PERFECTIONNEMENTS A LA CONSTRUCTION DE MOTEURS A TURBINE A GAZ.
La présente invention est relative à un moteur à turbine à gaz, servant à la propulsion d'avions, du type dont le système de combustion comprend des enveloppes annulaires extérieure et intérieure destinées à recevoir entre elles le courant principal sortant du compresseur et intercalées entre le compresseur et la turbine, ce système comportant également un dispositif
de chambre de flamme (c'est-à-dire soit une chambre de flamme annulaire, soit une couronne de chambres de flamme allongées) agencé dans l'espace annulaire entre les enveloppes et écarté radialement de celles-ci.
L'invention est également applicable à un moteur simple à turbine à gaz, où le rotor de la turbine entraîne le compresseur par un arbre unique, ou à un moteur compound où au moins deux rotors de turbine indépendants entrainent différents étages du compresseur par des arbres concentriques associés.
Le but principal de l'invention est de procurer une construction de moteur du type précité, particulièrement pour la propulsion d'un avion à grande vitesse, possédant une grande résistance de structure combinée à une grande légèreté, et comportant des dispositifs perfectionnés pour supporter
le rotor de la turbine ou un étage de rotor, ou d'autres parties du moteur
en aval du compresseur.
Suivant l'invention, l'enveloppe annulaire extérieure du système de combustion constitue elle-même une pièce capable de supporter une charge dans la structure du moteur susceptible non seulement de résister aux forces de compression du compresseur, mais également de constituer un support pour
un palier du rotor de la turbine ou d'un étage de rotor en aval, ainsi que pour l'ensemble du stator de la turbine et le système diffuseur d'échappement.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, dans un moteur compound à passage et soufflerie, une partie du passage est également supportée en aval de la turbine par l'enveloppe annulaire extérieure du système de combustion.
Dans les dessins schématiques annexés :
Fig. 1 est une vue en élévation d'un moteur simple à turbine à gaz suivant l'invention : Fig. 2 est une vue d'une partie du même moteur, en élévation, en coupe et à plus grande échelle, correspondait approximativement à la longueur <EMI ID=1.1> Fig. 3 est une vue partielle fortement agrandie montrant le mode de support de l'enveloppe du stator de la turbine.
Fig. 4 montre, en élévation et partie en coupe, une manière d'appliquer l'invention à un moteur plus complexe, par exemple un moteur compound comportant deux arbres de turbine séparés à relier respectivement à deux rotors de compresseur séparés, à courant axial : <EMI ID=2.1> compound à passage et soufflerie; et Fig. 6 et 7 sont des coupes partielles à grande échelle montrant le mode de support de l'enveloppe du stator de la turbine, respectivement des Figs. 4 et 5. Fig. 1 et 2 montrent une enveloppe 11 d'un compresseur simple à courant axial, dont l'extrémité à haute pression aval 12 se voit; sur la gauche de la fig. 2. L'orifice de sortie du compresseur communique avec la chambre de combustion, et à la sortie de cette dernière se trouve un anneau de structure extérieur 15 entourant la turbine.
Cette dernière comporte un arbre de rotor 16 portant deux rangées d'aubes. L'extrémité aval de l'anneau
15 est montée de façon à supporter le cône d'échappement 18 portant à l'intérieure le cône diffuseur 19.
Dans le cas décrit, les extrémités 21, 22 de l'enveloppe annulaire extérieure 23 de la chambre de combustion sont tronconiques vers l'intérieur de façon à obtenir une structure monocoque extrêmement solide capable de résister à des sollicitations élevées sans perdre sa forme exactement circulaire. Cette structure est réunie à l'extrémité aval de l'enveloppe 12 du stator du compresseur par une partie d'enveloppe intermédiaire 25, également tronconique et dans l'alignement de l'extrémité tronconique adjacente 21 de l'enveloppe annulaire extérieure. De préférence, les parties d'enveloppe à joindre sont munies de brides extérieures, comme sur le dessin, pour faciliter leur fixation par boulons.
La partie d'enveloppe intermédiaire 25 porte un anneau intérieur
27 annulairement écarté par un aubage profilé représenté en coupe en 28, l'é-
<EMI ID=3.1>
neau intérieur 27, tronconique dans la direction opposée relativement à la partie d'enveloppe intermédiaire 25, soutient intérieurement un logement 29 pour un palier 30 entourant l'extrémité arrière de l'arbre 31 du rotor du compresseur (arbre d'une pièce, sur la figure, avec l'arbre de la turbine 16),
et soutient également l'extrémité adjacante de l'enveloppe annulaire intérieure 33 de la chambre de combustion.
L'enveloppe annulaire intérieure 33 de la chambre de combustion peut être exécutée en métal relativement mince et, s'il est possible que l'avion propulsé par ce moteur se déplace à des vitesses supersoniques, l'enveloppe annulaire intérieure peut être renforcée par des cercles annulaires en U 34 enserrés par l'enveloppe annulaire, ou pouvant résister d'une autre manière aux forces de compression élevées. L'extrémité avan 35 de l'enveloppe intérieure 33 est supportée par les palettes de guidage d'entrée 36 du sta-tor de la turbine.
Le dispositif de chambre de flamme 38 de la chambre de combustion , où du combustible est introduit et brûlé dans une partie de l'air comprimé, est représenté sur la Figo 2 sous la forme d'une couronne de chambres de flamme allongées ou "boîtes", connues dans leur ensemble.
En fait, l'enveloppe de la turbine portant les aubes du stator est un anneau 40. Cet anneau est supporté et centré, entre l'enveloppe extérieure 23 et l'anneau de structure extérieur. 15 par un anneau 100 à dents intérieures 101 recevant des dents extérieures 102 de l'anneau 40, pour déterminer l'emplacement axial de l'extrémité amont de l'anneau 40 en permettant une dilatation radiale de cet anneau en cours de fonctionnement de la turbine. L'anneau 40 est annulairement écarté de l'anneau de structure 15 pour ménager entre les deux anneaux un étroit passage 41 servant à l'air de refroidissement. Des ouvertures d'admission de cet air de refroidissement sont indiquées sur la fig. 3 au niveau des bases des dents extérieures 102 de l'anneau 40.
L'anneau de structure 15 est muni à ses extrémités de brides de boulonnage et s'applique à son extrémité aval, sur un anneau tronconique à bride 42 supportant le cône d'échappement 18. A l'intérieur de cet anneau tronconique 42 se trouve un autre anneau tronconique 44 relié à l'anneau extérieur par des rayons convenablement profilés et servant à soutenir un logement 45 pour un palier 46 à l'autre extrémité de l'arbre 16 de la turbine. En outre, l'anneau intérieur 44 peut supporter le cane diffuseur 19. Les rayons sont représentés en coupe en 47.
La structure extrêmement rigide assurée par la construction décrite permet une plus grande latitude dans le choix de la position du support de montage du moteur. C'est particulièrement le cas pour un gros moteur par lequel il peut être avantageux de prévoir un montage du moteur en quatre points. Dans la construction décrite, une paire de tourillons diamétralement opposés ou d'autres dispositifs de montage 49 peuvent être placés sur un anneau en U 50 autour de l'enveloppe du compresseur et une autre paire 51 sur un anneau en U 52 entourant l'anneau de structure 15 de la turbine. Les éléments 50, 52 en forme de U sont emboîtés sur les enveloppes respectives.
Lorsqu'on adopte cette dernière disposition, l'enveloppe 11 du stator du compresseur est divisée de préférence suivant un plan longitudinal perpendiculaire au plan longitudinal des axes des tourillons correspondants
49.
Jusqu'à présent, la chambre annulaire extérieure du système de combustion d'un moteur à turbine à gaz simple du type précité a été normalement dessinée pour résister principalement aux sollicitations provenant des forces de compression du compresseur et le rotor de la turbine a été supporté à son extrémité amont par un palier porté à l'extrémité aval d'un élément de structure intérieur (indiqué par exemple en 66 sur la fig. 4), attaché à l'extrémité de sortie de l'enveloppe du stator du compresseur et s'étendant
à l'intérieur de l'enveloppe annulaire intérieure 33 du système de combustion. Cet élément intérieur devait nécessairement être robuste et dans ces conditions constituait une proportion appréciable du poids total du moteur.
On remarquera que le mode de support du rotor de turbine suivant les figs. 1, 2 et 3 supprime le besoin d'un tel élément intérieur de structure et par conséquent l'augmentation de poids qui en résulte.
L'invention a été représentée sur les figs. 1 à 3 dans son application à une forme simple du moteur à turbine à gaz, mais il est probable qu'elle trouvera sa plus grande utilité dans un moteur plus complexe. La fig. 4 montre, à nouveau très schématiquement, un moteur compound de type connu en soi, la turbine comprenant des arbres séparés 55, 56, portant chacun deux rangées d'aubes. L'arbre 55 relie les étages du rotor de la turbine à basse pression au rotor (non représenté) d'un compresseur à basse pression de la fa-$on habituelle et, de la même manière, l'arbre 56 relie les étages du rotor de la turbine à haute pression au rotor d'un compresseur à haute pression. Le dernier étage du rotor du compresseur à haute pression est indiqué en 58.
Dans ce cas également, l'enveloppe annulaire extérieure 60 de la chambre de combustion constitue un élement capable de résister aux sollicitations. Elle est reliée en amont à une enveloppe intermédiaire tronconique
61 reliée à son tour à l'extrémité de sortie du compresseur à haute pression. Cette partie d'enveloppe intermédiaire 61 porte à l'intérieur un anneau tronconique 63 supporté par un certain nombre d'aubes profilées dont une est re- présentée en coupe en 64. L'anneau 63 supporte un logement 65 pour un palier entourant une partie intermédiaire de l'arbre 56, et supporte également l'élément intérieur de structure 66. L'extrémité aval de ce dernier supporte
<EMI ID=4.1>
la turbine.
L'élément intérieur de structure 66 passe à l'intérieur de l'enveloppe annulaire intérieure 68 de la chambre de combustion. Le dispositif de chambre de flamme, entre les enveloppes annulaires extérieure et intérieure 60, 68, est sur le dessin une chambre annulaire de type connu. L'extrémité aval de l'enveloppe annulaire intérieure 68 est reliée aux palettes de guidage d'entrée 71 de la section à haute pression de la turbine.
L'extrémité aval de l'enveloppe extérieure annulaire 60 est reliée dans ce cas également à un anneau de structure 73 de la turbine supportant-.une enveloppe de stator en gradins 74, par un diaphragme 75 à l'extrémité amont et par une bride radiale 76 à l'extrémité aval, le diaphragme
et la bride étant tous deux supportés par des anneaux dentés solidaires de l'enveloppe monocoque. Comme dans l'exemple de la figure 3, l'anneau denté
104 à l'extrémité amont de la turbine détermine la position axiale du diaphragme 75 et le jeu entre les dents radiales indiqué en 105 ménage des ouvertures d'admission pour l'air de refroidissement passant sur l'enveloppe
74 du stator de la turbine. La bride 76 constitue un joint à coulissement pour l'extrémité aval de l'enveloppe 74 du stator par les dents coopérantes
107, 108; et dans ce cas également, les dents ont un jeu suffisant en direction radiale comme on peut le voir en 109, pour laisser passer l'air de refroidissement depuis l'extrémité aval de l'enveloppe du stator de la turbine.
A l'extrémité aval de l'anneau de structure 73 se trouve un anneau
<EMI ID=5.1>
conique 82 par des rayons profilés 83, l'anneau conique intérieur 82 supportant un palier 85 pour l'autre extrémité de l'arbre 55 et supportant également le cône diffuseur 86.
Ainsi donc, dans ce cas également, l'enveloppe annulaire extérieure 60 de la chambre de combustion est extrêmement robuste et capable de résister à des sollicitations élevées sans s'écarter de sa forme exactement circulaire.
L'enveloppe monocoque 60, 73 supporte une partie très appréciable du moteur en aval du compresseur, bien que dans ce cas l'élément de structure intérieur 66 soit utilisé pour porter le palier 67 soutenant le rotor de la turbine à haute pression.
Fig. 5 a de nombreuses caractéristiques en commun avec la fig, 4 et autant que possible les mêmes chiffres de référence ont été appliqués aux pièces similaires sur les deux figures, l'enveloppe extérieure 70 du système de combustion et l'enveloppe 74 du stator de la turbine étant représentées en élévation dans la moitié supérieure de la figo 5.
Une différence principale entre les deux constructions est toutefois que les enveloppes 60, 73 de la fig. 4 sont remplacées par une enveloppe 88 de forme tronconique et par conséquent d'une plus grande solidité. Une autre différence est que l'enveloppe 74 du stator de la turbine est supportée et centrée uniquement à son extrémité aval relativement à l'enveloppe monocoque 88 par l'intermédiaire d'un accouplement de dilatation à plusieurs dents comprenant un anneau denté 111 et une bride dentée 112 laissant des orifices de sortie 113 pour l'air de refroidissement de l'enveloppe 74 du stator de la turbine. Cette dernière est en gradins plus raides, et laisse un espace an-
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veloppe intérieure 89 qui forme avec l'enveloppe 74 du stator un passage annulaire pour le courant d'air de refroidissement.
En outre, la fig. 5 montre une partie d'un passage annulaire extérieur prévu par exemple pour un moteur à passage et soufflerie, ce passage comprenant les enveloppes, intérieure et extérieure 90, 91, dont chacune peut être renforcée par des éléments en U 92, 93. Les enveloppes 90, 91 du passage sont supportées par l'anneau tronconique 79, par l'intermédiaire d'un certain nombre de tenons radiaux 95 en contact coulissant, de façon connue en soi, avec l'anneau 79 pour permettre la dilatation de ce dernier.
On notera que lorsqu'un avion équipé d'un des moteurs adaptés suivant l'invention, doit voler à des vitesses très élevées, le taux de compression total du moteur est augmenté par l'effet de poussée. Pour cette
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tre de dimension relativement importante pour résister aux pressions internes élevées qui se manifestent et peut donc supporter les pièces de l'arrière du moteur comme décrit ci-dessus, de façon à réduire'le poids de l'ensemble et obtenir un moteur très rigide tout en restant léger.