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La présente invention concerne les moteurs à gaz à flux contins dans lesquels un flux de gaz, en général de l' air ou des gaz chauds, ci . cule dans un conduit muni à son intérieur,d'une part, de moyens pour faire varier la pression du dit gaz de façon qu'il évolue selon un cycle déterminé et, d'autre part, si nécessaire, de moyens de chauffage du dit gaz, en géné- ral par combustion, à l'intérieur du gaz, d'un combustible approprié.
Dans les moteurs de ce type connus, l'air ou les gaz chauds subis- sent ..d'abord une compression pour être portés à la pression supérieure du cycle dans un zone où leur vitesse est faible ,avant de ubir la détente qui
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accroît leur vitesse.Il-n résulte que s'il s'agit, par exemple,d'un turbo- moteur, un compresseur doit être prévu en amont de la turbine, compresseur qui# étant donné les faibles vitesses du fluide dans cette zone,doit nécessai- rement être du type rotatif.S'il s'agit d'un stato-réacteur, celui-ci ne peut, pour les mêmes raisons, donner de poussée au point fixe.
La présente invention vise à permettre précisément de supprimer le compresseur rotatif dans les turbo-moteurs ou tout au moins d'en réduire
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les dimensions, et d'obtenir une poussée au ppint fixe dans un stato-ré4eteur.
L'invention a, à cet effet, pour objet un moteur à gaz du type indiqué plus haut qui est remarquable en ce que les moyens prévus à l'intérieur du conduit
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pour e,varier la pression du gaz évoluant sont agencés pour que ce soit après la détente que le fluide subisse la compression nécessaire au passage' de la pression basse du cycle à une pression supérieure, et dans une zone où sa vitesse a été volontairement maitenue à une valeur suffisamment gran- de, au minimum de l'ordre de 150 m/s.
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Dans les machines du type usuel à circuit ouvert,la pression irifé- rieure du cycle étant la pression atmosphérique, il est possible dé fonction- ner entre deux isobares sans qu'il soit prévu nécessairement de moyens par- ticuliers destinas- à prélever des calories au fluide pendant son évolution sur l'isobare inférieure, celle-ci s'effectuant dans l'atmosphère, à laquelle les dites calories sont, en général cédées.Quand,..on applique l'invention a une machine à circuit ouvert,celle-ci est établie pour que la pression basse du cycle soit inférieure à la pression atmosphérique, et il est nécessaire de prévoir des moyens de réfrigération à l'intérieur du conduit, destinés à évacuer la chaleur cédée par le gaz au cours de son évolution à la dite pression basse ;
moyens seront de préférence,.constitués, soit par un échangeur thermique multitubulaire par exemple, qui transmettra,par exemple, les calories devant être cédées par le gaz, en amont de 'l'orifice de sortie au gaz circulant en aval de l'orifice d'entrée, de façon à permettre de rédui- re la quantité de chaleur extérieure à fournir à ce gaz, soit par échangeur thermique à source froide, ou les deux en combinaison.
Dans le cas des turbo-moteurs à cycle ouvert ou à cycle fermé, l'in- vention revient, en somme, 4 conserver une importante fraction de l'énergie cinétique du gaz après la détente et le travail dans la,turbine, ce qui per- met de réduire considérablement les dimensions du compresseur rotatif utilisé et, par suite, la part de l'énergie à lui fournir par la turbine, donc,égale-
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ment, les dim4msions de celle-ci, et même de supprimer totalement le dit com- presseur roatif nécessairement prévu en amont de la turbine, et d'utiliser comme moyens de compression, en aval de la turbine, un simple compresseur statique, diffuseur ou vortex par exemple,
du fait que la vitesse du gaz évo-
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l'cmnt dans la zone correspondante est maintenue suffisamment ande pour que l&compression,jusqu'à la pression haute, en circuit fermé, ou la pression extérieure, en circuit ouvert, par ce diffuseur, soit possible.Cette réduc- tion ou suppression du compresseur rotatif, et éventuellement la réduction de
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la turbine, permettent de réaliser une maxàuùei-rolativement simple, légère et d'un prix de revient assez bas.
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L'invention permet également de réaliser une machine complexe à tur- bine alimentée par les gaz d'échappement d'un moteur classique dont on uti- lise les calories résiduelles et où l'échappement à l'air libre s'opère sans contre-pression.
En appliquant l'invention aux stato-réacteurs, on peut réaliser un appareil de ce type donnant une poussée même au point fixe, aucune com- pression du gaz n'étant nécessaire en amont de la chambre de combustion, et la compression aant l'échappement étant également assurée par un compres- seur statique.
Bien entendu, l'invention a également pour objet un stato-réac- teur, ou un turbo-moteur du type indiqué, en particulier un turbo-moteur à cycle ouvert ou fermé sans compression rotatif.
Dans une réalisation préférée, applicable aux turbo-moteurs à cycle ouvert et aux stato-réacteurs, le circuit d'écoulement du gaz est replié sur lui-même et le conduit qu'il parcourt est constitué par un tube ou, de préférence un faisceau de tubes ouverts à leurs deux extrémités,dis- posés à l'intérieur d'un tube ouvert à une seule de ses extrémités en y étant .enfoncés jusqu'au voisinage du fond de ce dernier tube, de telle ma- nière que les dits faisceaux de tubes puissent servir d'échangeur thermique en assurant le refroidissement du gaz circule à leur intérieur et le réchauf- fage du gaz circulant à leur extérieur*
A titre indicatif et nullement limitatif, on a représenté au des- sin annexé deux exemples de réalisation de moteurs selon l'invention.Dans ce dessin:
la fig.1 est une vue en coupe axiale d'une turbine à gaz mans compresseur rotatif; la,fig.2 est une vue en coupe transversale selon la lgne II-II de la fig.1;
La fig.3 est une vue en coupe transversale selon la ligne III-III de la fig.1; la fig.4 représente le cycle de fonctionnement de la machine repré- sentée aux fig.1 à 3, en coordonnées° entropie, température; la fig.5 est une vue en coupe axiale d'un statoréateur fonction- nant également selon le cycle représenté à la fig.4.
La turbine à gaz représentée aux fig.1 à 3 comporte une enveloppe extérieure 1 sensiblement cylindrique dont la paroi constitue un bon iso- lant thermique.Elle est ouverte normalement à son extrémité antérieure 2 et recourbée vers l'intérieur à son extrémité postérieure 3 qui débouche donc, avec une section plus faible, à l'intérieur du tube cylindrique extérieur formé par la partie principale de cette enveloppe 1.Une roue de..,turbine 4 est montée à l'intérieur de l'enveloppe 1 dans l'axe de l'orifice 3, des aubes directrices 5 étant fixées sur la dite partie 3 de l'enveloppe 1.A la sortie de la tubine 4, débouchant un faisceau de tubes 6 munis d'ailettes 7 de refroidissement, d'axes parallèles à l'axe de la turbine 4 et de l'envelop- pe 1 ;
ce faisceau est sensiblement cylindrique et coaxial'à la dite enve- loppe 1.
A partir d'une certaine distance de la turbine 4 et sur une partie de leur longueur, les tubes 6 sont reliés extérieurement par des cloisons intermédiaires 8 destinées à partager le flux d'air entre les zones inté- rieure et extérieure aux tubes 6 à refroidira leur extrémités antérieure
9, ces tubes 6 déboucheht à la partie la plus étroite 10 d'un diffuseur 11 dont l'orifice de sortie 12 est d'un diamètre correspondant à une faible
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vitesse de sortie.A l'intérieur de ce diffuseur 11 est montée une aiguille de règlage 13 dont la queue 14 peut coulisser dans une-rainure 15 et dont les déplacements sont commandés par tout moyen approprié (non représenté sur la figure) comme connu en soi.
Sur la partie postérieure recourbée de l'enveloppe 1 est fixé, par les pattes 16, un boîtier 17 contenant,par exemple les organes de ré-
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duction de la vitesse de la turbine et les commandes dliacessoires.Llentral- nement décès organes est assuré par l'intermédiaire de l'arme 18 supporté par les paliers 19,19' du boîtier 17.Une cloison 20, sensiblement cylindri- que et à paroi épaisse, éventuellement calorifugée, délimite intérieurement le conduit d'écoulement du gaz à la partie prière de l'enveloppe 1 et des brûleurs 21 sont disposés dans le dit conduit en amont de la turbine 4
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dans des zones constituant les chambres de cDabustion de la machine.
Le fonctionnement du moteur qui vient d'être décrit est le sui- vant :
Un flux d'air d'alimentation provenant de l'atmosphère pénètre dans l'enveloppe 1 par l'orifice antérieur'2,et circule d'abord à la pression atmosphérique dans le conduit délimité par la paroi intérieure de l'enve- loppe 1 et la pari extérieure do diffuseur 11, dans sa partie antérieure
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et simplement par l'enveloppe 1 dans sa partie postérieureeLa section de cette portion du conduit d'écoulement varie de façon que la vitesse d'air,';
qui est faible, demeure constante jusqu'après la zone des brûleurs 21.Pen- dant ce parcours, qui correspond à l'isobare supérieure a, b, c, du cycle indiqué sur la fig.4, l'air est réchauffé tout d'abord,par contact avec les
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tubes 6 de liéchangeur thermique, dans les.quels oircu1erl'air après son passage dans la turbinas -4, -part:
ir de due par la combustion du combustible injecté dans les dits bri rs 2lbA partir de la zone située un peu en aval des brûleurs 21, la section du coudait d'écoulement du-gaz, qui est déli- mitée par l'enveloppe 1 et la paroi de la cloison 20, @minue de façon à provoquer une détente du gaz jusqu'à une pression inférieure à la pression atmosphérique, correspondant à une vitesse, mesurée, en no@bre de Mach.en
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général voisine ou inférieure à 1,1, qui con ien à l'utilisation sur une turbine.C'est la partie r, e du cycle (tig04)o
Le gaz traverse ensuite les aubes directrices 5 et la roue de tur- bine 4 où il abandonne une partie de sa vitesse, donc de son énergie.Il
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parcourt ensuite les tubes 6 du refroidisseur,
bi une pression et une vitesse si possible, constantes, où sa température est abaissée, et où les calories cédées par lui sont transmises au gaz arrivant àlla pression atnospbériques à l'extérieur des tits tubes 6.On parcourt ainsi l'isobare e f du cycle (fig.4).
A la sortir des tubes 6 du refroidisseur, le gaz pénètre dans le diffuseur 11, où il sambit un ralentissement ; pression augmente donc,
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pour regagner la pression atmosphérique df origine, Cette phase correspond à laipartie ¯f b du cycle (fin.4). L'aiguille .13 permet de régler la com- pression, par son déplacement en translation, qui fait varier à volonté, les sections de passage dans le diffuseur
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Datas l'exemple représenté à la fige 5 la. machine selon l'invention est' un statoréacteur constitué de la même manière que la turbine représen- tée à la fig.1, et qui fonctionne selon le même cycle.
On y-retrouve les Wms-,organes que précédemment,qui portent les mêmes cffres de référence, à l'exception de la turbine 4 et de ses aubes directrices 5 qui sont supprimés.Il comporte, par contre, un diffuseur 22 d' admission d'air assurant, lors du déplacement du stato-réaoteur.une compres- sion statique préalable avant l'entrée dans le conduit 1.
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La vitesse de circulation dans les tubes 6 est la même que celle
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existant µ l'entrée de la tubine 4 dans le turbo-motenreAprès la compression dans le diffuseur 11, la vitesse restante du gaz fournit.'la poussée.
Un tel statp-éaoteur, pouvant ainsi fonctionner sans que l'air admis ait à surbir de compression en amont des chambres de combustion ,est donc susceptible de fournir une poussée même au point fixe.
Bien entendu, l'invention n'st nullement limitée aux détails
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de réalisation représentés ou dprits,lesquels n'ont été donnés qu'à titre dieàemple.C'est ainsi notamment que la recompression des gaz 'à l'orifice de sortie pour leur faire reprendre la pression atmosphérique pourrait être assurée par un compresseur statique d'un autre type qu'un diffuseur,par exemple par vortex, ou même par un compresseur rotatif de type quelconque;
qu'il pourrait être prévu aussi un diffuseur d'entrée dans le cas de turbo-
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moteurs à déplacementip.i.de. que le cycle de fonctionnement de la machine pourrait être différent et comporter,par exemple,une détente et une compres-
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sion isothermique, comme représenté en pointillé sur la fig.4, au lieu d' isentropiques, comme représenté en trait plein ; le chauffage du gaz é-
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voluant pourrait être"assuré par un apport thermique extérieur,au lieu d' une combustion interne ; que le de d'apport du combustible pourrait être d'un type quelconque; que la réfrigération du gaz à la pression basse pour- rait être assurée par un réfrigérateur de type quelconque;
que ,Dette réfri- gération pourrait être effectuée en partie par échange thermique avec l'air
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d'admission( sur la portion e f cx.oyc7.e de la fig4) et en partie par un réfrigéraient d'un type quelconque monté à la suite (selon la.porj,Ón ! S- en pointillé du cycle de la fig.4);
que l'échange thermique avec les gaz d'ad- mission pourrait être ndirect au lieu d'être direct , et utiliser un véhi- cule de chaleur intermédiaire;qu'alors le conduit d'écoulement pourrait être droit, au lieu d'être replié sur lui-même que l'on pourrait superposer au qycle de la machine un autre cycle obtenu par une compression,dynamique par exemple, à l'entrée de l'air avec des rapports de compression inférieurs
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ou égaux au taux de détente choisi ;
que le moteur pourrait être alitsentê par une source de gaz chauds quelconque, par exemple provenant de l'échap- pement d'un moteur à explosion ou à combustion classique, ou de turbines
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à gaz usuelles, de cheminées de ohanfferies, et, dans ce cas,l'origine du cycle, effectivement parcouru dans la machine proprement dite, serait en±.
(fig.4) ou entre a et c si les gaz chauds introduits contenant encore de l'oxygène peuvent encore subir une rechauffe, que la machine pourrait-même
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comme on l'a déjà fait, fonctionner en circuit fermé,c'est#à-dire que les gaz d'échappement portés par compression à la pression haute du cycle pour- raient être réadmis dans la machine, et chauffés par tout apport thermique extérieur au circuit, la :chambre de combustion étant alors un échangeur thermique.
REVENDICATIONS.
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