EP0043305A1 - Turbine with adjustable spiral casing for the admission of the gas - Google Patents

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EP0043305A1
EP0043305A1 EP81400954A EP81400954A EP0043305A1 EP 0043305 A1 EP0043305 A1 EP 0043305A1 EP 81400954 A EP81400954 A EP 81400954A EP 81400954 A EP81400954 A EP 81400954A EP 0043305 A1 EP0043305 A1 EP 0043305A1
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EP
European Patent Office
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wheel
axis
turbine
segments
segment
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP81400954A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Pierre Chaffiotte
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Regie Nationale des Usines Renault
Original Assignee
Renault SAS
Regie Nationale des Usines Renault
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Publication date
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Publication of EP0043305A1 publication Critical patent/EP0043305A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/146—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by throttling the volute inlet of radial machines or engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/10—Two-dimensional
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
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Abstract

Gas turbine comprising means for controlling the admission speed of the gases driving the turbine to the wheel of the latter. The said control means consist of curved segments (14, 15) defining most of the length of the spiral inner profile of the body (1) of the turbine and adjustable in terms of their position relative to the wheel (2) under the action of control members (18, 19, 20) controlled from outside. The invention is used particularly on an exhaust-gas turbine for driving a supercharging compressor of internal-combustion engines, the adjustable-spiral turbine making it possible to drive the compressor at a speed ensuring high efficiency, independently of the speed of the engine. <IMAGE>

Description

La présente invention se rapporte à une turbine à gaz, en particulier à une turbine à gaz d'échappement pour l'entraînement d'un compresseur de suralimentation de moteurs à combustion interne.The present invention relates to a gas turbine, in particular an exhaust gas turbine for driving a supercharging compressor of internal combustion engines.

Il est bien connu que la suralimentation de moteurs à combustion interne, c'est-à-dire l'alimentation de tels moteurs en air de combustion sous pression par un compresseur, favorise le remplissage des cylindres et permet ainsi d'améliorer la puissance de tels moteurs. Les turbo-compresseurs de suralimentation comprennent un compresseur d'air directement accouplé avec une turbine entraînée par les gaz d'échappement du moteur.It is well known that the supercharging of internal combustion engines, that is to say the supply of such engines with pressurized combustion air by a compressor, promotes the filling of the cylinders and thus makes it possible to improve the power of such engines. The turbochargers include an air compressor directly coupled to a turbine driven by the engine's exhaust gases.

Du fait que le débit des gaz d'échappement du moteur est fonction du régime du moteur, la vitesse de rotation de la turbine entraînée par les gaz d'échappement et la vitesse de rotation du compresseur de suralimentation dépendent également du régime du moteur. Or, le compresseur, notamment lorsqu'il s'agit d'un compresseur centrifuge, ne présente un bon rendement que dans une plage de fonctionnement déterminée.Since the flow rate of the engine exhaust gases is a function of the engine speed, the speed of rotation of the turbine driven by the exhaust gases and the speed of rotation of the supercharger also depend on the engine speed. However, the compressor, in particular when it is a centrifugal compressor, exhibits good efficiency only within a determined operating range.

On a déjà cherché à réduire la dépendance de la vitesse de rotation des turbo-compresseurs de suralimentation vis-à-vis du régime des moteurs par la prévision d'un volet de contrôle pivotant monté à l'entrée de la volute de la turbine d'entraînement du compresseur, ce volet présentant un profil adapté au profil de la volute de la turbine. En faisant varier la position angulaire de ce volet qui divise en deux la veine d'écoulement des gaz à l'entrée dans la volute, il est possible d'augmenter ou de réduire les sections de passage de gaz de part et d'autre du volet et, de ce fait, d'augmenter ou de réduire la vitesse d'écoulement des gaz par lesdites sections. Cela permet, dans une certaine mesure, d'élargir la plage de fonctionnement optimale du turbo-compresseur en fonction du débit de gaz d'échappement du moteur, donc du régime de ce dernier, mais cette plage ne correspond encore toujours qu'à une plage de régimes relativement étroite du moteur à combustion interne.Attempts have already been made to reduce the dependence of the speed of rotation of the turbochargers on the engine speed by providing a pivoting control flap mounted at the inlet of the volute of the turbine. drive of the compressor, this flap having a profile adapted to the profile of the scroll of the turbine. By varying the angular position of this flap which divides the gas flow stream in two at the entrance to the volute, it is possible to increase or reduce the gas passage sections on either side of the flap and thereby increase or reduce the speed of flow of gases through said sections. This allows, to a certain extent, to widen the optimal operating range of the turbo-compressor as a function of the exhaust gas flow rate of the engine, therefore of the engine speed, but this range still still corresponds only to a relatively narrow speed range of the internal combustion engine.

On connait par ailleurs, notamment par les brevets français 1.577.168 et 2.180.411, une turbine à gaz d'échappement pour l'entraînement d'un compresseur de suralimentation de moteurs à combustion interne, du type compre- nent une roue de turbine tournant à l'intérieur d'un corps ou carter présentant une ouverture d'entrée de gaz d'entraînement débouchant à l'intérieur du corps suivant une direction sensiblement tangentielle à ladite roue et un profil interne en spirale, ou volute, pour le guidage de la veine d'écoulement des gaz d'entraînement sur la périphérie de la roue, ainsi que des moyens pour contrôler de l'extérieur la vitesse d'admission des gaz d'entraînement sur la roue de la turbine, ces moyens de contrôle étant constitués par au moins un élément définissant la géométrie de la volute sur la majeure partie de la longueur de cette dernière et réglable dans sa position radiale par rapport à la roue sous l'action d'organes de contrôle commandés de l'extérieur.We also know, in particular from French patents 1,577,168 and 2,180,411, an exhaust gas turbine for driving a supercharging compressor of internal combustion engines, of the type comprising a turbine wheel. rotating inside a body or casing having a drive gas inlet opening opening inside the body in a direction substantially tangential to said wheel and an internal spiral profile, or volute, for guiding of the flow stream of the drive gases on the periphery of the wheel, as well as means for controlling from the outside the speed of admission of the drive gases to the turbine wheel, these control means being constituted by at least one element defining the geometry of the volute over the major part of the length of the latter and adjustable in its radial position relative to the wheel under the action of control members controlled from the outside.

Plus précisément, dans ces deux brevets français, ledit élément réglable est unique et est constitué par une bande métallique élastique dont une extrémité est fixée au corps de la turbine en un point situé, dans le sens de rotation de la roue, en amont du point de la section d'admission des gaz dans la volute qui est le plus proche de la roue, et dont l'autre extrémité est réglable, au voisinage du point de la section d'admission des gaz dans la volute qui est le plus éloigné de la roue.More precisely, in these two French patents, said adjustable element is unique and consists of an elastic metal band, one end of which is fixed to the body of the turbine at a point situated, in the direction of rotation of the wheel, upstream from the point of the gas inlet section in the volute which is closest to the wheel, and the other end of which is adjustable, in the vicinity of the point of the gas inlet section in the volute which is furthest from wheel.

Par déplacement radial de cette bande élastique, il est en principe possible de réduire ou d'augmenter à volonté la section d'écoulement des gaz d'entraînement entre la roue et la volute de la turbine, donc, d'augmenter ou de réduire la vitesse d'écoulement de ces gaz et, de ce fait, la vitesse de rotation de la turbine indépendamment du débit des gaz d'entraînement.By radial displacement of this elastic band, it is in principle possible to reduce or increase at will the flow section of the drive gases between the wheel and the impeller of the turbine, therefore, to increase or reduce the velocity of flow of these gases and, therefore, the speed of rotation of the turbine regardless of the flow rate of the drive gases.

Toutefois, la réalisation pratique d'une telle turbine à bande élastique pose de sérieux problèmes en raison de la température élevée des gaz à l'intérieur de la turbine.However, the practical realization of such an elastic band turbine poses serious problems due to the high temperature of the gases inside the turbine.

En effet, pour présenter l'élasticité voulue, la bande élastique doit être suffisamment mince mais, en contrepartie, elle est alors sujette à des déformations, sinon à des détériorations, en raison des contraintes thermiques auxquelles elle est soumise. En outre, lorsqu'elle est tendue pour régler la section de la volute, la bande élastique prend une forme fonction de son élasticité propre, qui ne coïncide pas nécessairement avec la configuration souhaitée de la volute à l'admission de la turbine, notamment pour les toutes petites sections de volute.Indeed, to have the desired elasticity, the elastic band must be sufficiently thin but, in return, it is then subject to deformation, if not to deterioration, due to the thermal stresses to which it is subjected. In addition, when it is stretched to regulate the section of the volute, the elastic band takes a shape according to its own elasticity, which does not necessarily coincide with the desired configuration of the volute at the intake of the turbine, in particular for the very small sections of volute.

La présente invention vise a réaliser une turbine à gaz, en particulier une turbine à gaz d'échappement pour un turbo-compresseur de suralimentation de moteurs à combustion interne, turbine qui remédie aux inconvénients précités des turbines connues à bande élastique de contrôle à l'entrée de la volute et permet l'entraînement du compresseur à un régime donnant un bon rendement dans une large plage de débit des gaz d'entraînement de la turbine, donc, dans le cas d'un turbo-compresseur de suralimentation, des gaz d'échappement du moteur, pour permettre ainsi une suralimentation optimale du moteur par le compresseur entraîné par la turbine dans une large plage de régimes du moteur.The present invention aims to produce a gas turbine, in particular an exhaust gas turbine for a turbocharger for supercharging internal combustion engines, a turbine which overcomes the aforementioned drawbacks of known turbines with elastic control band at inlet of the volute and allows the compressor to be driven at a speed giving a good efficiency in a wide range of flow rates of the turbine drive gases, therefore, in the case of a turbo-supercharger, gases d 'engine exhaust, thus allowing optimum supercharging of the engine by the compressor driven by the turbine in a wide range of engine speeds.

A cet effet, l'invention a pour objet une turbine à gaz du type précité dans laquelle ledit élément réglable comprend plusieurs segments rigides incurvés s'étendant chacun sur une fraction de la longueur de la volute et montés pivotants dans le corps de la turbine, une extrémité d'un premier desdits segments étant calée, en un point situé dans le sens de rotation de la roue en amont du point de la section d'admission des gaz dans la volute le plus proche de la roue, sur un premier axe de pivotement parallèle à l'axe de rotation de la roue, le ou chacun des autres segments étant également articulé autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation de la roue, et la position radiale desdits segments dans la volute étant commandée par un organe de contrôle extérieur.To this end, the subject of the invention is a gas turbine of the aforementioned type in which said adjustable element comprises several curved rigid segments each extending over a fraction of the length of the volute and pivotally mounted in the body of the turbine, one end of a first of said segments being wedged, at a point situated in the direction of rotation of the wheel upstream from the point of the gas inlet section in the volute closest to the wheel, on a first axis of pivoting parallel to the axis of rotation of the wheel, the or each of the other segments also being articulated about an axis parallel to the axis of rotation of the wheel, and the radial position of said segments in the volute being controlled by a external control body.

Dans le cas d'une turbine entraînant un compresseur de suralimentation, il est ainsi possible, à n'importe quel régime du moteur, bien que le débit des gaz d'échappement du moteur servant à l'entraînement de la turbine soit fonction du régime du moteur, de faire varier à volonté la vitesse de rotation de la turbine et du compresseur, c'est à dire le débit d'air de suralimentation du moteur.In the case of a turbine driving a supercharging compressor, it is thus possible, at any engine speed, although the flow rate of the exhaust gases from the engine used to drive the turbine is dependent on the speed of the engine, to vary at will the speed of rotation of the turbine and of the compressor, that is to say the rate of charge air of the engine.

Suivant un premier mode de réalisation, ledit élément réglable comprend deux segments incurvés s'étendant chacun sur près de la moitié de la longueur de la volute et montés pivotants dans le corps de la turbine, une extrémité du second desdits deux segments étant calée, en un point situé, par rapport à l'axe de la roue, dans une position sensiblement diamétralement opposée à la section d'admission des gaz dans la volute, sur un second axe de pivotement parallèle à l'axe de rotation de la roue, et les axes de pivotement des deux segments étant accouplés à l'extérieur du corps de la turbine et commandés par ledit organe de contrôle commun aux deux segments.According to a first embodiment, said adjustable element comprises two curved segments each extending over almost half the length of the volute and pivotally mounted in the body of the turbine, one end of the second of said two segments being wedged, in a point situated, with respect to the axis of the wheel, in a position substantially diametrically opposite to the section for admitting the gases into the volute, on a second pivot axis parallel to the axis of rotation of the wheel, and the pivot axes of the two segments being coupled outside the body of the turbine and controlled by said control member common to the two segments.

Suivant un deuxième mode de réalisation, ledit élément réglable comprend trois segments incurvés s'étendant chacun sur un peu moins de 120°. Le premier axe de pivotement du premier segment est commandé par ledit organe de contrôle extérieur et une extrémité du second desdits segments est articulée par un axe parallèle à l'axe de la roue sur l'autre extrémité dudit premier segment. L'autre extrémité dudit second segment est articulée par un axe parallèle à l'axe de la roue sur une extrémité du troisième desdits segments. L'autre extrémité dudit troisième segment comporte une lumière recevant un axe parallèle à l'axe de rotation de la roue et fixé au corps de la turbine au voisinage du point de la section d'admission des gaz dans la volute le plus éloigné de la roue, cette lumière étant inclinée vers la roue dans le sens contraire au sens de rotation de la roue.According to a second embodiment, said element adjustable includes three curved segments each extending a little less than 120 °. The first pivot axis of the first segment is controlled by said external control member and one end of the second of said segments is articulated by an axis parallel to the axis of the wheel on the other end of said first segment. The other end of said second segment is articulated by an axis parallel to the axis of the wheel on one end of the third of said segments. The other end of said third segment comprises a lumen receiving an axis parallel to the axis of rotation of the wheel and fixed to the body of the turbine in the vicinity of the point of the gas inlet section in the volute furthest from the wheel, this light being inclined towards the wheel in the opposite direction to the direction of rotation of the wheel.

Ainsi, lors du pivotement du premier des trois segments en direction de la roue, les deux autres segments se rapprochent également de la roue, sous l'effet d'arc-boutement desdits deux autres segments entre l'axe d'articulation du second segment sur le premier segment et la lumière du troisième segment coulissant sur l'axe fixe du corps de la turbine.Thus, during the pivoting of the first of the three segments in the direction of the wheel, the two other segments also approach the wheel, under the effect of bracing of said two other segments between the articulation axis of the second segment on the first segment and the lumen of the third segment sliding on the fixed axis of the turbine body.

Au lieu de commander les trois segments par l'axe de pivotement du premier segment, il est également possible de munir le troisième segment non pas d'une lumière, mais d'un axe parallèle à l'axe de rotation de la roue. Une extrémité au moins de cet axe du troisième segment traverse une lumière ménagée dans le corps de la turbine, au voisinage du point de la section d'admission des gaz dans la volute le plus éloigné de la roue. Cette lumière est inclinée vers la roue dans le sens contraire au sens de rotation de la roue. Ladite extrémité dudit axe est attaquée, à l'extérieur du corps de la turbine, par un levier constituant ledit organe de contrôle. De préférence, l'axe de pivotement du premier segment est soumis à l'action d'un ressort sollicitant le premier segment, et par conséquent également les deux autres segments, dans le sens qui tend à les éloigner de la roue.Instead of controlling the three segments by the pivot axis of the first segment, it is also possible to provide the third segment not with a light, but with an axis parallel to the axis of rotation of the wheel. At least one end of this axis of the third segment passes through a lumen formed in the body of the turbine, in the vicinity of the point of the gas intake section in the volute furthest from the wheel. This light is inclined towards the wheel in the opposite direction to the direction of rotation of the wheel. Said end of said axis is attacked, outside the body of the turbine, by a lever constituting said control member. Preferably, the pivot axis of the first segment is subjected to the action of a spring urging the first segment, and therefore also the other two segments, in the direction which tends to move them away from the wheel.

Dans les deux modes de réalisation à trois segments, les axes d'articulation entre les segments peuvent être avantageusement prolongés et coulisser dans des lumières ménagées dans le corps de la turbine et inclinées vers la roue dans le sens contraire au sens de rotation de la roue. Les lumières agissent à la manière de cames et assurent une meilleure géométrie de la volute dans toutes les positions des segments.In the two three-segment embodiments, the axes of articulation between the segments can advantageously be extended and slide in openings made in the body of the turbine and inclined towards the wheel in the opposite direction to the direction of rotation of the wheel. . The lights act like cams and ensure better geometry of the volute in all the positions of the segments.

En se référant aux dessins annexés, on va décrire ci-après plus en détail plusieurs modes de réalisation illustratifs et non limitatifs d'une turbine conforme à l'invention, sur ces dessins :

  • La fig. 1 est une coupe transversale d'un premier mode de réalisation d'une tubine conforme à l'invention, suivant la ligne I-I de la fig. 2.
  • La fig. 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la fig. 1.
  • La fig. 3 est une coupe transversale d'un autre mode de réalisation d'une turbine conforme à l'invention, suivant la ligne III-III de la fig. 4.
  • La fig. 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. 5,
  • La fig. 5 est une coupe transversale d'un autre mode de réalisation d'une turbine conforme à l'invention, suivant la ligne V-V de la fig. 6.
  • La fig. 6 est une coupe suivant la ligneVI-VI de la fig.5 ; et
Referring to the accompanying drawings, several illustrative and nonlimiting embodiments of a turbine according to the invention will be described below in more detail in these drawings:
  • Fig. 1 is a cross section of a first embodiment of a tub according to the invention, along line II of FIG. 2.
  • Fig. 2 is a section along line II-II of FIG. 1.
  • Fig. 3 is a cross section of another embodiment of a turbine according to the invention, along the line III-III of FIG. 4.
  • Fig. 4 is a section along the line IV-IV of FIG. 5,
  • Fig. 5 is a cross section of another embodiment of a turbine according to the invention, along the line VV of FIG. 6.
  • Fig. 6 is a section along the line VI-VI of FIG. 5; and

La fig. 7 est une vue extérieure d'une turbine suivant les fig. 3 à 6 avec un autre mode de commande de variation de la géométrie de la volute.Fig. 7 is an exterior view of a turbine according to FIGS. 3 to 6 with another control mode for varying the volute geometry.

La turbine illustrée par les fig. 1 et 2 est une turbine centripète comprenant un corps ou carter 1 et une roue ou rotor 2. Le corps 1 présente, de façon connue, une tubulure d'entrée 3 par laquelle les gaz d'entraînement de la turbine, par exemple des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne dans le cas d'une turbine d'entraînement d'un compresseur de suralimentation, pénètrent dans le sens de la flèche 4 dans le corps 1. Le corps 1 ne présente pas lui-même un profil interne en volute. Ce profil interne en volute est défini par la face interne de deux segments 14, 15 rigides et incurvés, s'étendant chacun sur moins de 180°.The turbine illustrated in FIGS. 1 and 2 is a centripetal turbine comprising a body or casing 1 and a wheel or rotor 2. The body 1 has, in known manner, an inlet pipe 3 through which the turbine drive gases, for example gases exhaust of an internal combustion engine in the case of a drive turbine of a supercharging compressor, penetrate in the direction of arrow 4 in the body 1. The body 1 does not itself have a internal scroll profile. This internal scroll profile is defined by the internal face of two rigid and curved segments 14, 15, each extending over less than 180 °.

Une première extrémité du segment 14 est calée sur un axe de pivotement 16 parallèle à l'axe de rotation de la roue 2. L'axe 16 est monté sur le corps 1 dans le sens de rotation 5 de la roue 2 en amont du point 9 de la section d'admission de gaz 6 le plus proche de la roue 2. La seconde extrémité du segment 14 est libre.A first end of the segment 14 is fixed on a pivot axis 16 parallel to the axis of rotation of the wheel 2. The axle 16 is mounted on the body 1 in the direction of rotation 5 of the wheel 2 upstream of the point 9 of the gas inlet section 6 closest to the wheel 2. The second end of the segment 14 is free.

Une première extrémité du segment 15 est calée au voisinage de l'extrémité libre du segment 14 sur un axe de pivotement 17,parallèle à l'axe de rotation de la roue 2,monté sur le corps 1 en un point sensiblement diamétralement opposé au point 9. Deux leviers 18, 19 dont seuls les axes sont représentés sont fixés à l'extérieur du corps 1 aux deux axes de pivotement 16 et 17 et sont reliés entre eux par une biellette 20 de manière à pouvoir être amenés par un organe de contrôle extérieur commun aux deux positions représentées.A first end of the segment 15 is wedged in the vicinity of the free end of the segment 14 on a pivot axis 17, parallel to the axis of rotation of the wheel 2, mounted on the body 1 at a point substantially diametrically opposite the point 9. Two levers 18, 19 of which only the axes are shown are fixed outside the body 1 to the two pivot axes 16 and 17 and are interconnected by a rod 20 so as to be able to be brought by a control member exterior common to the two positions shown.

Dans la position des deux segments 14, 15 représentés en trait plein, la face extérieure des deux segments 14, 15 est appliquée contre la face interne du corps 1 dont elle épouse le profil. Les faces internes des segments 14, 15 définissent ensemble un profil en volute qui, depuis la section d'admission de gaz 6, se rapproche progressivement de la roue 2 dans le sens de rotation 5 de cette dernière. Un léger intervalle subsiste entre l'extrémité libre du segment 14 et l'extrémité du segment 15 calée sur l'axe de pivotement 17.In the position of the two segments 14, 15 shown in solid lines, the outer face of the two segments 14, 15 is applied against the inner face of the body 1 whose profile it matches. The internal faces of the segments 14, 15 together define a scroll profile which, from the gas inlet section 6, is progressively approaches wheel 2 in the direction of rotation 5 of the latter. A slight gap remains between the free end of the segment 14 and the end of the segment 15 wedged on the pivot axis 17.

A son extrémité libre, le segment 15 est biseauté en double sifflet (biseaux 21 et 22). Le biseau extérieur 22 est incurvé suivant un rayon centré sur l'axe de pivotement 17. Le corps 1 présente, en face de l'extrémité libre du segment 15, une surface interne 23 correspondant au sifflet 22, c'est-à-dire incurvée suivant un rayon centré sur l'axe de pivotement 17, cette surface incurvée 23 s'étendant jusque dans la tubulure d'entrée de gaz 3.At its free end, the segment 15 is bevelled in double whistle (bevels 21 and 22). The outer bevel 22 is curved along a radius centered on the pivot axis 17. The body 1 has, opposite the free end of the segment 15, an internal surface 23 corresponding to the whistle 22, that is to say curved along a radius centered on the pivot axis 17, this curved surface 23 extending into the gas inlet pipe 3.

Les axes de pivotement 16 et 17 des deux segments 14, 15 étant accouplés par les leviers 18, 19 et la biellette 20, les deux segments 14, 15 peuvent pivoter, sous l'action d'un organe de contrôle commun, depuis la position indiquée en trait plein dans laquelle lesdits segments sont appliqués contre la face interne du corps 1, jusqu'à une position indiquée en tirets, plus proche de la roue 2. Dans cette dernière position, l'extrémité libre du segment 14 est appliquée contre l'extrémité du segment 15 solidaire de l'axe de pivotement 17 et les faces internes des deux segments 14, 15 définissent un trajet d'écoulement de gaz de section réduite. Le sifflet 21 du segment 15 évite une réduction brusque de la section d'écoulement de gaz dans la tubulure d'entrée 3.The pivot axes 16 and 17 of the two segments 14, 15 being coupled by the levers 18, 19 and the link 20, the two segments 14, 15 can pivot, under the action of a common control member, from the position indicated in solid lines in which said segments are applied against the internal face of the body 1, to a position indicated in dashes, closer to the wheel 2. In this latter position, the free end of segment 14 is applied against the the end of the segment 15 integral with the pivot axis 17 and the internal faces of the two segments 14, 15 define a gas flow path of reduced section. The whistle 21 of the segment 15 avoids an abrupt reduction in the gas flow section in the inlet pipe 3.

La largeur intérieure du corps 1 est plus large dans la zone de réglage des segments 14, 15 que dans la zone plus proche de la roue 2 (fig. 2) afin d'augmenter l'effet de réglage des segments 14, 15 sur la section d'écoulement des gaz, donc sur la vitesse d'écoulement des gaz et sur la vitesse de rotation de la roue 2.The internal width of the body 1 is wider in the zone for adjusting the segments 14, 15 than in the zone closer to the wheel 2 (FIG. 2) in order to increase the adjusting effect of the segments 14, 15 gas flow section, therefore on the gas flow speed and on the speed of rotation of the wheel 2.

Les segments 14 et 15 présentent avantageusement un profil transversal composé d'une partie extérieure de profil rectangulaire et d'une partie intérieure de profil trapézoïdal dont les deux flancs obliques convergent en direction de la roue 2. De façon correspondante, le carter 1 présente, dans la zone de réglage des segments 14, 15, un profil comprenant une partie extérieure de profil rectangulaire et une partie intérieure de profil trapézoïdal dont les flancs convergent en direction de la roue 2.The segments 14 and 15 advantageously have a transverse profile composed of an outer part of rectangular profile and an inner part of trapezoidal profile, the two oblique sides of which converge in the direction of the wheel 2. Correspondingly, the casing 1 has, in the segment adjustment zone 14 , 15, a profile comprising an outer part with a rectangular profile and an inner part with a trapezoidal profile, the sides of which converge in the direction of the wheel 2.

Le mode de réalisation de la turbine conforme à l'invention suivant les fig. 3 et 4 comprend, à l'intérieur d'un corps 1 pourvu d'une tubulure d'entrée de gaz 3 et renfermant une roue 2, trois segments rigides et incurvés 25, 26, 27 dont le profil extérieur correspond au profil intérieur du corps 1. Chaque segment 24, 26, 27 s'étend sur un peu moins de 120°, de sorte que les trois segments s'étendent ensemble sur 270° environ.The embodiment of the turbine according to the invention according to FIGS. 3 and 4 comprises, inside a body 1 provided with a gas inlet pipe 3 and containing a wheel 2, three rigid and curved segments 25, 26, 27 whose external profile corresponds to the internal profile of the body 1. Each segment 24, 26, 27 extends over a little less than 120 °, so that the three segments extend together over approximately 270 °.

Une extrémité du segment 25 est calée sur un axe de pivotement 28 monté sur le corps 1, parallèlement à l'axe de rotation de la roue 2, en un point situé dans le sens de rotation 5 de la roue 2 en amont du point 9 de la section d'admission de gaz 6 le plus proche de la roue 2. L'autre extrémité du segment 25 est articulée sur une extrémité du segment 26 par un axe d'articulation 29, un léger jeu étant prévu entre les deux segments 25, 26 pour permettre auxdits deux segments de pivoter légèrement l'un par rapport à l'autre. De façon analogue, l'autre extrémité du segment 26 est articulée sur une extrémité du segment 27 par un axe d'articulation 30, un léger jeu étant prévu entre les deux segments 26 et 27. L'autre extrémité du segment 27 présente une rainure 31 qui, dans le sens contraire au sens de rotation 5 de la roue 2, est incurvée vers la roue 2. Cette rainure 31 reçoit un axe 32 parallèle à l'axe de rotation de la roue 2, l'axe 32 étant fixé au corps 1 au voisinage du point de la section d'admission 6 le plus éloigné de l'axe de la roue 2. Cette même extrémité du segment 27 est biseautée en double sifflet, le sifflet extérieur 33 étant incurvé suivant un même rayon qu'une surface interne 34 que le corps 1 présente en face du sifflet 33 du segment 27. Les courbures de la rainure 31, du sifflet 33 et de la surface 34 sont centrées sur un même point.One end of the segment 25 is wedged on a pivot axis 28 mounted on the body 1, parallel to the axis of rotation of the wheel 2, at a point located in the direction of rotation 5 of the wheel 2 upstream of the point 9 of the gas inlet section 6 closest to the wheel 2. The other end of the segment 25 is articulated on one end of the segment 26 by a hinge pin 29, a slight clearance being provided between the two segments 25 , 26 to allow said two segments to pivot slightly relative to one another. Similarly, the other end of the segment 26 is articulated on one end of the segment 27 by a hinge pin 30, a slight clearance being provided between the two segments 26 and 27. The other end of the segment 27 has a groove 31 which, in the opposite direction to the direction of rotation 5 of the wheel 2, is curved towards the wheel 2. This groove 31 receives an axis 32 parallel to the axis of rotation of the wheel 2, the axis 32 being fixed to the body 1 in the vicinity of the point of the intake section 6 furthest from the axis of the wheel 2. This same end of the segment 27 is bevelled as a double whistle, the external whistle 33 being curved along the same radius as an internal surface 34 that the body 1 has opposite the whistle 33 of the segment 27. The curvatures of the groove 31, the whistle 33 and the surface 34 are centered on the same point.

Les segments 25, 26 et 27 peuvent être amenés de la position indiquée en trait plein à la position indiquée en tirets par pivotement d'un levier 35 solidaire de l'axe 28, la position 35a de ce levier correspondant à la position en trait plein des segments 25, 26, 27 et la position 35b du levier 35 correspondant à la position en tirets des segments 25, 26, 27. Le déplacement radial vers l'intérieur des segments 25, 26, 27, lors du pivotement du levier 35 de la position 35a à la position 35b et du pivotement correspondant du segment 25, s'effectue par arc-boutement des deux segments 26 et 27 entre l'axe d'articulation 29 et l'axe 32 engagé dans la rainure 31, de telle manière que les segments 25, 26 et 27 se rapprochent progressivement de la roue 2.The segments 25, 26 and 27 can be brought from the position indicated in solid lines to the position indicated in dashed lines by pivoting a lever 35 secured to the axis 28, the position 35a of this lever corresponding to the position in solid lines. segments 25, 26, 27 and the position 35b of the lever 35 corresponding to the dashed position of the segments 25, 26, 27. The radial inward movement of the segments 25, 26, 27, during the pivoting of the lever 35 of position 35a to position 35b and the corresponding pivoting of segment 25, is effected by bracing of the two segments 26 and 27 between the articulation axis 29 and the axis 32 engaged in the groove 31, in such a way that the segments 25, 26 and 27 gradually approach the wheel 2.

On reconnait sur la fig. 4 qu'une extrémité du segment 26 présente une languette 36 articulée par l'axe 31 à l'intérieur d'une découpe 37 d'une extrémité en forme de chape du segment 27. L'articulation entre les segments 25 et 26 par l'axe 29 s'effectue de la même manière.We recognize in fig. 4 that one end of the segment 26 has a tongue 36 articulated by the axis 31 inside a cutout 37 of a clevis-shaped end of the segment 27. The articulation between the segments 25 and 26 by l axis 29 is carried out in the same way.

Le mode de réalisation des fig. 5, 6 et 7 diffère du mode de réalisation des fig. 3 et 4 dont il reprend le principe d'articulation entre les trois segments (languette 36 sur un segment, découpe 37 formant chape sur l'autre segment, axe d'articulation 29, 30), par un guidage assurant une meilleure géométrie de la volute dans toutes les positions des segments et par une commande différente des segments.The embodiment of FIGS. 5, 6 and 7 differs from the embodiment of FIGS. 3 and 4 from which it takes up the principle of articulation between the three segments (tongue 36 on one segment, cutout 37 forming clevis on the other segment, articulation axis 29, 30), by a guide ensuring a better geometry of the scroll in all segment positions and by a different order of segments.

Les axes d'articulation 29, 30, sont prolongés (voir fig. 6) et coulissent dans des lumières 38, 39 et 40, 41 ménagées dans les parois latérales du corps de turbine 1. Les lumières sont inclinées vers la roue 2 dans le sens contraire au sens de rotation de cette dernière, de manière à faire office de cames de guidage. Les lumières sont recouvertes à l'extérieur du corps de turbine par des couvercles 42.The articulation axes 29, 30 are extended (see fig. 6) and slide in slots 38, 39 and 40, 41 formed in the side walls of the turbine body 1. The slots are inclined towards the wheel 2 in the direction opposite to the direction of rotation of the latter, so as to act as guide cams. The lights are covered on the outside of the turbine body by covers 42.

La commande des segments 25, 26, 27 s'effectue sur le segment 27 qui porte, à son extrémité opposée au segment 26, un axe 43 parallèle à l'axe de rotation de la roue 2. Cet axe 43 traverse une lumière 44 ménagée dans au moins une paroi latérale du corps de turbine 1. La lumière 44 est inclinée vers la roue 2 dans le sens contraire au sens de rotation de la roue et est incurvée suivant un rayon ayant le même centre que la surface interne 34 du corps 1. Un levier de commande pivotant 45 (voir fig.7) articulé sur le corps 1 par un axe 46 se trouvant au centre de courbure de la lumière 44 attaque l'axe 43 à l'extérieur du corps 1 pour le faire coulisser dans la lumière 44 et déplacer le segment 27 et les segments 26 et 25 entre les limites indiquées en trait plein et en tirets.The control of the segments 25, 26, 27 takes place on the segment 27 which carries, at its end opposite to the segment 26, an axis 43 parallel to the axis of rotation of the wheel 2. This axis 43 passes through a lumen 44 formed in at least one side wall of the turbine body 1. The lumen 44 is inclined towards the wheel 2 in the opposite direction to the direction of rotation of the wheel and is curved along a radius having the same center as the internal surface 34 of the body 1 A pivoting control lever 45 (see fig. 7) articulated on the body 1 by an axis 46 located at the center of curvature of the light 44 attacks the axis 43 outside the body 1 to make it slide in the light 44 and move segment 27 and segments 26 and 25 between the limits shown in solid lines and in dashes.

Le segment 25 est sollicité autour de son axe de pivotement 28 par un ressort 47 qui cherche à éloigner le segment 25 de la roue. Les trois segments articulés les uns sur les autres sont ainsi tendus en permanence.The segment 25 is biased around its pivot axis 28 by a spring 47 which seeks to move the segment 25 away from the wheel. The three segments articulated on each other are thus stretched permanently.

Dans les modes de réalisation suivant les fig. 3, 4 et 5, 6, les segments 25, 26, 27 peuvent avantageusement présenter le même profil que les segments 14, 15 du mode de réalisation des fig. 1 et 2 et la largeur intérieure du corps 1 de la turbine peut être avantageusement accrue dans la zone de réglage des segments, comme illustré sur la fig.2.In the embodiments according to FIGS. 3, 4 and 5, 6, the segments 25, 26, 27 may advantageously have the same profile as the segments 14, 15 of the embodiment of FIGS. 1 and 2 and the internal width of the body 1 of the turbine can be advantageously increased in the segment adjustment zone, as illustrated in FIG. 2.

Dans tous les modes de réalisation réprésentés et décrits à titre illustratif et non limitatif, il est donc possible, par le réglage de la position de plusieurs éléments définissant la majeure partie de la longueur de la volute de la turbine, de faire varier de l'extérieur la section d'écoulement des gaz entre la volute et la roue de la turbine. Dans le cas d'un turbo-compresseur de suralimentation de moteurs à combustion interne, il est ainsi possible de faire varier la vitesse de rotation du compresseur de suralimentation entraîné directement par la turbine, indépendamment du débit des gaz d'échappement du moteur, c'est-à-dire d'assurer une suralimentation optimale dans une très large gamme de régimes du moteur.In all the embodiments shown and described by way of illustration and not limitation, it is therefore possible, by adjusting the position of several elements defining the major part of the length of the scroll of the turbine, to vary the outside the gas flow section between the volute and the impeller of the turbine. In the case of a turbo-compressor for supercharging internal combustion engines, it is thus possible to vary the speed of rotation of the supercharging compressor driven directly by the turbine, independently of the flow rate of the exhaust gases from the engine, c that is to say to ensure optimal supercharging in a very wide range of engine speeds.

Il va de soi que de nombreuses modifications et variantes peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus et représentés à titre illustratif et non limitatif sur les dessins. Ainsi, le guidage complémentaire des segments par leurs axes d'articulation selon les fig. 5 et 6 pourrait être utilisé également pour des segments commandés selon l'exemple des fig. 3 et 4. Dans l'exemple suivant les fig. 5 et 7, l'axe 43 pourrait également être commandé par un levier différent du levier 45, lequel pourrait alors présenter, par exemple, une chape ou une coulisse pour coopérer avec l'axe 43.It goes without saying that many modifications and variants can be made to the embodiments described above and shown by way of illustration and not limitation in the drawings. Thus, the complementary guidance of the segments by their axes of articulation according to FIGS. 5 and 6 could also be used for segments ordered according to the example of FIGS. 3 and 4. In the following example fig. 5 and 7, the axis 43 could also be controlled by a lever different from the lever 45, which could then have, for example, a yoke or a slide to cooperate with the axis 43.

Claims (7)

1. Turbine à gaz, en particulier turbine à gaz d'échappement pour l'entraînement d'un compresseur de suralimentation de moteurs à combustion interne, comprenant une rouede turbine tournant à l'intérieur d'un corps ou carter présentant une ouverture d'entrée de gaz d'entraînement débouchant à l'intérieur du corps suivant une direction sensiblement tangentielle à ladite roue et un profil interne en spirale, ou volute, pour le guidage de la veine d'écoulement des gaz d'entraînement sur la périphérie de la roue, ainsi que des moyens pour contrôler de l'extérieur la vitesse d'admission des gaz d'entraînement sur la roue de la turbine, ces moyens de contrôle étant constitués par au moins un élément définissant la géométrie de la volute sur la majeure partie de la longueur de cette dernière et réglable dans sa position radiale par rapport à la roue sous l'action d'organes de contrôle commandés de l'extérieur, caractérisée en ce que ledit élément réglable comprend plusieurs segments rigides incurvés (14, 15, 25-27) s'étendant chacun sur une fraction de la longueur de la volute et montés pivotants dans le corps de la turbine, une extrémité d'un premier (14 ; 25) desdits segments étant calée, en un point situé dans le sens de rotation (5) de la roue (2) en amont du point (9) de la section d'admission des gaz dans la solute le plus proche de la roue, sur un premier axe de pivotement (16 ; 28) parallèle à l'axe de rotation de la roue, le ou chacun des autres segments (15 ; 26, 27) étant également articulé autour d'un axe (17 ; 29, 30) parallèle à l'axe de rotation de la roue, et la position radiale desdits segments dans la volute étant commandée par un organe de contrôle extérieur.1. Gas turbine, in particular exhaust gas turbine for driving a supercharging compressor of internal combustion engines, comprising a turbine wheel rotating inside a body or casing having an opening entrainment gas inlet opening inside the body in a direction substantially tangential to said wheel and an internal spiral profile, or volute, for guiding the flow stream for entrainment gases on the periphery of the wheel, as well as means for controlling from the outside the speed of admission of the drive gases to the turbine wheel, these control means being constituted by at least one element defining the geometry of the volute over the major part of the length of the latter and adjustable in its radial position relative to the wheel under the action of externally controlled control members, characterized in that said adjustable element comprises several rigid segments in curved (14, 15, 25-27) each extending over a fraction of the length of the volute and pivotally mounted in the body of the turbine, one end of a first (14; 25) of said segments being wedged, at a point situated in the direction of rotation (5) of the wheel (2) upstream of the point (9) of the section for admitting the gases into the solute closest to the wheel, on a first pivot axis (16; 28) parallel to the axis of rotation of the wheel, the or each of the other segments (15; 26, 27) also being articulated around an axis (17; 29, 30) parallel to the axis of rotation of the wheel, and the radial position of said segments in the volute being controlled by an external control member. 2. Turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit élément réglable comprend deux segments (14, 15) incurvés s'étendant chacun sur près de la moitié de la longueur de la volute et montés pivotants dans le corps (1) de la turbine, une extrémité du second (15) desdits deux segments étant calée, en un point situé, par rapport à l'axe de la roue, dans une position sensiblement diamétralement opposée à la section d'admission (6) des gaz dans la volute, sur un second axe de pivotement (17) parallèle à l'axe de rotation de la roue, lesdits deux axes de pivotement (16, 17) des deux segments étant accouplés à l'extérieur du corps de la turbine et commandés par ledit organe de contrôle commun aux deux segments.2. Gas turbine according to claim 1, characterized in that said adjustable element comprises two curved segments (14, 15) each extending over nearly half the length of the volute and pivotally mounted in the body (1) of the turbine, one end of the second (15) of said two segments being wedged, at a point located, relative to the axis of the wheel , in a position substantially diametrically opposite the inlet section (6) of the gases in the volute, on a second pivot axis (17) parallel to the axis of rotation of the wheel, said two pivot axes (16, 17) of the two segments being coupled outside the body of the turbine and controlled by said control member common to the two segments. 3. Turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit élément réglable comprend trois segments incurvés (25, 26, 27) s'étendant chacun sur moins de 120°, le premier axe de pivotement du premier segment étant commandé par ledit organe de contrôle extérieur (35), qu'une extrémité du second (26) desdits segments est articulée par un axe (29) parallèle à l'axe de la roue sur l'autre extrémité dudit premier segment, que l'autre extrémité dudit second segment est articulée par un axe (30) parallèle à l'axe de la roue sur une extrémité du troisième (27) desdits segments, et que l'autre extrémité dudit troisième segment comporte une lumière (31) recevant un axe (32) parallèle à l'axe de rotation de la roue et fixé au corps (1) de la turbine au voisinage du point de la section d'admission (6) des gaz dans la volute le plus éloigné de la roue, ladite lumière étant inclinée vers la roue dans le sens contraire au sens de rotation (5) de la roue.3. Gas turbine according to claim 1, characterized in that said adjustable element comprises three curved segments (25, 26, 27) each extending over less than 120 °, the first pivot axis of the first segment being controlled by said external control member (35), that one end of the second (26) of said segments is articulated by an axis (29) parallel to the axis of the wheel on the other end of said first segment, that the other end of said second segment is articulated by an axis (30) parallel to the axis of the wheel on one end of the third (27) of said segments, and that the other end of said third segment comprises a lumen (31) receiving an axis (32 ) parallel to the axis of rotation of the wheel and fixed to the body (1) of the turbine in the vicinity of the point of the inlet section (6) of the gases in the volute furthest from the wheel, said light being inclined towards the wheel in the opposite direction to the direction of rotation (5) of the wheel. 4. Turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit élément réglable comprend trois segments incurvés (25, 26, 27) s'étendant chacun sur moins de 120°, que ledit premier axe de pivotement (29) est soumis à l'action d'un ressort (47) sollicitant ledit premier segment de manière à l'éloigner de la roue, qu'une extrémité du second (26) desdits segments est articulée par un axe (29) parallèle à l'axe de la roue sur l'autre extrémité dudit premier segment, que l'autre extrémité dudit second segment est articulée par un axe (30) parallèle à l'axe de la roue sur une extrémité du troisième (27) desdits segments, que l'autre extrémité dudit troisième segment porte un axe (43) parallèle à l'axe de rotation de la roue dont une extrémité au moins traverse une lumière (44) ménagée dans le corps de la turbine au voisinage du point de la section d'admission (6) des gaz dans la volute le plus éloigné de la roue et inclinée vers la roue dans le sens contraire au sens de rotation (5) de la roue, et que ladite extrémité dudit axe (43) est attaquée, à l'extérieur du corps de la turbine, par un levier (45) constituant ledit organe de contrôle.4. Gas turbine according to claim 1, characterized in that said adjustable element comprises three curved segments (25, 26, 27) each extending over less than 120 °, that said first pivot axis (29) is subjected the action of a spring (47) urging said first segment so as to move it away from the wheel, that one end of the second (26) of said segments is articulated by an axis (29) parallel to the axis of the wheel on the other end of said first segment, that the other end of said second segment is articulated by an axis ( 30) parallel to the axis of the wheel on one end of the third (27) of said segments, that the other end of said third segment carries an axis (43) parallel to the axis of rotation of the wheel, at least one end of which passes through a light (44) formed in the body of the turbine in the vicinity of the point of the gas intake section (6) in the volute furthest from the wheel and inclined towards the wheel in the opposite direction to the direction of rotation (5) of the wheel, and that said end of said axle (43) is attacked, outside the body of the turbine, by a lever (45) constituting said control member. 5. Turbine à gaz suivant la revendication 3 ou 4, caractérisée par le fait que lesdits axes d'articulation (29, 30) entre le premier segment (25) et le second segment (26) sont prolongés et coulissent dans des lumières (43, 44 et 45, 46) ménagées dans le corps de turbine, lesdites lumières étant inclinées vers la roue dans le sens contraire au sens de rotation (5) de la roue.5. Gas turbine according to claim 3 or 4, characterized in that said articulation axes (29, 30) between the first segment (25) and the second segment (26) are extended and slide in lights (43 , 44 and 45, 46) formed in the turbine body, said slots being inclined towards the wheel in the opposite direction to the direction of rotation (5) of the wheel. 6. Turbine à gaz suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le corps (1) de la turbine présente, dans la zone de déplacement du ou des éléments réglables (14, 15 ; 25, 26, 27), une plus grande largeur intérieure que dans la zone plus proche de la roue de la turbine.6. Gas turbine according to any one of the preceding claims, characterized in that the body (1) of the turbine has, in the displacement zone of the adjustable element or elements (14, 15; 25, 26, 27) , a greater internal width than in the area closer to the turbine wheel. 7. Turbine à gaz suivant la revendication 6, caractérisée par le fait que lesdits segments réglables (14, 15, 25, 26, 27,)présentent un profil interne correspondant au profil de raccordement entre lesdites deux zones de largeurs intérieures différentes du corps de la turbine.7. Gas turbine according to claim 6, characterized in that said adjustable segments (14, 15, 25, 26, 27,) have an internal profile corresponding to the connection profile between said two zones of different internal widths of the body of the turbine.
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