Brevet FR2224654A1 — publié le 19741031

La présente invention concerne la construction des machines à turbine et plus particulièrement les turbocompresseurs. L'invention peut être utilisée avec succès dans les turbocompresseurs pour la suralimentation des moteurs à combustion interne. On connaît des turbocompresseurs pour la suralimentation des moteurs à combustion interne. Un type de turbocompresseur connu comporte un carter dans lequel se trouve une roue du compresseur, un carter d'admission de gaz pour l'amenée du gaz chaud à une roue de turbine, cette dernière étant montée sur un arbre qui est le même que celui de la roue de compresseur. Le turbocompresseur possède également un carter refroidi pour l'avacuation des-gaz d'échappement de la turbine. Dans un tel compresseur une grande partie de la chaleur des gaz chauds est transmise à travers les parois du carter d'évacuation des gaz d'échappement au fluide de refroidissement, Pour cette raison, l'installation, dans laquelle est monté un moteur à combustion interne comportant un tel turbocompresseur, doit être dotée d'échangeurs de chaleur de dimensions appropriées pour assurer le refroidissement du fluide de refroidissement, tel que de l'eau par exemple. Dans la plupart des cas ces échangeurs de chaleur présentent un encombrement important, ce qui rend difficile leur montage et leur implantation dans certaines installations de dimensions réduites, par exemple sur les locomotives diesel. L'invention se rapporte à la mise'au point d'un turbocompresseur du type décrit ci-dessus, dans lequel le carter refroidi pour l'avacuation des gaz d'échappement de la turbine soit réalisé de manière à diminuer la quantité de chaleur transmise au fluide refroidissant ce carter. Le problème posé est résolu du fait, que le turbocompresseur comportant un carter renfermant une roue de compresseur, un carter d'admission des gaz pour l'amenée des gaz chauds à une roue de turbine, montée sur le même arbre que la roue de compresseur, et un carter refroidi pour l'avacuation des gaz d'échapper.ent de la turbine, selon l'invention, à l'intérieur du carter refroidi pour l'évacuation des gaz d'achappement de la turbine, est installé un écran qui protège la surface intérieure du carter contre l'Schauffement par les gaz d'échappement, de telle manière, qu'entre la surface intérieure du carter et la surface extérieure de l'écran soit formée une cavité de calorifugeage. En conséquence, la transmission de la chaleur des gaz chauds d'échappement de la turbine, qui remplissent le carter refroidi, au fluide de refroidissement diminue sensiblement, ce qui permet de réduire respectivement les dimensions de l'échangeur de chaleur, qui vsert refroidi le fluide refroidissant les parois du carter refroidi. En outre, la température des parois extérieures du carter d'évacuation des gaz d'échappement de la turbine diminue, ce qui permet la construction du corps en alliage légers. La cavité de calorifugeage doit être étanche. Il est avantageux de réaliser l'écran de protection thermique de façon qu'il soit amovible, afin de pouvoir le remplacer facilement lorsqu'il est brillé. Le turbocompresseur réalisé selon l'invention, prévu pour la suralimentation des moteurs à combustion interne permet d'accroftre la puissance des moteurs de 1s5 à J fois. Le taux de compression dans le compresseur atteint 4,0 et le débit de 2,7 à 10 Bg/s, Les turbocompresseurs selon l'invention peuvent être utilisés pour les moteurs à pression moyenne efficace atteignant jusqu'à 25 kg7cm2 et une puissance allant jusqu'à 7000 chevaux. Le rendement du turbocompresseur est égal à 60fui. La masse du turbocompresseur va de 270 à 400 kg en fonction de la dimension type.L'utilisation d'un écran de protection contre la chaleur installé à l'intérieur du carter refroidi pour l'évacuation des gaz d'échappement de la turbine permet de réduire de 1,8 fois la transmission de la chaleur au fluide de refroidissement (l'eau), ce qui donne 35 500 kcal:h au lieu de 64 000 Ecal/h dans un carter dépourvu d'écran de protection contre la chaleur. D'autres buts et avantages de la présente invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins donnés en annexe qui représentent : - la figure 1, le schéma d'un turbocompresseur, selon l'invention, en coupe longitudinale - la figure 2, la fixation de l'écran sur les parois intérieures du carter, selon l'invention, à une échelle agrandie - la figure 3, une vue selon la flèche l de la figure 1. Le turbocompresseur comprend un carter 1 de compresseur (figure 1), à l'intérieur duquel se trouve une roue de compresseur 2, un carter 3 d'admission des gaz pour l'amenée des gaz chauds à une roue de turbine 4. la roue de turbine 4 est installée sur un arbre 5 qui et le même que celui de la roue de compresseur 2. En plus, le turbocompresseur comporte un carter refroidi 6 pour l'évacuation des gaz d'échappement de la turbine. En amont de la roue de turbine 4 suivant le sens du flux de gaz sur une collerette du carter de réception des gaz 3 sont installées des tuyères 7 qui servent à diriger le flux des gaz chauds sur la roue de turbine 4. A l'intérieur du carter refroidi 6, pour protéger sa surface intérieure contre l'échauffement par les gaz d'échappement, est installé un écran de protection contre la chaleur 8 de manière à former entre la surface intérieure du carter 6 et la surface extérieure de l'écran 8 une cavité étanche de calorifugeage 9. L'écran de protection contre la chaleur 8 possède deux ouvertures circulaires 10 pour le passage de l'arbre 5 et un trou 11 de section rectangulaire pour l'avacuation des gaz d'échapperent de la turbine. L'écran 8 est réalisé de manière qu'il soit amovible. Sur le périmètre des ouvertures circulaires 10 l'écran de protection contre la chaleur 8 est doté de douilles annulaires 12 dans lesquelles se trouvent des garnitures d'étahchéité 13, constituées par un bourrage en matériau maléable résistant à ls chaleur, par exemple, un cordon en amiante graphitée Sur le périmètre du trou 11 pour l'évacuation des gaz d'échappement, l'écran de protection contre-la chaleur 8 est doté d'une bride 14 (figure 2), qui se trouve un peu plus bas que le bord supérieur de l'écran 8. Sur la bride 14 entre la paroi extérieure de l'écran 8 et la paroi intérieure du carter 6 se trouve une garniture d'étanchéité 15. La garniture d'étanchéité 15 est serrée contre la bride 14, contre les parois extérieures de l'écran 8 et les parois intérietires du carter 6 par un cadre dé serrage 16.Le cadre de serrage 16 est disposé sur le périmètre de la garniture d'étanchéité 15 et possède une plaque transversale 17 (figure 3). L'écran 8 est doté d'une plaque transversale 18. La plaque 17 du cadre 16 est serrée avec des boulons 19 contre la plaque 18 de l'écran 8. Le serrage des garnitures d'étanchéité 13 contre la paroi intérieure du carter 6 est réalisé au moyen d'un ajustement serré de l'écran 8 dans le corps 6 sur les garnitures d'étanchéité 13. La cavité de calorifugeage 9 est rendue étanche grâce aux garnitures 15 et 13. Le turbocompresseur fonctionne de la manière suivante. Les gaz d'échappement venant du moteur à combustion interne (non représenté sur le dessin) à travers les ouvertures d'entrée (non représentées sur le dessin) du carter d'admission des gaz 3 (figure 1) arrivent aux tuyères 7, qui dirigent le flux des gaz chauds vers la roue de turbine 4. Les gaz d'échappement sortant de la turbine pénètrent dans la cavité du carter 6 protégé par l'écran de protection contre la chaleur 8 et à travers le trou d'évacuation 11 sortent du turbocompresseur. La température deaiarois de l'écran de protection contre la chaleur 8 est proche de la température du gaz. La cavité de calorifugeage 9 se trouvant entre la surface extérieure de l'écran 8 et la surface intérieure 6, et dont l'étanchéité est assurée par les garnitures 13 et 15, réduit sensiblement la transmission de la chaleur au fluide refroidissant le carter 6, qui est par exemple de l'eau. Une telle réalisation du turbocompresseur permet de réduire de 1,8 fois environ le dégagement vers le fluide refroidissant le carter 6 de la chaleur du carter 6 lors de l'évacuation des gaz d'échappement de la turbine, ce qui, à son tour, permet de réduire respectivement l'encombrement de l'échangeur de chaleur de l'installation sur laquelle est installé le moteur à combustion interne équipé du turbocompresseur proposé. En outre, une telle réalisation permet de diminuer la température des parois du carter pour l'évacuation des gaz d'échappement de la turbine, ce qui permet de le coaliser en alliages légers. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été -donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituants des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Turbocompresseur comportant un carter de compresseur, à l'intérieur duquel se trouve une roue de compresseur, un carter d'admission des gaz pour l'amenée des gaz chauds à une roue de turbine, montée sur un arbre qui est le même que celui de la roue de compresseur, et un carter refroidi pour l'évacuation des gaz d'échappement de la turbine, caractérisé en ce qu'à l'intérieur du carter refroidi est installé un écran de protection contre l'échauffement par les gaz d'échappement de la surface intérieure du carter de manière à former une cavité de calorifugeage entre la surface intérieure du carter et la surface extérieure de l'écran. 2. Turbocompresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cavité est sensiblement étanche. 3. Turbocompresseur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit écran est monté de façon amovible.