Brevet FR2308789A1 — publié le 19761119

La présente invention concerne un moteur à turbine à gaz, On connait déjà des moteurs à turbine à gaz-dans lesquels un générateur de gaz entraine une turbine laquelle, à son tour, entraine une soufflante. Cette soufflante peut comprimer, soit de l'air, dont une partie constitue l'air d'admission du généra- teur de gaz, soit un flux d'air complètement indépendant. Un des problèmes difficiles à résoudre dans un tel dispositif est- d'avoir une turbine pouvant entraîner la soufflante à une vitesse de rotation assez faible pour cue les pales de grandes dimensions de cette dernière n'atteignent pas des vitesses supersoniques. Dor- malement une telle turbine exigera peut-être quatre ou cinq étages comprenant chacun un aubage fixe et un aubage mobile-. Le nonbre total d'aubes sera donc très grand et en conséquence le poids et le prix de la turbine seront élevés. La présente invention a pour objet de réaliser un moteur à turbine à gaz possèdent une turbine de soufflante pouvant fournir un tel entraînement à faible vitesse. Le moteur à turbine à gaz selon l'invention comprend un générateur de gaz approprié à fournir du fluide moteur à une tur bine de soufflante accouplée à une soufflante en vue de l'entraî- ner, ladite turbine de soufflante comprenant au moins deux étages mobiles en série dans le sens d'écoulement des gaz et appro- priés à tourner en sens inverse l'un de l'autre, l'un des étages fournissant un entraînement démultiplié de la soufflante et l'autre étage fournissant un entrainement direct de celle-ci. Dans un mode préféré de réalisation, la turbine de sou- flante comprend un nombre pair d'étage mobiles dont le premier et tous les suivants de rang impair sont accouplés ensemble pour former une première série tournant de concert et donnant un entraînement démultiplié à la soufflante, et dont le second et tous les suivants de rang pair sont accouplés ensemble pour former une seconde série tournant de concert et entrainant la soufflante en prise directe. Ce but est atteint en entraînant l'arbre de la soufflante à partir de la première série au moyen d'un engrenage stellaire. Le générateur de gaz lui-même pourra comprendre un moteur à turbine à gaz à arbre unique. De préférence la soufflante est montée coaxialement avec le générateur de gaz et une partie de son débit fournira l'air d'admission du générateur de gaz. L'invention est décrite ci-après en détail en se rant à un exemple préféré, non limitatif, de réalisatlon repré senté sur les dessins annexés dans lesquels : - la figure t est une vue de c8té partiellement écorchée et en coupe d'un moteur à turbine selon l'invention ; et la figure 2 est une coupe longitudinale à plus grande échelle de la section de turbine du moteur de la figure 1. La figure 1 montre un moteur à turbine à gaz comprenant un capot 10 dans. lequel sont montés, en série dans le sens d'écoulement des gaz, un compresseur 11, un dispositif de combustion 12, une turbine haute pression 13 et une turbine de soufflante 14. le compresseur 11 et la turbine haute pression 13 sont accouplés ensemble par un arbre haute pression 15, tandis que la turbine de la soufflante 14 entraîne un arbre/16 s'étandant à l'intérieur de l'arbre 15 et du compresseur 11 pour entraîner le rotor de la soufflante 17. Le rotor. de.soufflante 17 comporte une plur li- té de pales 18 constituant une soufflante axiale à un seul.étage, de type-usuel. Les pales 13 agissent dans un conduit annulaire forme entre le rotor 17 et un carénage de soufflante 19. lorsque le moteur fonctionne, les pales de soufflante 18 compriment l'air dont une partie s'écoule entre le carénage de soufflante 49 et le capot 10 pour donner une poussée propulsive. Le reste de l'air passe dans le compresseur 11 où il est encore comprimé et gagne la chambre de combustion 12 où il se mélange au carburant et brûle pour donner un flux de gaz chauds d'échappement.Ces gaz traversent d'abord la turbine 13 qu'ils font tourner et entrainer le-compresseur 11 par l'arbre 15. les gaz sortant de la turbine 13 qui constitue, avec la chambre de combustion 12 et le compresseur 11, un générateur de gaz, traversent alors la turbine 14 pour qu'elle entra^ne la soufflante 18 par l'arbre 16. les gaz usés sortant de la turbine de soufflante 14 fournissent une certaine poussée propulsive résiduelle en sortant par la tuyère 20. On comprend qu, du-fait des grandes dimensions des pales de la soufflante 18, on doive veiller à ce que leur vitesse de rotation ne soit pas trop élevée afin de leur éviter le risque de se déplacer à une vitesse supersonique entraidant une diminution de rende ent et une augmentation du bruit. En conséquence, la turbine 14 est disposée de façon à fournir un entrainement efficace à faible vitesse comne on le décrira ci-après. Comme le montre la figure 2, la turbine de soufflante 14 comporte quatre étages Mobiles 21, 22, 23 et 24. Les étages 21 et 23 d'une part et les étages 22 et 24 d'autre part sont acesu- plés par paires pour tourner à la même vitesse et sont en outre conçus de façon que les deux paires d'étages tournent en sen n- verse l'une de l'autre. On notera l'absence d'aubes fixes entre les étages mobiles, omission permise du fait que les aubes mobi- les tournent en sens inverse.Les étages mobiles 21 et 23, formant une première série, sont accouplés, à l'intérieur du canal d'écoulement de la turbine, par des organes d'entralnesent tronconiques 25 et 26, respectivement, à un arbre de couche 27 monté de façon à tourner par rapport à l'arbre de soufflante 16. l'ar- bre de couche est monté en 29, sur la partie fixe du moteur, par un palier à billes 28, et sert d'appui a arbre de soufflante au moyen de paliers intermédiaires à roulements 30 et 31. A son extrémité avant 11 arbre de couche 27 porte une couronne à denture externe 32 formant le pignon central d'un engrenange stellaire. La couronne dentée 32 engrène avec une pluralité de pignons 33 répartis circonférentiellement sur la périphérie de la couronne 32 selon une disposition. annulaire et portée à l'intérieur d'un support fixe 34 lui-même porté par la tartie fixe 29 du moteur. Les pignons 33 engrènent avec une couronne à denture interne 35 portée sur un flasque 36 claveté sur l'arbre de soufflante 16.On voit que, col-me les pignons 33 ne pourraient dans les supports 34, tourner que sur leurs propres axes, l'effet général de l'engrenage est que l'entraînement fourni par la couronne dentée 32 change de sens en se démultipliant un peu pour entraîner la couronne 35, donc l'arbre 16. Pour évacuer la chaleur considérable prenant naissance dans l'engrenange stellaire, une conduite d'alimentation d'huile 37 amène de l'huile de graissage et de refroidissement à cet engrenage. Le fluide lubrifiant retourne ensuite à un refro disseur d'huile par des conduits non représentés. Pour cet engrenage, il est préférable d'utiliser des pignons hélicoidaux et pour décaler les charges dtinversion sur les pignons, les couronnes menante 32 et menée 35 sont décalées axia- lement de façon à produire un couple s'opposant au couple d'inversion. les étages mobiles 22 et 24 formant la seconde série d'étages sont accouplés, extérieurement au chemin d'écoulement des gaz dans la turbine, par un flasque d'entraînement 38, de sorte que l'étage mobile 24 transmet l'entraînement provenant soufflante 40 qui transmét l'entraînement de la turbine à la soufflante 17. Le fonctionnement du dispositif ressort clairement de sa conformation: Les gaz de turbine provenant de la turbine haute pression 13 traversent les étages mobiles 21, 22, -23, 24 entraî- nant ces étages alternativement dans un sens ou dans l'autre. les étages 21 et 23 tournent ensemble et entraînent l'arbre de soufflante 16 par l'intermédiaire de l'engrenage stellaire qui inverse leur sens de rotation et donne une démultiplication de faible rapport. Les étages 22 et 24 entraident directement l'arbre de soufflante 40 par la partie d'arbre 39. Par conséquent les étages 21 et 23 tournent plus vite que les étages 22 ét 24 et l'on comprendra que ceci est aérodynamiquement favorable, au moins pour les étages 21 et 22. L'avantage particulier du dispositif ci-dessus est d'apporter une solution convenable à plusieurs problèmes surgissant dans l'entraînement dessystèmes de soufflantes basse pression. On sait qu'un système de soufflante doit avoir une vitesse de rotation assez faible afin d'empêcher la soufflante d'atteindre des vitesses supersoniques aux extrémités de ses pales. On sait éga- lement qu'une turbine à sens de rotation inversés, bien que très avantageuse du fait de l'élimination des stators, ne doit rtour- \; ner qu'à des vitesses faibles faute de quoi les vitesses relatives des étages contigus deviennent supersoniques.La combinaison décrite ci-dessus utilise la faible vitesse d'un entraînement par turbine à sens de rotation inversés pour produire l'entraînement à faible vitesse indispensable à une soufflante. De plus, il est reconnu que les stators provoquent-des pertes sans fournir de travail. La turbine à sens de rotation inversés profite des vitesses- assez faibles des pales basse pression et élimine- les stators, ce qui donne une turbine plus simple et de rendement accru. On comprendra que le dispositif décrit est susceptible de nombreuses modifications. C'est ainsï que la turbine à sens de rotation inversés, bien que décrit e corde ayant deux étages pour chaque sens de rotation, peut n'en avoir qu'un ou, au contraire, plus de deux. En poutre, bien que l'engrenage ait été décrit comme étant un engrenage stellaire, il serait possible d'utiliser d'@u- tres foies d'engrenages telles que des pignons coniques ou dir@rs autres types de pignons pour entraîner l'arbre de soufflante à- partir de la turbine à sens de rotation inversés. Par ailleurs, bien qu'on ait décrit un dispositif dans lequel le générateur de gaz est celui d'un moteur à turbine à il est évident que n'importe quelle forme de générateur de gaz peut être utilisés à l'entraînement de la turbine. Enfin, bien qu'on retire l'avantage maximal de l'invention en utilisant und turbine à sens de rotation inversés sans stators, il serait possible d'utiliser une turbine possèdant des stators d'une forme cu d'une autre. REVENDICATIONS -=-=-=-=-= 1. Moteur à turbine à gaz comprenant un générateur de gaz approprié à fournir un fluide moteur à une turbine de soufflante couplée à une soufflante, caractérisé en ce que ladite turbine de soufflante comprend au moins deux étages mobiles en série dans le sens d'écoulement des gaze, appropriés à tourner en sens inverse l'un de l'autre, des engrenages appropriés à fournir un entraînement démultiplié depuis l'un desdits étages jusqu' à la soufflante, et des organes de connexion motrice appropriés à fournir un entraînement direct à ladite soufflante depuis l'autre desdits étages mobiles. 2. moteur à turbine à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de gaz comprend une turbine à gaz 3. moteur à turbine à gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que le générateur de gaz comprend une turbine à gaz à arbre unique. 4. moteur à turbine à gaz selon une quelconque des resren- dications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'une partie de l'air débité par la soufflante fournit l'air d'entrée du générateur de gaz de la turbine à gaz. 5. moteur à turbine à gaz selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la soufflante et le générateur de gaz de la turbine à gaz sont coaxiaux. 6.- Moteur à turbine gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine de soufflante, comprend un nombre pair d'étages mobiles ainsi qu'un premier et un second organes d'interconnexion de rotors, le premier organe d'interconnexion de rotors couplant le premier rotor et chacun des rotors suivants dans l'ordre impair pour former une première série tournant -de concert et le second organe d'interconnexion de rotors couplant le second rotor et chacun des rotors suivants dans l'ordre pair pour former une seconde série-tournant de concert,-la première et la secondé séries étant appropriées à tourner en sens inverse l'une de l'autre, des engrenages étant appropriés à fournir un entrait nement inversé d-émultiplié de la première série à la soufflante tandis que des secondes organes de connexion motrice seront appropriées à fournir un entraînement direct de la seconde série à la soufflante . 7. oteur à turbine a gaz selon la revendication @, r, ractérisé en ce que les engrenages inverseurs démultiplicateurs comprennent un train d'engrenages stellaire. S. moteur à turbine a gaz selon la revendication 7, ca- ractérisé en ce que le train d'engrenange ste@laire comprend une couronne à denture externe entraînée par la première série de rotors, un système annulaire de pignons montés sur un support fixe et engrenant avec ladite couronne à aenture externe, et une couronne à denture interne jointe à l'arbre de la soufflante et engrenant avec lesdits pignons. 9. Moteur à turbine à gaz selon la revendication 8, caractérisé en ce que les éléments du train d'engrenages sont tous des pignons hélicoïdaux, le pignon menant et le pignon mené dudit train étant décalés axialement pour compenser le couple inverseur produit par le s pignons hélicoldaum. 10. moteur à turbine à gaz selon la revendication 6, ca- ractérisé en ce que le fluide de la turbine s'écoule dans un pas- sage annulaire, le premier organe d'interconnexion de rotors étant logé dans ledit passage et le second organe d'interconnexion de rotors placé à l'extérieur duait passage.