Brevet FR2757210A1 — publié le 19980619

ÉCHAPPEMENT CENTRIFUGE DE TURBINE À DÉFLECTEUR CAMBRÉ DESCRIPTION Cette invention a trait à un échappement centrifuge de turbine à détecteur cambré. Les échappements de certaines turbines, dont un exemple est représenté à la figure unique, comprennent une volute 1, c'est-à-dire une enveloppe sensiblement torique autour d'un axe A de la turbine et englobant une chambre 2 dans laquelle les gaz de la turbine sont déviés pour suivre un écoulement radial centrifuge. A cet effet, la volute 1 comprend un orifice d'entrée 3, disposé sur une face latérale 4 de la volute 1 et faisant un tour complet autour de l'axe A, et un orifice de sortie 5 situé sur la face extérieure 6 de la volute 1 mais dont l'extension angulaire est limitée autour de la volute 1. Les gaz sont donc déviés en traversant la chambre 2 de l'orifice d'entrée 3, où ils sont soufflés axialement, à l'orifice de sortie 5 où leur direction devient radiale. Mais cette variation de direction peut s'accompagner de fortes pertes de charge qui réduisent sensiblement le rendement de la turbine. On a donc envisagé de nombreuses dispositions pour réduire ces pertes en canalisant les gaz dans la chambre 2. Un appareillage fréquent consiste en un diffuseur 7 en forme d'enveloppe plus ou moins conique et ouverte à ses extrémités, que les gaz traversent avant d'entrer véritablement dans la chambre 2 : ils subissent un écoulement divergent en empruntant des sections de plus en plus larges du diffuseur 7, ce qui les ralentit et permet donc qu'ils soient déviés plus doucement ensuite. L'effet obtenu est d'autant meilleur que le diffuseur 7 est allongé, mais on est au contraire obligé de le choisir court dans certaines circonstances, notamment dans les applications ferroviaires et marines où l'encombrement de la turbine doit rester faible. On peut alors être amené à placer le diffuseur 7 dans la chambre 2, ce qui est représenté ici, le diffuseur 7 s'étendant devant environ la moitié de la surface de l'orifice de sortie 5 ; mais cette disposition rend difficile l'obtention d'un écoulement satisfaisant dans la volute 1 malgré le diffuseur 7. Le sujet de l'invention est un échappement de turbine de ce genre mais complété par un déflecteur situé dans la chambre 2, devant l'extrémité aval du diffuseur 7 et qui complète le guidage des gaz offert par ce dernier. I1 existe de très nombreux genres de déflecteurs pour canaliser les écoulements de fluide, y compris dans les volutes de turbine (comme dans le brevet américain 3 552 877), mais le déflecteur proposé ici possède une forme particulière bien adaptée à la forme et a la poition de la volute 1 et du diffuseur 6 décrits ici. Ce déflecteur porte la référence 8 et consiste en une plaque circulaire cambrée s'étendant dans la chambre 2 devant le diffuseur 7, vers lequel son bord d'attaque 9 est dirigé. L'originalité de forme du déflecteur 8 consiste en une variation de cambrure en azimut, c'est-à-dire que sa section n'est pas la même autour de la volute 1 : si le bord d'attaque 9 possède une tangente uniforme et dirigée parallèlement ou sensiblement parallèlement à l'axe A, le bord de fuite 10, opposé au précédent, possède une tangente dont la direction varie constamment, sensiblement radiale devant l'orifice de sortie 5 et sensiblement parallèle à l'axe A aux sections de la volute 1 diamétralement opposées à l'orifice de sortie 5. En d'autres termes, la cambrure du déflecteur 8, c'est-àdire l'angle entre les tangentes au bord d'attaque 9 et au bord de fuite 10, est d'environ 90" devant l'orifice de sortie u et croît en s'éloignant de cet orifice jusqu'à atteindre environ 1800 à l'opposé. Cependant, des déflecteurs de forme analogue mais ayant des angles de cambrure différents appartiendraient aussi à l'invention. L'effet bénéfique essentiel de ce déflecteur 8 est d'éviter autant que possible de souffler des gaz sur la face extérieure 6 de la volute 1 et d'éviter, en imposant une composante axiale aux filets de gaz F situés à la périphérie du diffuseur 7 et à l'opposite de l'orifice de sortie 5, de les renvoyer vers le fond de la chambre 2, à droite sur la figure, et d'éviter qu'ils ne provoquent des tourbillons avec les filets de gaz canalisés entre le déflecteur 8 et l'enveloppe de la volute 1, dans la zone de confluent C située entre le bord de fuite 10 et la face extérieure 6. La répartition du flux de sortie des gaz de la volute 1 est enfin plus uniforme sur la section de l'orifice de sortie 5. Contrairement à de nombreux agencements connus où de nombreux déflecteurs parallèles sont utilisés, un déflecteur 8 unique suffit ici, et son diamètre est de préférence choisi pour circonscrire deux tiers de la section d'écoulement du gaz dans le diffuseur 7, ce qui revient à dire que les filets F de gaz déviés par le déflecteur 8 appartiennent au tiers restant de la section. Le déflecteur 8 est uni à l'enveloppe de la volute I par des bras ll qui peuvent être au nombre de trois, ou plus nombreux si cela est souhaité, et qui prennent la forme d'ailettes disposées obliquement, pour présenter une incidence nulle avec l'écoulement des gaz dans la volute 1. Le bord d'attaque 9 est situé immédiatement en aval du diffuseur 7 pour éviter des discontinuités d'écoulement. On a en outre représenté l'arbre de turbine 12, disposé dans l'axe A à travers la volute 1, et une roue d'aubes de turbine 13, disposées à l'orifice d'entrée 3 de la volute 1 et circonscrites par le diffuseur 7. Dans cette réalisation, le diffuseur 7 est uni aux aubes 13, mais cela n'est pas indispensable à une bonne exécution de l'invention. REVENDICATIONS 1. Echappement de turbine comprenant une volute (1) à orifice d'entrée (3) axial et orifice de sortie (5) radial, l'orifice d'entrée (3) s'étendant sur un tour de volute et l'orifice de sortie (5) sur une portion du tour de la volute, un diffuseur (7) pénétrant dans la volute (1) et un déflecteur (8) situé dans la volute pour guider du gaz originaire du diffuseur (7) vers l'orifice de sortie, caractérisé en ce que le déflecteur (8) possède une cambrure variable, minimale devant l'orifice de sortie et croissant en s'éloignant de l'orifice de sortie. 2. Echappement de turbine selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déflecteur (8) est unique et possède un bord d'attaque (9), dirigé vers le diffuseur (7) , de diamètre choisi pour circonscrire deux tiers d'une section d'écoulement du gaz dans le diffuseur. 3. Echappement de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la cambrure du déflecteur (8) est de 90" devant l'orifice de sortie et croît jusqu'à 1800 à l'opposé, autour de la volute (1), de l'orifice de sortie (5).