Brevet FR2625771A1 — publié le 19890713

La présente invention concerne les turbines de générateur à aubes. Définitions : La surface de travail (17) de l'entrée (1; 4) [de la sortie (2 3 > ] (de la roue de travail (17) ou de l'appareil de guidage (5 ; 3, 4)): la surface formée par la rotation réelle ou virtuelle du bord de l'aube du devant ou d'entrée (12; 12,) [de l'arrière ou de sortie (122; 123)] de l'aube (15) autour de l'axe (16) de la turbine. Canal (7): I'espace entre deux aubes (15) adjacentes limité par les surfaces (17) de travail du devarit et de l'arrière. Fenêtre (14): la section du canal (7) par la surface (17) de travail. Section transversale (8) du canal : la section (du canal) de l'aire minimum passant par un cenain point et n'avent pas de points communs avec la fenêtre ; Q1 [Q1] la somme des aires des sections transversales les plus proches de l'entrée [de la sortie des canaux de la roue de travail. Q : la somme des sections transversales minimales de tous les canaux ; de même, F : la somme des aires des sections transversales maximales de toutes les aubes. Caractéristique de classe (ou le rapport des épaisseurs des canaux et des aubes) li=Q:F. Pour la classe des turbines à aubes connues K est de l'ordre 5-10. Médiane (10) du canal : l'ensemble des centres de gravité (9) de toutes les sections transversales du canal. (La médiane peut être extrapolée jusqu'à l'intersection avec la fenêtre.) Centre (13) de la fenêtre : le point d'intersection de la médiane extrapolée (10) avec la fenêtre (14). Tuyère (11) : zone du canal de la fenêtre (14) jusqu'à la section transversale (8). Rayon de travail rt [r2] de l'entrée [de la sortie]: le rayon de la rotation du centre (131) [(1323] de la fenêtre (14,) [(142)] de l'entrée [de la sortie] de la roue de travail, ou la distance de la tuyère (ils) [1121 jusqu'à l'axe de la turbine. Médiane (ou génératrice) (lys) de la fenêtre : la section de la fenêtre (14) par la surface (19) passant par l'axe (16) de la turbine et le centre (13) de la fenêtre. Angle formant B : l'angle entre la médiane (18) de la fenêtre et l'axe (16) de la turbine. p, [P2] : la densité du milieu avant la roue de travail (après la roue de travail). Point M [segment MM] de la flexion du canal : le point [segment], dans lequel la médiane (10) du canal change le sens de rotation par rapport à l'aiguille d'une montre disposée sur l'axe de la turbine. u : le vecteur de la vitesse de rotation d'un point de la roue de travail. a : I'angle (fig. 2) entre la tangente (30) et la médiane (10) du canal au centre (13) de la fenêtre de la sortie [de l'entrée] et la tangente (31) au cercle (28) du mouvement de ce centre. La présente turbine à aubes (fig 1) se compose d'une roue de travail (5) et des appareils de guidage (3 ; 4) situés dans le stator (6). Rayon de travail r2 est déterminé (independemment du rayon de travail r1 de ]'entrée) par le rapport vcosa = wr2, OU w : vitesse de la rotation de la turbine, v : vitesse absolue du flux sortant de la roue de travail par rapport à la tuyère (112); ainsi, la composant de circonférence de la vitesse absolue du flux sortant par rapport au stator est nulle. Les autres paramètres de la turbine sont Le nombre N1 [N2] des canaux à l'entrée (1) [à la sortie (2)1 dé la roue de travail et le nombre N3 des canaux à la sortie de l'appareil de guidage (3): N, [N2, N3]# 1; ss, (de l'entrée de la roue de travail) ~ 180 1)3 (de la sortie de l'appareil de guidage d'entrée); 00B > 1S00; 0OB2 (de la sortie de la roue de travail) ;180 ; r10 ; O sK ; l'angle a pour toutes les tuyères est minimal ; la forme de la section des canaux est sans importance (Fig. 6). Une variante auxiliaire de la turbine : r1 [r2]=0 ; N1 [N2] =1(26,26 - Fig. 10). Pour doter la turbine des propriétés de la puissance relative (sur 1 tour) constante et du rendement constant (c'est-à-dire des propriétés de l'homéostat) on met après un appareil de guidage juste à la sortie (2) de la roue de travail (5) (de sortie) (4), avec les tuyères (11) opposées aux tuyères (112) de la roue de travail. Le volume de la cavité annulaire (27) entre les surfaces de travail de la roue de travail (7) et de l'appareil de guidage (4) de sortie est égal au débit du milieu de travail pour un tour de la turbine dans le régime de travail optimal N4 > > N2; N4 > > N2 ; 0 ss4#180 -ss Dans une autre variante (Fig. 8) la propriété de l'homèostat est assurée par un appareil spécial. Il est composé d'un patin diamétral (21) (au moins un) sur lequel une tuyère de sortie (2) est mise. L'axe (16) de la turbine se trouve entre la tuyère (2) et le centre (22) de gravité du patin (avec la tuyére). Le ressort (ou un amortissement à air) (23) tend le patin dans la direction de la tuyère. Quand la fréquence de rotation de la turbine diminue (å cause d'une charge accrue) la tuyère s'éloigne de l'axe augmentant ainsi le moment. Afin de diminuer l'angle a, toutes les tuyères des appareils de guidage et de la roue de travail sont en forme de fentes étroites (lit, Fig. 1 1 et 12) très tangentes aux surfaces de travail. Tous les bords (12) des aubes sont très aigus. L'angle n peut être choisi de sorte que les forces centrifuges agissant sur les bords fins (12) soient compensées par les forces de pression du millieu. Afin de diminuer les pertes de chaleur et les fuites du milieu à haute pression entre la roue de travail (5) et stator (6), tous les canaux près de la flexion MM sont déplacés vers l'axe de la turbine (ou même unifiés - (26), Fig 7), rendant le diamètre d de la roue de travail infime dans cet endroit. En plus les aubes sont couvertes d'un bandage (24) ayant la forme de la roue de travail (d'une turbine à fente) avec des aubes de petite hauteur et la forme de la section transversale des canaux (35). Les directions (32) de rotation (par rapport à l'aiguille d'une montre 33) sur l'axe (16)) de la médiane des canaux (25) du bandage et des canaux (7) de la roue de travail sont opposées (Fig. 2 et 3); l'angle a1 > a2. Ce dispositif augmente aussi la solidité de la roue de travail. Afin de réduire r2, la section du canal de la roue de travail de l'entrée (de Q,) ou du point M versla sortie (à Q:) s'élargit linéairement. Pour les turbines à gaz l'élargissement optimal est Q2:Q, =p:P2- Si c'est difficile à obtenir, le milieu de travail est passé par une cascade de turbines. La turbine 81) peut travailler avec un flux du milieu alternatif. La superposition (Fig. 10) de deux turbines (Fig. 1) symétriques (pour r1=O les appareils d'entrée ne sont pas posés) par leur disposition dans un même espace avec l'unification de leurs roues de travail (5) sans unification des canaux (7) permet de transformer le mouvement alternatif en mouvement de rotation de l'arbre sans utilisation de soupapes. REVENDICATIONS: 1. Turbine (Fig. 11-12, 3, 1) 9 action à aubes (15) d'épaisseur maximale F et à canaux (7) d'epaisseur minimale Q de tous rayons de travail r1 non nul d'entrée et r2 de sortie de la roue ile travail (5), caractérisée en ce que le rapport K de l'épaisseur minimale Q des canaux et de l'epaisseur maximale F des aubes est plus petit que 1, pour toutes les sections transversales D-D (Fig. 2) /c'est-à-dire l'épaisseur d'un canal est plus petite que l'épaisseur d'une aube/. 2. Turbine selon la revendication I, caractérisée en ce que la proportion Q2: Q / Ql: Q, en considération de l'inversion du flux/ de la somme des aires des sections transversales les plus proches de sortie (2) /de l'entrée (l)/ à la somme des aires des sections transversales à l'endroit moyen (au point M) de la roue de travail est différente de 1 de façon significative (plus que 15-20%). 3. Turbine (Fig. 1 et 7) selon l'une quelconque des revendications I ou 2, caractérisée en ce que le diamètre minimal d de la roue de travail (5) se trouve entre l'entrée (1) et la sortie (2). 4. Turbine (Fig. 4 et 7) avec les nombres des canaux N, à l'entrée (I) et N2 à la sortie (2) selon l'une quelconque des revendications de I à 3, caractérisée en ce que le nombre NM des canaux à l'endroit moyen de la turbine est plus petit que N1 et N2. 5. Turhine (Fig. 11-12, 3) selon l'une quelconque des revendications de I à 4, caractérisée en ce que la surface de contact entre les bords (12) des aubes (11) et des surfaces de travail (17) n'est pas nulle puisque les tuyres sont très tangentes aux surfaces de travail. 6. Turbine géntra(eur avec le rayon r de sortie non nul (Fig. 1) selon l'une quelconque des revendications de l à 5, caractêri > ée en ce que, derrière la roue de travail (5), un appareil (à tuyères 1 lez de guidage de sortie (4) est installé. 7. Turbine selon la revendicalion 6, caractérisée en ce que le nombre N des canaux à l'entrée de l'appareil de guidage de sonie est plus grand que le nombre N2 des canaux à la sortie (2) de la roue (7) et que le volume de la cavité annulaire (27) entre les surfaces (17) de travail de ta roue de travail (7) et de l'appareil de guidage (4) de sortie est égal au débit du milieu de travail pour un tour de la turbine dans le régime de travail optimal. 8. Turbine générateur (Fig. 8-9) selon l'une quelconque des revendications de 1 à 5, caractérisée en ce que les tuyères (11:) de sortie sont installées sur un patin (21) changeant le rayon de travail r: inversement proportionnellement à la vitesse angulair w de la turbine. L'axe (16) de la turbine se trouve entre la tuyère (2) et le centre (22) de gravité du patin (avec la tuyère) ; le ressort (23! tend le patin dans la direction de la tuyère (2). 9. Deux turhines avec une roue de travail commune (Fig. 10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisées en ce que les deux turbines sont symétriques par rapport à l'axe. 10. Turbine avec un étanchement bydrodvnamique en forme d'une turbine à aubes de petite hauteur disposée sur le bandage (24) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les aubes du bandage sont remplacées par des fentes (par des canaux) étroites (25 - Fig. 3) dans le bandage.