CH158334A - Groupe turbo-compresseur pour la suralimentation de moteurs à combustion interne. - Google Patents

Description

Groupe turbo-compresseur pour la surallmentation de moteurs ä combustion interne. Lobjet de 1a presente invention est un turbo-compresseur pour la suralimentation de moteurs ä combustion interne. Le principe de la suralimentation: introduction dune plus grande charge ä une Pression plus elevee que la Pression atmospherique dans un moteur ä combustion interne, est connu; . pour la pro- pulsion de compresseurs destines ü cet usage, il a gte essaye d'utiliser les gaz d'echappe- ment contenant une quantite considerable de chaleur, pressien et energie cinetique.

La conception la plus simple consisterait ä alimenter des tuyeres de turbine en bran- chant chacune de ces tuyeres sur chacun des orifices d'echappement dun moteur polycy- lindrique. Ceci est impraticable, car une tar- bine n'a un rendement acceptable que lors- qu'elle travaille sous une Pression et une ehute de tempgrature constantes, tandis que la Pression et 1'energie des gaz d'echappe- ment est constamment variable Pendant 1e temps d'echappement. De plus, 1a ngcessite de passages longs et tortueux pour aboutir ä ces tuyeres cause une enorme perte par friction, vu la grande vitesse des gaz d'echappement. D'un autre cötg, ces tuyeres, si elles sont convena- blement congues, gtranglent la, sortie des gaz augmentant 1a contre-pression, ce qui en- traine une diminution de puissance du mo- teur et-autres inconvenients.

Un procgde immediat et connu consiste donc ä se servir d'un reservoir intermediaire de dimensions qui permettent de maintenir uue Pression constante malere 1'afflux inter- mittent des gaz d'echappement du moteur. De ce rgservoir, les tuyeres de la turbine pourraient etre alimentees dune ma.niere cou- venable, sa Pression elevee par contre cree- rait une contre-pression sur 1e moteur, sans parler de son poids et encombrement.

Le groupe turbo-compresseur. formant 1'objet de 1'invention, remedie ä. ces inconvg- nients. Il est caracterise par un dispositif as- surant 1'alimentation de la turbine, ä Pres sion constante, au moyen dune chambre an- nulaire dans laquelle 1e gaz d'echappement circule avec un mouvement rapide de rotation en jouant 1e Ale de volant gazeux, et par un rotor comportant une raue qui presente deug aubages, de fagon ä. servir d'un töte, de tur- bine mue par les gaz d'echappement, et de Fautre töte, de compresseur d'air centrifuge.

Le dessin ei-annege represente, ä titre d'egemple, une forme d'egecution de Pobjet de 1'iuvention, ainsi que quelques variantes.

La fig. 1 est une coupe d'un turbo- compresseur confoi@ne ä, Finvention; La fig. 2 en est une vue laterale avec une coupe partielle; La fig. 3, est une perspective des aubages; La fig. 4 est un detail d'un anneau de distribution d'huile vu de face; La fig. 5 est un dAail dune douille par- tiellement en coupe; La fig. 6 montre partiellement un aspeet geometrique de la construction de Paubage; Les fig. i ä. 10 montrent Paubage de la turbine; Les fig. 11 ä. 15 montrent une eonstruc- tion perfectionnee; La fig. 16 est un diagramme d'un moteur ä. quatre temps non suralimente; La fig. 17 est un meme pour 1e moteur uruni d'un turbo-compresseur de suralimen- tation; La fig. 18 montre schematiquement une chambre dans 1e cas d'un moteur 12 cyl. en V; La fig. 19 montre Fapplication ä un autre moteur.

Des fig. 1 ä 2, il ressort que les Parties egUrieures du turbo-compresseur consistent en: une boite ä roulement 2 avec un couver- cle 4, une section annulaire 6 que 1'on appelle carter du compresseur, contenant des passagss pour Fair et formant un diffuseur transfor- mant la vitesse de Pair decharge en Pression, une autre Partie 8 constituant 1e cai-ter de la turbine comprenant les tuyeres dites secon- daires alimentant cette derniere et une Par tie 10 figee au moteur, afin d'en recevoir les gaz d'echappement. Cette Partie comprend egalement les tuyeres dites primaires servant ä conduire les gaz du moteur ä la chambre d'egalisation de vitesse formee par cette der- ni6re Partie et 1e carter de la turbine. Ces deug Parties sont convenablement boulonnees avec des joints entre elles comme decrit par la suite. L'unique rotor 12 portant Paubage de la tubrine et les ailettes du compresseur tourne dans un espace forme par les Parties 2, 6 et B.

Differentes pieces sont creuses, afin de former Passage pour Peau de refroidissement provenant de la circulation d'eau du moteur. Un anneau isolant 13 entre les pieces 6 et 8 est .destine ä, isoler les pieces 6 dune chaleur egcessive.

Afin d'obtenir un bon rendement therini- que, une construction compacte et simple et un refroidissement RTI ID="0002.0275" WI="18" HE="4" LX="1540" LY="748"> convenable, un rotor en porte-ä-faug s'imposait, pour des raisons que nous verrons.

Une masse tournant ä, Brande vitesse, comme un tel rotor a tendance ä tourner au- tour de son centre de masse que Fon ne peut faire coincider egactement avec Page de 1'ar- bre 1e supportant.

Lorsque la vitesse du rotor augmente, les forces centrifuges, dues ä 1'egcentricite du centre,de masse et tendant ä defolmer Farbre, augmentent proportionnellement au carre de la vitesse angulaire.

Lorsque Farbre atteint une vitesse criti- que ä laquelle la forte centrifuge est egactee- ment compensee par la resistance elastique de 1'arbre, la flegion et les vibrations conse- quentes de 1'arbre atteignent une dangereuse amplitude: Aug vitesses superieures ä. la vi- tesse critique, 1e rotor tourne autour de son centre de masse, les forces elastiques de 1'ar- bre etant insuffisantes pour forcer sa rotation autour de Page de Farbre. Comme 1a vite::se critique depend de la forme dudit arbre, il est evident qu'un bon dessin de ce dernier permet e, un rotor donne de tourner ä une vitesse predeterminee en dessus ou en dessous de la vitesse critique du rotor et de son arbre.

Afin d'obliger un rotor dune certaine masse tournant ä Brande vitesse de tourner en dessous de sa vitesse eritique, il faut un arbre tres massif. Comme il est generalement impossible -d'utiliser un arbre suffisamment massif pour resister aug efforts de tres Brande vitesse dune turbine ä. impulsion, an se sert en general d'un arbre "flexible" qui permet au rotor de tourner au-dessus de sa vitesse critique.

LTn tel arbre flexible n'est pas applicable 'a un rotor en porte-ä-faux, car lorsque sa vi- tesse approche la vitesse critique lors de 1'ac- c6leration, les vibrations du rotor en porte-ä,- faut atteindraient une amplitude dangereuse capable de detruire 1'arbre.

La eonstruction -de coussinet qui va Ure decrite elimine la vitesse critique en suppri- mant les forces determinant cette vitesse, c'est-ä-dire les forces elastiques tendant ä. em- pAeher la rotation du rofor autour de soll cen- tre de masse. En d'autres mots, meme ä fai- ble vitesse, 1e rotor tournera autour de soll centre de masse, de maniere qu'il n'aura a.u- cime tendance ä vibrer en accelerant La fix. 1 explique la construction permet- tant ceci. L'arbre 14 qui fait de preference Partie inUgrante du rotor (quoiqu'il puisse etre fixe sur ce dernier) est muni de man- chons 16 et 18; ce dernier pouvant librement tourner par rapport ä 1'arbre. Entre un epau- lement sur le manchon 16 et un ecrou visse sur Farbre est emboite 1e roulement interieur d'un roulement ä billes (ou ä ro-uleaux du type ä centrage automatique ä Borge, de ma- ni6re ä, obtenir 1e centrage, 1e roulement exte- rieur etant en consequence fixe ä la boik du coussinet.

Une serie de manchons 22 s'emboitant et ayant un leger jeu entre eux et 1e manehon interieur 18 qu'ils entourent, permettent une rotation libre et un leger jeu transversal. Un jeu est aussi prevu entre ces mancb.ons et les colliers comme inclique sur le dessin.

Le manchon exterieur tourne librement dans une douille 24 ajustee ä une douille 30 solidaire du carter 2. La douille 24 , comme indique en detail dans la fix. 5, consiste en une Partie cylindrique externe 24b et une mince section radiale annulaire 24e. A tra vers la jonction de 24e et 24b un certain nom- bre de rainures assez larges 24d sout taillees dans 2413. La Partie restante entre les rai- nures est evidee ä 1'egterieur comme indique

en 24e, formant ainsi un nombre de laues de ressorts supportant tout le coussinet et permettant soll ajustement Jans une dir-ic tion radiale, en ce qui permet un leger dPpl:l cement angulaire de Farbre.

Un Passage d'huile 26 dann Farbre repoit de 1'huile par 27 et une chambre ?g est ali mentAe par 1'huile sous pressiou provenaiit de la circulation d'huile normale du mot.#iir. Des orifices radiaux daus Parbre et 'es man chons 18 et 22 permettant a Fhuile de pA-ne trer Jans la chambre entourant les n iancho-is emboites, 1e Passage de 1'huile de cette cham bre au eoussinet 'a billes et au compresseur d'air etant arrete par des annenux < r action centrifuge 31 cooperant avec des deflecteurs fixes diriges vers Finterieur. L'huile sort de la chambre par Forifice 32 ä travers 25 et finalement en 34 est dirigee sur 1e carter du moteur. La distribution de 1'huile entre 1;:5 anneaux est assuree par des rainures dans 1:-i surface exterieure des manchons 18 et 22, 1e manchon 18 ayant aussi des rainures sur sa face interne adjacente ä 1'arbre. Comme in,li qu6 dans 1a. fix. 4, 1e cöte de chaque raini.rre se presentant en Premier ä la direction de la rotation, offre un angle beaucoup plus Brand avec la siuface cylindrique de manchon que celui fait par soll autre cöte, de maniere qu'urt effet d'ecrasement ou calage se produit, de terminant une Pression positive de 1'huile dans Fespace existant entre les manchons. Ei) consequence, cet espace entre les inanchons est rempli par une pel.licule d'huile en iiion vement continuellement renouvelPe.

Une petite quantite d'huile est delivree au roulement ä billes (ou rouleaux) 20 par une meche 36, Pressee par un ressort et conr muniquant avec la chambre ä, huile 28. Urre lubrification excessive d'un tel roulemeiit doit etre evitee.

L'on voit qu'un deplacement angulaire de Farbre autour du coussinet 20 peut se pro duire librement, eelui-ei etant du type ä cen trage automatique ou ä Borge profonde et qu'un mouvement limite de 1'arbre transver salement par rapport ä soll axe peut avoir lieu gräce au jeu des manchons 22 et ä la flexion de la douille 24, de 1'huile etant i.n- troduite ou extraite d'entre eux par un tel mouvement. En consequence, presque cn meme temps que la rotation commence, un le ger deplacement du rotor et de Bon arbre, afin de ramener 1e centre de masse dans laxe de rotation, peut se produire et 1e mouvement excentrique de Farbre pourra avoir lieu par des deplacements radiaux des manchons ac- compagnes par un changement d'epaisseur des pellicules d'huile. En meme temps, 1'ac- tion d'amortissement de 1'huile arrete toute vibration ä 1'origine, sa viscosite s'opposant ä, un changement rapide d'epaisseur des pelli- culesentre les manchons.

Comme resultat de Fabsence de resistance de l'arbre, il n'y a plus de vitesse critique a Iaquelle des vibrations dangereuses pour- raient avoir lieu et il suffit que Farbre sofft de force suffisante pour supporter 1e poids mort du rotor. L'emploi d'un Beul de ces coussinets, de preference adjacent au rotor, suffit ä, eli- miner entierement toutes vibrations ä Brande vitesse.

Passant aux particularites relatives ä Fen- trainement de la turbine, en reference aux fig. 2,et 3, permettant de voir que la section interieure 10 de 1'enveloppe est munie de bei des permettant de la fixer sur 1e cöte d'e@hap- pement d'un moteur ä combustion interne, de maniere ä prendre la place de la chapelle nor male d'echappement, 1a. constructian dkrite s'applique <B>ä</B> un moteur six cylindres en ligne quatre temps. En consequence, il y a six pas- saltes 38 alignes avec 1e Passage de Fechappe- ment e des cylindres, afin de diriger les gaz d'echappement aux tuyeres primaires 40 com- muniquant avec une chambre annulaire 42 formee par les pieces 8 et 10 s'ajustant. Tan- dis que les passaltes sont formes par deux Parties cooperantes 8 et 10, les sections sont indiquees comme dune Beule pike dann la fig. 3, ce pour plus de clarte. La chambre annulaire 42 est congue de telle facon que les gaz qui entrent puissent circuler autour avec une perte minima de vitesse. Pour cela, les parois sont polies, des courbes autant que po.ä- sible de Brand rayon sont etablies; des vannes de direction peuvent eire interposees afin d'eviter des remous et de presenter des passa- ges de dimensions et formes eonvenables. De plus, les tuyeres sont disposees de fagon a, de- charger les gaz dans une direction coin.2idant autant que possible avec la tangente .ä la di- RTI ID="0004.0275" WI="11" HE="4" LX="1200" LY="502"> rection du courant en regard de leur orifice afin d'eviter des interferences des. filets ga- zeux.

De la chambre 42 partent des tuyeres 44 (fig. 1) destinks ä, produire une autre tra.ns- formation de chaleur en energie cinetique et ä diriger les gaz dejä en mouvement ü haute vitesse vers les aubes 46 de la turbine. 0n notera que ces tuyeres formees de preference comme des passaltes dans la Partie exterieure 8 sont disposees tangentiellement au chemin des gaz arrivant dans la chambre 42 et en ligne avec ;les tuyeres de decharge 40. Afin d'assurer 1e meilleur rendement, autant de tuyeres secondaires que possible devraient etre en ligne droite avec les tuyeres primai- res, en d'autres mots, chaque jet de gaz doit quitter la tuyere Primaire correspondante en une direction telle qu'il puisse passer ä travers quelques-unes des tuyeres secondai- res @sans etre soumis ä une Brande deflection et amener ainsi les gaz aux tuyeres secondai- res avec la plus Brande vitesse possible. Ainsi les gaz penetrent dans les tuyeres secondaires ä la Brande vitesse de decharge des tuyeres 40 et cette vitesse initiale augmentant Pen dant 1'expansion adiabatique dans les tuyeres 44, il resulte une tres Brande vitesse 3e de- charge dans 1'aubage de la turbine. Von voit que les vitesses resultant des 4eux chutes de Pression @dans les tuyeres primaires et secon- ,daires sont directement additionnees afin d'obtenir 1'energie cinetique maxima de de- charge dans 1'aubage.

Afin d'obtenir une direction ä peu prüs rectiligne de ahaque jet de gaz avant Bon En- tr6e dans 1e rotor, les tuyeres secondaires 44 sont conformees de maniere ä former des Par ties d'un espace annulaire limite par deux surfaces hyperboloidales de rotation. La deckarge par les tuyeres secondaires a lieu dune fagon continue, alors que Gelle des tuyeres primaires est intermittente. La vitesse,d'ecoulement par la tuyere Primaire coiTespondant ä un cylindre donne est tres elevee immediatement apres 1'ouverture de la soupape d'echappement correspondante, tombe rapidement Pendant 1e temps de l'e- chappement, puls aucun ecoulement n'a lieu Pendant les trois temps suivants (s'il s'agit Tun moteur ä quatre temps). Les tuyeres secondaires sont beaucoup plus etroite.; que les tuyeres primaires, de maniere que les gaz Passant,dans la chambre 42, lors de 1'ouver- ture dune soupape, ne peuvent s'ecoulcr Pn- tierement immediatement par les tuyeres se- condaires. L'egces s'ecoulera autour de la chambre 42 en tournant dans celle-ei, operant ä. la maniere d'un "volant gazeug", 1'energie restant cinetique et n'etant pas transformee en chaleur, ou Pression. Ensuite, quand les tuyeres secondaires pourront Pabsorber, cet egces de gaz s'ecoulera par ces tuyeres secon- daires dann 1'aubage. Il resulte qu'avec des proportions convenables, 1'on obtiendra ime deckarge continue ä une vitesse presque cons- tante ä travers les tuyeres secondaires dans 1'aubage de la turbine. Comme 1'energie des gaz en egees est maintenue sous forme eine-, tique, il n'y a,pas d'augmentation de contre- pression, conLire-pression tres elevee avec les reservoirs intermediaires,ä gaz employes ä ce jour. Au contraire, il se produit une action secondaire augmentant 1e rendement du mo- teur. Comme indique, la vitesse de 1'echappe- ment decroit tres rapidement, durant les der niAres Parties du temps d'echappement; lors- que la vitesse dans la tuyere Primaire devient moindre que 1a vitesse des gaz circulant dans 1a chambre 42, Ges. gaz egercent un effet d'e- jecteur lorsqu'ils balayent tangentiellement 1'ouverture de la tuyere, reduisant ainsi la contre-pression dans 1e cylindre.

Ce dernier effet rendrait 1'utilisation de la chambre 42 avantageuse meme sann tur- bine. Avec des tuyeres primaires et secondai- res convenablement dessinees, la contre- pression au moment de 1'ouverture des soupa- pes n'est pas plus Brande que Gelle qui se manifesterait si 1e moteur operait normale- ment, vu 1e frottement dann les ouvertures d'echappement et les ouvertures de soupapes ou,d'orifices restreints. En meme temps, 1'e- clhappement par les tuyeres, secondaires a lieu de fagon continue en eliminant 1e bruit de 1'echappement intermittent qui entraine nor- malement RTI ID="0005.0275" WI="13" HE="4"LX="1204" LY="452"> 1'emploi dun silencieug. En conse- quence, il est clair que 1'emploi dun tel dis- positif tenant lieu de silencieug, au lieu d'augmenter la contre-pression, la diminue.

La construction de cette chambre annu- laire peut differer radicalement de Gelle de- crite, Gar elle depend du type de moteur au- quel est appliquee et en particulier des orifi- ces d'echappement de celui-ei. Celle decrite est adaptee ä, un moteur d'automobile normal ä soupapes en tete et ä sig cylindres en ligne. Si 1e moteur et 1e turbo-compresseur etaient construits et congus comme une unite, les sou- papes d'echappement pourraient prendre une forme de pointeaug, afin d'obturer directe- ment les tuyeres primaires, ou alternative- ment les soupapes, tout en etant sises ä leur plaee habituelle, pourraient eire construites de fa(#on que leurs sieges servent en meme temps de tuyeres primaires. Avec un moteur ä deug temps, les tuyeres primaires coincide- raient avec des orifices d'echappement dans les parois de cylindres, decouverts lorsque 1e piston s'approche ou atteint 1e ba.s de sa course.

La fig. 18 represente dune fapon schema- tique la disposition de la chambre annulaire dans, 1e Gas d'un moteur ä. douze cvlindres en V. Lage du rotor de turbo-compresseur coincidant avec une bissectrice du V. Les tuyeres primaires et secondaires etant desi- gn6es par<I>A</I> et<I>B.</I>

Les fig. 7 ä 10 nous montrent que 1'au- bage 46 de 1a turbine est forme d'entailles semi-circulaires sur la face droite du disque du rotor 12. La fig. 7 indique clairement les operations de leur formation. Une rainure annulaire 48 est taillee en Premier lieu sur 1a. face .du disque. Puis des entailles semi- cireulaires 50 sont decoupees nur la face, transversalement ä la rainure 48, en s'eten- dant ä 1'inUrieur et en avant dans 1e sens de rotation. Vu que les entailles adjacentes 50 se coupent vers leur milieu, quand elles con- vergent ä 1'interieur dann la modification ex- posee, la surface de la. rainure 48, comme in diqu6 sur les figures, disparait. Une protube- rance annulaire 52 (fig. 1)@ s'engage dann la rainure 48 ä 1'inUrieur des tuyeres 44, de maniere que les gaz provenant des tuyeres entrent tangentiellement comme indique dann la direction de rotation dann les Parties exte- rieures des entailles ,50 et sont diriges vers 1'interieur et en arriere autour de 1a protu- b6rance 52 et decharges dann les passages d'echa-ppement 54 communiquant avee une clhambre ou valute ayant son evacuation 56 branchee nur une conduite definitive d'eehap- pement. A 1'interieur de la chambre d'echap- pement se trouve une Partie ereuse 58 com- muniquant avee 1'atmosphere; munie dune embouchure s'evasant et rapprochee du rotor en 60. Les gaz decharges des aubes exercent un effet d'ejection en 60, aspirant ainsi ä tra vers 58 de Fair qui leche la. face du rotor et 1e refroidit.

Un tel aubage resistera aux plus hauten temperatures et aura un bon rendement, an va deerire maintenant um aubage de ce type perfectionne de rendement optiinum.

Dann 1e Premier type decrit ei-dessus, 1e manque de guidage des: gaz ä la sortie de Taube, resultat de 1'absence de toute cloison, Fait baisser 1e rendement; 1e second type qui va etre decrit est une construction perfeetion- nee remediant ä ce defaut, tout en conservant les av antages du type precedent. Les cavites taillees pourraient etre placees ä 1a. p6riphe- rie du rotor, de mani6re que les seetions d'entree et de sortie se meuvent ä, la meme vitesse lineaire. 0n a trouve qu'en utilisant des aubes taillees similairement en une diree- tion radiale avee 1'entree des gaz 1e plus ä 1'exterieur possible, de telle maniere que la vitesse peripherique ä 1'entree soit plus Brande qu'ä la sortie, 1e rendement etait ameliore. Le tableau suivant donne les rendements obtenus en fonction des rapports differents entre les vitesses peripheriques de la sortie et celles de 1'entree de l'aube, en supposant la eapacite de la, turbine egale, ainsi que les memes pertes dues ä, la. friction et au choc:

ra.pport e rendement 0,50 84,0 0,75 78,2 1 73,4 2 55,8 La fig. 11 qui represente un turbo- compresseur,ä deux etages, et les fig. 12, 13, 14 et 15 illustrent RTI ID="0006.0271" WI="8" HE="4" LX="1510" LY="828"> cette construction d'aubage perfeetionnee. Les entailles convergentes vers 1'interieur constituent les aubes 34; elles se composent des Parties d'admission 112 et d'e- chappement 114 (fig. 15), les cloisons entre les aubes etant evidees comme indique en 116 (en taillant dann la face du rotor, avant toute autre operation); afin de recevoir une protu- b6rance annulaire 117 separant la tuyere d'admission du Passage d'echappement. En conjonetion avee les cloisons de l'aube, cette protuberance forme 1e Passage usuel courbe par lequel les gaz entra-nfs sont detournes et duquel ils s'echappent.

Il a ete trouve, que pour 1e type d'aubage ereuse radialement avec 1e flux de gaz vers Finterieur en opposition aux forces centrifu- ges, que 1e rendement peut etre augmente en rendant 1'angle de sortie plus Petit que celui d'entree. Afin d'arriver ä ce resultat, la Par tie de la cloison en dessous de 1'evidement 116 est amenee de sa Position 120 indiquee en pointille (fig. 13) ä, la Position 118, dann laquelle elle est soudee, en 122, comme indi- qu6 clairement par la fig. 15.A noter que par la suite de la diminution de 1'angle de de charge, la hauteur de la sortie est augmen- tee pour obtenir la surface d'echappement des gaz convenables. Il en resulte une construc- tion de rotor plus legere, plus compacte. Les aubes sont dessinees de fagon ä comp1eter 1'ex- pansion comme indique ei-dessus. Daus la construction precedente (Premier type) un seul fraisage est necessaire pour constituer chaque aube, Mais comme resultat en prevoyant un nombre Maximum d'aubes, les eloisons entre les Parties de decharge dis- paraissent, d'oü perte de guidage convenable. Daus cette derniere construction (deuxieme type), les cloisons de Separation sont dune epaisseur uniforme nur toute 1'extension ra diale de l'aube et en consequence les aubes sont convergentes vers 1'exterieur. Ceci com- plique un taut soit peu leur amenagement; Mais un guidage complet et convenable de la decharge est atteint. Cette construction est facilitee par 1e fait de la formation des cloi- sons d'abord en plan, puls en pliant la Partie interieure comme indique, Mais il est evident qu'une operation de taille modifide permet- trait une construction saus ce pliage.

Les avantages de ce type d'aubage decrit en deux variantes sont clairs, si 1'on consi- dbre les inconvenients de 1'aubage habituel peripherique. Si de tels aubages peripheriques convenablement fixes au rotor sont satisfai- sants ä une temperature relativement peu ele- vee dune turbine ä vapeur, ils ne peuvent plus guere resister dune fagon satisfaisante ä, la. nombinaison de vitesse et temperature plus elevees de la turbine ä gaz. La raison est evidente: pour obtenir une certaine defleetion du fluide travaillant, une certaine surface concave active de Faubage doit etre prevue. Cette surface est soumise iä la chaleur du fluide.

De 1'autre cöte, une surface de contact re- lativement petite de Faubage avec 1e disque du rotor resultant de la construction p6riphe- rique devra permettre 1'ecoulement de la cha- leur regue par 1'aubage, cette surface etant generalement considerablement inferieure ä la surface active.

Daus la construction decrite, toutes les surfaces actives sont, en meme temps, des sur- faces aptes ä, conduire la chaleur au disque du rotor. De plus, les aubes ne peuvent ecla- ter centrifugalement et 1e poids mort ajoute ä la Peripherie du disque est Minimum. La forme des aubes est apte ä. donner un rende- ment Maximum. De plus, gräce ä la, rainure .1S (fig. 1), 1e danger de trog Brandes teinpc- ratures pour les Parties eloigneee de la masse principales du disque est karte.

L'ad,duction de chaleur au rotor entraine evideminent la necessite de refroldir celui- ci. Cn a vu Faction de la Partie 60 pour re- froidir 1a, face du rotor. n verra plus loin que 1e meme rotor sert de rotor au compres- seur centrifuge ä air etRTI ID="0007.0275" WI="7" HE="4" LX="1441" LY="516"> qu'il est balaye par Fair frais. Les avantages du compresseur centrifuge qui va etre decrit seront rendus plus evidents en rappelant les incopvenients inherants aux compresseurs centrifuges courants. Ces Com- presseurs out des ailettes qui out sofft la forme plane s'etendant radialement ä Faxe de rotation, sofft de surfaces ayant les elements eil lignes droites paralleles ä Faxe, les sections par des Plans perpendieula.ires ä Faxe en sont courbees de fagon ä ce que les angles de sor- tie ä la Peripherie sont moindres que des an- gles droits. Ces deux formen presentent (b- ,graves desavantages.

Premierement: fair entra.nt par les pas- saltes est assujetti ä deux changements brus- ques de direction d'ecoulement; celui a.yant lieu lors de 1'entree quand 1e courant change de sa direction axiale en une direction epou- sant la rotation du rotor, puls changement de direction en une direction radiale vers la Pe- riph6rie. Des guides stationnaires sont quel- ques fois utilises, afin de guider fair entrant; Mais ceci n'augmente 1e rendement que tres legerement, car de Brandes perl:es out lieu par Suite de deflection.

Le second grave desavantage est que de telles ailettes, du type radial ouvert, doivent etre fixees directement au moyeu, meme pour les vitesses reduites, il est impossible de fixer des ailettes guides auxiliaires, afin de mainte- nir un conrant ad.equat entre les Parties extr,- rieures des passaltes. En general, lcs passaltes d'air sont fermes des deux cötes par les pa- rois stationnaires de Fenveloppe, ce qui neces- site un jeu entrainant des pertes importantes. Ces inconvenients se produisent dejä ä petite vitesse; d'autres facteurs additionnels rendent de tels compresseurs difficilement utilisables ä tres grande vitesse.

Les ailettes ont, par rapport ä. leur lon- g-aeur, une ligne d'attache tres courbe avec 1e noyau. A grande vitesse, des ailettes courbees sont sujettes ä d'enormes efforts centrifuges tendant .ä les ramener dans une Zirection ra diale.

La construction indiquee. par les fig. 6 et 7, diminue ou supprime ces inconvenients, en assurant des lignes droites au courant d'air depuis Fentree jusqu'ä la peripherie, ainsi que les ailettes ayant les elements radiaug elimi- nant toute deformation due aug forees cen- trifuges. En plus des ailettes principales, de courtes ailettes augiliaires sont prevues, Ast afin de contribuer jä maintenir un afflug con- venable entre les parties peripheriques des ailettes principales.

La surface du rotor 12 (fig. 1) opposee ä,Faubage de la turbine, surface extexieure du cöte de 1'arbre, presente en sa surface 60 une partie d'un hyperboloide de revo- lution, la partie de Phyperboloide uhlisee etant la continuation de 1a surface in diqu6e par la ligne 60a, c'est@ä-dire que la partie utilisee se trouve entierement d'un cöte de la gorge de 1'hyperboloide. Von sait qu'un hyperboloide de revolution n'est pas seulement une surface formee par rota- tion dune hyperbole autour de son petit alte, mais aussi 1e lieu dune ligne drohe tournant autour d'un alte avec lequel 011e n'a pas de plan connu, de telle Sorte que la surface hy- perboloidale peut etre con@ue comme formee par des elements en ligne drohe. Il s'en suit reciproquement que, Aant donne une Serie d'elements ayant certaines directions relatives ä un alte de rotation, une surface hyperbo- loidale peut eire construite. C'est ce fait qui est uhlise en concevant la surface comme in diqu6 plus loin Dans 1e cas present, !des rainures equidis- tantes 62 sont taillees dans la surface 60 (fig. 7) en lignes droites, afin de servir d'ali- gnement aug ailettes principales, des rainures intermediaires similaires, mais plus courtes sont prevues pour les ailettes augiliaires.

Les lignes de construction de la fig. 6 montrent clairement la construction g6ome- trique d'une ailette. Comme indique, une Se rie de lignes 66 peut etre construite passant par les points de la ligne centrale de la rai- nure 62a et situeesperpendiculairementä Page du rotor 12. Le lieu de ces lignes donnera une surface 6lementaire que VonRTI ID="0008.0275" WI="7" HE="4" LX="1674" LY="542"> peut arreter aug lignes 68 et. 69 oü elle coupe une surface co- nique 70 (fig. 7) et une surface cylindrique 72. Cette surface elementaire est en realite une surface conicohelicoidale de pas variable, quoiqu'elle se rapproche d'un plan par lequel elle pourrait etre remplacee. Chaque ailette principale 74 peut eire construite Sur la sur- face 61ementaire, de maniere que 1e centre de gravite de chaque section par un plan trans- versal ä Page de rotation se trouve dans cette surface. En d'autres mots, cette surface ele- mentaire se trouve entre les faces des ailettes.

Chaque ailette augiliaire 76 peut eire con- sid6r6e comme construite par une surface elementaire analogue passant par les rainu- res 64.

Ces ailettes peuvent etre engagees dans les rainures et soudees 1e long de leurs bords; d'autres moyens .d'attache peuvent etre pre- vus, entre autres elles peuvent etre venues de forste avec 1e moyeu ou les passaltes d'air peu- vent eire construits en les taillant dans la masse du rotor.

Le fonetionnement est 1e suivant: Fair est pris par les ouvertures 78 (fig. 1), dans une tuyere de succion ou volute,d'entree 80, d'oü il passe par les passaltes d'air entre les ai- lettes et est rejete ä grande vitesse dans les passaltes du diffuseur 82, oü une partie de cette grande vitesse est transformee en pres- sion. Des passaltes du diffuseur, Fair est de charg6 dans une volute 84 aboutissant en 86 ä un conduit,approprie vers 1e carburateur, d'oü 1e melange detonant est introduit dans 1e moteur; 1e carburateur pourrait etre place en amont du compresseur. Pour un Diesel ou tont autre moteur ä injection, il n'y a evi- demment pas de carburateur. Le diffuseur 82 äst refroidi par los ai- lettes 83 baignees Jans Feau de refroidisse- ment dune circulation branchee sur Gelle du mote ur.

Los buts recherches par cette construction de compresseur sollt evidents. La direetion du courant ä travers un Aassage d'air adjacent < i la surface 60 (fig. 7) sera 1e long des lignes droites qui sollt los elements de la surface he licoidale. Connaissant la vitesse moyenne de rotation et la quantite d'aii delivree dans los conditions normales, la direction qu'un el6- ment en ligne droite devrait avoir, afin de "puiser" Pair dans la chambre 80 (fig. 1) et Je passer saus heurt et selon un angle conve- nable aux passages des diffuseurs de sortie 82, peut etre aisement dAerminee. Connais- sant ceci, la forme de la surface hyperboloide et des ailettes suit. Pour une conception con- venable, Pair entre dans los Aales dans la di- rection de leur surface sans heurt, s'ecolile en une ligne droite 1e long de la surface 60 et äst decharge egalement saus heurt dans los passages 87 arranges de fagon ä recevoir Fair saus choc. L'angle de sortie des ailettes äst inferieur ;z 90 (65 environ), assurant ainsi un rendement maximum. Tandis quo Pair ad- jacent ä la surface 60 präsente un ecoulement exaütement en ligne droite, tout celui Passant par los passages d'air a un ecoulement voisin de la ligne droite, de maniere qu'il n'y a Aas de,pertes par heurts et Gelles dues aux irr6gu- larites de la fabrication sollt reduites au mi- nimum. Los cöt6s peripheriques des passages sollt form6s de pr6f6rence par la surface co- nique 88 de la boite 2, quoique 1e cas echeant une cloison annulaire plaisse etre portee par ]es aretes exterieures des ailettes.

Los avantages mecaniques de cette cons- truction sollt 6galement importants. La ligne de fixation des ailettes au disque äst tres lon- gue, compar6e,ä leer surface, assurant ainsi 1e maximum de solidite. Pour cela, et ä cause de la courbure de la surface 60, il äst possible de placer des ailettes secondaires --de guidage 76 entre los ailettes principales, de fagon ä gui- der 1e courant et eviter des remous dus au fait quo la divergence des ailettes principales devient trop Brande pour un bon guidage sans ]es ailettes auxiliaires.

Le fait quo los ailettes sollt fixees 1e long de lignes droites du rotor rend leur fabrica- tion facile permettant de los faire venir de Ponte avec 1e disque.

Los elements des ailettes Ytant radiaux, los efforts centrifuges sollt exerc6s en tension seulement, tant sur los ailettes qu'ä, leer jonc- tion avec 1e rotor, ce RTI ID="0009.0274" WI="5" HE="4" LX="1410" LY="490"> qui leur donne une so lidit6 los rendant capables de resister ä des vitesses. de Fordre de 60 000 tours ä la mi aute.

De nombreux changements peuvent etre apport6s au compresseur ddcrit. tout en res- taut dans 1e cadre de Finvention.

Par exemple, une construction similaire ä Gelle decrite ayant les elements d'ailettes ra- diaux, entrafne un reger ecartement d'un ecoule-ment rectiligne par la Partie exterieure des passages. Lille construction alternative dans laquelle los parois des ailettes seraient des lignes droites dans la direction de 1'ecoil- lement pourrait etre a.doptee; en ce Gas, 1'ele- ment d'ailette s'ecarterait legerement dune direction strictement radiale, quoique insuf- fisamment pour laisser apparaitre des effort5 destructifs.

*Los a,ilettes, ainsi quo la face du disque en coniact avec un courant d'air rapide, con- tribuent au refroidissement du rotor.

Afin d'empecher 1e Aassage de fair Solls Pression dann los gaz d'echappement entrant dans Faubage de la turbine, des Segments flexibles 90 forment un joint en labyrinthe; 1e Aassage annulaire 92 etant incline dans la direction contraire, une Pression äst creee dans cet espace annulaire, correspondant ä la vitesse du jet de gaz, afin d'equilibrer la Pression de fair et contribuer ainsi ä. eviter une fuite serieuse.

De la description d6taillee ei-dessus, il resulte quo 1e groupe turbo-compresseur de- crit comprend diverses constructions nou- velles de dAails. Leur combinaison en un type nouveau. de turbo-compresseur ä. haut rendement äst particulierement interessante, Gar en plus de ce rendement, 1'agregat äst simple et compact et supprime les inconve- nients de longues tuyauteries 1e reliant au moteur, 1e groupe moteur-turbo-compresseur dtant lui-meme compact.

Comme indique ei-dessus, la. construction ddcrite est -destinee ä etre utilisee en connec- tion avec un moteur six cylindres en ligne. Pour un moteur en il, la figure 19 indique la disposition particulierement compacte du turbo-compresseur ä 1'interieur du V, ]es tuye- res primaires et secondaires dtant indiquees par l1 et<I>B.</I>

La fig. 11 montre un dispositif avec com- pression ä deux etages pour tres hauten alti- tudes, 10 representant un disque ä porte-ä- faux. comme ddjä ddcrit, uruni d'un aubage de turbine 34 sur une face et d'ailettes de compression 14 sur 1'autre; un deuxieme dis- que 12 sur 1e meme arbre Porte les ailettes de compressenr 16 et constitue 1e compresseur de second etage; un coussinet elastique 8 comme celui ddcrit est prdvu entre les deux disques. Les. deux compresseurs sont, comme dejä dit, connectes en serie, afin d'assurer une Pression elevee; des refroidisseurs d'air sont prevas (18) et sont disposes dune fa- gon compacte. D'autres dispositions peuvent etre utilisees.

La theorie de 1a suralimentation est con- nue, ainsi que ses avantages et inconvenients pratiques. Le type de turbo-compresseur de- crit, gräce au dispositif de "volant gazeux", diminue considerablement la contre-pression et utilise la plus Brande Partie de 1'energie des gaz d'echappement, resultats qui n'a- vaient pu etre atteints pratiquement aupara- vant. Du rendement eleve de ce groupe re- sulte une forte augmentation de puissance du moteur ä combustion interne, auquel est ap- plique ledit engin.

La fig. 16 est 1e diagramme connu d'un moteur ä combustion interne ä quatre temps neu suralimente, la Pression atmospherique ätant representee par la ligne -A-t. La fig. 17 est 1e diagramme du m"eme moteur uruni du turbo-compresseur ddcrit. La Pression obte- nue par 1e compresseur est representee par la ligne S-u. La surface positive J se trouve considerablement augmentee par rapport ä la fig. 16, en 7n une surface positive peut etre obtenue et 1'on voit que, gräce au dispositif du "volant gazeux", 1a. plus Brande Partie de 1'energie contenue dann les gaz d'echappe- ment et reprdsentee par la surface n est uti- lisde dans ces turbines, alors que jusqu'ici, lors, de 1'emploi qu'un reservoir ordinaire in term6diaire, Beule une petite Partie de cette energie pouvait etre utilisee.

La grandd augmentation de puissance RTI ID="0010.0274" WI="4" HE="4" LX="1862" LY="588"> re- sultant de 1'usäge de la suralimentation per- met une plus Brande puissance par kilogr. de moteur; jusqu'ici cette augmentation etait limitee par 1'energie absorbee par 1e com- presseur. Le groupe turbo-compresseur de- crit permet d'obtenir des Pressions de surali- mentation tres elevees, en utilisant des com- presseurs ä etages, ceci saus augmenter la contre-pression des gaz .d'dchappement; d'oü une augmentation de puissance de 1'ensemble moteur turbo-compresseur neu atteinte, ä ce jour.

Claims (6)

1. REVENDICATION Groupe turbo-compresseur pour 1a surali- mentation de moteur ä combustion interne, ca- ract6rise par un dispositif assurant 1'alimenta- tion de la turbine, <B>ä</B> Pression constante, au moyen dune chambre annulaire, dans la.- quelle 1e gaz d'echappement circule avec un mouvement rapide de rotation en jouant 1e röle de volant gazeux, et par un roter com- portant un disque qui prdsente deux aubages de fagon ä, servir d'un cöte de turbine mue par les gaz d'echappement, et de 1'autre cötd, de compresseur d'air centiifuge. SOUS-REVENDICATIONS 1 Groupe turbo-compresseur selon la reven- dication, caracterise, en outre, en ce que 1'aubage de turbine ä. gaz est constitue par des entailles semi-circulaires pratiquees dans 1e disque et disposees radialement et angulairement par rapport ä. 1a face de celui-ci, et en ce que 1'aubage de compres- seur centrifuge est forma par des ailettes s'etendant radialement en partant de lignes droites qui sont des elements dune surface hyperboloidale du .disque.
2. 2 Groupe turbo-compresseur selon la sous- revendication 1, caracterise en ce que 1e compresseur centrifuge est muni d'ailettes augi.liaires prevues entre les Parties diver gentes exterieures .des ailettes principales.
3. 3 Groupe turbo-compresseur selon la reven- dication, caracterise, en outre, en ce que Farbre du rotor est monte en porte-ä-faux Jans au moins un coussinet elastique.
4. 4 Groupe turbo-compresseur selon la sous- revendication 3, earacterise en ce que 1e coussinet elastique est forme par des man- chons embo"ztes separes les uns des, autres par une pellicule d'huile eirculant entre eux, les manchons etant Portes par des par- . ties. formant ressort, dune douille.
5. 5 Groupe turbo-compresseur selon la sous- revendication 1, caracterise en ce que les cloisons entre des aubes adjacentes de la turbine 5, gaz sont pliees de fagon que les angles de sortie des gaz par rapport ä la face correspondante du rotor soient plus petits que les angles d'entree.
6. 6 Groupe turbo-compresseur selon la sous- revendication 3, caracterise par une con- duite amenant de Fair de refroidissement vers la face du rotor servant de turbine.