FR 3062158 A1 20180727 FR 1700844 A 20170726 -1- Turbine Centrifuge Hybride Mixte, TCHM, avec fonctions de compression et d'échangeur Thermique. Le domaine du dispositif de la présente invention est 5 celui de l'évolution de la présentation traditionnelle des Turbine Centrifuges Hybrides à effets de bord et à aubes rapportées. Le dispositif selon l'invention apporte au principe de ce type de Turbines Centrifuge Hybride TCH une réponse à la 10 difficulté de réalisation de ces turbines en les simplifiant et en les rendant fabricables et de plus en y rajoutant une fonction de compression complémentaire. a) La problématique : 15 En effet le principe des Turbines Centrifuge Hybride TCH repose sur l'association de disques « Turbines », à effet de bord et à aubes rapportées, à des chambres d'échanges thermiques, elles-mêmes à effet de bords. A chaque disque Turbine 20 doit correspondre une chambre adjacente d'échange thermique. Il en résulte un empilage complexe de disques qui, dans les applications où les fluides ont des valeurs d'épaisseur de couche limite faible, demandent un espacement réduit entre les disques ce qui entraine le besoin d'installer un nombre 25 important de disques. Dans des applications de turbines de petites puissances c'est à dire avec de faibles débits de flux, le dispositif décrit pour la réalisation des TCH est réalisable (peu de disques), par contre dès qu'on monte en puissance et qu'il 30 est nécessaire de travailler avec des débits de flux impor- tant on arrive vite à la limite raisonnable de la réalisation mécanique. Pour donner une idée, faire une Turbomachine utilisant une TCH correspondant à la génération de 15 kW utile, dont le 3062158 -2- fluide est l'air comprimé, équivaut à être adapté à un débit masse du flux du fluide moteur de l'ordre de 140 grs/secondes à 3.1 bars ce qui correspond au besoin d'une douzaine de disques. Dans ce cas, on est déjà à la limite de la réalisa- tion. En dessous de 15 kW cela pose moins de problèmes, au-dessus, par exemple si on veut faire 50 kW ce qui correspond à de l'ordre de 530 gr/s à 3.2 bars, il faudrait plusieurs dizaines de disques et la présentation n'est plus réalisable d'autant que ce montage poserait des problèmes vibratoires très difficiles à maitriser. Il faut donc absolument trouver une présentation nouvelle pour résoudre le problème d'adaptation aux fortes puissances. b) Principe de fonctionnement et Conception générale : Le dispositif selon l'invention, s'appuie sur le principe général des Turbines Centrifuges Hybrides à effet de bords, ou TCH, mais avec deux modifications majeures. La première vient du choix de faire des disques Turbines 20 centrifuge sans effet de bords. C'est-à-dire, des disques Turbines en tout point semblables à ceux des TCH classique, entrainés par un flux de fluide moteur comprimé injecté en giration par le centre (5), qui se propage du centre vers la périphérie (8) entre les flancs (1 et 3) sous l'action d'un 25 différentiel de pression, comportant des aubes primaires creuses en partie basse (10) et des aubes secondaires creuses en partie périphérique (9), constituant les étages de détentes primaires et secondaires, mais avec un espacement entre les flancs (4) très largement supérieur à la valeur de 30 la couche limite du flux du fluide moteur qui la traverse, on parlera de disques « Turbines à aubes larges ». La largeur des aubes qui correspond à l'espacement entre les flancs (1 et 3) des disques Turbines, sera dans ce cas, au moins 5 fois supérieure à la hauteur de la couche limite 3062158 -3- du flux du fluide moteur aux conditions de fonctionnement au point design (point de conception). La seconde, selon l'invention, est la conséquence du 5 choix de faire des disques Turbines Centrifuge sans effet de bords. En effet, si on prend cette option, au lieu d'avoir une multitude de disques Turbines avec effet de bords, accolés à des disques d'échanges thermiques à effet de bords, on en aura un nombre très limité, sans effet de bords. Dans ce 10 cas, on ne peut plus respecter le principe de la TCH classique qui demande qu'à chaque disque Turbine corresponde une chambre adjacente d'échange thermique à effet de bords. Pour remédier à cette difficulté le dispositif selon l'invention introduit l'idée qu'on aménage dans un des flanc 15 du disque Turbine Centrifuge à aubes « larges » (1), un anneau structurel solidaire dans lequel on introduit un empilage de plusieurs disques d'échange thermique (21) qui emprisonnés dans l'anneau, ne participent pas à la rigidité mécanique de l'ensemble mais à la conduite du flux secondaire, et qui sont disposés avec des espacements (24) dont la valeur est calculée pour obtenir une circulation du flux secondaire du centre vers l'extérieur (centrifuge) avec effet de bords « boundary effect ». Pour retrouver l'efficacité de la présentation classique des TCH, on ajustera le nombre de disques (21) nécessaires afin d'adapter, la surface de passage de l'entrée de l'écoulement du flux, au débit du flux secondaire qui se présente. On rappelle, que dans le cas d'écoulement d'un fluide généralement sous pression, qui se présente au centre de l'anneau intérieur de deux disques lisses (sans aubages) évidés en leur centre (6), si l'espacement des disques est d'une 3062158 -4- valeur adaptée qui force le fluide à frotter part et d'autre des parois intérieures des disques adjacents, c'est à dire en effet de bords (boundary effect), soit en général selon la théorie moins de 3/2 de la hauteur de la couche limite du 5 fluide (estimé au point design de fonctionnement) et si ces disques sont mis en rotation par un quelconque moyen, il se passe un phénomène d'aspiration du fluide du centre (6) vers la périphérie (8) car le fluide est projeté au contact des parois des disques par centrifugation et gagne en vitesse et 10 en pression, créant ainsi un effet de compression qui vient compléter la pression initiale du fluide . C'est la propriété de réversibilité des turbines à disques de type « Tesla » qui, quand on les fait tourner, deviennent des pompes ou des compresseurs. 15 On rappelle aussi que dans ce cas, le fluide qui frotte sur les parois des disques prendra nécessairement et d'une manière très efficace, l'apport thermique que le disque serait en mesure de lui donner par convection thermique. Un tel système est aussi un échangeur thermique tournant. 20 Le dispositif selon l'invention diffère donc de la présentation du TCH classique par le fait que les disques Turbines fonctionnent sans effet de bords alors que les disques d'échanges thermiques fonctionnent avec effet de bords comme 25 dans la présentation classique de la TCH mais ne sont plus structurels et sont regroupés et emprisonnés dans un anneau structurel solidaire du disque turbine. C'est pour cela qu'on parlera de conception « Mixte » ou TCHM. 30 c)Description du dispositif selon l'invention : Le dispositif selon l'invention, est une Turbine Centri- fuge Hybride Mixte, TCHM, qui est composée d'un disque ou 3062158 -5- d'un empilage de disques « Turbine » coaxiaux à « aubes larges » creuses, de type sans effet de bords, liés, à l'avant à un disque « frontal » (17) et à l'arrière à un disque « d'échappement » (18). 5 Dans sa forme la plus simple la TCHM peut ne comporter qu'un seul disque « Turbine » pris en sandwich entre le disque « frontal » et le disque « échappement ». Chaque disque « Turbine » comporte deux flancs (1 et 10 3), identiques dont un des flancs (1) en face avant est pro- longé par des anneaux de même largeur (14) en zone centrale (26) et en zone périphérique (25), ces anneaux sont liés par soudure, brasure ou autre moyens, au moment de l'assemblage, à la face arrière du flanc (3) du disque adjacent ou à celle 15 du disque « frontal » (17), constituant ainsi une chambre annulaire structurelle. Le disque « d'échappement » (18) peut comporter lui-même des anneaux en zone centrale (26) et en périphérie (25) qui liés à la face arrière du flanc (3) du dernier disque « Tur20 bine », compose la chambre annulaire structurelle arrière. Les disques « Turbine » sont tous semblables et sont « à aubes larges » creuses. Leurs flancs (1 et 3) sont liés entre eux par deux séries d'aubes aérodynamiques creuses (10) et (9) dont la largeur est égale à l'espacement (4) des flancs 25 Les disques « Turbine » à aubes larges sont mis en rota- tion sous l'effet d'un fluide moteur comprimé (2) injecté en giration par un distributeur fixe (12) placé en entrée ou au centre (5) de l'anneau des disques Turbines dans l'axe de la « Turbine », de telle sorte que le fluide moteur (2) circule 30 sous l'effet d'un différentiel de pression entre les flancs (1 et 3) des disques Turbines, dont l'espacement (4) est au moins 5 fois plus grand que la valeur de la couche limite du fluide moteur, en entrainant deux séries d'aubes creuses par l'effet d'une double détente. 3062158 -6- La première série d'aubes creuses (10) est disposée en couronne dans la zone basse (6) proche du bord de l'anneau central évidé (5) constituant un rotor primaire qui couplé avec le distributeur fixe (12) représente pour le fluide mo- 5 teur (2) un premier étage de détente à réaction dit « étage primaire » La seconde série d'aubes creuses (9) est disposée en couronne dans la zone haute (8) constituant un rotor secondaire et qui couplé avec la couronne de stators fixes (11), 10 qui peuvent être à calage variable, placée en périphérie, représente pour le fluide moteur (2) un second étage de détente à impulsion dit « étage secondaire ». Les aubes creuses mettent en communication les chambres 15 annulaires structurelles et participent à la conduite et à la circulation d'un fluide secondaire (22) dont on veut changer l'état thermique et que l'on veut comprimer. Dans chaque chambre annulaire structurelle on dispose un 20 empilage de disques d'échanges Thermiques (21) qui sont installés sur deux couronnes d'axes cylindriques de fixation (31), emprisonnés entre les parois des flasques des chambres. Chaque disque d'échange thermique (21) est semblable à l'autre, et ne participe pas à la résistance structurelle de 25 l'ensemble, il est évidé au centre pour constituer un anneau intérieur par lequel pénètre le fluide secondaire, et il comporte deux couronnes de perçages (30) à travers lesquels passent les axes de fixation (31). Chaque disque est séparé de l'autre par une bague entre-30 toise (32) enfilée dans les axes et dont la valeur de l'épaisseur (24) égale la valeur d'espacement recherché pour obtenir la circulation du flux du fluide secondaire avec un effet de bords (boundary effect). L'espacement entre les disques est inférieur à 3/2 fois la valeur de la hauteur de 3062158 -7- la couche limite du fluide secondaire qui circule entre les disques, estimée aux conditions de fonctionnement au point design (point de conception). Les disques (21) sont réalisés à partir de matériaux 5 adaptées à la caractéristique du fluide secondaire(22) qui circule entre les disques, aux températures et aux efforts à subir dans chaque application, et ils sont choisis en particulier pour résister au mieux aux fatigues « oligocycliques ». Ils sont d'une épaisseur faible, inférieure aux 10 2/3 de la valeur de la couche limite du fluide secondaire. Ils sont lisses mais peuvent avoir subi des traitements de surfaces appropriés permettant d'améliorer le transfert thermique ou augmenter leur durée de vie. Les bagues entretoises (32) enfilées dans les axes cy- 15 lindriques, qui règlent l'espacement entre les disques (24), sont dans une matière telle que au repos, refroidies, il existe un jeu axial entre les disques et les entretoises, et qu'en fonctionnement sous contrainte thermique et dynamique, du fait de la matière choisie, la somme des dilatations 20 axiales des entretoises est supérieure à la dilation axiale de l'anneau structurel, entraînant ainsi un serrage fort qui bloque axialement tous les disques. Cela suppose que les disques (21) aient une liberté axiale minimale et que les perçages par lesquels s'enfilent les axes cylindriques, pré- 25 sentent un jeu radial par rapport au diamètre des axes, permettant ainsi le déplacement axial sans contraintes des disques turbines quand le serrage se produit. Les disques thermiques à effet de bords (21), sont donc libres axialement et radialement à « froid » (quand 30 l'ensemble ne tourne pas ou faiblement et que la température de l'ensemble est faible), par contre tout est serré et contraint axialement et radialement « à chaud » (quand l'ensemble tourne à grande vitesse et que la température est 3062158 -8- élevée). Ce montage est très simple et garantit la facilité de fabrication, le coût réduit et le bon vieillissement. Le disque « Frontal » (17) de la turbine centrifuge Hy- bride, TCHM, placé à l'avant du dispositif est lié aux an- 5 neaux, le central (26) et l'extérieur (25), qui prolongent le flanc de la face avant de la première Turbine, pour constituer l'anneau structurel de la première Turbine. Cette liaison est faite par soudure, brasure ou autre technique de liaison résistante aux efforts dynamiques et aux températures 10 et autres sollicitations de l'ensemble tournant. Ce disque « frontal » présente en partie basse, proche de la zone centrale (6) une couronne de lumières (33) qui débouchent dans le premier anneau structurel, ces lumières constituent l'entrée du flux du fluide secondaire (22) et 15 alimentent en zone basse (6) les anneaux structurels à travers le conduit (19) constitué par les aubes primaires. Le disque « d'échappement » (18) de la turbine centrifuge Hybride, TCHM, placé à l'arrière du dispositif, comporte des anneaux (25 et 26), qui prolongent sa face avant, et qui 20 sont liés à la face arrière de la dernière Turbine, de la même manière que toutes les autres liaisons pour constituer le dernier anneau structurel. L'anneau structurel du disque « d'échappement » (18) présente en partie périphérique de sa face arrière une couronne de lumières (34), qui prolongent le 25 canal créé en zone périphérique par les conduits des aubes creuses des rotors secondaires (13) et qui débouchent à travers les lumières (34) sur le collecteur d'échappement du flux secondaire (22) pour être éjecté vers l'arrière dans le sens contraire au flux moteur (2) qui pénètre en giration 30 dans l'anneau des disques Turbines (5). D'autre part, il apparait qu'au moins un des flancs de l'anneau structurel et sa paroi inférieure centrale (26) sont au contact direct avec le flux moteur (2), il y a donc con- 3062158 -9- duction thermique à la fois, par contact direct, entre les flancs de l'anneau structurel et les disques (21) par l'intermédiaire des axes de fixation (31), et par rayonnement à l'intérieur de l'anneau structurel. 5 Il en résulte que le flux du fluide secondaire (22) qui circule de la partie basse (6) vers la zone périphérique (8), en traversant les empilages de disques d'échanges thermiques (21) placés dans les anneaux structurels, subit d'abord un changement d'état thermique par convection forcée du fait de 10 la friction (23) du fluide secondaire (22) sur les parois des disques (21) dont l'espacement (24) est tel que le fonctionnement de la circulation du flux secondaire se fait en condition d'effet de bords (boundary effect), et subit en complément un changement thermique par le rayonnement des parois de 15 l'anneau structurel. De plus, le changement d'état thermique du flux secondaire (22), qui circule dans les canaux des aubes creuses « larges » (13 et 19), soumises elles aussi, au contact direct du flux moteur (2), est amplifié, par convection forcée 20 durant ce passage. Dans toutes les présentations quelques soient les applications, comme pour la Turbine Centrifuge Hybride, TCH, la Turbine centrifuge Hybride Mixte, TCHM, est portée par un 25 arbre central (16) coaxial, qui est monté sur des roulements (15), ou palier fluides, ou palier air comprimé, ou tout autre dispositif permettant la rotation et la tenue aux efforts radiaux ou axiaux et aux vibrations, généralement à haute vitesse et souvent dans des conditions d'environnement 30 thermiques sévères, de telle sorte à ce que l'ensemble peut être monté en porte à faux ou à cheval sur l'arbre. L'intérêt du montage en porte à faux est de pouvoir li- bérer le centre (5) de la Turbine Centrifuge Hybride Mixte, TCHM, ce qui permet l'injection centrale du flux moteur com- 3062158 -10- primé (2) après son passage dans un distributeur (12) radial ou axial, qui provoque une giration et assure ainsi l'injection centrale correcte du flux moteur entre les Flancs (1 et 3) dans l'angle d'incidence adapté à la géométrie de 5 1 « étage primaire » des aubes larges. Plus généralement, toutes les présentations particulières qui caractérisent l'intégration et l'utilisation des TCH, s'appliquent aux TCHM, que ce soit pour les applications 10 de turbomachines à cycle récupérés ou autres applications d'échangeurs thermiques, et en particulier, la présentation intégré d'un semble mobile EM liant un compresseur centrifuge CHP (27), son couvercle (28) qui intègre le diffuseur (29)de sortie des flux compresseur, et une tôle guide de retour des 15 flux (20) avec une TCHM équipée de une ou plusieurs disques Turbines : CHP-TCHM. c)Analyse du dispositif selon l'invention 20 Quand on observe le fonctionnement des disques Turbines sans effet de bords de la TCHM, on constate qu'on se prive de l'effet de la centrifugation apportée au flux par le système classique de TCH qui augmente l'efficacité de la détente des aubes secondaires (9). 25 Ceci dit, dans cette présentation, les aubes sont pla- cées dans des conditions de fonctionnement aérodynamique bien connues qui justement s'affranchissent des effets de bords pour parvenir à de très bons rendements. On est dans des disposition aérodynamiques que l'on maitrise beaucoup mieux et 30 que l'on peut optimiser pour atteindre des efficacités d'entraînement, comparables à ce que l'on est en droit d'espérer dans un système classique de TCH. Si on est en droit d'attendre quasiment les mêmes per- formances pour la fonction Turbine, il faut bien dire qu'on 3062158 -11- sera inférieur en efficacité dans le nouveau dessin de la TCHM en comparaison avec le dessin classique de la TCH pour ce qui concerne les échanges thermiques. En effet dans la TCH les disques d'échanges thermiques 5 dans lesquels circule le flux du fluide secondaire sont pris en sandwich entre les disques Turbines dans lesquels circulent des gaz moteurs généralement très chauds dans les applications de turbomachines, comme dans les deux cas d'écoulement (disque Turbine et disque Echangeur) on est en 10 effet de bords « boundary effect », les deux flux frottent sur les parois et on comprend vite qu'on ne peut pas imaginer une situation aussi parfaite pour faire un transfert thermique efficace à travers les parois. Donc la formule TCHM sur ce point est moins intéressante. 15 Il est cependant possible que l'échange thermique dans les aubes creuses « larges », entre le flux secondaire qui y circule et les gaz moteurs qui les entrainent, vienne en complément significatif et compense en partie la perte d'efficacité attendue, c'est une particularité de la TCHM. 20 Par contre, le fait de disposer les disques d'échanges thermiques (21) en empilage côte à côte , emprisonnés dans un anneau adjacent au disque Turbine sans qu'ils aient de fonction structurelle, présente un intérêt essentiel par rapport à la présentation de la TCH classique. 25 En effet, la disposition de l'empilage des disques d'échanges thermiques, reproduit la présentation théorique idéale d'une turbine Tesla, car les disques lisses sont côte à côte et n'ayant aucune fonction structurelle on peut utiliser des disques de faible épaisseur, faciles à fabriquer, 30 dans des matériaux et avec des traitements de surface plus adaptés. On sait que pour améliorer l'efficacité des disques « Tesla », les disques doivent être les plus fins possibles, ce que l'on ne peut pas obtenir dans la présentation clas- 3062158 -12 - sique TCH car dans ce cas, pour répondre à leur fonction structurelle et en participer à la tenue mécanique sous contrainte de l'ensemble mobile, ils sont nécessairement plus épais. 5 Ce que l'on sait, et qui nous intéresse, c'est qu'une « Turbine Tesla » quand on la motorise se comporte comme un compresseur centrifuge. La particularité de la turbine Tesla c'est la réversibilité, c'est-à-dire que quand on la fait tourner, le flux qui se présente par le centre (6) est aspiré 10 et centrifugé et gagne en pression totale en périphérie (8). Il y a beaucoup d'applications de pompes qui utilisent cette propriété. Donc, la présentation selon l'invention, sous forme de TCHM fait apparaître une fonction de compression complémen15 taire ce que la présentation classique sous forme de TCH fait en partie mais moins efficacement. On peut dire que dans la formule TCH la fonction compresseur existe dans les disques d'échanges thermiques mais comme les conditions de circulation du flux secondaire ne sont pas 20 idéales (perturbations en entrée et en sortie), elle est moins efficace et elle correspond beaucoup plus à un apport tendant à limiter, voire compenser les pertes de charges, alors que dans la formule TCHM on est dans la présentation recommandée d'un compresseur centrifuge à disques lisses et à 25 effet de bords et on doit alors s'attendre à une amélioration nette de la pression du flux d'entrée, ce qui est un très grand avantage. En d'autres termes, avec la formule TCHM si on prend soin 30 à tout, par rapport à la formule TCH, on ne perd rien en efficacité de la fonction d'entrainement, on perd en efficacité de transfert thermique, on gagne en compression complémentaire. 3062158 -13-- Et pour compléter, ce qui est très important même essentiel, la formule TCHM est mécaniquement réalisable (fabricable) avec des technologies classiques, dans des conditions de coût faibles, elle est nécessaire pour les applications de 5 fortes puissances, alors que la formule TCH, surtout si il y a trop de disques (cas des fortes puissances) est toujours difficile à réaliser voire impossible et est très délicate à bien faire, donc coûteuse. 10 Pour ces raisons, la formule TCHM s'imposera certaine- ment dans la plupart des applications. REVENDICATIONS1) Turbine Centrifuge Hybride Mixte, caractérisée en ce qu'elle est composée d'un disque ou d'un empilage de disques « Turbine » coaxiaux à « aubes larges » creuses de type sans effet de bords, liés, à l'avant à un disque « frontal » (17) et à l'arrière à un disque « d'échappement » (18), qui com- portent deux flancs identiques(1 et 3), dont un des flancs (1) en face avant est prolongé par des anneaux (25 et 26) de même largeur (14) en zone centrale (6) et en zone périphérique (8), qui sont liés par soudure, brasure ou autre moyens, au moment de l'assemblage, à la face du flanc arrière du disque adjacent (3) ou à celle du disque « frontal » (17), constituant ainsi une chambre annulaire structurelle qui emprisonne un empilage coaxial de plusieurs disques d'échange thermique à effet de bords (21) portés par des axes de fixation (26), ne participant pas à la tenue structurelle de l'ensemble, et aux travers desquels circule un fluide secondaire (22), de la zone centrale (6) vers la périphérie (8),qui frotte (23) sur les parois des disques, qui se comprime par centrifugation et change d'état thermique au contact des disques et des parois de la chambre structurelle. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les disques « Turbine » coaxiaux que l'on empile et que l'on fixe entre eux, par soudage, brasage ou autre technique, sont à « aubes larges » et tous semblables, que leurs flancs (1 et 3) sont liés entre eux par une première série d'aubes aérodynamiques creuses (10), dont la largeur est égale à l'espacement (4) des flancs, qui sont disposées en couronne dans la zone basse (6) proche du bord de l'anneau central évidé (5) constituant un rotor primaire qui couplé avec un distributeur fixe (12) représente un premier étage de 3062158 -15- ' détente à réaction dit « étage primaire », et par une seconde série d'aubes creuses (9) dont la largeur est aussi égale à l'espacement (4), placée en couronne dans la partie haute (8) constituant un rotor secondaire et qui couplé avec la cou- 5 ronne de stators fixes (11) placé en périphérie représente un second étage de détente à impulsion dit « étage secondaire ». 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les disques « Turbine » à « aubes larges » présentent un anneau central évidé (5), et qu'ils sont mis en rota- 10 tion sous l'effet d'un fluide moteur comprimé (2) qui est injecté en giration par un distributeur fixe (12) placé en entrée ou au centre (5) de l'anneau des disques dans l'axe de la « Turbine », de telle sorte que le fluide moteur (2) pénètre entre les flancs (1 et 3), dont l'espacement (4) est au 15 moins 5 fois plus grand que la valeur de la couche limite du fluide moteur, et circule sans « effet de bords » du centre (5) vers la périphérie de la turbine (8) sous l'effet d'un différentiel de pression, en entrainant les deux séries d'aubes creuses par l'effet d'une double détente, et par le 20 fait que le fluide moteur (2) est éjecté en périphérie des flancs (8) sur une couronne de stators fixes (11) qui peuvent être à calage variable. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans l'anneau structurel placé en face avant, soli- 25 daire du flanc (1) et fermé par la face arrière du disque « frontal » (17)ou celle du flanc arrière du disque adjacent, on dispose un empilage coaxial de plusieurs disques d'échanges thermiques à effet de bords (21), évidés en leurs centres (6), comportant chacun deux couronnes de perçages 30 (31), une proche de la zone centrale (5) et l'autre proche de la zone périphérique (8), dans lesquels on glisse des axes de fixation (31) avec un jeu radial par rapport aux perçages, lesquels axes de fixation, sont emprisonnés avec une liberté de jeu axial entre la face avant du flanc (1) du disque Tur- 3062158 -16- bine et la face arrière du flanc (3) du disque adjacent ou celle du disque « frontal » (17) ou du disque « d'échappement » (18), lesquelles constituent les faces de fermeture de l'anneau structurel dans lequel circule le flux 5 secondaire (22), injecté par le canal (19) des aubes creuses du rotor primaire de la zone centrale (6) vers la périphérie (8), sous l'effet d'un différentiel de pression complété par l'action de la centrifugation qui se crée pendant son parcours entre les parois des disques, conséquence de la circu- 10 lation du fluide secondaire en condition d'effet de bords « boundary effefct », qui provoque une élévation de la pression du fluide secondaire (22) qui s'évacue par le canal des aubes creuses (13) du rotor secondaire en zone périphérique (8). 15 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, le disque « frontal » (17) présente en partie basse (6), une couronne de « lumières » (32) qui débouchent dans le premier anneau structurel et qui constitue l'entrée du flux du fluide secondaire (22) qui alimentent en zone basse (6), 20 les anneaux structurels à travers le conduit (13) constitué par les aubes primaires (10) creuses, et aussi, en ce que le disque « d'échappement » (18) placé à l'arrière du dispositif TCHM, comporte des anneaux (25 et 26), qui prolongent sa face avant, et qui sont liés à la face arrière de la dernière Tur- 25 bine (3), pour constituer le dernier anneau structurel qui présente en partie périphérique (8) de sa face arrière, une couronne de « lumières » (33), en sortie du canal créé en zone périphérique par les conduits des aubes creuses (13) des rotors secondaires, qui débouchent dans un collecteur 30 d'échappement du flux secondaire, il résulte de cette dispo- sition que le flux du fluide secondaire (22) circule de la partie basse (6) vers la zone périphérique (8), en traversant les empilages de disques d'échanges thermiques (21) placés dans les anneaux structurels, en effet de bords (boundary ef- 3062158 -17- fect) et qu'il est éjecté vers l'arrière du dispositif dans le sens contraire au flux moteur (2) qui pénètre en giration dans l'anneau des disques Turbines (5). 6) Dispositif selon la revendication 4 et la revendi5 cation 5, caractérisé en ce que au moins un des flancs de l'anneau structurel et sa paroi inférieure centrale (26) sont au contact direct du flux moteur (2) qui transfère la chaleur à travers les parois au fluide secondaire (22) circulant dans l'anneau entre les disques d'échanges thermiques (21), selon 10 les règles et lois des transferts thermiques, en partie par rayonnement des parois de l'anneau structurel et en partie par convection forcée entre les disques (21), provoquant le changement d'état thermique du flux secondaire (22), qui circulant dans les aubes creuses « larges » (13 et 19), soumises 15 elles aussi, au contact direct du flux moteur (2), subit un échange thermique complémentaire par convection forcée. 7) Empilage coaxial de disques d'échanges thermiques selon la revendication 4, caractérisé en ce que les disques (21) sont tous semblables, qu'ils sont réalisés dans des ma- 20 tières adaptées aux températures et aux efforts à subir, qu'ils sont d'une épaisseur inférieure au 2/3 de la valeur de la hauteur de la couche limite du fluide secondaire qui circule entre les disques, et qu'ils sont tenus espacés entre eux par des bagues entretoises (25) enfilées dans les axes de 25 fixation cylindriques (26) , dont l'épaisseur est telle, que l'espacement résultant permette que le fluide secondaire, qui circule (22) entre les disques, soit placé dans des conditions d'effet de bords ou « boundary effect » et qu'il frotte (23) constamment sur les parois. 30 8) Empilage coaxial de disques d'échanges thermiques selon la revendication 7, caractérisé en que les bagues entretoises (25) qui règlent l'espacement entre les disques (21) sont dans une matière telle que au repos, refroidies, il existe un jeu axial entre les disques et les entretoises, et 3062158 -18- qu'en fonctionnement sous contrainte thermique et dynamique, du fait de la matière choisie, la somme des dilatations axiales des entretoises est supérieure à la dilation axiale de l'anneau structurel, entrainant ainsi un serrage fort qui 5 bloque axialement et radialement tous les disques. 8) Dispositif selon toutes les revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la Turbine Centrifuge Hybride Mixte (TCHM), comme la TCH classique, est portée par un arbre central (16) coaxial, qui est monté sur des roulements (15), 10 ou des paliers fluides, ou des paliers air comprimé, ou tout autre dispositif permettant la rotation et la tenue aux efforts radiaux ou axiaux et aux vibrations, généralement à haute vitesse et souvent dans des conditions d'environnement thermiques sévères, de telle sorte à ce que l'ensemble peut 15 être monté en porte à faux ou à cheval sur l'arbre et qu'elle s'intègre dans les ensembles mobiles des Turbomachines équipés de compresseur centrifuges, de la même manière que les Turbines Centrifuges Hybrides. 9) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé, en 20 ce que toutes les présentations particulières qui caractéri- sent l'intégration et l'utilisation des TCH, s'appliquent aux TCHM, que ce soit pour les applications d'échangeurs thermiques centrifuges ou pour les applications de turbomachines à cycle récupérés, et en particulier, la présentation intégré 25 d'un semble mobile EM liant un compresseur centrifuge CHP (27), son couvercle (28) qui intègre le diffuseur (29)de sortie des flux compresseur, et une tôle guide de retour des flux (20), avec une TCHM équipée de un ou plusieurs disques Turbines : CHP-TCHM. 30 3062158 Annexe 1 Annexe brevet 26 Nomenclature des indices 1 Flanc avant disque Turbine 2 flux Moteur d'entrainement, gaz comprimé en général flux sortant de la chambre de combustion 3 Flanc arrière disque Turbine 4 espace entre les Flanc turbines ou largeur des aubes 5 zone centre turbine 6 zone basse des disques 7 zone médiane 8 zone périphérique 9 aubes secondaires (en périphérie) 10 aubes primaires (en zone basse) 11 stator fixe périphérique Peut, être, à calage variable 12 distributeur central, radial ou axial giration du flux en entrée ou au centre des disques Turbines 13 canal des aubes creuses secondaires 9 (en périphérie) 14 largeur des anneaux structurels 15 roulements 16 arbre porteur 17 disque Frontal 18 disque d'échappement 19 canal des aubes creuses primaires 10 (en zone bzsse) 20 tôle guide de retour des flux CHP 21 disques Thermiques empilages 22 flux Secondaire 23 surface friction élément de flux secondaire 24 valeur de l'espacement des disques thermiques en effet de bords 25 anneau supérieur de l'anneau structurel (zone périphérique) 26 anneau inférieur de l'anneau structurel (zone basse) 27 Compresseur centrifuge CHP 28 couvercle compresseur 29 diffuseur sortie compresseur 30 perçages de fixation disques thermiques 31 axes de fixation disques thermiques 32 entretoise inter disques thermiques 33 lumières entré du flux secondaire du disque Frontal 34 lumières sortie flux secondaire du disque échappement 2/2 Bernard Etcheparre / INPI 10 avenue des oeillets ANGLET 64600 06 85 75 86 03 bernard.etcheparre@gmail.com 3062158 -14- REVENDICATIONS 5 1) Turbine Centrifuge Hybride Mixte, caractérisée en ce qu'elle est composée d'un disque ou d'un empilage de disques « Turbine » coaxiaux à « aubes larges » creuses de type sans effet de bords, liés, à l'avant à un disque « frontal » (17) et à l'arrière à un disque « d'échappement » (18), qui compor- 10 tent deux flancs identiques(1 et 3), dont un des flancs (1) en face avant est prolongé par des anneaux (25 et 26) de même largeur (14) en zone centrale (6) et en zone périphérique (8), qui sont liés par soudure, brasure ou autre moyens, au moment de l'assemblage, à la face du flanc arrière du disque adjacent 15 (3) ou à celle du disque « frontal » (17), constituant ainsi une chambre annulaire structurelle qui emprisonne un empilage coaxial de plusieurs disques d'échange thermique à effet de bords (21) portés par des axes de fixation (26), ne participant pas à la tenue structurelle de l'ensemble, et aux travers 20 desquels circule un fluide secondaire (22), de la zone centrale (6) vers la périphérie (8),qui frotte (23) sur les parois des disques, qui se comprime par centrifugation et change d'état thermique au contact des disques et des parois de la chambre structurelle. 25 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les disques « Turbine » coaxiaux que l'on empile et que l'on fixe entre eux, par soudage, brasage ou autre technique, sont à « aubes larges » et tous semblables, que leurs flancs (1 et 3) sont liés entre eux par une première série d'aubes 30 aérodynamiques creuses (10), dont la largeur est égale à l'espacement (4) des flancs, qui sont disposées en couronne dans la zone basse (6) proche du bord de l'anneau central évidé (5) constituant un rotor primaire qui couplé avec un distributeur fixe (12) représente un premier étage de détente à réaction 3062158 -15- dit « étage primaire », et par une seconde série d'aubes creuses (9) dont la largeur est aussi égale à l'espacement (4), placée en couronne dans la partie haute (8) constituant un rotor secondaire et qui couplé avec la couronne de stators 5 fixes (11) placé en périphérie représente un second étage de détente à impulsion dit « étage secondaire ». 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les disques « Turbine » à « aubes larges » présentent un anneau central évidé (5), et qu'ils sont mis en rotation 10 sous l'effet d'un fluide moteur comprimé (2) qui est injecté en giration par un distributeur fixe (12) placé en entrée ou au centre (5) de l'anneau des disques dans l'axe de la « Turbine », de telle sorte que le fluide moteur (2) pénètre entre les flancs (1 et 3), dont l'espacement (4) est au moins 5 fois 15 plus grand que la valeur de la couche limite du fluide moteur, et circule sans « effet de bords » du centre (5) vers la périphérie de la turbine (8) sous l'effet d'un différentiel de pression, en entrainant les deux séries d'aubes creuses par l'effet d'une double détente, et par le fait que le fluide 20 moteur (2) est éjecté en périphérie des flancs (8) sur une couronne de stators fixes (11) qui peuvent être à calage variable. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans l'anneau structurel placé en face avant, solidaire 25 du flanc (1) et fermé par la face arrière du disque « frontal » (17)ou celle du flanc arrière du disque adjacent, on dispose un empilage coaxial de plusieurs disques d'échanges thermiques à effet de bords (21), évidés en leurs centres (6), comportant chacun deux couronnes de perçages (31), dans lesquels on glisse 30 des axes de fixation (31) avec un jeu radial par rapport aux perçages, lesquels axes de fixation, sont emprisonnés avec une liberté de jeu axial entre la face avant du flanc (1) du disque Turbine et la face arrière du flanc (3) du disque adjacent ou celle du disque « frontal » (17) ou du disque « d'échappement » 3062158 -16- (18), lesquelles constituent les faces de fermeture de l'anneau structurel dans lequel circule le flux secondaire (22), injecté par le canal (19) des aubes creuses du rotor primaire de la zone centrale (6) vers la périphérie (8), sous l'effet 5 d'un différentiel de pression complété par l'action de la centrifugation qui se crée pendant son parcours entre les parois des disques, conséquence de la circulation du fluide secondaire en condition d'effet de bords « boundary effect », qui provoque une élévation de la pression du fluide secondaire 10 (22) qui s'évacue par le canal des aubes creuses (13) du rotor secondaire en zone périphérique (8). 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, le disque « frontal » (17) présente en partie basse (6), une couronne de « lumières » (33) qui débouchent dans le 15 premier anneau structurel et qui constitue l'entrée du flux du fluide secondaire (22) qui alimentent en zone basse (6), les anneaux structurels à travers le conduit (13) constitué par les aubes primaires (10) creuses, et aussi, en ce que le disque « d'échappement » (18) placé à l'arrière du dispositif TCHM, 20 comporte des anneaux (25 et 26), qui prolongent sa face avant, et qui sont liés à la face arrière de la dernière Turbine (3), pour constituer le dernier anneau structurel qui présente en partie périphérique (8) de sa face arrière, une couronne de « lumières » (34), en sortie du canal créé en zone périphérique 25 par les conduits des aubes creuses (13) des rotors secondaires, qui débouchent dans un collecteur d'échappement du flux secondaire, il résulte de cette disposition que le flux du fluide secondaire (22) circule de la partie basse (6) vers la zone périphérique (8), en traversant les empilages de disques 30 d'échanges thermiques (21) placés dans les anneaux structurels, en effet de bords (boundary effect) et qu'il est éjecté vers l'arrière du dispositif dans le sens contraire au flux moteur (2) qui pénètre en giration dans l'anneau des disques Turbines (5). 3062158 -17- - 6) Dispositif selon la revendication 4 et la revendi- cation 5, caractérisé en ce que au moins un des flancs de l'anneau structurel et sa paroi inférieure centrale (26) sont au contact direct du flux moteur (2) qui transfère la chaleur 5 à travers les parois au fluide secondaire (22) circulant dans l'anneau entre les disques d'échanges thermiques (21), selon les règles et lois des transferts thermiques, en partie par rayonnement des parois de l'anneau structurel et en partie par convection forcée entre les disques (21), provoquant le chan-10 gement d'état thermique du flux secondaire (22), qui circulant dans les aubes creuses « larges » (13 et 19), soumises elles aussi, au contact direct du flux moteur (2), subit un échange thermique complémentaire par convection forcée. 7) Empilage coaxial de disques d'échanges thermiques 15 selon la revendication 4, caractérisé en ce que les disques (21) sont tous semblables, qu'ils sont réalisés dans des matières adaptées aux températures et aux efforts à subir, qu'ils sont d'une épaisseur inférieure au 2/3 de la valeur de la hauteur de la couche limite du fluide secondaire qui circule 20 entre les disques, et qu'ils sont tenus espacés entre eux par des bagues entretoises (25) enfilées dans les axes de fixation cylindriques (26) , dont l'épaisseur est telle, que l'espacement résultant permette que le fluide secondaire, qui circule (22) entre les disques, soit placé dans des conditions d'effet 25 de bords ou « boundary effect » et qu'il frotte (23) constamment sur les parois. 8) Empilage coaxial de disques d'échanges thermiques selon la revendication 7, caractérisé en que les bagues entretoises (25) qui règlent l'espacement entre les disques (21) 30 sont dans une matière telle que au repos, refroidies, il existe un jeu axial entre les disques et les entretoises, et qu'en fonctionnement sous contrainte thermique et dynamique, du fait de la matière choisie, la somme des dilatations axiales des entretoises est supérieure à la dilation axiale de l'anneau 3062158 -18- - structurel, entrainant ainsi un serrage fort qui bloque axia. lement et radialement tous les disques. 9) Dispositif selon toutes les revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la Turbine Centrifuge Hybride 5 Mixte (TCHM), est portée par un arbre central (16) coaxial, qui est monté sur des roulements (15), ou des paliers fluides, ou des paliers air comprimé, ou tout autre dispositif permettant la rotation et la tenue aux efforts radiaux ou axiaux et aux vibrations, généralement à haute vitesse et souvent dans 10 des conditions d'environnement thermiques sévères, de telle sorte à ce que l'ensemble peut être monté en porte à faux ou à cheval sur l'arbre. 15