permettent de positionner latéralement la partie centrale de la boîte d'engrenages 60. L'intervalle entre les oreilles 150 et les bossages 154 est suffisant pour permettre la dilatation des parties externes du capot dé l'appareil de combustion, 20 Comme le montrent les figures 4 et 5, l'extrémité antérieure de la boîte d'engrenages 60 est montée sur le moteur au moyen d'un goujon 160 qui est reçu à glissement dans des ouvertures axiales 162 formées dans, une fente latérale 164 de la partie antérieure du couvercle, 64 de la boîte d'engrenages. Le goujon 160 est interposé entre des supports de montage 166 et une plaque^de. montage 168 25 du capot 20 du compresseur au moyen de vis 170. Une gorge 165 formée.-dans -le goujon 160 permet à celui-ci d'être bloqué axialement par une vis 170. Entre les supports 166 et la fente 164, on a prévu un jeu suffisant pour permettre Un déplacement axial de la partie antérieure du couvercle .64 par rapport à la plaque de montage 168. 30 Pendant le fonctionnement du moteur 10, le capot 20 du compresseur et la boîte d'engrenages 60 peuvent se dilater différemment. Le montage de la partie postérieure de la boîte d'engrenages 60 permet une dilatation latérale libre • des parties extérieures de celle-ci par rapport au capot 28 de l'appareil de combustion, tout en maintenant cette partie postérieure ;dans une-position 35 axiale invariable. Le montage de l'extrémité antérieure de la boîte 60 permet une dilatation libre en avant et en arrière^ tout en fixant la position latérale de la boîte 60 par rapport au capot 2(J 4u compresseur. Le positionnement des bossages 156 et 158 limite le mouvement latéral de la partie centrale de l'extrémité postérieure de ,\a boîte- d '^engrenages 60 en réduisant 40 les contraintes de flexion s' exerçant-sur • l,e goujon =162, Grâce-à cette dispo 71 15394 6 210.8014 sition, la boîte d'engrenages 60 peut se dilater librement par rapport au moteur 10, tout en réduisant à un minimum le développement des contraintes. Etant donné que la partie postérieure de la boîte d'engrenages 60 occupe une position axiale fixe, tout en pouvant se déplacer axialement par rapport à la 5 roue d'entrée 66, on conçoit que lraxe de la roue 66 peut se déplacer légèrement par rapport à celui de l'arbre de sortie 90. Lorsqu'une légère dilatation se produit^ elle est absorbée par un arbre creux 78. Le montage et la dépose de la boîte d'engrenages 60 sur le moteur 10 sont grandement facilités par les dispositions ci-dessus du fait que les oreilles 10 150 et les bossages 154, quand les goujons 152 sont en place, forment des charnières qui permettent à la partie antérieure de la boîte d'engrenages 60 d'être tournée vers le bas pour l'amener en position à l'extrémité antérieure du capot 20 du compresseur. La partie antérieure est montée simplement en introduisant le goujon 160 dans les trous 162 et en serrant les vis 170 pour 15 fixer le goujon 160 en place dans la plaque de montage 168. Du fait que les plaques de montage des accessoires sont disposées horizontalement, ces accessoires peuvent être facilement mis en place sur celles-ci par un opérateur et peuvent y être simplement maintenus par gravité pendant le montage. Ceci facilite considérablement la dépose et le montage des acces-20 soires lorsqu'on ne peut accéder au moteur que verticalement, comme c'est le cas dans un char. De plus, l'appareil de combustion tangentiel 34 comporte 'un chapeau d'extrémité 35 qui s'ouvre vers le haut, de sorte qu'il peut être enlevé, permettant ainsi d'inspecter tout l'intérieur de l'appareil 34 sans enlever le moteur du véhicule. De plus, les conduits d'admission et d'évacua-25 tion 16 et 58, qui sont orientés verticalement, permettent de loger le moteur dans un espace très limité. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple de réalisation représenté et décrit, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. 71 15394 7 2108014 REVENDICATIONS 1.- Moteur à turbine comportant un capot extérieur annulaire, avec au moins un rotor monté à rotation autour d'un axe horizontal, et une boîte d'engrenages, caractérisé en ce que la boîte d'engrenages comprend un capot 5 s'étendant des deux côtés du moteur et ayant un couvercle supérieur horizontal, une roue dentée d'entrée montée à rotation dans ledit capot et des moyens pour entraîner cette roue d'entrée à partir du rotor, un certain nombre de roues dentées entraînées par la roue d'entrée et montées dans la boîte de façon à tourner autour d'un axe vertical, et des moyens pour monter, de façon déta-10 chable, des accessoires sur le couvercle horizontal afin d'établir une liaison cinématique avec lesdites roues, de manière que les accessoires soient maintenus sur ladite surface horizontale par gravité pendant leur montage. 2.- Moteur à turbine selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour monter la boîte d'engrenages sur le moteur 15 de manière que le moteur et la boîte puissent se dilater indépendamment l'un de 1'autre. 3.- Moteur à turbine selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de montage comprennent deux liaisons de montage placées à l'extrémité postérieure de ladite boîte pour la retenir par rapport au moteur dans 20 le sens vertical et dans le sens axial seulement, permettant ainsi un mouvement latéral limité, et une troisième liaison de montage éloignée de la première pour permettre seulement un mouvement vertical et axial par rapport au moteur. 4.- Moteur à turbine selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites liaisons de montage postérieures comprennent des goujons disposés 25 latéralement qui supportent l'extrémité postérieure de la boîte et sont adaptés à être reçus dans des ouvertures latérales d'un point de montage du moteur, la troisième liaison de montage comprenant un goujon disposé suivant la direction antérieure et postérieure et qui s'engage dans une ouverture antérieure et postérieure de la boîte, ledit goujon étant adapté à être fixé par rapport au 30 moteur. 5.- Moteur à turbine selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour limiter la flexion latérale de la partie centrale de son extrémité postérieure. 6.- Moteur à turbine selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 35 moyens pour monter de façon détachable lesdits accessoires sur le couvercle horizontal comprennent des roues s'entraînement cannelées intérieurement placées pour recevoir l'arbre d'entrée cannelé extérieurement d'un accessoire, une plaque de montage, et un certain nombre de goujons entourant ledit arbre cannelé de façon à former un guide pour les accessoires montés sur ladite 40 surface horizontale. 71 15394 8 2108014 7. - Moteur à turbine selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pompe adaptée à fournir un lubrifiant auxdites roues d'accessoires, une ouverture dans le couvercle horizontal au-dessus de laquelle la pompe est placée et un réservoir en ligne avec ladite ouverture, et des 5 moyens pour monter de façon détachable ladite pompe sur le couvercle de manière que cette pompe puisse être placée dans le réservoir pour établir une liaison cinématique avec le train d'engrenages et puisse être enlevée par ladite ouverture du couvercle horizontal. 8.- Moteur à turbine selon la revendication 7, caractérisé en ce que 10 les moyens de montage détachables comprennent des roues à denture droite sur la pompe et le train d'engrenages, qui engrènertde telle sorte que la pompe est entraînée quand elle est placée dans le réservoir, ladite pompe pouvant être enlevée verticalement de ce dernier. 9.- Moteur à turbine selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 15 comprend en outre à l'une des extrémités du rotor, un compresseur pour produire de l'air comprimé et, à l'autre extrémité du rotor, une turbine destinée à être actionnée par un courant de fluide, et un appareil de combustion tangen-tiel recevant l'air comprimé du compresseur pour décharger un courant de fluide moteur dans la turbine, ledit appareil tangentiel comportant une enveloppe 20 " cylindrique perforée et une tuyère placées de manière qu'elles soient directement accessibles à partir de la partie supérieure du capot. 10. - Moteur à turbine selon la revendication 9, caractérisé en ce que le compresseur est un compresseur axial et en ce que le moteur comporte en outre une chambre d'entrée semi-circulaire à l'extrémité d'entrée du compresseur et 25 un conduit d'admission vertical. 11.- Moteur à turbine selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un échangeur de chaleur annulaire pour recevoir les gaz d'échappement de la turbine et du compresseur et une chambre semi-cylindrique entourant ledit échangeur de chaleur annulaire et ayant un conduit d'échap- 30 pement orienté verticalement.