TURBO-GENERATEURS.
La présente invention est relative à des turbogénérateurs et, plus particulièrement, à une combinaison perfectionnée d'une turbine à vapeur de mercure et d'un générateur électrique.
La combinaison d'une dynamo et d'une turbine dans
une seule enveloppe étanche permet de réaliser différents avantages importants parmi lesquels l'accroissement du rendement,
la réduction du volume des éléments combinés et l'élimination
des scellements hermétiques à la vapeur entre la dynamo et la turbine. Dans les petites turbines à faible puissance, une considération importante est l'influence de la vapeur ambiante
sur les pertes par friction de la roue de la turbine; lorsque
le rotor d'une dynamo est également en présence d'une telle vapeur, lesdïtes pertes sont encore plus importantes. Toutefois, lorsqu'on peut utiliser des pressions réduites tout en maintenant une grande vitesse d'expansion de la vapeur en même temps qu'un rendement thermo-dynamique élevé, la structure mécanique d'un turbo-générateur devient réalisable. Si l'on utilise le mercure comme fluide dont la vapeur fait fonctionner la turbine, il est possible de remplir toutes ces conditions simultanément.
Une combinaison de générateur et de turbine à vapeur de mercure absolument étanche permet au mercure et à sa vapeur de parcourir un cycle fermé à partir d'un élément de vaporisation ou bouilleur jusqu'à la turbine et, au-delà des ailettes, vers un dispositif de condensation, pour revenir ensuite au bouilleur. Les systèmes de ce type sont très stables et d'un fonctionnement efficace et n'exigent qu'un minimum d'entretien. Le système électrique peut consister en un alternateur avec un rotor constitué par un aimant permanent et un enroulement de stator contenu dans un compartiment distinct intérieur au boîtier de la turbine mais non hermétique à la pénétration des vapeurs de mercure.
Des connexions électriques entre les enroulements du stator et les circuits extérieurs peuvent être effectuées à travers des scellements de verre étanches aux vapeurs dans le. boîtier de la turbine. Des problèmes secondaires que l'invention résout à l'aide de dispositifs perfectionnés sont soulevés par la friction relativement élevée des portages et par les méthodes d'application sous pression du mercure condensé depuis la turbine jusqu'à l'élément de vaporisation. La présente invention concerne'particulièrement des systèmes dans lesquels l'arbre de la turbine est disposé verticalement. Elle permet une réduction de la friction du portage supérieur grâce à l'utilisation. d'un petit élément de portage monté dans un support élastique et en contact avec l'arbre en un point où son diamètre peut être largement réduit par rapport au diamètre général.
Un support additionnel pour l'arbre utilisé lorsque la turbine n' est pas en service, par exemple lorsque l'appareil est suscepti-
<EMI ID=1.1> obtenu à l'aide d'un portage de plus grandes dimensions disposé en un autre point-'de l'arbre avec un jeu évitant tout contact
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brusquement décalé-de son axe normal de rotation.
Le mercure condensé peut être renvoyé vers le bouilleur par un dispositif à gravité ou renvoyé sous pression par un système de pompe. Le premier dispositif cité ne présente pas toujours une bonne sécurité et dans l'intérêt du rendement, il est préférable d'utiliser une pompe. L'invention prévoit éga-
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tier de la turbine, ledit système servant en même temps de portage de butée pour l'ensemble turbo-générateur. En tenant compte des considérations de calcul convenables, le système de pompage et de portage peut fonctionner également comme un dispositif de portage fluide ou le mercure joue le rôle de lubréfiant et aide en outre à diminuer la pression du turbo-générateur sur le portage.
L'un des objets de l'invention est, en conséquence, d'obtenir un turbo-générateur perfectionné combiné avec une pompe dans un seul boîtier de petites dimensions et absolument étanche.
Un second objet de l'invention est d'établir un système de portage amélioré pour un rotor de turbine tournant autour d'un axe vertical, ledit système offrant un minimum de résistance par friction au portage supérieur d'alignement et tout le poids du rotor étant appliqué au portage de butée inférieur.
Un objet additionnel de l'invention est l'obtention d'un dispositif combiné turbine-générateur-pompe dans un boîtier unique hermétique aux vapeurs, dispositif dans lequel le portage de butée principal joue en même temps le rôle de système de pompage.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint qui représente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de mise en oeuvre de ladite invention.
La figure unique représente en partie en coupe et en partie symboliquement sous forme de rectangles une vue du système complet, conforme à certaines caractéristiques de l'invention, générateur de courants électriques intérieurement à une turbine à mercure étanche.
Le fonctionnement du système représenté est essentiellement le suivant. Le mercure liquide contenu dans un bouilleur est chauffé et transformé en vapeur; la vapeur est introduite dans la tuyère d'une turbine à mercure et amenée à traverser les aubes du rotor de la turbine, ce qui entraîne la rotation dudit rotor et d'un rotor d'alternateur qui lui est couplé; la vapeur de mercure est ensuite condensée par suite de l'effet d'un fluide de refroidissement qui circule autour d'un dispositif de condensation du boîtier de la turbine et le mercure liquéfié est pompé en retour vers la chaudière. Sur la figure, la réalisation préférée représente un élément de chauf- <EMI ID=4.1>
intermédiaire d'une conduite 2 et appliquant de la vapeur de mercure par l'intermédiaire d'une seconde conduite 3 et d'un étranglement 4 à la tuyère 5 de l'ensemble turbo-générateur désigné par la référence générale 6. La section de la tuyère augmente et se transforme en une section conique sensiblement annulaire: un ensemble de déflecteurs 7 est disposé à l'intérieur de la section adjacente à l'ouverture de la tuyère 8. Un second ensemble de déflecteurs 9 est également utilisé pour diriger la vapeur de mercure jusqu'aux deux ensembles d'ailettes tournantes 10 et 11 de la turbine fixés au rotor 12 de ladite turbine. Après application d'énergie aux ailettes de la turbine, la vapeur de mercure pénètre dans la chambre de condensation 13 où elle est refroidie suffisamment pour revenir à l'état liquide.
Ensuite, le liquide est recueilli au fond de la chambre 14 et est pompé en retour vers le bouilleur à travers la conduite 2 par le dispositif de pompage 15. Une autre chambre 16 entoure le boîtier à proximité de la chambre de condensation 13. Un fluide de refroidissement circule à travers la chambre 16 grâce à l'action d'un dispositif circulatoire coopérant avec une source de fluide de refroidissement, la combinaison de ces organes étant indiquée par la référence générale 17.
Une chemise 18 est disposée à l'intérieur du boîtier du turbo-générateur 19 et entoure un enroulement de stator d'alternateur 20 et un rotor 21 constitué par un aimant permanent monté sur un arbre vertical 22 qui supporte également le rotor
12 de la turbine. Les connexions électriques telles que 23 peuvent être effectuées à travers le boîtier 19 et peuvent être rendues étanehes aux vapeurs au moyen de scellements de verre
24. D'une manière analogue, les sections du boîtier, les conduites et la chambre de refroidissement peuvent être scellées ensemble par des soudures 25. L'arbre 22, qui porte à la fois le rotor 12 de la turbine et le rotor 21 de l'alternateur, est disposé verticalement et maintenu le long d'un axe de rotation désiré par deux systèmes de portage. L'extrémité inférieure dudit arbre est en forme de tronc de cône et est logé dans une partie de forme analogue 26 du boîtier 19. En plus du rôle de portage pour l'arbre, le logement en tronc de cône coopère avec ledit arbre pour déterminer un système de pompage pour le mercure recueilli en 14. Ce pompage est rendu possible par une rainure en spirale 27 ménagée dans la surface en tronc de cône de l'arbre.
La rotation de l'arbre de rotor provoque la pénétration du mercure dans la rainure et le mercure est forcé dans la conduite 2. A condition que l'effet de pompage soit suffi-samment puissant, il y a une réaction du mercure sur la surface en tronc de cône de l'arbre qui tend à compenser la pression de l'arbre contre la surface de portage. Ce système, non seulement réduit la pesée sur le portage de l'arbre en rotation,
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arbre et les surfaces de portage, et l'on obtient ainsi un système de portage fluide.
A l'extrémité supérieure de l'arbre, si l'on désire
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arbre peut être réduit pour former une broche 28. Un portage
29 dont une faible surface est en contact avec ladite broche, est disposé dans une monture élastique 30 qui ne gêne pas la rotation du portage mais, par effet d'élasticité, tend à amener le portage et la broche jusqu'à une position où l'arbre est convenablement centré. La vitesse superficielle du portage est ainsi réduite et la zone de contact entre la broche et le portage également. Les effets de friction sur le portage supérieur sont ainsi considérablement réduite. Etant donné que la broche est susceptible d'être facilement endommagée, un portage de sécurité ou de limitation 31 est prévu en face d'une partie de 1' arbre de diamètre normal. L'arbre ne peut se décaler que d'une petite distance avant d'entrer en contact avec le portage de sécurité 31 et, de cette manière, des déplacements accidentels
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pas la détérioration de la broche. A titre de précautions additionnelles, le rotor 12 de la turbine est disposé de manière à entrer en contact avec la surface intérieure du boîtier 32 avant que la broche puisse être endommagée par contact avec le portage 33 lorsque des déplacements longitudinaux de l'arbre se produisent.
Il est évident que la combinaison turbo-générateurpompe peut être modifiée dans une mesure considérable par 1' homme de l'art sans s'écarter des principes de l'invention, tels qu'indiqués ci-dessus. Il existe indubitablement uri certain nombre de combinaisons de turbine et de dynamo permettant
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des portages peuvent être réalisés avec une fonction addition-
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arbre du rotor autour d'un axe horizontal. Il est nécessaire que le portage à friction réduite soit utilisé comme portage supérieur d'un arbre vertical, étant donné qu'il ne risque pas d' être soumis à de grands efforts mécaniques radiaux ou longitudinaux. Le montage élastique de ce portage peut être d'un type quelconque de construction à ressort ou de montage de'matière élastique.