Brevet FR2227429A1 — publié le 19741122

L'invent-on concerne une turbomachine, en particulier une turbine à gaz froid, comprenant une bâche destinée au guidage du fluide et enveloppant un poste de conversion énergie à au moins une roue mobi3e, ainsi qu'un canal axial central de guidage du fluide circulant au poste de conversion d'énergie. Ia banche connue en spirale de guidage du fluide d'une turbomachine a de grandes dimensions radiales en comparaison avec le poste de conversion d'énergie qu'elle renferne. Lorsque le fluide balayant le poste de conversion d'énergie est à une temperature notablement inférieure à celle des autres éléments de la machine, un flux important de chaleur se propage de ces éléments vers le poste de conversion d'énergie. Le réchauffement du fluide qui en résulte représente une diminution du rendement de 1' installation dans laquelle la turbomachine est montée. L'invention a pour objet une turbomachine du type mentionné, dans laquelle le flux gênant de chaleur est notablement réduit, mais qui offre les mêmes avantages aérodynamiques qu'une machine à bâche en spirale. Selon nne particularfte essentielle de l'inven~ tion, la paroi extérieure de la bâche délimite une chambre coaxiale au canal central et dont l'extrémité opposée à celle à laquelle se trouve le poste de conversion d'énergie comporte au moins une tubulure d'arrivée du fluide sur ce poste ou de départ de fluide de ce poste. Les cotes exterieures de la bâche etant faibles par rapport à celles de la source de conversion d'énergie, la quantité de chaleur qui se dirige de l'environnement sur ce poste est faible et donc le fluide s'échauffe peu. Ia bâche est de préférence cylindrique, mais peut aussi être conique vers le poste de conversion d'énergie. Une section conique se prolongeant par une section cylindrique peut aussi se raccorder à ltex.trémité de la bache située à l'opposé du poste de conversion d'énergie. Dans ce dernier cas ainsi que dans celui de la banche conique, cette bâche a l'avantage d'offrir une grande surface de raccord à la tubulure. La tubulure d'arrivee ou de départ du fluide peut avantageusement inscrire un angle avec la bâche et etre orientée vers le poste de conversion d'énergie. Cette tubulure débouche de préférence tangentiellement dans la bâche. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'e emples non limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une eoupe axiale schématique d'une turbomachine selon l'invention la figure 2 est une coupe transversale selon la ligne II - Il de la figure 1 la figure 3 est une coupe axiale d'une variante de réai.isation ; la figure 4 est une coupe transversale selon la ligne IV - IV de la figure 3 la figure 5 est une coupe axiale d'une autre variante de réalisation ; et la figure 6 est une coupe transversale selon la ligne VI - VI de la figure 5. La figure 1 représente une turbine à gaz froid comprenant une roue directrice 1 et une roue mobile 2. Les roues directrice et mobile forment ensemble un poste 3 de conversion d'énergie. la roue mobile 2 est calée sur un arbre 4. La charge, par exemple celle d'un dispositif de freinage ou d'un compresseur, s'exerce à l'autre extrémité (non représentée) de cet arbre. Le fluide froid comprimé de travail de la turbine pénètre par des tubulures 5 et 6 dans la bâche 7 par laquelle il se dirige sur la roue directrice 1 et la roue mobile 2 du poste 3 de conversion d'énergie. Le fluide de travail détendu quitte ce poste par un canal central 8. Ce dernier est formé d'un tube 9 dans lequel un diffuseur 10 est fixé. la paroi extérieure il du canal 8 forme avec la paroi extérieure 12 de la boche 7 une chambre annulaire cylindrique 13.Les tubulures 5 et 6 comportent un tronçon cylindrique 15 (figure 2) qui se prolonge par l'intermédiaire d'un élément 16 de transit on en un elément tubulaire 17. Ce dernier a une section applatie, par exemple rectangulaire ou fortement ovale et son embouchure 18 aboutit dans la bâche 7. Le grand axe de la section applatie de cet élément tubulaire est sensiblement parallèle à la paroi il du canal 8. La tubulure 6 est réalisée de la même manière que la tubulure 5. tss deux tubulures débouchent tangentiellement dans la banche et les deux embouchures 18 sont diamétralement opposées (figure 2). Le gaz froid comprimé pénètre tangentiellement par les embouchures 18 dans la banche 7 dans laquelle il se dirige sur la roue directrice 1 qui l'envoie dans la roue mobile 2. L'axe des tubulures 5 et 6 inscrit un angle avec l'axe de symétrie longitudinal de la banche 7, de sorte que le fluide de travail suit dans cette dernière un parcours en hélice vers le poste 3 de conversion d'énergie. la position des tubu 3ures, leur angle de raccord et les sections de circulation ainsi que les cotes de la biche sont adoptés de manière que les conditions d'éeou- lement des tubulures à la roue directrice soient optimales. Un support 19 relie la turbine à uu plateau de fO.ation non représenté.Le support 19 folie a!cc la paroi extérieure de Ta bâche 7 une cavité conique 21 remplie do matériau 22 qui est un isolant thermique, de manière que le flux de chaleur du plateau chaud dc fixation par le support vers la bâche 7 soit très faible. Le mode de réalisation de la turbine à gaz froid des figures 3 et 4 comporte une bâche 30 dont la paroi extérieure 31 se resserre vers le poste 3 de conversion d'énergie. Il en résulte ainsi une chambre conique 32. Les tubulures 33 et 34 ont une section uniformément circulaire et leurs embouchures 35 et 36 dans la chambre 32 sont aussi circulaires. L'axe de ces tubulures inscrivant un angle avec l'axe de symétrie longitudinal de la bâche 30, le fluide de travail suit aussi un trajet en hélice dans la bâche vers le poste 3 de conver -sien d'énergie. Le mode de réalisation des figures 5 et 6 comprend une bâche 40 qui forme une chambre 41 se composant d'une partie cylindrique 42, d'une partie conique 43 et d'une partie cylindrique 44 qui prolonge la précédente. Une tubulure circulaire 45 aboutit par son embouchure circulaire 46 dans cette dernière partie cylindrique 44. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une turbine à gaz froid, il est bien entendu qu'elle est applicable également à une pompe ou un compresseur dans lequel le fluide peut trc à une température ayant la même différence importante vis-à-vis ae celle de l'environnement. Par ailleurs, l'invention est aussi applicable lorsque la différence de température n'est pas importante, mais lorsqu'une hache dont les cotes -raciales sont inférieures à celles d'une bâche en spirale est avantageuse,car ayant un moindre encombrement. Il va de soi au- les turbomachines décrites et représentées peuvent subir diverses modifications sans sortir du cadrc de ]'invention. REVENDICAtIONS 1. Turbomachine, en particulier turbine à gaz froid, comprenant une bâche de guidage du fluide, cette bâche enveloppant un poste de conversion d'énergie qui comprend au moins une roue mobile, un canal axial central étant destiné à guider le fluide passant par le poste de conversion d'énergie, ladite turbomachine étant caractérisée en ce que la paroi extérieure do la bâche délimite une chambre coaxiale au canal central et dont l'extrémité opposée à celle à laquelle se trouve ledit poste de conversion d'énergie comporte au moins une tubulure d'arrivée du fluide vers le poste de conversion d'énergie ou de départ du fluide de ce poste. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bâche est cylindrique. 3. Machine selon la revendication 1, caractérusée en ce que la bâche se resserre vers le poste de conversion d'énergie. 4. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une section conique prolongée elle-meme par une section cylindre que est disposée dans le prolongement de l'extrémité de la bâche qui est à l'opposé de celle à laquelle se trouve le poste de conversion d'énergie. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'axe de la tubulure inscrit un angle avec celui de la chambre, la tubulure étant orientée vers le poste de conversion d'énergie. 6. Machine selon l'une quelconque des revendica tons å à 5, caractérisée en ce que la tubulure a une section applatie qui débouche dans la bâche, le grand axe de cette section étant parallèle à l'axe longitudinal de la banche. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la tubulure débouche sensiblement tangentiellcm1t dans la bâche. 8. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend deux tubulures dont les embouchures dans la bâche sont diamétralement opposées.