Brevet FR2606457A1 — publié le 19880513

DISPOSITIF DE REGLAGE DE L'ADMISSION SPIRALE D'UNE TURBINE RADIALE L'invention concerne le réglage du débit de fluide admis dans une turbine radiale, et plus particulièrement dans le cas d'une turbine à admission spirale. Un tel réglage est nécessaire dans certaines applications comme la récupération d'énergie des gaz de hauts fourneaux. En effet, dans le cas de turbines axiales ou de turbines radiales équipées de distributrices radiales, un tel réglage peut être effectué classiquemenL à l'aide d'aubages fixes à orientation variable qui modifient le débit et les vitesses d'écoulement en grandeur et en direction. Au contraire, dans le cas d'une turbine radiale à admission spirale, la spirale d'admission est conçue pour alimenter la roue sur toute la périphérie et pour un débit donné, mais pour un débit inférieur, la composante tangentielle du vecteur vitesse devient complètement inadaptée et nécessite un réglage. Pour effectuer ce réglage, on peut, comme selon les brevets FR-A-i 512 184, US-A-2 026 436 et US-A-3 313 519, utiliser un volet oscillant placé dans l'admission de la volute à la manière d'un papillon courbe, mais de tels dispositifs ne procurent qu'un rendement extrêmement médiocre. Une autre solution, décrite dans les brevets FR-A-1 577 168, FR-A-2 180 411, US-A-3 149 820, DE-A-448 685, et FR-A-2 485 634, consiste à doubler interieurement la paroi extérieure de la volute à l'aide d'une bande flexible, ou en plusieurs secteurs articulés, dont une extrémité se déplace de manière à pouvoir modifier la convergence de la spirale. De tels dispositifs ont un rendement amélioré par rapport au précédent, mais présentent de graves inconvénients, dont le coût élevé et les difficultés à obtenir une déformation correcte de cette paroi et d'éviter sa mise en oscillation. le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précédents en réalisant un dispositif de réglage qui soit à la fois simple et précis, en meme temps que rigide pour s'opposer à toute oscillation. 'idée essentielle de l'invention consiste à effectuer le réglage, non pas en mofifiant l'angle de convergence de ia spirale, mais au contraire sa longueur en refendant le passage à section progressivement décroissante par une cloison courbe coulissan-te prolongeant l'extrémité de la crosse, de telle manière que les deux passages situés de part et d'autre de cette cloison soient tous les deux à section progressivement décroissante dans le sens de l'écoulement. Une telle cloison peut être constituée par un secteur d'une paroi cylindrique de révolution rigide, et être déplacée dans des rails de guidage latéraux à l'aide d'un mécanisme, par exemple une chaîne sans fin, attaquant son extrémité amont. D'autres particuarités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur la figure unique q5 est une oupe transversale d'une turbine équipée du dispo3itiC. On voit sur cette figure la roue 1 de la turbine radiale entourée de l'admission spirale. Cette dernière comprend une partie 2 d'admission, délimitée entre une paroi extérieure 3 et une paroi intérieure 4, sensiblement rectilignes et convergentes, de manière que le fluide y prenne progressivement la vitesse requise. Cette admission 2 est suivie par la chambre spirale 5 qui est également à section progressivement décroissante, mais de telle manière que la vitesse du fluide conserve une composante tangentielle sensiblement constante, ainsi qu'une composante radiale également constante qui alimente la roue radiale 1. Si le débit de fluide tombe au dessous de sa valeur nominale, la composante tangentielle se trouve réduite en proportion et n'est plus adaptée à la vitesse de rotation de la roue 1. Pour y remédier, on dispose selon l'invention une cloison courbe 6 destinée à prolonger l'extrémité 7 de la crosse 8 prolongeant la paroi spirale extérieure 9. Cette cloison mobile 6 peut être une simple tôle rectanglllaire courbée en arc de cercle, et en position de fonctionnement normale, elle vient se placer à l'extérieur de la crosse 8 dans un compartiment 10 ménagé entre cette crosse et la paroi 4 de l'admission, comme représenté en trait interrompu sur la figure. Des glissières 11 de même courbure fixées sur les flasques latéraux de l'admission spirale 5 assurent le coulissement de cette cloison 6, éventuellernent par l'intermédiaire de pièces de glissement ou de galets. Selon l'invention, la courbure et la position de cette cloison 6 et de ses rails de guidage 11, sont telles que celle-ci partage l'entrée de la chambre spirale en deux parties, une extérieur 12, située entre la cloison 6 et la paroi spirale 9, et une autre intérieure 13 située entre cet-te cloison 6 et la périphérie de la roue 1, ces deux passages 12 et 19 étant tous les deux à section progressivement décroissante dans le sens de l'écoulement. De ce fait, lorsque la cloison 6 est en position sortie, comme représentée sur la figure, le passage 12 par sa convergence continue l'effet d'accélération du fluide déjà amorcé dans l'admission 2, et sert lui-même d'admission en restreignant la section et en augmentant la vitesse, tandis que la spirale proprement dite 5 continue à se développer sur un tour complet, comme cela est sa fonction, mais avec une position décalée angulairement vers l'aval, donc une section réduite du fait de la convergence naturelle de la spirale. De dispositif est donc extrêmement efficace tout en étant extrêmement simple, économique et rigide. Pour manoeuvrer cette cloison 6 entre sa position rétractée, représentée en trait interrompu sur la figure, sa position sortie représentée en trait plein, et naturellenent dans toutes les positions intermédiaires, il suffit d'agir sur son extrémité amont 14 à l'aide de tolet dispositif d'entraînement approprié, par exemple à l'aide d'une chaîne sans fin 15, montée entre dieux roues à chaine 16 et 17 dont une au moins est entraînée par la commande de réglage, avec éventuellement un galet tendeur 18 monté élastiquement sur un bras oscillant 19. REVENDICATIONS 1. Dispositif de réglage de l'admission spirale d'une turbine radiale, caractérisé par le fait qu'il comprend essentiellement une cloison (6) courbée en arc de cercle, coulissant selon ce même arc de cercle entre une position rétractée à l'extérieur de la crosse (8) de la paroi extérieure (9) de la spirale, et une position sortie dans laquelle elle partage l'entrée de la chambre spirale (5) faisant suite à l'admission convergente (2) en deux espaces (12,13) tons les deux à section progressivement décroissante dans le sens de l'écoulement, cette cloison étant guidée et actionnée par tout dispositif approprié entre ces deux positions et dans toutes les positions intermédiaires. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la cloison courbe (6) est guidée par ses deux bords latéraux au moyen de glissières (11) fixées sur les flasques latéraux de la spirale (5). 3. Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la cloison est manoeuvrée à l'aide d'un dispositif de commande approprié, agissant sur son extrémité amont (14). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le dispositif de manoeuvre est constitué par une chaîne sans fin (15) ou similaire renvoyé? entre deux pignons (16,17) dont un au moins est commandé, avec dispositif de tension (18,19).