Brevet FR2518644A1 — publié le 19830624

Turbo-marchine La presente invention a pour objet une nouvelle structure de turbo-machine. On sait que les turbo-machines classiques comportent un étage haute pression et un étage basse pression qui sont traversés par le même débit massique de fluide, lequel transmet ou reçoit l'énergie. En conséquence pour un modèle de turbo-machine donné, la puissance est limitée par le débit volumique maximal à l'étage basse pression, alors qu'il serait possible de faire passer un débit plus important à l'étage haute pression et d'améliorer en conséquence le rendement de la machine. Par ailleurs, l'augmentation du volume de l'étage basse pression est limitée par des problèmes technologiques de résistance mécanique de ses aubages aux forces centrifuges, les vitesses de rotation étant relativement élevées dans le but de réduire les dimensions des organes mobiles et en conséquence de diminuer à puissance constante les pertes par ventilation et les fuites. La présente invention permet de remédier aux inconvénients précédemment schématisés et elle a pour objet une nouvelle structure de turbo-machine dont notamment les avantages seront explicités dans ce qui suit. L'invention a donc pour objet une turbo-machine du type compor tantun étage haute pression alimenté par un fluide, et au moins un étàge basse pression alimenté par ledit étage haute pression, caractérisée par le fait que chaque étage, comporte un arbre individuel, la turbo-machine comprenant un système à engrenages pour transférer le couple desdits-arbres individuels sur un arbre de sortie de la turbomachine. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit donnée à titre d'exemple purement illustratif mais nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 représente schématiquement une turbo-machine selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement la position des diverses roues et arbres mis en oeuvre dans la turbo-machine selon l'invention. La turbo-machine représentée figure 1 comporte un étage haute pression 1 alimenté en fluide, par exemple en vapeur d'eau, par l'intermédiaire d'une conduite 2. De part et d'autre de l'étage haute pression 1 sont disposés deux étages basse pression 3 alimentés par ledit étage haute pression 1 par l'intermédiaire de conduites 4, la sortie du fluide s'effectuant par des tubulures 5. A l'intérieur de ces étages se trouvent à la manière connue des rotors ou aubages (non représentés) montés en bout d'arbres 6 et 7 pour l'étage haute pression 1 et les étages basse pression 3 respectivement, ces rotors étant bien entendu entraînés par ledit fluide. Les axes des arbres 7 sont symétriques par rapport à l'axe de l'arbre 6. Sur l'arbre 6 de l'étage haute pression 1 se trouve calé un pignon 8 à dentures en chevron sur lequel engrenent deux roues dentées 9, chacune d'elles étant frettée sur un desdits arbres 7 des étages basse pression 3. Par ailleurs, on voit qu'à l'extrémité inférieure de chacun des arbres 7 sont montés des pignons 10 à butées à collets (non représentées)sur lesquels engrene une roue 11 calée sur l'arbre de sortie 12 de la turbo-machine, l'axe de cet arbre étant disposé dans un plan différent de-celui des axes des arbres 6 et 7 comme il apparait-plus particulièrement en référ.ence à la figure 2. La figure 1 montre en outre un carter 13 à l'intérieur duquel sont disposés les organes mobiles précédemment décrits, ces organes, notamment les arbres, tourillonnant à la manière connue dans des paliers associés au carter 13 et qui n'ont donc pas été illustrés en détail. Cependant, on notera que avantageusement l'arbre de sortie 12 tourillonne dans un palier butée 15. Déplus, des flasques tels que 14 sont prévus dans le-but de fixer les étages haute pression 1 et basse pression 3 au carter 13, mais cependant tout autre montage desdits étages-pourrait être adopté, par exemple dans-un carter unique avec distribution:interne du fluide entre les étages. La figure 1 illustre également le sens de rotation des arbres 6 et 7, sens matérialisés par les fleohes F et F' respectivement. Les avantages principaux d'une turbo-machine selon la présente invention sont donc les suivants En premier lieu la mise en oeuvre de deux étages basse pression permet de réaliser une division de la puissance thermodynamique ainsi que de la puissance mécanique de la machine ; ces puissances sont ensuite reprises par les roues et pignons et fournies à l'arbre de sortie. Il en résulte une amélioration sensible du rendement par suite de la possibilité d'augmenter la vitesse-de l'étage haute pression d'une part, et de réduire les dimensions des étages basse -pression d'autre part. En outre, une telle structure permet d'éviter la mise en oeuvre de butées axiales montées en bout des rotors1 de telles butées consommant une puissance non négligeable par suite des frottements aux vitesses de rotation élevées. En effet liensemble des lignes d'arbre peut être ramené en un seul point fixe situé sur la ligne de l'arbre de sortie au niveau du palier butée 15, grâce à des butées à collet disposées sur les pignons 10. De plus, dans le cas où l'on effectue un montage dit "en porte à faux" des rotors, il est même possible de supprimer les paliers radiaux maintenant lesdits rotors dans leurs étages respectifs. De tels avantages se traduisent par une nette amélioration du rendement global de la turbo-machine et par une diminution du prix de fabrication global. L'invention trouve donc des applications avantageuses dans tous les domaines d'utilisation de turbo-machines, en particulier dans le cas de puissances installées faibles. 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 on peut sans sortir du cadre de l'invention apporter des modifications de détail, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Turbo-machine du type comportant un étage haute pression (1) alimenté par un fluide et au moins un étage basse pression (3) alimenté par ledit étage haute pression (1), caractérisée par le fait que chaque étage (1, 3), comporte un arbre individuel (6, 7), la turbo machine comprenant un système à engrenages pour transférer le couple desdits arbres individuels sur un arbre de sortie (12) de la turbo machine. 2/ Turbo-machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait quelle comporte deux étages basse pression (3). 3/ Turbo-machine selon la -revendication 1, caractérisée par le fait que ledit système à engrenages comporte un pignon (8) à dentures en chevron calé sur l'arbre (6) de l'étage haute pression (3) et engrené sur deux roues dentées (9) respectivement frettées sur chacun des arbres (7) des étages basse pression (3), lesdits arbres basse pres sion (7) comportant chacun un pignon (10) engrenant sur une roue (11) calée sur ledit arbre de sortie (12) de la turbo-machine. 4/ Turbo-machine selon la revendication 3, caractérisée par le fait que l'axe dudit arbre de sortie (12) est disposé dans un plan différent de celui des axes des arbres (6, 7) desdits étages haute pression (1) et basse pression (3). 5/ Turbo-machine selon 1 'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ledit arbre de sortie (12) tourillonne dans un palier à butée (15). 6/ Turbo-machine selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée par le fait que les axes des arbres (7) des étages basse pression (3) sont symétriques par rapport à l'axe de l'arbre (6) de l'étage haute pression (1).