Brevet FR2664329A1 — publié le 19920110

TURBIDE A tRACTION A coNPREssEuR La présente invention a trait à une turbine à action dè conception nouvelle dans laquelle le rotor est conçu pour intégrer un compresseur alimentant des tuyères. te but de l'invention est de proposer une turbine compacte et très souple et plus précisément une turbine dont le régime peut être facilement et instantanément modifié par une action simple et directe sur le cycle de fonctionnement du compresseur alimentant les tuyères. A cet effet, l'invention a pour objet une turbine à reaction à compresseur, caractérisée en ce qu'elle est constituée - d'un stator en forme de carter ou enveloppe, - d'un rotor agencé pour tourner à l'intérieur de ladite enveloppe et sur lequel sont disposés - d'une part, plusieurs tuyères régulièrement distribuées à la périphérie du rotor avec leur axe sensiblement tangent au rotor et orthogonal à l'axe de celui-ci, chaque tuyère étant munie de moyens d'inflammation du mélange combustible, - d'autre part, un compresseur à chambres à piston en nombre égal à celui des tuyères, et - enfin, des soupapes de transfert de quantités ou doses de mélange combustible comprimé, depuis chaque chambre du compresseur dans l'une des tuyères - de moyens d'amenée du mélange combustible audit compresseur, et - de moyens pour régler, indépendamment de la vitesse du rotor, le cycle d'alimentation du compresseur et d'envoi des doses de mélange combustible comprimé dans les tuyères. On va maintenant décrire plus en détail un mode de réalisation d'une turbine conforme à l'invention en se référant aux dessins annexés sur lesquels - Figure i est une vue en coupe axiale schématique d'une turbine à réaction à compresseur selon l'invention - Figure 2 est une coupe transversale suivant la ligne II-II du rotor de la turbine de la figure 1 - Figure 3 est une vue suivant la flèche f de la figure 1 de l'extrémité du rotor illustrant les moyens d'admission du mélange combustible dans le compresseur du rotor - Figure 4 est une vue en perspective d'une soupape de transfert de doses de mélange combustible comprimé depuis les chambres du compresseur dans les tuyères - Figure 5 est une vue en perspective d'une tuyère montrant l'orifice d'introduction du mélange combustible comprimé, et Figure 6 est une vue en perspective des moyens --- d'entraînement coordonné des pistons du compresseur. Sur les figures 1 et 2 on a représenté schématiquement un mode de réalisation du dispositif de l'invention, lequel comprend une enveloppe externe ou carter fixe 1 suivant une forme de révolution dont l'axe est symbolisé en 2. A l'intérieur du carter 1 qui forme stator, tourillonne coaxialement un rotor 3 supporte par le stator 1 par deux paliers 4 et 5 disposés à chaque extrémité du rotor. Le rotor définit une enveloppe interne sensiblement de meme forme que l'enveloppe externe 1, munie à sa périphérie (figure 2) de tuyères cylindriques 6 disposées avec leur axe sensiblement tangent au cylindre général défini par l'enveloppe du rotor 3 et orthogonal à l'axe 2. Dans le mode de realisation représenté les tuyères 6 sont au nombre de quatre et régulièrement réparties à la périphérie du rotor 3. Les tuyères 6 débouchent dans l'intervalle entre les enveloppes externe 3. et interne 3 et sont orientées dans le même sens. Conformément à l'invention le rotor 3 porte un compresseur d'alimentation des tuyères 6 en mélange combustible, comprenant quatre chambres de compression 7 disposées en étoile et solidaires du rotor 3 et dans chacune desquelles se déplace un piston 8. Les pistons 8 sont mûs en synchronisme par un système constitué d'une came centrale 9 à profil approprié, coaxiale à l'axe 2, solidaire d'un arbre moteur creux 10 coaxial à l'axe 2 et dont le chemin de roulement est en contact permanent avec des galets fous 11, chacun affecté à l'un des pistons 8. Chaque galet 11 tourillonne sur un axe de piston 12 (figure 6), les quatre axes 12 étant reliés par un système de biellettes en forme de pantographe 13. L'arbre creux 10 est solidaire d'un induit 14 d'un moteur électrique 15 de démarrage et réglage du régime de la turbine. L'inducteur 16 du moteur 15 est solidaire du rotor 3. Le mélange combustible est amené à l'état gazeux dans les chambres 7 via l'arbre creux 10, suivant le sens de la flèche 17. A l'extrémité de l'arbre 10, le mélange combustible est admis, à l'aide d'une hélice 18 interposé à 11 extrémité de l'arbre 10 et solidaire en rotation du rotor 3, à l'intérieur de l'enveloppe interne du rotor. L'arbre 10 tourillonne sur un premier palier 19 conformé sur le rotor 3 (côté moteur électrique 15) et sur un second palier 20 également solidaire du rotor 3 et entourant l'hélice 18. En aval de l'hélice 18 le mélange combustible gazeux suit les flèches 21 et emplit tout l'intérieur de l'enveloppe du rotor 3. Le mélange combustible est admis dans chaque chambre 7 par aspiration et via une soupape d'admission formée par un cylindre 22 (figure 4) monté rotatif, d'axe parallèle à l'axe 2. Chaque soupape 22 est montée dans un logement cylindrique 23 solidaire d'une chambre 7 et disposée diamétralement par rapport à celle-ci (figure 2) en étant interposée entre la chambre 7 et la tuyère 6 associée. Chaque soupape 22 est formée d'un cylindre plein muni à une extrémité d'un tourillon 24 d'entraînement en rotation et ouvert à son extrémité opposée pour former une chambre 25 d'aspiration susceptible de communiquer par un orifice latéral 26 avec un orifice correspondant 27 ménagé dans la paroi de fond circulaire, plane 28 de la chambre 7 et débouchant dans cette dernière. Chaque soupape 22 comporte également un creux 29 en forme de coin agencé de façon à recueillir le mélange comprimé par le piston 8 dans sa chambre 7 et à le transférer, par rotation de la soupape 22, dans la tuyère 6 adjacente où il va exploser ou brûler avec l'aide d'un système d'allumage approprié non représenté. A cet effet, l'orifice du creux 29 peut communiquer soit avec la chambre 7, par l'intermédiaire d'un orifice 30 ménagé dans la paroi 28, soit avec l'intérieur de la tuyère 6 associée via un orifice 31 (figure 5) prévu à cette fin dans la paroi de la tuyère. Sur la figure 5 on a représenté un tel orifice 31 en forme de fente allongée rectangulaire ménagée dans une entaille en sifflet 32 réalisée dans le corps de la tuyère 6. Les orifices 26 et 29 sont décalés angulairement de façon à permettre l'introduction du mélange combustible dans la chambre 7 lorsque le piston 8 est le plus éloigné de la paroi 28 et la prise en charge par le creux ou chambre de transfert 29 de la quantité ou dose de combustible comprimé par le piston 8, au moment où ce dernier se rapproche le plus de la paroi 28, la poursuite de la rotation de la soupape 22 entraînant la mise en communication de ladite chambre de transfert 29 avec la tuyère 6 associée où le mélange comprimé se détend et explose ou s'enflamme. La face des pistons 8 est munie de deux saillies de forme générale tronconique 8a (figure 1) destinées à s' engager dans les passages 27 et 30 ménagés dans la paroi de fond 28 des chambres 7. Ainsi, en fin de course des pistons 8, il n'y a plus pratiquement de poches de gaz entre la face du piston et le fond 28. La rotation synchronisée des quatre soupapes 22 est assurée par un jeu de pignons 33 en prise avec un pignon central 34 calé sur l'arbre creux 10, lesdits pignons 33 engrenant avec un pignon 35 calé sur chaque tourillon 24 de soupape. Le moteur électrique 15 sert au démarrage pour faire tourner la came 9 relativement au rotor et actionner le parallélogramme déformable 13 de façon à effectuer pour chaque paire de pistons 8 opposés le cycle d'aspiration du mélange combustible dans deux chambres 7 opposées, puis de compression du mélange aspiré. En fin de compression le mélange est pris en charge par la soupape 22 et transféré dans la tuyère 6 associée. Deux tuyères 6 opposées sont ainsi périodiquement alimentées et procurent une poussée dans le même sens, une paire de tuyères étant au repos lorsque l'autre est en activité. Les gaz à l'intérieur de l'enveloppe interne 3 lubrifient et refroidissent les organes en utilisant un combustible incorporant un certain pourcentage d'huile. Le moteur électrique 15 participe à la propulsion par le jeu de l'action et de la réaction au niveau dudit moteur. Le réglage du régime de la turbine (rotation du rotor 3 dont la puissance disponible est fournie par l'arbre de sortie 36 (figure 1)) est obtenu simplement en agissant sur le moteur 15, c'est-à-dire en agissant sur la vitesse de rotation relative entre le rotor 3 et l'arbre 10. Les gaz brûlés éjectés par les tuyères 6 se rassemblent dans l'espace entre le carter fixe 1 et l'enveloppe 3 du rotor et sont évacués par des conduits d'échappement 37. Sur la figure 1, les proportions entre les enveloppes 1 et 3 ne sont pas respectées car un espace suffisant doit être ménagé entre lesdites enveloppes 1 et 3 pour les extrémités des tuyères 6 et l'éjection convenable des gaz ainsi que leur collecte en direction des conduits d'échappement 37. Si l'arbre 10 ne peut, par exemple grace à une roue libre, tourner que dans un sens, contraire à celui du rotor 3, le moteur 15 sert uniquement de démarreur et ensuite fonctionne en générateur d'électricité, l'accélération de la turbine se faisant alors par réglage de la quantité de combustible admise dans le rotor 3. L'arbre 10 pourrait également être fixe. La came 9 est conformée en 9a (arc de cercle centré sur l'axe 2) de façon qu'en fin de compression les pistons 8 soient maintenus un court instant en position statique, le temps que la soupape 22 transfère le gaz de sa cavité 29 dans la tuyère 6 adjacente sans fuite. Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne le nombre de tuyères et des organes associés (7,8,22), les formes et disposition du rotor 3, du carter externe 1, la nature et l'agencement des moyens d'entraînement synchronisé des pistons 8, des moyens de transfert du mélange combustible comprime de chaque piston à chaque tuyère, ainsi que les forme et agencement des tuyères. REVENDICATIONS 1. Turbine à réaction à compresseur, caractérisée en ce qu'elle est constituée - d'un stator t1) en forme de carter ou enveloppe, - d'un rotor t3) agencé pour tourner à l'intérieur de ladite enveloppe (1) et sur lequel sont disposés - d'une part, plusieurs tuyères (8) régulièrement distribuées à la périphérie du rotor (3) avec leur axe sensiblement tangent au rotor et orthogonal à l'axe (2) de celui-ci, chaque tuyère étant munie de moyens d'inflammation du mélange combustible, - d'autre part, un compresseur à chambres (7) à piston (8) en nombre égal à celui des tuyères (6), et - enfin, des soupapes (22) de transfert de quantités ou doses de mélange combustible comprimé, depuis chaque chambre (7) au compresseur dans l'une des tuyères (6) - de moyens (10) d'amenée du mélange combustible audit compresseur, et - - de moyens pour régler (9,10,13,15), indépendamment de la vitesse du rotor (3), le cycle d'alimentation du compresseur et d'envoi (10,15,33 à 35) des doses de mélange combustible comprimé dans les tuyères (6). 2. Turbine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ledit compresseur est disposé à l'intérieur du rotor (3) et comprend plusieurs chambres (7) disposées en étoile dans lesquelles se déplacent des pistons (8) actionnés en synchronisme par un système à came (9) et biellettes (13) commande par un arbre (10) coaxial à l'axe (2) du rotor (3), entraîné en rotation par un moyen approprié (15), les sens de rotation respectifs du rotor (3) et dudit arbre (10) étant inverses 3.Turbine suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les soupapes (22) sont constituées par des cylindres montés rotatifs et comportant, d'une part, une chambre (25) d'aspiration du mélange combustible et d'envoi de celui-ci dans une chambre (7) du compresseur et,d 'autre part, une chambre (29) de transfert du mélange combustible comprimé depuis ladite chambre jusque dans la tuyère (6) associée. 4. Turbine suivant les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que les soupapes (22) sont entraînées en rotation par un jeu de pignons (33 à 35) à partir dudit arbre (10). 5. Turbine suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les moyens d'amenée du mélange combustible sont constitués par ledit arbre (10) qui est réalisé creux et dont une extrémité débouche à l'intérieur d'une enveloppe fermée formant ledit rotor (3) à l'intérieur de laquelle est disposé le compresseur et à la périphérie de laquelle sont disposées les tuyères (6). 6. Turbine suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu'à ladite extrémité de l'arbre creux (10) est disposée une hélice (18) d'aspiration du mélange combustible. 7. Turbine suivant l'une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte quatre tuyères (6) et quatre chambres (7) de compression angulairement espacées de 90" et dont les pistons (8) sont commandés de façon à ce qu'alternativement deux tuyères (6) opposées soient en action lorsque les deux autres sont hors d'action. 8. Turbine suivant l'une des revendications 2 à 7, carac térisée effin ce que ledit moyen d'entraînement dudit arbre (10) est constitué par un moteur électrique (15) dont l'induit (14) est calé sur l'arbre (10) et dont l'inducteur (16) est calé sur le rotor (3).