EP4416378A1 - Turbine avec passage en supersonique dans le rotor - Google Patents

Turbine avec passage en supersonique dans le rotor

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Publication number
EP4416378A1
EP4416378A1 EP22798317.8A EP22798317A EP4416378A1 EP 4416378 A1 EP4416378 A1 EP 4416378A1 EP 22798317 A EP22798317 A EP 22798317A EP 4416378 A1 EP4416378 A1 EP 4416378A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
turbine
fluid
rotor
point
trailing edge
Prior art date
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Pending
Application number
EP22798317.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Luis Enrique MARTINEZ ALVARADO
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.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of EP4416378A1 publication Critical patent/EP4416378A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • 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
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/301—Cross-sectional characteristics
    • 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
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/302—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor characteristics related to shock waves, transonic or supersonic flow
    • 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
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/304—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the trailing edge of a rotor blade
    • 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
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved
    • F05D2250/713—Shape curved inflexed

Definitions

  • the invention relates to supersonic turbines, more particularly in applications for which the inlet temperature of the fluid in the turbine is relatively low, such as Rankine cycle circuits, fuel cells or even internal combustion engines. , especially at low wealth.
  • the invention relates to the field of turbomachinery and energy recovery.
  • Turbines are used in many applications to transform the energy of the fluid into rotating mechanical energy, which can itself be transformed into electricity for example.
  • turbines operate with very clearly subsonic fluid displacement speeds (below the speed of sound, i.e. below a Mach number equal to 1). However, at these travel speeds, it is necessary to rotate the turbine very quickly. This has the disadvantage of requiring bearings and/or bearings operating in oil or grease to avoid significant friction forces and associated heating.
  • patent application US 3314647A which relates to a turbine which may or may not have a stator and whose passage into supersonic can be achieved in the stator or in a stage of the rotor.
  • this patent application does not control the shock waves which can occur, which can generate harmful vibrations on the sizing of the rotor, and which can generate a subsonic output speed.
  • the technical problem consists in improving the control of the shock waves which can occur in the rotor in order to improve the performance of the turbine.
  • the invention relates to a turbine comprising a stationary part and a rotor, the stationary part being upstream of the rotor in the direction of the flow of a fluid able to pass through the turbine (otherwise the turbine is configured so that fluid passing through it first passes through the stationary part and then through the rotor).
  • the rotor is capable of rotating around an axis of rotation and comprises a plurality of blades extending in a direction substantially radial with respect to the axis of rotation of the rotor.
  • the minimum fluid passage section between the blades of the rotor constitutes a sonic neck for determined operating conditions of the turbine.
  • the section of each blade is delimited by an upper surface and a lower surface, the upper surface and the lower surface starting from the same leading edge to meet at the same trailing edge.
  • the lower surface and/or the upper surface comprises a first curved part from the leading edge to a point of intersection and a second curved part from the point of intersection to the trailing edge.
  • the tangent (at the intrados and/or at the extrados) of the first curved part forms a non-zero angle (between 1° and 179°) with the tangent (at the intrados and/or at the 'extrados) of the second curved part.
  • the invention relates to a turbine comprising a stationary part and a rotor, said stationary part being upstream of the rotor in the direction of flow of a fluid in the turbine, the rotor being capable of rotating around an axis of rotation and comprising a plurality of vanes extending in a substantially radial direction with respect to the axis of rotation of the rotor, the section of each vane being delimited by an upper surface and a lower surface, the upper surface and the lower surface of the section of each blade starting from a leading edge towards a trailing edge, one of the lower surface and the upper surface comprising a first curved part of the leading edge at a point of intersection and a second curved part from said point of intersection to the trailing edge.
  • the tangent (to the intrados or to the extrados) of the first curved part forms a non-zero angle with the tangent (to the intrados or to the extrados) of the second part curve, the point of intersection forming a first singularity near the trailing edge.
  • the second curved part is a first line segment.
  • the first line segment is inclined with respect to the plane orthogonal to the direction of the fluid at the level of the trailing edge by an angle of inclination comprised between 1 and 89°, preferably between 2 and 80 °, preferably between 2 and 30° and more preferably between 5 and 15°.
  • the other of the intrados and the extrados comprises a first curved portion from the leading edge to a crossing point and a second curved portion from said crossing point to the trailing edge.
  • the tangent of the first portion curve forms a non-zero angle with the tangent of the second curved portion, the crossing point forming a second singularity near the trailing edge.
  • the second curved portion is a second line segment.
  • the second line segment is inclined with respect to the plane orthogonal to the direction of the fluid at the level of the trailing edge by an angle of inclination comprised between 1 and 90°, preferentially between 2 and 80°, preferably between 2 and 30° and more preferably between 5 and 15°.
  • the stationary part comprises a stator and/or a volute, preferably the stationary part being configured to operate exclusively in subsonic flow.
  • the operating conditions determined include the mass flow rate of the fluid at the inlet of the turbine, the total pressure at the inlet of the turbine, the total temperature at the inlet of the turbine, the static pressure at the outlet of the turbine and preferably the total temperature at the turbine inlet and/or the total temperature at the turbine outlet.
  • the rotor comprises a strapping consisting of a ring connecting the radial ends of the blades.
  • the vanes are oriented at a deflection angle with respect to the direction of said fluid at the leading edge so as to generate a change in the direction of the flow of the fluid through the blades, the deflection angle being preferably between 5° and 70° and even more preferably between 5° and 50°.
  • the section of the rotor at the outlet of the rotor is reduced compared to the section of the rotor just after the blades.
  • the invention also relates to a fuel cell comprising a turbine as described above, the turbine preferably being positioned on a line at the outlet of the fuel cell, the outlet line being configured to produce steam.
  • the invention also relates to a Rankine cycle circuit comprising a turbine as described above, preferably, the circuit comprising a compressor, an evaporator, the turbine and then a condenser.
  • the invention also relates to an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine operating with a richness of less than 0.8, preferably less than 0.4, comprising a turbine as described previously at the level of the outlet of the exhaust gases from the internal combustion engine, preferably the turbine being that of a turbocharger.
  • the invention also relates to a method of using the turbine as described, in which at least the following steps are carried out: a flow of fluid is introduced at the inlet of the turbine under predetermined conditions, the fluid is passed into a state sonic at level of said sonic neck and the fluid is passed in a supersonic state downstream of the sonic neck, in the direction of movement of the fluid in the turbine.
  • Figure 1 shows a section of a rotor blade according to the prior art.
  • Figure 2 illustrates a first embodiment of a section of a rotor blade according to the invention.
  • Figure 3 illustrates a second embodiment of a section of a rotor blade according to the invention.
  • Figure 4 illustrates a third embodiment of a section of a rotor blade according to the invention.
  • Figure 5 illustrates a turbine with a stator and a rotor according to the invention.
  • Figure 6 illustrates the impact on the fluid flow around a first example of rotor according to the invention.
  • Figure 7 illustrates the impact on the fluid flow around a second example of rotor according to the invention.
  • Figure 8 illustrates a rotor according to the invention.
  • Figure 9 illustrates a rotor with outer strapping according to the invention.
  • FIG. 10 illustrates a comparison of the flow around the blades according to the second embodiment of the invention, of blades according to the fifth embodiment according to the invention and of blades according to the first embodiment according to the invention.
  • Figure 11 illustrates a fourth embodiment of a section of a rotor blade according to the invention.
  • Figure 12 illustrates a fifth embodiment of a section of a rotor blade according to the invention.
  • Figure 13 illustrates a Rankine cycle circuit with a turbine according to the invention.
  • Figure 14 illustrates an internal combustion engine with a turbine according to the invention.
  • Figure 15 illustrates a fuel cell with a turbine according to the invention.
  • a vane (also called blade) is an element of the rotor allowing the energy of the fluid arriving in the turbine to be transformed into rotating mechanical energy of the rotor. To do this, the dawn has a section with an aerodynamic profile.
  • the leading edge of the blade section is the point located at the front of the blade (in the operating position of the blade), facing the fluid; it corresponds to the breakpoint.
  • the trailing edge of the vane section is the point aft of the vane (in the vane operating position) where the fluid ends its flow along the vane.
  • chord is defined by the line segment joining the leading edge to the trailing edge on the blade section.
  • the upper surface and the lower surface are the surfaces that delimit the blade from the leading edge to the trailing edge where they meet.
  • the upper surface and the lower surface are represented by two lines both starting from the leading edge and meeting at the trailing edge.
  • the Mach number is defined by the ratio between the speed of the fluid and the speed of sound.
  • a subsonic speed is a speed lower than the speed of sound (thus lower than a Mach number of 1).
  • a supersonic speed is a speed greater than the speed of sound (thus greater than a Mach number of 1).
  • the sonic speed is defined by a fluid speed equal to the speed of sound (Mach number equal to 1).
  • a sonic neck extends as the minimum fluid passage section in an equipment (in a turbine in our case), the sonic neck being preceded and succeeded by parts where the fluid passage section is greater than that of the sonic neck .
  • the sonic throat will be the minimum passage section and orthogonal to the axis of the flow.
  • the sonic throat generates a sonic blockage at the throat: in other words, even by increasing the inlet fluid flow or the inlet pressure, the fluid velocity at the sonic throat cannot exceed a Mach number equal to 1 .
  • the section of the sonic neck A c can be determined from the conservation of the flow m entering the turbine, of the speed of sound c and of the density of the fluid at the level of the neck p c .
  • the determined conditions are sufficient conditions to have the possibility of passing to a sonic speed at the level of the cervix: for example, if the inlet flow of the fluid is insufficient, it will not be possible to reach a sonic speed in the cervix . Similarly, if the ratio between the section of passage of the fluid at the inlet of the turbine A and the sonic neck Ac is insufficient, it will not be possible to pass in sonic velocity at the neck.
  • the static pressure Ps, in a moving fluid is the pressure measured by a sensor that moves at the same speed as the fluid.
  • Dynamic pressure Pdyn is a measure of the kinetic energy of a fluid per unit volume.
  • the total pressure Pt (also called stop pressure) corresponds to the sum of the static and dynamic pressures (at the place considered). It corresponds to the static pressure at a stopping point in a flow of fluid, the velocity of the fluid being zero at the stopping point.
  • the static temperature Ts is the temperature of the fluid, in the absence of any disturbance related to the flow of the fluid.
  • the total temperature Tt (or stagnation temperature) is the temperature at a stopping point in a fluid flow, the fluid velocity being zero at the stopping point. It is expressed as follows:
  • Entropy is a function expressing the principle of energy degradation: it therefore reflects an irreversible phenomenon.
  • a zero entropy reflects a reversible phenomenon while an entropy strictly greater than zero reflects an irreversible phenomenon such as a shock wave.
  • a shock wave is a very rapid and sudden variation in pressure or temperature parameters over very short distances. It can occur in particular when the speed of the fluid is supersonic.
  • the total pressure Pt and the static pressure Ps can be related by the following formula for isentropic flows:
  • the residual term which depends on the real gas used, can be taken from the bibliography (from charts for example) or from tests on real gas to determine the residual term.
  • the invention relates to a turbine comprising a stationary part and a rotor.
  • the stationary part is positioned upstream of the rotor in the direction of fluid flow in the turbine.
  • the turbine is configured in such a way that a fluid passing through it first passes through the stationary part and then through the rotor.
  • the rotor is capable of rotating around an axis of rotation so as to transform the energy contained in the fluid into rotating mechanical energy.
  • the rotor comprises a plurality of blades extending in a direction substantially radial with respect to the axis of rotation of the rotor.
  • the section of the blades which has an aerodynamic profile extends in the substantially radial direction.
  • the minimum passage section (or minimum effective passage section, it being understood that this is the section orthogonal to the direction of the flow at the place considered) of fluid between the blades of the rotor constitutes a sonic neck for specified operating conditions of the turbine (preferably, the operating conditions include the mass flow rate of fluid entering the turbine).
  • the minimum passage section can be defined as a function of the determined operating conditions so that at this section, the speed of the fluid is sonic under said determined operating conditions.
  • the turbine is configured to operate in supersonic with a passage in supersonic in the rotor, just after the sonic neck, at the right of the blades.
  • the fluid passage section in the stator, the fluid passage section in the rotor upstream of the sonic neck and downstream of the sonic neck are always strictly greater than the section of the sonic neck so as to be able to generate the sonic blocking at the level of the sonic neck and the possibility of going into supersonic downstream.
  • the vanes can be configured so that the total pressure at the inlet of the vanes is always greater than the static pressure at the outlet of the vanes so as to generate a flow and the vanes can be configured so that the ratio between the total pressure at inlet and the static pressure at the outlet is greater than or equal (preferably strictly greater) to the ratio between the total pressure pO at the neck and the static pressure p* at the neck which can be determined by the following equation:
  • calibration tests for the construction or verification of charts can be used for the development of the turbine.
  • These calibration tests may in particular comprise measurements of static and/or total pressure, at the inlet, at the throat and at the outlet of the turbine.
  • Calibration tests can also be carried out for the development of the turbine in order to verify certain dimensional data and their impact or not on the transition to supersonic after the sonic neck.
  • the section of each blade is delimited by an extrados and an intrados, the extrados and the intrados of the section of each blade starting from the same leading edge and meeting at the same trailing edge.
  • One of the lower surface and the upper surface preferably the lower surface, comprises a first curved (curved) part of the leading edge at a point of intersection and a second curved (curved) part of the point of intersection at the trailing edge.
  • the intrados or the extrados preferably the intrados, therefore comprises at least two parts of curves whose intersection takes place at the point of intersection.
  • the tangent (to the intrados for example if the intrados comprises said point of intersection) of the first curved part forms a non-zero angle (and less than 180°) with the tangent ( to the lower surface, for example if the lower surface comprises said point of intersection) of the second curved part.
  • one of the intrados and the extrados has a singularity at the point of intersection: at the point of intersection, the intrados or the extrados includes a derivative on the left (or derived from the first curved part) different from the derivative on the right (or derived from the second curved part).
  • the point of intersection thus forms a first singularity close to the trailing edge, for example, on the part of the blade whose thickness is decreasing, in the direction of passage of the fluid along the blade.
  • the point of intersection is between 50% and 100%, preferably between 80% and 100% and even more preferably between 90% and 100%.
  • the first curved portion may preferably be differentiable.
  • the second curved part can preferably be differentiable.
  • the intrados or the extrados comprises a single singularity.
  • Each blade is thus delimited by two surfaces (the surfaces generated by the upper surface and by the lower surface) starting from the same leading edge to meet at the same trailing edge and at least one of these surfaces (the intrados in particular) comprises a singularity zone for which the tangent to the surface on one side of the singularity zone is different from the tangent to the surface on the other side of the singularity zone, the singularity zone being near the trailing edge so as to control the position of the shock waves near the outlet of the blades.
  • the intrados includes the first curved part and the second curved part as well as the point of intersection but it is understood that these curved parts and the point of intersection could be on the extrados instead of being on the intrados.
  • the second curved part can be a first line segment.
  • the first line segment can be inclined with respect to the plane orthogonal to the direction of the fluid at the level of the trailing edge by an angle of inclination comprised between 1 and 89°, preferably between 2 and 80°, preferably between 2 and 30° and more preferably between 5 and 15°.
  • the first line segment can be inclined with respect to the plane orthogonal to the tangent of the other of the intrados or of the extrados at the level of the trailing edge of the fluid by an angle of inclination comprised between 1 and 89°, preferably between 2 and 80°, preferably between 2 and 30° and even more preferably between 5 and 15°.
  • the other of the intrados and the extrados can comprising a first curved (curved) portion from the leading edge to a crossing point and a second curved (curved) portion from the crossing point to the trailing edge.
  • the extrados for example comprises at least two portions which intersect at the crossing point.
  • the tangent (at the extrados for example) of the first curved portion forms a non-zero angle (and less than 180°) with the tangent (at the extrados for example) of the second portion curve: thus, the two curved portions are not aligned at the crossing point: the extrados has a point of singularity at the crossing point, like the intrados.
  • the crossing point thus forms a second singularity near the trailing edge, for example, on the part of the blade whose thickness is decreasing, in the direction of the passage of the fluid along the blade.
  • the point crossover is between 50% and 100%, preferably between 80% and 100% and more preferably between 90% and 100%.
  • the shock wave can be generated at the intersection point of the lower surface and/or at the crossing point of the upper surface.
  • the first curved portion may preferably be differentiable.
  • the second curved part can preferably be differentiable.
  • the extrados comprises a single singularity.
  • the second curved portion can be a second line segment.
  • the second line segment can be inclined with respect to the plane orthogonal to the direction of the fluid at the level of the trailing edge by an angle of inclination comprised between 1 and 90°, preferentially between 2 and 80°, preferably between 2 and 30° and more preferably between 5 and 15°.
  • the second line segment can be inclined with respect to the plane orthogonal to the tangent of the other of the intrados or of the extrados at the level of the trailing edge of the fluid by an angle of inclination comprised between 1 and 90°, preferably between 2 and 80°, preferably between 2 and 30° and even more preferably between 5 and 15°.
  • the stationary part can comprise a stator and/or a volute.
  • Volute is understood to mean a stationary part forming a spiral or a helix so as to give the flow this spiral or helical direction.
  • stator is meant a stationary part comprising stationary vanes capable of directing the flow.
  • the stationary part can be configured to operate exclusively in subsonic flow, the sonic neck of the turbine being in the rotor. By preventing the transition to supersonic in the stationary part, the pressure losses are limited and therefore the efficiency of the turbine can be increased.
  • the determined operating conditions can comprise the mass flow rate of the fluid at the inlet of the turbine, the total pressure at the inlet of the turbine, the total temperature at the inlet of the turbine and the static pressure at the outlet of the turbine.
  • the passage to the speed of sound may or may not take place at the level of the sonic neck.
  • the dimensions of the sonic throat are determined according to the dimensioning conditions of the turbine which include in particular the inlet section of the turbine, the mass flow rate of the fluid at the inlet of the turbine.
  • the rotor can comprise a strapping consisting of a cylindrical ring connecting the radial ends of the blades.
  • the rotor can comprise an outer ring in interface with the casing of the turbine. The addition of this strapping makes it possible to avoid fluid leaks between the blades and the casing which could disturb the flow. Indeed, the strapping forces the fluid which enters the rotor at the level of the blades to remain in this section up to the trailing edge. Thus, the flow between the blades is more regular and disturbances are reduced.
  • the blades can be oriented according to a deflection angle with respect to the direction of the fluid at the level of the leading edge so as to generate a change in the direction of the flow of the fluid by the vanes, the angle of deflection preferably being between 5° and 70° and more preferably between 5 and 50°.
  • the speed of the fluid is further increased (see description of FIG. 16).
  • the passage to sonic speed and therefore to supersonic speed is facilitated.
  • the section of the rotor at the outlet of the rotor can be reduced compared to the section of the rotor just after the blades. Consequently, the fluid passage section at the outlet of the rotor will be increased compared to the fluid passage section just after the blades. Indeed, by increasing this passage section, it is possible to limit the axial forces on the rotor and therefore increase the service life of the rotor.
  • the invention also relates to a fuel cell comprising a turbine as described above.
  • the turbine is preferably positioned on a line at the outlet of the fuel cell, the outlet line being configured to produce steam.
  • the water vapor generally has a temperature between 20°C and 200°C.
  • the invention also relates to a Rankine cycle circuit comprising a turbine as described above.
  • the Rankine cycle circuit may in particular comprise a closed loop circuit with a compressor, an evaporator, the turbine and then a condenser.
  • the temperature of the fluid entering the turbine can be of the order of 90°C, which is quite low, the use of the turbine with supersonic passage in the rotor makes it possible to compensate for the loss of energy. thermal by an increase in the kinetic energy and therefore the efficiency of the turbine.
  • the invention also relates to an internal combustion engine comprising a turbine as described above at the outlet of the exhaust gases from the internal combustion engine, the turbine possibly being that of a turbocharger.
  • the engine can be configured to operate at a richness of less than 0.8, preferably at a richness close to 0.4.
  • the richness is the ratio between the dosage of fuel actually injected into the engine compared to the stoichiometric dosage.
  • the richness is equal to 1.
  • the exhaust gases are colder than the internal combustion engines of higher richness.
  • the use of the turbine according to the invention is particularly suitable for this type of "lean” engine since the increase in kinetic energy makes it possible to partially compensate for the loss of thermal energy.
  • the invention also relates to a method of using the turbine as described above, in which at least the following steps are carried out: a flow of fluid is introduced at the inlet of the turbine under predetermined conditions (static pressure, total pressure, temperature), the fluid is passed into a sonic state (the fluid reaches sonic speed) at said sonic neck and the fluid passes into a supersonic state (the fluid reaches supersonic speed) downstream of the sonic neck, in the direction of displacement fluid in the turbine. Therefore, the operation of the turbine is supersonic.
  • the specific characteristics of the turbine make it possible to control the position of the shock wave produced, which is particularly advantageous.
  • FIG. 1 illustrates, schematically and without limitation, the section of a blade in the usual way.
  • the blade 10 has a cross section shown in the figure forming an aerodynamic profile.
  • the fluid F (air for example) arrives in the direction of the black arrow in the direction of the blade 10, at the level of the leading edge 1 .
  • the section of the blade 10 is delimited by an extrados 3 and an intrados 4.
  • the extrados 3 and the intrados 4 both leave from the leading edge 1 to meet at the trailing edge 2.
  • chord 20 which joins the leading edge 1 to the trailing edge 2.
  • chord 20 is not aligned with the direction of the fluid F arriving at dawn. But an alignment of the chord 20 with the direction of the fluid F is possible without departing from the scope of the invention.
  • the intrados 4 and the extrados 3 form two continuous and differentiable curves from the leading edge to the trailing edge: there is no singularity on these curves of the extrados 3 and the intrados 4.
  • Figure 2 illustrates, schematically and without limitation, a first example of the blade of the turbine according to the invention.
  • the section of the blade 10 of the turbine according to the invention is truncated (or cut) compared to the usual profile of FIG. Indeed, the trailing edge of the blade 10 is the trailing edge 2'.
  • the blade 10 is thus delimited by an upper surface 3 and a lower surface 4 both starting from the same leading edge 1 and meeting towards the same trailing edge 2'.
  • the lower surface 4 does not form a curve that can be derived from the leading edge 1 to the trailing edge 2'.
  • the lower surface 4 has a point of singularity at the level of the point of intersection A.
  • the lower surface 4 comprises two curved parts 5 and 6 which meet at the level of the point of intersection A. A first curved part 6 of the lower surface from the leading edge 1 to the point of intersection A and a second curved part 5 of the lower surface from the point of intersection A to the trailing edge 2'.
  • the second curved part 5 is here a line segment joining the point of intersection A at the trailing edge 2'.
  • the point of intersection A forms a singularity of the intrados 4: the intrados 4 has a tangent T 1 at the level of the first curved part 6 at the point of intersection A which is different from the tangent T2 of the second curved part 5 at the point of intersection A.
  • the lower surface 4 has two distinct and different derivatives from each other on each side at the level of the point of intersection A.
  • the intrados 4 is not differentiable at intersection point A.
  • This singularity generated at the point of intersection A makes it possible to control the position of the shock waves generated in the rotor during supersonic operation.
  • the fluid air for example
  • the fluid leaving the blade 10 has a direction F1 parallel to that of F but a non-parallel direction F1 would be possible without departing from the scope of the 'invention.
  • the second curved part 5 formed by the straight segment joining the point of intersection A to the trailing edge 2' forms a non-zero angle with the direction of the fluid F1 at the outlet of blade 10 (at the outlet of the rotor).
  • the angle of inclination between the straight segment of the second curved part 5 and the direction of the fluid F1 at the outlet of the blade 10 is between 1 and 89°. This angle of inclination controls the direction of the shock wave generated at the intersection point A.
  • Figure 3 illustrates, schematically and without limitation, a second example of blade of the turbine according to the invention.
  • the section of the blade 10 of the turbine according to the invention is truncated (or cut) compared to the usual profile of FIG. Indeed, the trailing edge of the blade 10 is the trailing edge 2'.
  • the blade is thus delimited by an upper surface 3 and a lower surface 4 both starting from the same leading edge 1 and meeting towards the same trailing edge 2'.
  • the lower surface 4 does not form a curve that can be derived from the leading edge 1 to the trailing edge 2'.
  • the lower surface 4 has a point of singularity at the level of the point of intersection A.
  • the lower surface comprises two curved parts 5b and 6 which meet at the level of the point of intersection A. A first curved part 6 of the lower surface from the leading edge 1 to the point of intersection A and a second curved part 5b of the lower surface from the point of intersection A to the trailing edge 2'.
  • the second curved part 5b is here a line segment joining the intersection point A at the trailing edge 2'.
  • the point of intersection A forms a singularity of the intrados 4: the intrados 4 has a tangent T 1 at the level of the first curved part 6 at the point of intersection A which is different from the tangent T2 of the second curved part 5b at the point of intersection A.
  • the lower surface 4 has two distinct and different derivatives from each other on each side at the level of the point of intersection A.
  • the intrados 4 is not differentiable at point A.
  • This singularity generated at the intersection point A makes it possible to control the position of the shock waves generated in the rotor during supersonic operation.
  • the fluid (air for example) arrives in the direction of the arrow F on the blade 10. Because the blade 10 is truncated with respect to that of FIG. 1, the fluid leaving the blade 10 has a direction F1 parallel to that of F but a non-parallel direction F1 would be possible without departing from the scope of the 'invention.
  • the second curved part 5b formed by the straight segment joining the point of intersection A with the trailing edge 2' forms a perpendicular angle with the direction of the fluid F1 at the outlet of blade 10 (at the outlet of the rotor).
  • the angle of inclination between the straight segment of the second curved part 5 and the direction of the fluid F1 at the outlet of the blade 10 is therefore substantially equal to 90°.
  • the trailing edge is formed at the point of intersection A and that it is the extrados 3 which would then comprise two curved portions (including the curved portion 5b, here consisting of a line segment) connected at a crossing point which would then be point 2'.
  • Figure 3 differs from Figure 2 in that the line segment 5b is orthogonal to the direction of the fluid F1 at the blade outlet.
  • Figure 4 illustrates, schematically and without limitation, a third example of blade of the turbine according to the invention.
  • This blade comprises a leading edge 1 on which the fluid arrives in the direction F and a trailing edge 2'.
  • the intrados comprises two curved parts connected together at the intersection point A which forms a singularity (the intrados is not differentiable at the intersection point A but comprises a derivative T1 that each curved part at the point of intersection A distinct from the derivative T2 of the other curved part at the point of intersection A).
  • the blade in FIG. 4 is configured to give the fluid leaving the blade a direction F1 inclined with respect to the direction F of the fluid entering the blade.
  • the angle of inclination ⁇ between the fluid outlet direction F1 and the fluid inlet direction F is between 5 and 70°, preferably between 5 and 50°. This inclination of the fluid facilitates the passage of the supersonic fluid in the rotor.
  • Figure 11 illustrates, schematically and without limitation, a fourth example of blade of the turbine according to the invention.
  • the section of the blade 10 of the turbine according to the invention is truncated (or cut) compared to the usual profile of FIG. Indeed, the trailing edge of the blade 10 is the trailing edge 2”.
  • the blade is thus delimited by an upper surface 3 and a lower surface 4 both starting from the same leading edge 1 and meeting towards the same trailing edge 2”.
  • the upper surface 3 does not form a curve derivable from the leading edge 1 to the trailing edge 2”.
  • the extrados 3 has a point of singularity at the level of the crossing point 25.
  • the extrados comprises two curved portions 26 and 27 which meet at the level of the crossing point 25. A first curved portion 26 of the extrados from the leading edge 1 to the crossing point 25 and a second curved portion 27 of the upper surface starts from the crossing point 25 to the trailing edge 2”.
  • the second curved portion 27 is here a straight segment joining the crossing point 25 to the trailing edge 2”.
  • the crossing point 25 forms a singularity of the extrados 3: the extrados 3 has a tangent T3 at the level of the first curved portion 26 at the crossing point 25 which is different from the tangent T4 of the second curved portion 27 at the point of crossing 25.
  • the extrados 3 has two distinct and different derivatives from each other on each side at the level of the point of crossing 25.
  • the extrados 3 is not not differentiable at crossing point 25.
  • This singularity generated at the crossing point 25 makes it possible to control the position of the shock waves generated in the rotor during supersonic operation.
  • the fluid (air for example) arrives in the direction of the arrow F on the blade 10.
  • the fluid leaving the blade 10 has a direction F1 parallel to that of F but a non-parallel direction F1 would be possible without departing from the scope of the 'invention.
  • the second curved portion 27 formed by the straight segment joining the crossing point 25 to the trailing edge 2” forms a non-zero angle with the direction of the fluid F1 at the outlet of the blade 10 (at the outlet of the rotor).
  • the angle of inclination between the straight segment of the second curved portion 27 and the direction of the fluid F1 at the outlet of the blade 10 is between 1 and 89°. This angle of inclination makes it possible to control the direction of the shock wave generated at the level of the crossing point 25.
  • Figure 12 illustrates, schematically and without limitation, a fifth example of blade of the turbine according to the invention.
  • the section of the blade 10 of the turbine according to the invention is truncated (or cut) compared to the usual profile of FIG. Indeed, the trailing edge of the blade 10 is the trailing edge 2′′.
  • the blade is thus delimited by an extrados 3 and an intrados 4 both starting from the same leading edge 1 and meeting towards the same trailing edge 2’”.
  • the lower surface 4 does not form a curve that can be derived from the leading edge 1 to the trailing edge 2'”.
  • the intrados 4 has a point of singularity at the level of the point of intersection A.
  • the lower surface comprises two curved parts 5 and 6 which meet at the level of the point of intersection A.
  • a first curved part 6 of the lower surface starts from the leading edge 1 as far as the point of intersection A and a second part curve 5 of the lower surface starts from the point of intersection A to the trailing edge 2'”.
  • the second curved part 5 is here a line segment joining the point of intersection A at the trailing edge 2'".
  • the point of intersection A forms a singularity of the intrados 4: the intrados 4 has a tangent T 1 at the level of the first curved part 6 at the point of intersection A which is different from the tangent T2 of the second curved part 5 at the point of intersection A.
  • the lower surface 4 has two distinct and different derivatives from each other on each side at the level of the point of intersection A.
  • the intrados 4 is not differentiable at point A.
  • the upper surface 3 does not form a curve that can be derived from the leading edge 1 to the trailing edge 2'".
  • the extrados 3 has a point of singularity at the level of the crossing point 25.
  • the extrados comprises two curved portions 26 and 27 which meet at the level of the crossing point 25.
  • a first curved portion 26 of the extrados starts from the leading edge 1 to the crossing point 25 and a second curved portion 5 of the upper surface starts from the crossing point 25 to the trailing edge 2'”.
  • the second curved portion 27 is here a straight line joining the crossing point 25 to the trailing edge 2'”.
  • the crossing point 25 forms a singularity of the extrados 3: the extrados 3 has a tangent T3 at the level of the first curved portion 26 at the crossing point 25 which is different from the tangent T4 of the second curved portion 27 at the point of crossing 25.
  • the extrados 3 has two distinct and different derivatives from each other on each side at the level of the point of crossing 25.
  • the extrados 3 is not not differentiable at crossing point 25.
  • the fluid (air for example) arrives in the direction of the arrow F on the blade 10.
  • the fluid leaving the blade 10 has a direction F1 not parallel to that of F but a direction F1 parallel to the direction would be possible without leaving the framework of the invention.
  • the second curved portion 27 formed by the straight segment joining the crossing point 25 to the trailing edge 2′” forms a non-zero angle with the direction of the fluid F1 at the vane outlet 10 (at the rotor outlet).
  • the angle of inclination between the line segment of the second curved portion 27 and the direction of the fluid F1 at the outlet of blade 10 is between 1 and 89°. This angle of inclination makes it possible to control the direction of the shock wave generated on the upper surface at the level of the crossing point 25.
  • the second curved part 5 formed by the straight segment joining the point of intersection A with the trailing edge 2'” forms a non-zero angle with the direction of the fluid F1 at the outlet of the blade 10 (at the outlet of the rotor).
  • the angle of inclination between the straight segment of the second curved part 5 and the direction of the fluid F1 at the outlet of the blade 10 is between 1 and 89°. This angle of inclination makes it possible to control the direction of the shock wave generated on the lower surface at the level of the point of intersection A.
  • Figure 5 illustrates, schematically and without limitation, an example of a turbine according to the invention.
  • the turbine comprises a stationary part 14, such as a stator or a volute and a rotor 13 in a casing (not shown), the casing making it possible to guide the fluid into the turbine.
  • the fluid arrives in the turbine in the direction of the direction F. It therefore first passes through the stationary part 14, then enters the rotor 13.
  • the stationary part 14 is fixed while the rotor 13 is capable of rotating around its axis of rotation shown by the dot-and-dash line.
  • the rotor 13 comprises blades 12 (also called blades) which make it possible to transform the energy of the fluid into rotating mechanical energy of the rotor.
  • the rotor 13 also comprises a part 11 located after the blades 12 (downstream of the blades in the direction of movement of the fluid in the turbine).
  • This part 11 comprises a reduced section: the diameter of the part 11 here tapered, at the outlet, is less than the diameter of this part 11 just after the blades.
  • This reduction in the section of the rotor makes it possible to increase the fluid passage section and therefore to increase the static pressure at the outlet.
  • the axial forces are reduced at the level of the blades, which makes it possible to ensure the mechanical resistance and to increase the service life of the rotor.
  • Figure 16 illustrates, in a schematic and non-limiting manner, the operation of the rotor and the impact of the speed vector on the speed of rotation and on the passage section of the sonic neck.
  • the figure shows the rotor here with three blades in section.
  • the thick black arrows represent the direction of rotation of the rotor.
  • the rotation of the rotor induces a speed of the rotor represented by the vector U.
  • the fluid arrives on the blades according to a speed vector V1, which is called incident speed, which forms an angle a1 with the axis of rotation of the rotor.
  • the relative speed of the fluid at the inlet W1 with respect to the rotating blades is the sum of the speed vectors U and V1.
  • the fluid comes out at an incident speed V2 which makes an angle a2 with the axis of rotation of the rotor.
  • the angle a2 is generated by the deflection of the blade to modify the direction of the fluid leaving the blade.
  • the relative velocity of the fluid at the outlet W2 with respect to the rotating blades is the sum of the velocity vectors U and V2.
  • the neck section Ac is in a plane orthogonal to the velocity of the fluid at the neck. As this velocity at the neck is not parallel to the axis of the rotor (due to the deflection angle of the blade), the neck section Ac is in a plane which is inclined by a non-zero angle and less than 180°) with respect to the vertical in the figure, which facilitates the transition to supersonic.
  • Figure 8 illustrates, in a schematic and non-limiting manner, more precisely the rotor of Figure 5.
  • the rotor 13 is placed in a casing 15.
  • the rotor comprises blades 12.
  • the clearance between the blades 12 and the casing 15 is reduced to a minimum to avoid clearance flows between the radial end of the blades 12 and the casing 15, which could generate flow disturbances and reduce the efficiency of the turbine.
  • the rotor 13 may comprise a part of reduced section 11 .
  • part 1 1 is of frustoconical shape with a diameter at the level of the intersection with the outlet of the blades greater than the diameter of the part
  • the static pressure Ps1 of the fluid entering the rotor is greater than the static pressure Ps2 just after the blades 12, and the static pressure Ps3 at the outlet of the rotor 13 can correspond substantially to the pressure Ps1 at the inlet.
  • the increase in the static pressure at the outlet is linked to the reduction in the section of part 1 1 of the rotor after the blades
  • Figure 9 illustrates, in a schematic and non-limiting manner, a rotor variant according to the invention.
  • the rotor comprises blades 12 which extend radially, the longitudinal axis corresponding to the axis of rotation which is orthogonal to the cutting plane of the figure.
  • the rotor is placed in a casing 15, substantially cylindrical so as to adapt to the rotor able to rotate around the longitudinal axis.
  • the rotor also includes a rim 17 which may include a cylindrical ring.
  • This strapping 17 is fixed to the radial end of the blades 12. This strapping 17 is therefore opposite the casing 15. As a result, the fluid which passes at the level of the blades 12 cannot pass through the space between the vanes 12 and the casing 15, the strapping forming a barrier to the flow. Thus, the disturbances of the flow are limited.
  • the seal can be a labyrinth seal for example.
  • Strapping 17 therefore extends in the longitudinal direction over at least the entire longitudinal length of blades 12.
  • Figure 13 illustrates, schematically and without limitation, a Rankine cycle circuit with a turbine according to the invention.
  • the Rankine cycle circuit includes a pump 110 to circulate a working fluid, water for example. Downstream of the pump 110, in the direction of fluid circulation, a pipe 120 allows the connection with an evaporator 130 which will heat the working fluid and vaporize it. Thus, at the outlet 140 of the evaporator 130, the working fluid is in gaseous form and it is led via the pipe 150 to an expansion means 160 such as a turbine which can be coupled to an electric generator 170.
  • an expansion means 160 such as a turbine which can be coupled to an electric generator 170.
  • the fluid leaving the expansion means 160 is led through a pipe 185 to a condenser 190 where it is cooled and liquefied. It thus emerges from the condenser via outlet 191 in liquid form and is then led via line 196 to pump 110.
  • the circuit operates in a closed loop.
  • the circuit may also include a filter (195) upstream of the pump 110 so as to avoid solid particles which could damage the pump 110. It may also include a reservoir (not shown) of the working fluid.
  • the evaporator 130 and the condenser 190 can be heat exchangers capable of exchanging heat with the working fluid, via a fluid hotter than the working fluid in the evaporator 130 and via a fluid colder than the working fluid in the condenser 190.
  • the expansion means 160 is here a supersonic rotor turbine according to the invention. Indeed, by allowing the passage in supersonic in the rotor, one can compensate for the weak enthalpy related to the relatively cold temperature (generally lower than 100°C, close to 90°C) of the working fluid by an increase in energy fluid kinetics. In addition, by operating in supersonic regime, the rotational speed of the turbine is reduced (compared to subsonic operation in the rotor). As a result, bearings and bearings free of oil and grease can be used, which facilitates and simplifies the system.
  • Figure 14 schematically and non-limitingly illustrates an internal combustion engine with a turbine according to the invention.
  • the system comprises an internal combustion engine 201 and a turbocharger with a turbine 210 and a compressor 208, the turbine 210 and the compressor 208 being fixed on the same rotation shaft.
  • Compressor 208 compresses air 211 arriving in the compressor.
  • the compressed air leaving the compressor 208 is sent via a pipe 204 into a distribution network 203 which splits the air flow into several pipes 202, each pipe 202 bringing the air into the intake of a cylinder of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is made up of four cylinders 212i, 212 2 , 212 3 and 212 4 , each line 202 leading to a cylinder 212i, 212 2 , 212 3 and 212 4 .
  • the internal combustion engine could use a number of cylinders other than four without departing from the scope of the invention.
  • each of the cylinders combustion takes place between the incoming air and a fuel.
  • the exhaust gases leaving each piston are collected in a manifold 205 then directed via a pipe 206 to the turbine 210 of the turbocharger then the gases are released at the outlet 209 of the turbine 210.
  • the kinetic energy of the fluid can be increased, which makes it possible to increase the efficiency of the turbine and consequently of the turbocharger .
  • the supersonic operation of the rotor makes it possible to reduce the speed of rotation (compared to subsonic operation), which makes it possible to dispense with the use of bearings and/or grease or oil bearings.
  • the temperature of the gases at the outlet is lower (of the order of 400 to 500°C) than for a engine at a richness of 1 (i.e. under stoichiometric conditions).
  • the use of the turbine according to the invention thus makes it possible to compensate partially the loss of heat energy from the exhaust gases by kinetic energy.
  • the low-rich engine limits unburnt hydrocarbons.
  • Figure 15 illustrates, schematically and without limitation, a fuel cell with a turbine according to the invention.
  • the fuel cell is a cell in which an electric voltage (and therefore electricity) will be produced by an oxidation reaction on one electrode and by a reduction reaction on the other electrode.
  • hydrogen 301 is introduced which comes into contact with the anode 302 and air 305 is introduced which is first compressed in a compression means such as the compressor 312 before coming into contact with the anode. contact with the cathode 304.
  • the anode 302 and the cathode 304 are separated by an electrolyte 303 (for example a proton exchange membrane which lets protons pass and which blocks electrons).
  • Catalysts such as platinum can also be used to accelerate oxidation and/or reduction reactions.
  • the air leaving the compressor 312 reacts with the electrons which arrive via the external circuit 310 and with the protons which cross the electrolyte 303 to generate 'water. In addition, this reaction generates heat.
  • the water leaving 307 of the fuel cell can be in the form of vapor at low temperature (generally less than 50° C.).
  • a turbine 308, according to the invention to recover part of the energy from the steam produced by the fuel cell.
  • the water vapor 309 can be discharged into the environment.
  • the electrolyte can be, for example, potassium hydroxide or a Naflon/PBI polymer membrane.
  • an electric motor M which will be able to be actuated by the electricity generated.
  • a battery can be positioned in place of the motor M.
  • the use of a turbine with a supersonic rotor according to the invention is particularly advantageous since it increases the kinetic energy and therefore partially compensates for the low thermal energy of the water vapour.
  • the invention can be applied equally well to axial turbines (inlet and outlet in the axis), radial (radial inlet and axial outlet), mixed flow (inlet forming a non-zero angle with the axial direction and with the radial direction) than centrifugal (axial inlet and radial outlet).
  • Figure 6 illustrates an example of supersonic passage of a first rotor variant according to the invention.
  • the blades 12 of the rotor have a chord parallel to the direction of the fluid F arriving on the blades.
  • the direction of the fluid arriving on the blades 12 is parallel to that of the fluid emerging from the blades 12 which is also parallel to the axis of rotation of the rotor (in other words, the angle of incidence of the fluid entering and the deflection angle of the blade are impaired).
  • each of these vanes 12 has a symmetrical profile: the upper surface and the lower surface are symmetrical with respect to the chord.
  • the second curved part 5b of the lower surface forms a straight line segment orthogonal to the fluid flow at the outlet of the blades 12.
  • the gray scale shows a variation of the Mach number around the blades 12. The lighter the color and the greater the speed in Mach number, the scale corresponds to the Mach number.
  • the section Smin is the minimum section for passage of the fluid between the blades 12. This section Smin constitutes a sonic throat for determined conditions where the sonic velocity (Mach number equal to 1) is reached. Downstream of this passage section, the fluid has a supersonic speed (Mach number >1).
  • shock waves C1 and C2 are produced.
  • the shock waves C1 and C2 are substantially symmetrical with respect to the direction of the fluid (and with respect to the axis of rotation of the rotor which is parallel to it).
  • FIG. 7 illustrates another example of passage into supersonic mode of a second rotor variant according to the invention.
  • the blades 12 of the rotor have a chord with a non-zero deflection angle (between 5 and 70°, preferably between 5 and 50°) to the direction of the fluid F arriving on the blades, the direction of the fluid arriving on the blades 12 may be parallel to the axis of rotation of the rotor (in other words, the inlet angle of incidence of the inlet fluid is close to zero).
  • these blades 12 have an asymmetrical profile: the upper surface and the lower surface are not symmetrical with respect to the chord.
  • the second curved part 5 of the lower surface forms a straight line segment inclined at an angle of between 2 and 80° with respect to the fluid flow at the outlet of the blades 12.
  • the gray scale shows a variation of the Mach number around the blades 12. The lighter the color and the greater the speed in Mach number, the scale corresponds to the Mach number.
  • the section Smin is the minimum fluid passage section between the blades 12 orthogonal to the direction of the fluid.
  • This section Smin constitutes a sonic neck where the sonic speed (Mach number equal to 1) is reached. Downstream of this passage section, the fluid has a supersonic speed (Mach number >1).
  • shock waves C1 and C2 are produced at the outlet of the blade and thus make it possible to improve the service life of the blades.
  • Figure 10 illustrates comparisons of three examples of rotor according to the invention with regard to the shock waves produced (diagrams a), b) and c)) and with regard to the entropy produced (diagrams d), e) and F)).
  • Diagrams a) and d) correspond to a blade with a singularity point on the lower surface where the second curved part is a straight line segment orthogonal to the fluid flow at the outlet of the blade.
  • Diagrams c) and f) correspond to a blade with a singularity point on the lower surface where the second curved part is a straight segment inclined at an angle of 15° with respect to the fluid flow at the outlet of the dawn.
  • Diagrams b) and e) correspond to a blade with a singularity point on the lower surface and a singularity point on the upper surface where the second curved part is a straight segment inclined at an angle of 15° with respect to the flow of fluid at the outlet of the blade and where the second curved portion of the upper surface is a straight line segment inclined at an angle of 15° relative to the flow of fluid at the outlet of the blade.
  • the second curved portion of the lower surface and the second curved portion of the upper surface are symmetrical with respect to the direction of the fluid flow leaving the blade.

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Abstract

La présente invention concerne une turbine comprenant une partie stationnaire et un rotor, ladite partie stationnaire étant en amont du rotor dans le sens de l'écoulement d'un fluide traversant dans la turbine/ Le rotor comprend une pluralité d'aubes (10), la section minimale de passage de fluide entre les aubes du rotor constituant un col sonique. En outre, la section de chaque aube est délimitée par un extrados (3) et un intrados (4), l'extrados (3) et l'intrados (4) partant d'un même bord d'attaque (1) pour se rejoindre à un même bord de fuite (2'). L'intrados (4) ou l'extrados (3) comprend une première partie courbe (6) du bord d'attaque (1) à un point d'intersection (A) et une deuxième partie courbe (5) du point d'intersection (A) au bord de fuite (2'). De plus, au niveau du point d'intersection (A), la tangente de la première partie courbe (6) forme un angle non nul avec la tangente de la deuxième partie courbe (5).

Description

TURBINE AVEC PASSAGE EN SUPERSONIQUE DANS LE ROTOR
Domaine technique
L’invention se rapporte aux turbines supersoniques, plus particulièrement dans des applications pour lesquelles la température d’entrée du fluide dans la turbine est relativement basse, telle que des circuits à cycle de Rankine, des piles à combustible ou encore des moteurs à combustions internes, notamment à faible richesse.
Ainsi, l’invention se rapporte au domaine des turbomachines et de la récupération d’énergie.
Technique antérieure
Les turbines sont utilisées dans de nombreuses applications afin de transformer l’énergie du fluide en énergie mécanique rotative, qui peut elle-même être transformée en électricité par exemple.
Généralement, les turbines fonctionnent avec des vitesses de déplacement du fluide très nettement subsonique (en dessous de la vitesse du son, c’est-à-dire en dessous d’un nombre de Mach égal à 1 ). Toutefois, à ces vitesses de déplacement, il est nécessaire de faire tourner la turbine très vite. Cela a l’inconvénient de nécessiter des paliers et/ou roulements fonctionnant à l’huile ou avec des graisses pour éviter d’importants efforts de friction et des échauffements associés.
Par le passé, certaines turbines supersoniques ont été développées. La plupart de ces turbines ont un stator dans lequel l’écoulement devient supersonique : c’est le cas par exemple des demandes de brevet US2010/329856 et EP3812560. Pour ces turbines, le passage en supersonique a lieu dans le stator et par conséquent, le fluide entrant dans le rotor arrive à une vitesse supersonique (supérieure à la vitesse du son, c’est-à-dire supérieure à un nombre de Mach égal à 1 ). Il en résulte que ces turbines ont des pertes de charge importantes, ce qui induit une perte d’efficacité de la turbine.
On connaît aussi la demande de brevet US 3314647A qui concerne une turbine qui peut ou non avoir un stator et dont le passage en supersonique peut être réalisé dans le stator ou dans un étage du rotor. Toutefois, cette demande de brevet ne maîtrise pas les ondes de choc qui peuvent se produire, qui peuvent générer des vibrations néfastes sur le dimensionnement du rotor, et qui peuvent générer une vitesse de sortie subsonique.
Ainsi, le problème technique consiste à améliorer le contrôle des ondes de choc qui peuvent se produire dans le rotor afin d’améliorer les performances de la turbine. Pour y répondre, l’invention concerne une turbine comprenant une partie stationnaire et un rotor, la partie stationnaire étant en amont du rotor dans le sens de l’écoulement d’un fluide apte à traverser la turbine (autrement la turbine est configurée pour qu’un fluide la traversant traverse d’abord la partie stationnaire puis le rotor). Le rotor est apte à tourner autour d’un axe de rotation et comprend une pluralité d’aubes s’étendant dans une direction sensiblement radiale par rapport à l’axe de rotation du rotor. La section minimale de passage de fluide entre les aubes du rotor constitue un col sonique pour des conditions de fonctionnement déterminées de la turbine. En outre, la section de chaque aube est délimitée par un extrados et un intrados, l’extrados et l’intrados partant d’un même bord d’attaque pour se rejoindre à un même bord de fuite. L’intrados et/ou l’extrados comprend une première partie courbe du bord d’attaque à un point d’intersection et une deuxième partie courbe du point d’intersection au bord de fuite. De plus, la tangente (à l’intrados et/ou à l’extrados) de la première partie courbe forme un angle non nul (compris entre 1 ° et 179°) avec la tangente (à l’intrados et/ou à l’extrados) de la deuxième partie courbe.
Résumé de l’invention
L’invention concerne une turbine comprenant une partie stationnaire et un rotor, ladite partie stationnaire étant en amont du rotor dans le sens de l’écoulement d’un fluide dans la turbine, le rotor étant apte à tourner autour d’un axe de rotation et comprenant une pluralité d’aubes s’étendant dans une direction sensiblement radiale par rapport à l’axe de rotation du rotor, la section de chaque aube étant délimitée par un extrados et un intrados, l’extrados et l’intrados de la section de chaque aube partant d’un bord d’attaque vers un bord de fuite, l’un de l’intrados et de l’extrados comprenant une première partie courbe du bord d’attaque à un point d’intersection et une deuxième partie courbe dudit point d’intersection au bord de fuite. De plus, au point d’intersection, la tangente (à l’intrados ou à l’extrados) de la première partie courbe forme un angle non nul avec la tangente (à l’intrados ou à l’extrados) de la deuxième partie courbe, le point d’intersection formant une première singularité à proximité du bord de fuite.
De préférence, la deuxième partie courbe est un premier segment de droite.
Selon une variante de l’invention, le premier segment de droite est incliné par rapport au plan orthogonal à la direction du fluide au niveau du bord de fuite d’un angle d’inclinaison compris entre 1 et 89°, préférentiellement entre 2 et 80°, de préférence entre 2 et 30° et de manière encore préférée entre 5 et 15°.
Avantageusement, l’autre de l’intrados et de l’extrados comprend une première portion courbe du bord d’attaque à un point de croisement et une deuxième portion courbe dudit point de croisement au bord de fuite. De plus, au point de croisement, la tangente de la première portion courbe forme un angle non nul avec la tangente de la deuxième portion courbe, le point de croisement formant une deuxième singularité à proximité du bord de fuite.
Préférentiellement, la deuxième portion courbe est un second segment de droite.
De manière préférée, le second segment de droite est incliné par rapport au plan orthogonal à la direction du fluide au niveau du bord de fuite d’un angle d’inclinaison compris entre 1 et 90°, préférentiellement entre 2 et 80°, de préférence entre 2 et 30° et de manière encore préférée entre 5 et 15°.
Selon une configuration de l’invention, la partie stationnaire comprend un stator et/ou une volute, de préférence la partie stationnaire étant configurée pour fonctionner exclusivement en écoulement subsonique.
De manière avantageuse, les conditions de fonctionnement déterminées comprennent le débit massique du fluide en entrée de la turbine, la pression totale en entrée de la turbine, la température totale en entrée de la turbine, la pression statique en sortie de la turbine et de préférence la température totale en entrée de la turbine et/ou la température totale à la sortie de la turbine.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le rotor comprend un cerclage constitué d’un anneau reliant les extrémités radiales des aubes.
Selon une mise en oeuvre de l’invention, les aubes sont orientées selon un angle de déflection par rapport à la direction dudit fluide au niveau du bord d’attaque de manière à générer un changement de la direction de l’écoulement du fluide par les aubes, l’angle de déflection étant compris de préférence entre 5° et 70° et de manière encore préférée entre 5° et 50°.
Avantageusement, la section du rotor à la sortie du rotor est réduite par rapport à la section du rotor juste après les aubes.
L’invention concerne aussi une pile à combustible comprenant une turbine telle que décrite précédemment, la turbine étant de préférence positionnée sur une ligne en sortie de de la pile à combustible, la ligne de sortie étant configurée pour produire de la vapeur d’eau.
L’invention concerne également un circuit à cycle de Rankine comprenant une turbine telle que décrite précédemment, de préférence, le circuit comprenant un compresseur, un évaporateur, la turbine puis un condenseur.
En outre, l’invention concerne aussi un moteur à combustion interne notamment un moteur à combustion interne fonctionnant avec une richesse inférieure à 0,8, de préférence inférieure à 0,4, comprenant une turbine telle que décrite précédemment au niveau de la sortie des gaz d’échappement du moteur à combustion interne, de préférence la turbine étant celle d’un turbocompresseur.
L’invention concerne aussi une méthode d’utilisation de la turbine telle que décrite, dans laquelle on réalise au moins les étapes suivantes : on introduit un débit de fluide en entrée de la turbine dans des conditions prédéterminées, on fait passer le fluide en état sonique au niveau dudit col sonique et on fait passer le fluide en état supersonique en aval du col sonique, dans le sens de déplacement du fluide dans la turbine.
Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
La figure 1 représente une section d’une aube de rotor selon l’art antérieur.
La figure 2 illustre un premier mode de réalisation d’une section d’une aube de rotor selon l’invention.
La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation d’une section d’une aube de rotor selon l’invention.
La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation d’une section d’une aube de rotor selon l’invention.
La figure 5 illustre une turbine avec un stator et un rotor selon l’invention.
La figure 6 illustre l’impact sur l’écoulement du fluide autour un premier exemple de rotor selon l’invention.
La figure 7 illustre l’impact sur l’écoulement du fluide autour un deuxième exemple de rotor selon l’invention.
La figure 8 illustre un rotor selon l’invention.
La figure 9 illustre un rotor avec cerclage extérieur selon l’invention.
La figure 10 illustre une comparaison de l’écoulement autour des aubes selon le deuxième mode de réalisation de l’invention, d’aubes selon le cinquième mode de réalisation selon l’invention et d’aubes selon le premier mode de réalisation selon l’invention. La figure 11 illustre un quatrième mode de réalisation d’une section d’une aube de rotor selon l’invention.
La figure 12 illustre un cinquième mode de réalisation d’une section d’une aube de rotor selon l’invention.
La figure 13 illustre un circuit à cycle de Rankine avec une turbine selon l’invention.
La figure 14 illustre un moteur à combustion interne avec une turbine selon l’invention.
La figure 15 illustre une pile à combustible avec une turbine selon l’invention.
La figure 16 illustre les vecteurs vitesses à l’entrée et à la sortie du rotor selon l’invention.
Description des modes de réalisation
Afin de faciliter la lecture de la description, nous rappelons certaines définitions.
Une aube (aussi appelée pale) est un élément du rotor permettant de transformer l’énergie du fluide arrivant dans la turbine en énergie mécanique rotative du rotor. Pour se faire, l’aube a une section avec un profil aérodynamique.
Le bord d’attaque de la section de l’aube est le point situé à l’avant de l’aube (en position de fonctionnement de l’aube), faisant face au fluide ; il correspond au point d’arrêt.
Le bord de fuite de la section de l’aube est le point situé à l’arrière de l’aube (en position de fonctionnement de l’aube) au niveau où le fluide finit son écoulement le long de l’aube.
La corde est définie par le segment de droite qui rejoint le bord d’attaque au bord de fuite sur la section de l’aube.
L’extrados et l’intrados sont les surfaces qui délimitent l’aube depuis le bord d’attaque jusqu’au bord de fuite où elles se rejoignent. Sur la section de l’aube, l’extrados et l’intrados sont représentées par deux lignes partant toutes les deux du bord d’attaque et se rejoignant au bord de fuite.
Le nombre de Mach est défini par le rapport entre la vitesse du fluide et la vitesse du son. Une vitesse subsonique est une vitesse inférieure à la vitesse du son (donc inférieure à un nombre de Mach de 1 ). Une vitesse supersonique est une vitesse supérieure à la vitesse du son (donc supérieure à un nombre de Mach de 1 ).
La vitesse sonique est définie par une vitesse du fluide égale à la vitesse du son (Nombre de Mach égal à 1 ).
Un col sonique s’étend comme la section minimale de passage du fluide dans un équipement (dans une turbine dans notre cas), le col sonique étant précédé et succédé par des parties où la section de passage du fluide est supérieure à celle du col sonique. On parle de col sonique lorsque la section minimale permet de passer à une vitesse sonique pour certaines conditions d’entrée dans la turbine. Par exemple, pour un flux axial (orienté dans la direction de l’axe longitudinal), le col sonique sera la section de passage minimale et orthogonale à l’axe du flux. Le col sonique génère un blocage sonique au niveau du col : en d’autres termes, même en augmentant le débit du fluide en entrée ou la pression en entrée, la vitesse du fluide au niveau du col sonique ne pourra pas excéder un nombre de Mach égal à 1 .
La section du col sonique Ac peut être déterminé à partir de la conservation du débit m entrant dans la turbine, de la vitesse du son c et de la masse volumique du fluide au niveau du col pc. [Math 1]
Avec
[Math 2] m = p ■ v * A m étant le débit massique du fluide entrant dans la turbine
A étant la section de passage du fluide à l’entrée de la turbine v : la vitesse du fluide à l’entrée de la turbine p : la masse volumique du fluide à l’entrée de la turbine.
Les conditions déterminées sont des conditions suffisantes pour avoir la possibilité de passer à une vitesse sonique au niveau du col : par exemple, si le débit d’entrée du fluide est insuffisant, il ne sera pas possible d’atteindre une vitesse sonique dans le col. De manière similaire, si le rapport entre la section de passage du fluide à l’entrée de la turbine A et le col sonique Ac est insuffisant, il ne sera pas possible de passer en vitesse sonique au col.
La pression statique Ps, dans un fluide en mouvement, est la pression que mesure un capteur qui se déplace à la même vitesse que le fluide.
La pression dynamique Pdyn correspond à une mesure de l’énergie cinétique d’un fluide par unité de volume. La pression totale Pt (aussi appelée pression d’arrêt) correspond à la somme des pressions statiques et dynamiques (à l’endroit considéré). Elle correspond à la pression statique en un point d’arrêt dans un écoulement de fluide, la vitesse du fluide étant nulle au point d’arrêt. [Math 3]
Pdyn = - 1p ■ vf ,
[Math 4]
Pt = Ps + Pdyn
Avec Ps : pression statique
Pt : pression totale
Pdyn : pression dynamique p : masse volumique du fluide vf : vitesse du fluide
La température statique Ts est la température du fluide, en l’absence de toute perturbation liée à l’écoulement du fluide.
La température totale Tt (ou température d’arrêt ou « stagnation temperature » en anglais) est la température à un point d’arrêt dans un écoulement de fluide, la vitesse du fluide étant nulle au point d’arrêt. Elle s’exprime de la manière suivante :
[Math 5] vf2
Tt = Ts + 2Cp
Avec Tt : température totale Ts : température statique vf : vitesse du fluide
Cp : capacité thermique spécifique du fluide.
L’entropie est une fonction exprimant le principe de dégradation de l’énergie : elle traduit donc un phénomène irréversible. Une entropie nulle traduit un phénomène réversible alors qu’une entropie strictement supérieure à zéro traduit un phénomène irréversible tel qu’une onde de choc.
Une onde de choc est une variation très rapide et brutale des paramètres de pression ou température sur des distances très faibles. Elle peut se produire notamment lorsque la vitesse du fluide est supersonique.
Par ailleurs, la pression totale Pt et la pression statique Ps peuvent être reliées par la formule suivante pour les écoulements isentropiques :
[Math6]
Avec M la vitesse du fluide en nombre de Mach et y le coefficient correspondant au rapport des capacités thermiques isobare et isochore (y=1 ,4 pour l’air par exemple).
Les équations précédentes sont généralement utilisées pour les gaz parfaits ou des gaz pour lesquels les hypothèses de gaz parfait sont correctes (via des essais pour le vérifier par exemple). Lorsque des gaz réels pour lesquels les hypothèses de gaz parfaits ne sont pas adaptées sont utilisés, il est alors possible d’utiliser des approches permettant de passer des gaz réels aux gaz parfaits. Cette approche est notamment présentée dans la publication « Equations of State for Technical Applications. I Simultaneously Optimized Functional Forms for nonpolar and polar fluids”, R. Span et W. Wagner, 2003, International Journal of Thermophysics. L’approche présentée dans cette publication consiste à remplacer les paramètres des gaz parfaits par la somme dudit paramètre correspondant des gaz parfait et d’un terme résiduel (qu’on pourrait aussi appeler « complémentaire ») servant à corriger ledit paramètre des gaz parfaits. Cela est notamment détaillée au paragraphe 3 « Setting up Equations of State for technical applications » pour l’énergie de Helmhomtz. Le terme résiduel, qui dépend du gaz réel utilisé, peut être issu de la bibliographie (d’abaques par exemple) ou d’essais sur le gaz réel pour déterminer le terme résiduel.
L’invention concerne une turbine comprenant une partie stationnaire et un rotor. La partie stationnaire est positionnée en amont du rotor dans le sens de l’écoulement d’un fluide dans la turbine. En d’autres termes, la turbine est configurée de manière à ce qu’un fluide la traversant passe d’abord dans la partie stationnaire puis dans le rotor.
Le rotor est apte à tourner autour d’un axe de rotation de manière à transformer l’énergie contenue dans le fluide en énergie mécanique rotative.
Le rotor comprend une pluralité d’aubes s’étendant dans une direction sensiblement radiale par rapport à l’axe de rotation du rotor. En d’autres termes, la section des aubes qui a un profil aérodynamique s’étend dans la direction sensiblement radiale.
Pour fonctionner en turbine supersonique, la section minimale de passage (ou section minimale de passage effective, étant entendu qu’il s’agit de la section orthogonale à la direction du flux à l’endroit considéré) de fluide entre les aubes du rotor constitue un col sonique pour des conditions de fonctionnement déterminées de la turbine (de préférence, les conditions de fonctionnement comprennent le débit massique du fluide entrant dans la turbine). Ainsi, on peut définir la section minimale de passage en fonction des conditions de fonctionnement déterminées pour qu’au niveau de cette section, la vitesse du fluide soit sonique dans lesdites conditions de fonctionnement déterminées. Autrement dit, la turbine est configurée pour fonctionner en supersonique avec un passage en supersonique dans le rotor, juste après le col sonique, au droit des aubes. La section de passage du fluide dans le stator, la section de passage du fluide dans le rotor en amont du col sonique et en aval du col sonique sont toujours strictement supérieures à la section du col sonique de manière à pouvoir générer le blocage sonique au niveau du col sonique et la possibilité du passage en supersonique en aval.
Par ailleurs, les aubes peuvent être configurées pour que la pression totale en entrée des aubes soit toujours supérieure à la pression statique à la sortie des aubes de manière à générer un écoulement et les aubes peuvent être configurées pour que le rapport entre la pression totale en entrée et la pression statique en sortie soit supérieure ou égale (de préférence strictement supérieur) au rapport entre la pression totale pO au col et la pression statique p* au col qui peut être déterminé par l’équation suivante :
[Math 7] avec y étant le coefficient correspondant au rapport des capacités thermiques isobare et isochore, cette condition permettant d’assurer le fonctionnement en supersonique dans le rotor en aval du col sonique. Pour l’air, le coefficient y est environ égal à 1 ,4.
Pour configurer les aubes à ce que le rapport entre la pression totale en entrée et la pression statique en sortie soit supérieure ou égale (de préférence strictement supérieur) au rapport entre la pression totale pO au col et la pression statique p* au col, l’homme du métier sait qu’il peut faire varier les dimensions de la turbine pour atteindre cet objectif. Des simulations numériques et/ou des essais expérimentaux peuvent être réalisés pour aider à l’obtention des dimensions adaptées à cette condition.
De plus, l’homme du métier sait qu’en supersonique, des essais de calibration pour la construction ou la vérification d’abaques peuvent servir pour la mise au point de la turbine. Ces essais de calibration peuvent notamment comprendre des mesures de pression statique et/ou totale, en entrée, au col et en sortie de la turbine. Des essais de calibrations peuvent également être réalisés pour la mise au point de la turbine afin de vérifier certaines données dimensionnelles et leur impact ou non sur le passage en supersonique après le col sonique.
La section de chaque aube est délimitée par un extrados et un intrados, l’extrados et l’intrados de la section de chaque aube partant d’un même bord d’attaque et se rejoignant en un même bord de fuite.
L’un de l’intrados et de l’extrados, de préférence l’intrados, comprend une première partie courbe (incurvée) du bord d’attaque à un point d’intersection et une deuxième partie courbe (incurvée) du point d’intersection au bord de fuite. Ainsi, l’intrados ou l’extrados, de préférence l’intrados, comprend donc au moins deux parties de courbes dont l’intersection a lieu au point d’intersection. Par ailleurs, au point d’intersection, la tangente (à l’intrados par exemple si l’intrados comporte ledit point d’intersection) de la première partie courbe forme un angle non nul (et inférieur à 180°) avec la tangente (à l’intrados par exemple si l’intrados comporte ledit point d’intersection) de la deuxième partie courbe. En d’autres termes, les tangentes de la première partie courbe et de la deuxième partie courbe, au point d’intersection, ne sont pas alignées. Ainsi, l’un de l’intrados et de l’extrados (de préférence l’extrados) présente une singularité au point d’intersection : au point d’intersection, l’intrados ou l’extrados comprend une dérivée à gauche (ou dérivée de la première partie courbe) différente de la dérivée à droite (ou dérivée de la deuxième partie courbe). Le point d’intersection forme ainsi une première singularité à proximité du bord de fuite, par exemple, sur la partie de l’aube dont l’épaisseur est décroissante, dans le sens de passage du fluide le long de l’aube. Par « à proximité du bord de fuite », on entend, que sur la longueur de l’intrados ou de l’extrados du bord d’attaque à 0% de cette longueur au bord de fuite à 100% de cette longueur, le point d’intersection se trouve entre 50% et 100%, de préférence, entre 80% et 100% et de manière encore préférée entre 90% et 100%.
La première partie courbe peut de préférence être dérivable. La deuxième partie courbe peut de préférence être dérivable. Ainsi, l’intrados ou l’extrados comprend une seule singularité. Chaque aube est ainsi délimitée par deux surfaces (les surfaces générées par l’extrados et par l’intrados) partant d’un même bord d’attaque pour se rejoindre à un même bord de fuite et l’une au moins de ces surfaces (l’intrados notamment) comprend une zone de singularité pour laquelle la tangente à la surface d’un côté de la zone de singularité est différente de la tangente de la surface de l’autre côté de la zone de singularité, la zone de singularité étant à proximité du bord de fuite de manière à contrôler la position des ondes de chocs à proximité de la sortie des aubes.
Grâce à cette singularité présente sur les aubes, il est possible de contrôler la position de l’onde de choc, au niveau du point d’intersection et de maîtriser l’angle de cette onde de choc. En maîtrisant à la fois la position de l’onde de choc à proximité du bord de fuite, on évite des vibrations importantes dans le rotor et on augmente la durée de vie du rotor et donc celle de la turbine. En outre, on peut aussi maîtriser la perte de charge et donc l’efficacité de la turbine.
Par la suite, pour faciliter la lecture, nous allons considérer que l’intrados comprend la première partie courbe et la deuxième partie courbe ainsi que le point d’intersection mais il est bien entendu que ces parties courbes et le point d’intersection pourraient être sur l’extrados au lieu d’être sur l’intrados. Avantageusement, la deuxième partie courbe peut être un premier segment de droite. En effet, cette réalisation est simple pour la fabrication, tout en permettant une bonne maîtrise de la position de l’onde de choc.
Selon une variante de l’invention, le premier segment de droite peut être incliné par rapport au plan orthogonal à la direction du fluide au niveau du bord de fuite d’un angle d’inclinaison compris entre 1 et 89°, préférentiellement entre 2 et 80°, de préférence entre 2 et 30° et de manière encore préférée entre 5 et 15°.
Selon une variante, le premier segment de droite peut être incliné par rapport au plan orthogonal à la tangente de l’autre de l’intrados ou de l’extrados au niveau du bord de fuite du fluide d’un angle d’inclinaison compris entre 1 et 89°, préférentiellement entre 2 et 80°, de préférence entre 2 et 30° et de manière encore préférée entre 5 et 15°. Cette caractéristique permet de maîtriser la position de l’onde de choc de manière plus précise et de contrôler plus facilement son orientation.
Selon une configuration de l’invention, l’autre de l’intrados et de l’extrados (l’extrados de préférence lorsque la première partie courbe et la deuxième partie courbe ainsi que le point d’intersection sont sur l’intrados) peut comprendre une première portion courbe (incurvée) du bord d’attaque à un point de croisement et une deuxième portion courbe (incurvée) du point de croisement au bord de fuite.
Autrement dit, l’extrados par exemple comprend au moins deux portions qui s’intersectent au point de croisement. De plus, au point de croisement, la tangente (à l’extrados par exemple) de la première portion courbe forme un angle non nul (et inférieur à 180°) avec la tangente (à l’extrados par exemple) de la deuxième portion courbe : ainsi, les deux portions courbes ne sont pas alignées au niveau du point de croisement : l’extrados comporte un point de singularité au point de croisement, comme l’intrados. Le point de croisement forme ainsi deuxième singularité à proximité du bord de fuite, par exemple, sur la partie de l’aube dont l’épaisseur est décroissante, dans le sens de passage du fluide le long de l’aube. Par « à proximité du bord de fuite », on entend, que sur la longueur de l’intrados ou de l’extrados du bord d’attaque à 0% de cette longueur au bord de fuite à 100% de cette longueur, le point de croisement se trouve entre 50% et 100%, de préférence, entre 80% et 100% et de manière encore préférée entre 90% et 100%.
Par conséquent, l’onde de choc peut être générée au point d’intersection de l’intrados et/ou au point de croisement de l’extrados.
La première partie courbe peut de préférence être dérivable. La deuxième partie courbe peut de préférence être dérivable. Ainsi, l’extrados comprend une seule singularité. De préférence, la deuxième portion courbe peut être un second segment de droite. Ainsi, la fabrication des aubes est plus simple.
Avantageusement, le second segment de droite peut être incliné par rapport au plan orthogonal à la direction du fluide au niveau du bord de fuite d’un angle d’inclinaison compris entre 1 et 90°, préférentiellement entre 2 et 80°, de préférence entre 2 et 30° et de manière encore préférée entre 5 et 15°.
Selon une variante, le second segment de droite peut être incliné par rapport au plan orthogonal à la tangente de l’autre de l’intrados ou de l’extrados au niveau du bord de fuite du fluide d’un angle d’inclinaison compris entre 1 et 90°, préférentiellement entre 2 et 80°, de préférence entre 2 et 30° et de manière encore préférée entre 5 et 15°. Cette caractéristique permet de maîtriser la position de l’onde de choc au point de croisement de manière plus précise et de contrôler plus facilement son orientation.
Préférentiellement, la partie stationnaire peut comprendre un stator et/ou une volute. On entend par volute une partie stationnaire formant une spirale ou une hélice de manière à donner au flux cette direction spiralée ou hélicoïdale. On entend par stator, une pièce stationnaire comprenant des aubes fixes aptes à orienter le flux. La partie stationnaire peut être configurée pour fonctionner exclusivement en écoulement subsonique, le col sonique de la turbine se trouvant dans le rotor. En empêchant le passage en supersonique dans la partie stationnaire, on limite les pertes de charges et donc on peut augmenter l’efficacité de la turbine.
De manière avantageuse, les conditions de fonctionnement déterminées peuvent comprendre le débit massique du fluide en entrée de la turbine, la pression totale en entrée de la turbine, la température totale en entrée de la turbine et la pression statique en sortie de la turbine. En effet, en fonction de ces caractéristiques et du rapport de section entre l’entrée de la turbine et le col sonique, le passage à la vitesse du son peut ou non se faire au niveau du col sonique. Ainsi, les dimensions du col sonique sont déterminées en fonction des conditions de dimensionnement de la turbine qui comprennent notamment, la section d’entrée de la turbine, le débit massique du fluide en entrée de la turbine. De plus, pour être sûre de fonctionner en supersonique en sortie du col sonique, il est nécessaire de connaître les pressions totale en entrée et statique en sortie de la turbine. En outre, les conditions de fonctionnement prédéterminées peuvent également comprendre la température totale en entrée de la turbine et/ou la température totale à la sortie de la turbine qui peuvent notamment impacter la vitesse du son et la masse volumique du fluide. Avantageusement, le rotor peut comprendre un cerclage constitué d’un anneau cylindrique reliant les extrémités radiales des aubes. En d’autres termes, le rotor peut comprendre un anneau externe en interface avec le carter de la turbine. L’ajout de ce cerclage permet d’éviter les fuites de fluide entre les aubes et le carter qui pourraient perturber l’écoulement. En effet, le cerclage oblige le fluide qui entre dans le rotor au niveau des aubes à rester dans cette section jusqu’au bord de fuite. Ainsi, l’écoulement entre les aubes est plus régulier et les perturbations sont réduites.
Selon une configuration avantageuse de l’invention, les aubes peuvent être orientées selon un angle de déflection par rapport à la direction du fluide au niveau du bord d’attaque de manière à générer un changement de la direction de l’écoulement du fluide par les aubes, l’angle de déflection étant compris de préférence entre 5° et 70° et de manière préférée entre 5 et 50°. En générant un changement de direction du fluide dans les aubes, on vient encore augmenter la vitesse du fluide (voir description de la figure 16). Ainsi, on facilite le passage en vitesse sonique et donc en vitesse supersonique.
Selon une variante de l’invention, la section du rotor à la sortie du rotor peut être réduite par rapport à la section du rotor juste après les aubes. Par conséquence, la section de passage du fluide à la sortie du rotor va être augmentée par rapport à la section de passage du fluide juste après les aubes. En effet, en augmentant cette section de passage, on peut limiter les efforts axiaux sur le rotor et donc augmenter la durée de vie du rotor.
L’invention concerne également une pile à combustible comprenant une turbine telle que décrite précédemment. La turbine est de préférence positionnée sur une ligne en sortie de de la pile à combustible, la ligne de sortie étant configurée pour produire de la vapeur d’eau. En effet, sur cette ligne de sortie, la vapeur d’eau a généralement une température comprise entre 20°C et 200°C. En utilisant la turbine selon l’invention, on peut compenser la perte d’énergie thermique par une augmentation de l’énergie cinétique et donc augmenter l’efficacité de la turbine. De plus, cela permet d’éviter l’utilisation de paliers et roulements à graisses ou huiles.
L’invention concerne aussi un circuit à cycle de Rankine comprenant une turbine telle que décrite précédemment. Le circuit à cycle de Rankine peut notamment comprendre un circuit en boucle fermée avec un compresseur, un évaporateur, la turbine puis un condenseur. Par exemple, la température du fluide en entrée dans la turbine peut être de l’ordre de 90°C, ce qui est assez faible, l’utilisation de la turbine avec passage en supersonique dans le rotor permet de compenser la perte d’énergie thermique par une augmentation de l’énergie cinétique et donc l’efficacité de la turbine. En outre, l’invention concerne aussi un moteur à combustion interne comprenant une turbine telle que décrite précédemment au niveau de la sortie des gaz d’échappement du moteur à combustion interne, la turbine pouvant notamment être celle d’un turbocompresseur. Le passage en supersonique dans le rotor permet d’augmenter l’énergie cinétique tout en limitant les pertes de charges dans le stator (comparativement à un passage en supersonique dans la partie stationnaire). De plus, comme le rotor est supersonique, la turbine peut tourner à une vitesse de rotation plus faible. Cela permet d’éviter l’utilisation de paliers et roulements à graisses ou huiles.
Plus particulièrement, le moteur peut être configuré pour fonctionner à une richesse inférieure à 0,8, de préférence à une richesse proche de 0,4. La richesse est le rapport entre le dosage de carburant réellement injecté dans le moteur par rapport au dosage stoechiométrique. Ainsi, pour un moteur fonctionnant au régime stoechiométrique, la richesse est égale à 1. Lorsqu’on fonctionne à faible richesse (inférieur à 0,8 et de préférence proche de 0,4), on parle alors de moteur « Lean ». Pour ce type de moteur, les gaz d’échappement sont plus froids que les moteurs à combustion interne de plus grande richesse. Ainsi, l’utilisation de la turbine selon l’invention est particulièrement adaptée à ce type de moteurs « lean » puisque l’augmentation de l’énergie cinétique permet de compenser partiellement la perte d’énergie thermique.
L’invention concerne aussi une méthode d’utilisation de la turbine telle que décrite précédemment, dans laquelle on réalise au moins les étapes suivantes : on introduit un débit de fluide en entrée de la turbine dans des conditions prédéterminées (pression statique, pression totale, température), on fait passer le fluide en état sonique (le fluide atteint la vitesse sonique) au niveau dudit col sonique et le fluide passe en état supersonique (le fluide atteint la vitesse supersonique) en aval du col sonique, dans le sens de déplacement du fluide dans la turbine. De ce fait, le fonctionnement de la turbine est supersonique. Les caractéristiques spécifiques de la turbine permettent de contrôler la position de l’onde de choc produite, ce qui est particulièrement avantageux. A partir du débit du fluide en entrée et des conditions prédéterminées, on peut ainsi déterminer la section du col sonique pour assurer le passage en sonique dans le col. Les équations précédemment explicitées peuvent être utilisées pour cela. Des essais complémentaires peuvent être également menés si besoin pour compléter ou réaliser des abaques connus de l’homme du métier.
La figure 1 illustre, de manière schématique et non limitative la section d’une aube de manière usuelle. L’aube 10 a une section en coupe représentée sur la figure formant un profil aérodynamique. Le fluide F (de l’air par exemple) arrive dans le sens de la flèche noire en direction de l’aube 10, au niveau du bord d’attaque 1 .
La section de l’aube 10 est délimitée par un extrados 3 et un intrados 4. L’extrados 3 et l’intrados 4 partent tous les deux du bord d’attaque 1 pour se rejoindre au bord de fuite 2.
Le segment de droite représenté en trait mixte correspond à la corde 20 qui rejoint le bord d’attaque 1 au bord de fuite 2. Comme on peut le voir sur la figure, la corde 20 n’est pas alignée avec la direction du fluide F arrivant sur l’aube. Mais un alignement de la corde 20 avec la direction du fluide F est possible sans sortie du cadre de l’invention.
Sur cette figure, l’intrados 4 et l’extrados 3 forment deux courbes continues et dérivables du bord d’attaque au bord de fuite : il n’y a pas de singularité sur ces courbes de l’extrados 3 et de l’intrados 4.
La figure 2 illustre, de manière schématique et non limitative, un premier exemple d’aube de la turbine selon l’invention.
Sur cette figure, le profil correspondant à celui de la figure 1 est représenté par les traits pointillés à proximité du bord de fuite 2 correspondant au profil de la figure 1 .
La section de l’aube 10 de la turbine selon l’invention est tronquée (ou coupée) par rapport au profil usuel de la figure 1 . En effet, le bord de fuite de l’aube 10 est le bord de fuite 2’.
L’aube 10 est ainsi délimitée par un extrados 3 et un intrados 4 partant tous les deux d’un même bord d’attaque 1 et se rejoignant vers un même bord de fuite 2’.
Toutefois, l’intrados 4 ne forme pas une courbe dérivable du bord d’attaque 1 au bord de fuite 2’. Au contraire, l’intrados 4 a un point de singularité au niveau du point d’intersection A. L’intrados 4 comprend deux parties courbes 5 et 6 qui se rejoignent au niveau du point d’intersection A. Une première partie courbe 6 de l’intrados par du bord d’attaque 1 jusqu’au point d’intersection A et une deuxième partie courbe 5 de l’intrados part du point d’intersection A jusqu’au bord de fuite 2’.
La deuxième partie courbe 5 est ici un segment de droite rejoignant le point d’intersection A au bord de fuite 2’.
Le point d’intersection A forme une singularité de l’intrados 4 : l’intrados 4 dispose d’une tangente T 1 au niveau de la première partie courbe 6 au point d’intersection A qui est différente de la tangente T2 de la deuxième partie courbe 5 au point d’intersection A. En d’autres termes, l’intrados 4 dispose de deux dérivées distinctes et différentes l’une de l’autre de chaque côté au niveau du point d’intersection A. Ainsi, l’intrados 4 n’est pas dérivable au point d’intersection A.
Cette singularité générée au point d’intersection A permet de contrôler la position des ondes de chocs générées dans le rotor lors du fonctionnement supersonique. Le fluide (de l’air par exemple) arrive dans la direction de la flèche F sur l’aube 10.
Du fait que l’aube 10 est tronquée par rapport à celle de la figure 1 , le fluide en sortie de l’aube 10 a une direction F1 parallèle à celle de F mais une direction F1 non parallèle serait possible sans sortir du cadre de l’invention.
La deuxième partie courbe 5 formée par le segment de droite rejoignant le point d’intersection A au bord de fuite 2’ forme un angle non nul avec la direction du fluide F1 en sortie d’aube 10 (en sortie du rotor). L’angle d’inclinaison entre le segment de droite de la deuxième partie courbe 5 et la direction du fluide F1 en sortie d’aube 10 est compris entre 1 et 89°. Cet angle d’inclinaison permet de contrôler la direction de l’onde de choc générée au niveau du point d’intersection A.
La figure 3 illustre, de manière schématique et non limitative, un deuxième exemple d’aube de la turbine selon l’invention.
Sur cette figure, le profil correspondant à celui de la figure 1 est représenté par les traits pointillés à proximité du bord de fuite 2 correspondant au profil de la figure 1 .
La section de l’aube 10 de la turbine selon l’invention est tronquée (ou coupée) par rapport au profil usuel de la figure 1 . En effet, le bord de fuite de l’aube 10 est le bord de fuite 2’.
L’aube est ainsi délimitée par un extrados 3 et un intrados 4 partant tous les deux d’un même bord d’attaque 1 et se rejoignant vers un même bord de fuite 2’.
Toutefois, l’intrados 4 ne forme pas une courbe dérivable du bord d’attaque 1 au bord de fuite 2’. Au contraire, l’intrados 4 a un point de singularité au niveau du point d’intersection A. L’intrados comprend deux parties courbes 5b et 6 qui se rejoignent au niveau du point d’intersection A. Une première partie courbe 6 de l’intrados par du bord d’attaque 1 jusqu’au point d’intersection A et une deuxième partie courbe 5b de l’intrados part du point d’intersection A jusqu’au bord de fuite 2’.
La deuxième partie courbe 5b est ici un segment de droite rejoignant le point d’intersection A au bord de fuite 2’.
Le point d’intersection A forme une singularité de l’intrados 4 : l’intrados 4 dispose d’une tangente T 1 au niveau de la première partie courbe 6 au point d’intersection A qui est différente de la tangente T2 de la deuxième partie courbe 5b au point d’intersection A. En d’autres termes, l’intrados 4 dispose de deux dérivées distinctes et différentes l’une de l’autre de chaque côté au niveau du point d’intersection A. Ainsi, l’intrados 4 n’est pas dérivable au point A.
Cette singularité générée au point d’intersection A permet de contrôler la position des ondes de chocs générées dans le rotor lors du fonctionnement supersonique.
Le fluide (de l’air par exemple) arrive dans la direction de la flèche F sur l’aube 10. Du fait que l’aube 10 est tronquée par rapport à celle de la figure 1 , le fluide en sortie de l’aube 10 a une direction F1 parallèle à celle de F mais une direction F1 non parallèle serait possible sans sortir du cadre de l’invention.
La deuxième partie courbe 5b formée par le segment de droite rejoignant le point d’intersection A au bord de fuite 2’ forme un angle perpendiculaire avec la direction du fluide F1 en sortie d’aube 10 (en sortie du rotor). L’angle d’inclinaison entre le segment de droite de la deuxième partie courbe 5 et la direction du fluide F1 en sortie d’aube 10 est donc sensiblement égal à 90°.
On pourrait ici aussi considérer que le bord de fuite est constitué au point d’intersection A et que c’est l’extrados 3 qui comprendrait alors deux portions courbes (dont la portion courbe 5b, constitué ici d’un segment de droite) reliées au niveau d’un point de croisement qui serait alors le point 2’.
La figure 3 se distingue de la figure 2 par le fait que le segment de droite 5b est orthogonal à la direction du fluide F1 en sortie d’aube.
La figure 4 illustre, de manière schématique et non limitative, un troisième exemple d’aube de la turbine selon l’invention.
Cette aube comprend un bord d’attaque 1 sur lequel le fluide arrive dans la direction F et un bord de fuite 2’. L’intrados comprend deux parties courbes reliées entre elles au niveau du point d’intersection A qui forme une singularité (l’intrados n’est pas dérivable au point d’intersection A mais comprend une dérivée T1 que chaque partie courbe au point d’intersection A distincte de la dérivée T2 de l’autre partie courbe au point d’intersection A).
L’aube de la figure 4 est configurée pour donner au fluide en sortant de l’aube une direction F1 inclinée par rapport à la direction F du fluide entrant sur l’aube. L’angle d’inclinaison 0 entre la direction de sortie du fluide F1 et la direction d’entrée du fluide F est compris entre 5 et 70°, de préférence entre 5 et 50°. Cette inclinaison du fluide permet de faciliter le passage du fluide en supersonique dans le rotor.
La figure 11 illustre, de manière schématique et non limitative, un quatrième exemple d’aube de la turbine selon l’invention.
Sur cette figure, le profil correspondant à celui de la figure 1 est représenté par les traits pointillés à proximité du bord de fuite 2 correspondant au profil de la figure 1 .
La section de l’aube 10 de la turbine selon l’invention est tronquée (ou coupée) par rapport au profil usuel de la figure 1 . En effet, le bord de fuite de l’aube 10 est le bord de fuite 2”.
L’aube est ainsi délimitée par un extrados 3 et un intrados 4 partant tous les deux d’un même bord d’attaque 1 et se rejoignant vers un même bord de fuite 2”. Toutefois, l’extrados 3 ne forme pas une courbe dérivable du bord d’attaque 1 au bord de fuite 2”. Au contraire, l’extrados 3 a un point de singularité au niveau du point de croisement 25. L’extrados comprend deux portions courbes 26 et 27 qui se rejoignent au niveau du point de croisement 25. Une première portion courbe 26 de l’extrados par du bord d’attaque 1 jusqu’au point de croisement 25 et une deuxième portion courbe 27 de l’extrados part du point de croisement 25 jusqu’au bord de fuite 2”.
La deuxième portion courbe 27 est ici un segment de droite rejoignant le point de croisement 25 au bord de fuite 2”.
Le point de croisement 25 forme une singularité de l’extrados 3 : l’extrados 3 dispose d’une tangente T3 au niveau de la première portion courbe 26 au point de croisement 25 qui est différente de la tangente T4 de la deuxième portion courbe 27 au point de croisement 25. En d’autres termes, l’extrados 3 dispose de deux dérivées distinctes et différentes l’une de l’autre de chaque côté au niveau du point de croisement 25. Ainsi, l’extrados 3 n’est pas dérivable au point de croisement 25.
Cette singularité générée au point de croisement 25 permet de contrôler la position des ondes de chocs générées dans le rotor lors du fonctionnement supersonique.
Le fluide (de l’air par exemple) arrive dans la direction de la flèche F sur l’aube 10.
Du fait que l’aube 10 est tronquée par rapport à celle de la figure 1 , le fluide en sortie de l’aube 10 a une direction F1 parallèle à celle de F mais une direction F1 non parallèle serait possible sans sortir du cadre de l’invention.
La deuxième portion courbe 27 formée par le segment de droite rejoignant le point de croisement 25 au bord de fuite 2” forme un angle non nul avec la direction du fluide F1 en sortie d’aube 10 (en sortie du rotor). L’angle d’inclinaison entre le segment de droite de la deuxième portion courbe 27 et la direction du fluide F1 en sortie d’aube 10 est compris entre 1 et 89°. Cet angle d’inclinaison permet de contrôler la direction de l’onde de choc générée au niveau du point de croisement 25.
La figure 12 illustre, de manière schématique et non limitative, un cinquième exemple d’aube de la turbine selon l’invention.
Sur cette figure, le profil correspondant à celui de la figure 1 est représenté par les traits pointillés à proximité du bord de fuite 2 correspondant au profil de la figure 1 .
La section de l’aube 10 de la turbine selon l’invention est tronquée (ou coupée) par rapport au profil usuel de la figure 1 . En effet, le bord de fuite de l’aube 10 est le bord de fuite 2’”.
L’aube est ainsi délimitée par un extrados 3 et un intrados 4 partant tous les deux d’un même bord d’attaque 1 et se rejoignant vers un même bord de fuite 2’”.
Toutefois, l’intrados 4 ne forme pas une courbe dérivable du bord d’attaque 1 au bord de fuite 2’”. Au contraire, l’intrados 4 a un point de singularité au niveau du point d’intersection A. L’intrados comprend deux parties courbes 5 et 6 qui se rejoignent au niveau du point d’intersection A. Une première partie courbe 6 de l’intrados part du bord d’attaque 1 jusqu’au point d’intersection A et une deuxième partie courbe 5 de l’intrados part du point d’intersection A jusqu’au bord de fuite 2’”.
La deuxième partie courbe 5 est ici un segment de droite rejoignant le point d’intersection A au bord de fuite 2’”.
Le point d’intersection A forme une singularité de l’intrados 4 : l’intrados 4 dispose d’une tangente T 1 au niveau de la première partie courbe 6 au point d’intersection A qui est différente de la tangente T2 de la deuxième partie courbe 5 au point d’intersection A. En d’autres termes, l’intrados 4 dispose de deux dérivées distinctes et différentes l’une de l’autre de chaque côté au niveau du point d’intersection A. Ainsi, l’intrados 4 n’est pas dérivable au point A.
En outre, l’extrados 3 ne forme pas une courbe dérivable du bord d’attaque 1 au bord de fuite 2’”. En effet, l’extrados 3 a un point de singularité au niveau du point de croisement 25. L’extrados comprend deux portions courbes 26 et 27 qui se rejoignent au niveau du point de croisement 25. Une première portion courbe 26 de l’extrados part du bord d’attaque 1 jusqu’au point de croisement 25 et une deuxième portion courbe 5 de l’extrados part du point de croisement 25 jusqu’au bord de fuite 2’”.
La deuxième portion courbe 27 est ici un segment de droite rejoignant le point de croisement 25 au bord de fuite 2’”.
Le point de croisement 25 forme une singularité de l’extrados 3: l’extrados 3 dispose d’une tangente T3 au niveau de la première portion courbe 26 au point de croisement 25 qui est différente de la tangente T4 de la deuxième portion courbe 27 au point de croisement 25. En d’autres termes, l’extrados 3 dispose de deux dérivées distinctes et différentes l’une de l’autre de chaque côté au niveau du point de croisement 25. Ainsi, l’extrados 3 n’est pas dérivable au point de croisement 25.
Ces singularités autour du point de croisement 25 et du point d’intersection A respectivement sur l’extrados et sur l’intrados permettent de contrôler la position des ondes de chocs générées dans le rotor lors du fonctionnement supersonique.
Le fluide (de l’air par exemple) arrive dans la direction de la flèche F sur l’aube 10.
Du fait que l’aube 10 est tronquée par rapport à celle de la figure 1 , le fluide en sortie de l’aube 10 a une direction F1 non parallèle à celle de F mais une direction F1 parallèle à la direction serait possible sans sortir du cadre de l’invention.
La deuxième portion courbe 27 formée par le segment de droite rejoignant le point de croisement 25 au bord de fuite 2’” forme un angle non nul avec la direction du fluide F1 en sortie d’aube 10 (en sortie du rotor). L’angle d’inclinaison entre le segment de droite de la deuxième portion courbe 27 et la direction du fluide F1 en sortie d’aube 10 est compris entre 1 et 89°. Cet angle d’inclinaison permet de contrôler la direction de l’onde de choc générée sur l’extrados au niveau du point de croisement 25.
La deuxième partie courbe 5 formée par le segment de droite rejoignant le point d’intersection A au bord de fuite 2’” forme un angle non nul avec la direction du fluide F1 en sortie d’aube 10 (en sortie du rotor). L’angle d’inclinaison entre le segment de droite de la deuxième partie courbe 5 et la direction du fluide F1 en sortie d’aube 10 est compris entre 1 et 89°. Cet angle d’inclinaison permet de contrôler la direction de l’onde de choc générée sur l’intrados au niveau du point d’intersection A.
La figure 5 illustre, de manière schématique et non limitative, un exemple de turbine selon l’invention.
La turbine comprend une partie stationnaire 14, tel qu’un stator ou une volute et un rotor 13 dans un carter (non représenté), le carter permettant de guider le fluide dans la turbine.
Le fluide arrive dans la turbine dans le sens de la direction F. Il traverse donc d’abord la partie stationnaire 14, puis entre dans le rotor 13.
La partie stationnaire 14 est fixe alors que le rotor 13 est apte à tourner autour de son axe de rotation matérialisée par le trait mixte.
Le rotor 13 comprend des aubes 12 (aussi appelées pales) qui permettent de transformer l’énergie du fluide en énergie mécanique rotative du rotor.
Le rotor 13 comprend également une partie 11 située après les aubes 12 (en aval des aubes dans la direction de déplacement du fluide dans la turbine). Cette partie 1 1 comprend une section réduite : le diamètre de la partie 1 1 ici tronconique, en sortie, est inférieure au diamètre de cette partie 11 juste après les aubes. Cette réduction de la section du rotor permet d’augmenter la section de passage du fluide et donc d’augmenter la pression statique en sortie. Ainsi, les efforts axiaux sont réduits au niveau des aubes, ce qui permet d’assurer la résistance mécanique et d’augmenter la durée de vie du rotor.
La figure 16 illustre, de manière schématique et non limitative le fonctionnement du rotor et l’impact du vecteur vitesse sur la vitesse de rotation et sur la section de passage du col sonique.
La figure représente le rotor ici avec trois aubes en coupe. Les flèches noires épaisses représentent de sens de rotation du rotor. La rotation du rotor induit une vitesse du rotor représentée par le vecteur U. Par ailleurs, le fluide arrive sur les aubes selon un vecteur vitesse V1 , qu’on appelle vitesse incidente, qui fait un angle a1 avec l’axe de rotation du rotor.
Ainsi, la vitesse relative du fluide en entrée W1 par rapport aux aubes en mouvement de rotation est la somme des vecteurs vitesse U et V1 .
En sortie, le fluide ressort à une vitesse incidente V2 qui fait un angle a2 avec l’axe de rotation du rotor. L’angle a2 est généré par la déflection de l’aube pour modifier la direction du fluide en sortie d’aube.
Ainsi, la vitesse relative du fluide en sortie W2 par rapport aux aubes en mouvement de rotation est la somme des vecteurs vitesse U et V2.
Ainsi, par la rotation du rotor, on peut augmenter la vitesse relative du fluide à la sortie par rapport à la vitesse relative du fluide à l’entrée et ainsi faciliter le passage du supersonique au sein du rotor.
Par ailleurs, la section de col Ac est dans un plan orthogonal à la vitesse du fluide au col. Comme cette vitesse au niveau du col n’est pas parallèle à l’axe du rotor (du fait de l’angle de déflection de la pale), la section du col Ac est dans un plan qui est incliné d’un angle non nul et inférieure à 180°) par rapport à la verticale sur la figure, ce qui facilite le passage en supersonique.
La figure 8 illustre, de manière schématique et non limitative, plus précisément le rotor de la figure 5.
Le rotor 13 est mis en place dans un carter 15. Le rotor comprend des aubes 12. Le jeu entre les aubes 12 et le carter 15 est réduit au minimum pour éviter les écoulements de jeu entre l’extrémité radiale des aubes 12 et le carter 15, ce qui pourrait générer des perturbations à l’écoulement et réduire l’efficacité de la turbine.
En sortie de rotor, juste après les aubes 12 dans le sens de l’écoulement, le rotor 13 peut comprendre une partie de section réduite 11 . Ici la partie 1 1 est de forme tronconique avec un diamètre au niveau de l’intersection avec la sortie des aubes supérieur au diamètre de la partie
1 1 du rotor en sortie. Bien entendu, d’autres formes non tronconiques permettant d’obtenir une section réduite du rotor après les pales est possible sans sortie du cadre de l’invention.
Ainsi, la pression statique Ps1 du fluide entrant dans le rotor est supérieure à la pression statique Ps2 juste après les aubes 12, et la pression statique Ps3 en sortie du rotor 13 peut correspondre sensiblement à la pression Ps1 en entrée. L’augmentation de la pression statique en sortie est liée à la réduction de la section de la partie 1 1 du rotor après les aubes
12 (grâce au profil tronconique ici). Ainsi, on peut réduire les efforts axiaux sur l’axe du rotor. La figure 9 illustre, de manière schématique et non limitative une variante de rotor selon l’invention.
Sur cette figure, le rotor comprend des aubes 12 qui s’étendent radialement, l’axe longitudinal correspondant à l’axe de rotation qui est orthogonal au plan de coupe de la figure.
Le rotor est mis en place dans un carter 15, sensiblement cylindrique de manière à s’adapter au rotor apte à tourner autour de l’axe longitudinal.
Le rotor comprend également un cerclage 17 qui peut comprendre un anneau cylindrique. Ce cerclage 17 est fixé à l’extrémité radiales des aubes 12. Ce cerclage 17 est donc en vis-à-vis du carter 15. De ce fait, le fluide qui passe au niveau des aubes 12 ne peut pas passer par l’espace entre les aubes 12 et le carter 15, le cerclage faisant barrière au flux. Ainsi, les perturbations de l’écoulement sont limitées.
De plus, le jeu (volontairement amplifié sur la figure pour faciliter la compréhension) entre le cerclage 17 et le carter 15 est réduit au maximum de manière à éviter les fuites de fluide dans cet espace, avant que le fluide n’entre dans les aubes 12.
On peut également envisager d’ajouter un joint dans le jeu entre le cerclage 17 et le carter 15. Le joint peut être un joint labyrinthe par exemple.
Le cerclage 17 s’étend donc dans la direction longitudinale sur au moins toute la longueur longitudinale des aubes 12.
La figure 13 illustre, de manière schématique et non limitative, un circuit à cycle de Rankine avec une turbine selon l’invention.
Le circuit à cycle de Rankine comprend une pompe 1 10 pour mettre en circulation un fluide de travail, de l’eau par exemple. En aval de la pompe 110, dans le sens de circulation du fluide, une conduite 120 permet la liaison avec un évaporateur 130 qui va réchauffer le fluide de travail et le vaporiser. Ainsi, en sortie 140 de l’évaporateur 130, le fluide de travail se trouve sous forme gazeuse et il est conduit via la conduite 150 à un moyen de détente 160 tel qu’une turbine qui peut être couplée à un générateur électrique 170.
Le fluide sortant du moyen de détente 160 est conduit par une conduite 185 à un condenseur 190 où il est refroidi et liquéfié. Il ressort ainsi du condenseur par la sortie 191 sous forme liquide puis est conduit via la conduite 196 à la pompe 1 10. Ainsi, le circuit fonctionne en boucle fermée.
Le circuit peut également comprendre un filtre (195) en amont de la pompe 110 de manière à éviter les particules solides qui pourraient endommager la pompe 110. Il peut aussi comprendre un réservoir (non représenté) du fluide de travail.
L’évaporateur 130 et le condenseur 190 peuvent être des échangeurs de chaleur aptes à échanger de la chaleur avec le fluide de travail, via un fluide plus chaud que le fluide de travail dans l’évaporateur 130 et via un fluide plus froid que le fluide de travail dans le condenseur 190.
Le moyen de détente 160 est ici une turbine à rotor supersonique selon l’invention. En effet, en permettant le passage en supersonique dans le rotor, on peut compenser la faible enthalpie liée à la température relativement froide (généralement inférieure à 100°C, proche de 90°C) du fluide de travail par une augmentation de l’énergie cinétique du fluide. De plus, en fonctionnant en régime supersonique, la vitesse de rotation de la turbine est réduite (par rapport à un fonctionnement subsonique dans le rotor). De ce fait, les paliers et roulements sans huile ni graisse peuvent être utilisés, ce qui facilite et simplifie le système.
La figure 14 illustre de manière schématique et non limitative un moteur à combustion interne avec une turbine selon l’invention.
Sur cette figure, le système comprend un moteur à combustion interne 201 et un turbocompresseur avec une turbine 210 et un compresseur 208, la turbine 210 et le compresseur 208 étant fixé sur un même arbre de rotation.
Le compresseur 208 comprime de l’air 211 arrivant dans le compresseur. L’air comprimé sortant du compresseur 208 est envoyé par une conduite 204 dans un réseau de distribution 203 qui scinde le flux d’air en plusieurs conduites 202, chaque conduite 202 amenant l’air en admission d’un cylindre du moteur à combustion interne 201. Ici, le moteur à combustion interne est composé de quatre cylindre 212i , 2122, 2123 et 2124, chaque conduite 202 amenant à un cylindre 212i, 2122, 2123 et 2124. Bien entendu, le moteur à combustion interne pourrait utiliser un nombre de cylindre différent de quatre sans sortir du cadre de l’invention.
Dans chacun des cylindres, se produit une combustion entre l’air entrant et un carburant. Les gaz d’échappement sortant de chaque piston sont collectés dans un collecteur 205 puis dirigés via une conduite 206 vers la turbine 210 du turbocompresseur puis les gaz sont libérés en sortie 209 de la turbine 210.
En utilisant une turbine avec un rotor apte à générer un col sonique et un fonctionnement supersonique en sortie du col sonique, on peut augmenter l’énergie cinétique du fluide, ce qui permet d’accroître l’efficacité de la turbine et par conséquent du turbocompresseur. De plus, le fonctionnement supersonique du rotor permet de diminuer la vitesse de rotation (par rapport à un fonctionnement subsonique), ce qui permet de s’affranchir de l’utilisation de paliers et/ou roulements à graisse ou à huile.
De plus, si le moteur à combustion interne est à faible richesse (richesse inférieure à 0.8 et de préférence inférieure à 0.4), la température des gaz en sortie est plus faible (de l’ordre de 400 à 500°C) que pour un moteur à une richesse de 1 (c’est-à-dire dans les conditions stoechiométriques). L’utilisation de la turbine selon l’invention permet ainsi, de compenser partiellement la perte d’énergie thermique des gaz d’échappement par l’énergie cinétique. Le moteur à faible richesse permet de limiter les hydrocarbures imbrûlés.
La figure 15 illustre, de manière schématique et non limitative, une pile à combustible avec une turbine selon l’invention.
La pile à combustible est une pile dans laquelle on va produire une tension électrique (et donc de l’électricité) par une réaction d’oxydation sur une électrode et par une réaction de réduction sur l’autre électrode.
Dans cette pile, on fait entrer de l’hydrogène 301 qui vient en contact avec l’anode 302 et on fait entrer de l’air 305 qui est d’abord comprimé dans un moyen de compression tel que le compresseur 312 avant de venir en contact avec la cathode 304. L’anode 302 et la cathode 304 sont séparées par un électrolyte 303 (par exemple une membrane échangeuse de protons qui laisse passer les protons et qui bloque des électrons). On peut aussi utiliser des catalyseurs comme le platine pour accélérer les réactions d’oxydation et/ou de réduction.
Lorsque l’hydrogène 301 entre en contact avec l’anode 302, il se dissocie en électrons et en protons. Les protons traversent l’électrolyte 303 et rejoignent la cathode 304 alors que les électrons sont contraints d’utiliser le circuit extérieur 310. Le déplacement des électrons dans le circuit extérieur 310 génèrent un courant électrique : ainsi, on génère de l’électricité.
Au niveau de la cathode 304, l’air sortant du compresseur 312 (l’oxygène de l’air plus précisément) réagit avec les électrons qui arrivent via le circuit extérieur 310 et avec les protons qui traversent l’électrolyte 303 pour générer de l’eau. De plus, cette réaction génère de la chaleur. Ainsi, l’eau en sortie 307 de la pile à combustible peut se trouver sous forme de vapeur à faible température (généralement inférieure à 50°C). Ainsi, on peut utiliser une turbine 308, selon l’invention pour récupérer une partie de l’énergie de la vapeur d’eau produite par la pile à combustible.
En sortie de la turbine 308, la vapeur d’eau 309 peut être rejetée dans l’environnement.
L’électrolyte peut être par exemple de l’hydroxyde de potassium ou une membrane polymère Naflon/PBI.
Sur le circuit extérieur 310, on peut par exemple positionner un moteur électrique M qui va pouvoir être actionné par l’électricité générée. Une batterie peut être positionnée à la place du moteur M.
A la sortie 301 , on récupère l’excédent d’hydrogène. Cette sortie 301 est optionnelle.
L’exemple présenté ici comme une pile à combustible hydrogène/air mais il est bien entendu que d’autres piles à combustibles pourraient être utilisés, les combustibles/oxydants/électrolytes étant adaptés en conséquence les uns des autres.
De plus, comme la température de la vapeur d’eau produite est assez faible (de l’ordre de 20 à 50°C), l’utilisation d’une turbine à rotor supersonique selon l’invention est particulièrement avantageuse puisqu’elle augmente l’énergie cinétique et compense donc partiellement la faible énergie thermique de la vapeur d’eau.
L’invention peut être appliquée aussi bien sur des turbines axiales (entrée et sortie dans l’axe), radiales (entrée radiale et sortie axiale), mixed flow (entrée formant un angle non nul avec la direction axiale et avec la direction radiale) que centrifuges (entrée axiale et sortie radiale).
Bien entendu, les différentes variantes de l’invention peuvent être combinées entre elles sans sortir du cadre de l’invention.
Exemples
Figure 6 illustre un exemple de passage en supersonique d’une première variante de rotor selon l’invention.
Les aubes 12 du rotor ont une corde parallèle à la direction du fluide F arrivant sur les aubes. Ainsi, la direction du fluide arrivant sur les aubes 12 est parallèle à celle du fluide ressortant des aubes 12 qui est aussi parallèle à l’axe de rotation du rotor (en d’autres termes, l’angle d’incidence du fluide en entrée et l’angle de déflection de la pale sont nuis).
De plus, chacune de ces aubes 12 a un profil symétrique : l’extrados et l’intrados sont symétriques par rapport à la corde. En outre, la deuxième partie courbe 5b de l’intrados forme un segment de droite orthogonal au flux du fluide en sortie des aubes 12.
Sur cette figure, le dégradé de gris montre une variation du nombre de Mach autour des aubes 12. Plus la couleur est claire et plus la vitesse en nombre de Mach est importante, l’échelle correspond au nombre de Mach.
La section Smin est la section minimale de passage du fluide entre les aubes 12. Cette section Smin constitue un col sonique pour des conditions déterminées où la vitesse sonique (nombre de Mach égal à 1 ) est atteinte. En aval de cette section de passage, le fluide a une vitesse supersonique (nombre de Mach >1 ).
En sortie des aubes 12, au niveau des points de singularités constitués par le bord de fuite et le point d’intersection des deux parties courbes sur l’intrados, on constate que des ondes de choc obliques C1 et C2 se produisent. Ainsi, par la coupure des aubes par rapport à un profil usuel comme sur la figure 1 (c’est-à-dire par un intrados avec au moins un point de singularité), on peut maîtriser la position des ondes de choc sur l’aube. De plus, comme la deuxième partie courbe 5b est orthogonale à la direction du fluide en sortie des aubes, les ondes de chocs C1 et C2 sont sensiblement symétriques par rapport à la direction du fluide (et par rapport à l’axe de rotation du rotor qui lui est parallèle).
On peut observer que grâce à l’invention, les ondes de chocs C1 et C2 se produisent en sortie de l’aube et permettent ainsi à améliorer la durée de vie des aubes. Figure 7 illustre un autre exemple de passage en supersonique d’une deuxième variante de rotor selon l’invention.
Les aubes 12 du rotor ont une corde avec un angle de déflection non nul (compris entre 5 et 70°, de préférence entre 5 et 50°) à la direction du fluide F arrivant sur les aubes, la direction du fluide arrivant sur les aubes 12 peut être parallèle à l’axe de rotation du rotor (en d’autres termes, l’angle d’incidence en entrée du fluide en entrée est proche de zéro).
De plus, ces aubes 12 ont un profil asymétrique : l’extrados et l’intrados ne sont pas symétriques par rapport à la corde. En outre, la deuxième partie courbe 5 de l’intrados forme un segment de droite incliné d’un angle compris entre 2 et 80° par rapport flux du fluide en sortie des aubes 12.
Sur cette figure, le dégradé de gris montre une variation du nombre de Mach autour des aubes 12. Plus la couleur est claire et plus la vitesse en nombre de Mach est importante, l’échelle correspond au nombre de Mach.
La section Smin est la section minimale de passage du fluide entre les aubes 12 orthogonale à la direction du fluide. Cette section Smin constitue un col sonique où la vitesse sonique (nombre de Mach égal à 1 ) est atteinte. En aval de cette section de passage, le fluide a une vitesse supersonique (nombre de Mach >1 ).
En sortie des aubes 12, au niveau des points de singularités constitués par le bord de fuite et le point d’intersection des deux parties courbes sur l’intrados, on constate que des ondes de choc obliques C1 et C2 se produisent. Ainsi, par la coupure des aubes par rapport à un profil usuel comme sur la figure 1 (c’est-à-dire par un intrados avec au moins un point de singularité), on peut maîtriser la position des ondes de choc sur l’aube).
On peut observer que grâce à l’invention, les ondes de chocs C1 et C2 se produisent en sortie de l’aube et permettent ainsi à améliorer la durée de vie des aubes.
Figure 10 illustre des comparaisons de trois exemples de rotor selon l’invention en ce qui concerne les ondes de chocs produites (schémas a), b) et c)) et en ce qui concerne l’entropie produite (schémas d), e) et f)).
Sur les schémas a), b), et c) les niveaux de gris dépendent de la vitesse en nombre de Mach, les valeurs foncées correspondant à une vitesse élevée (supersonique).
Les schémas a) et d) correspondent à une aube avec un point de singularité sur l’intrados où la deuxième partie courbe est un segment de droite orthogonal au flux de fluide à la sortie de l’aube. Les schémas c) et f) correspondent à une aube avec un point de singularité sur l’intrados où la deuxième partie courbe est un segment de droite incliné d’un angle de 15° par rapport au flux de fluide à la sortie de l’aube.
Les schémas b) et e) correspondent à une aube avec un point de singularité sur l’intrados et un point de singularité sur l’extrados où la deuxième partie courbe est un segment de droite incliné d’un angle de 15° par rapport au flux de fluide à la sortie de l’aube et où la deuxième portion courbe de l’extrados est un segment de droite incliné d’un angle de 15° par rapport au flux de fluide en sortie de l’aube. Ainsi, la deuxième partie courbe de l’intrados et la deuxième portion courbe de l’extrados sont symétrique par rapport à la direction du flux de fluide en sortie de l’aube.
Sur le schéma a), on observe que plusieurs ondes de chocs sont générées en sortie de l’aube (parties en gris foncé) et que l’entropie correspondante (schéma d)) est relativement importante (parties en gris clair).
Sur le schéma b), on constate que les ondes de chocs sont bien plus espacées que sur le schéma a) et que l’entropie (schéma e)) est également beaucoup plus faible que sur le schéma d). Ainsi, la deuxième variante correspondant aux schémas b) et d) est plus avantageuse car elle permet d’augmenter l’efficacité en réduisant les pertes énergétiques irréversibles.
En outre, sur le schéma c), on constate que les ondes de chocs sont bien plus espacées que sur le schéma a) et qu’elles ne se produisent que d’un seul côté contrairement au schéma b) du fait de l’asymétrie à proximité du bord de fuite. De plus, l’entropie (schéma f)) est également beaucoup plus faible que sur le schéma d) et que sur le schéma f). Ainsi, la troisième variante correspondant aux schémas c) et f) est plus avantageuse que les premières et deuxièmes variantes respectivement des schémas a)/d) et b)/e) car elle permet d’augmenter l’efficacité en réduisant les pertes énergétiques irréversibles.

Claims

Revendications
1 .Turbine comprenant une partie stationnaire (14) et un rotor (13), ladite partie stationnaire (14) étant en amont du rotor (13) dans le sens de l’écoulement d’un fluide dans la turbine, le rotor (13) étant apte à tourner autour d’un axe de rotation et comprenant une pluralité d’aubes (12) s’étendant dans une direction sensiblement radiale par rapport à l’axe de rotation du rotor (13), la section de chaque aube (12) étant délimitée par un extrados (3) et un intrados (4), l’extrados (3) et l’intrados (4) de la section de chaque aube (12) partant d’un bord d’attaque (1 ) vers un bord de fuite (2’, 2”, 2’”), l’un de l’intrados (4) et de l’extrados comprenant une première partie courbe (6) du bord d’attaque (1 ) à un point d’intersection (A) et une deuxième partie (5) courbe dudit point d’intersection (A) au bord de fuite (2’, 2”, 2’”), caractérisée en ce que, au point d’intersection (A), la tangente de la première partie courbe (6) forme un angle non nul avec la tangente de la deuxième partie courbe (5), le point d’intersection formant une première singularité à proximité du bord de fuite.
2. Turbine selon la revendication 1 , pour laquelle la deuxième partie courbe (5) est un premier segment de droite.
3. Turbine selon la revendication 2, pour laquelle, le premier segment de droite est incliné par rapport par rapport à la direction du fluide au niveau du bord de fuite (2’, 2”, 2’”) d’un angle d’inclinaison compris entre 1 et 89, préférentiellement entre 2 et 80°, de préférence entre 2 et 30° et de manière encore préférée entre 5 et 15°.
4. Turbine selon l’une des revendications précédentes, pour lequel l’autre de l’intrados et de l’extrados comprend une première portion courbe (26) du bord d’attaque (1 ) à un point de croisement (25) et une deuxième portion courbe (27) dudit point de croisement (25) au bord de fuite (2’, 2”, 2’”), caractérisé en ce que, au point de croisement, la tangente de la première portion courbe (26) forme un angle non nul avec la tangente de la deuxième portion courbe (27), le point de croisement formant une deuxième singularité à proximité du bord de fuite.
5. Turbine selon la revendication 4, pour laquelle la deuxième portion courbe (27) est un second segment de droite.
6. Turbine selon la revendication 5, pour laquelle le second segment de droite est incliné par rapport à la direction du fluide au niveau du bord de fuite (2’, 2”, 2’”) d’un angle d’inclinaison compris entre 1 et 90°, préférentiellement entre 2 et 80°, de préférence entre 2 et 30° et de manière encore préférée entre 5 et 15°.
7. Turbine selon l’une des revendications précédentes, pour laquelle la partie stationnaire
(14) comprend un stator et/ou une volute, de préférence la partie stationnaire (14) étant configurée pour fonctionner exclusivement en écoulement subsonique.
. Turbine selon l’une des revendications précédentes, pour laquelle les conditions de fonctionnement déterminées comprennent le débit massique du fluide en entrée de la turbine, la pression totale en entrée de la turbine, la température totale en entrée de la turbine, la pression statique en sortie de la turbine et de préférence la température totale en entrée de la turbine et/ou la température totale à la sortie de la turbine. . Turbine selon l’une des revendications précédentes, pour laquelle le rotor (13) comprend un cerclage (17) constitué d’un anneau reliant les extrémités radiales des aubes (12). 0. Turbine selon l’une des revendications précédentes, pour laquelle les aubes (12) sont orientées selon un angle de déflection par rapport à la direction dudit fluide au niveau du bord d’attaque (1 ) de manière à générer un changement de la direction de l’écoulement du fluide par les aubes, l’angle de déflection étant compris de préférence entre 5° et 70° et de manière encore préférée entre 5° et 50°. 1 . Turbine selon l’une des revendications précédentes, pour laquelle la section du rotor à la sortie du rotor (13) est réduite par rapport à la section du rotor (13) juste après les aubes (12). 2. Pile à combustible comprenant une turbine selon l’une des revendications précédentes, la turbine étant de préférence positionnée sur une ligne en sortie de de la pile à combustible, la ligne de sortie étant configurée pour produire de la vapeur d’eau. 3. Circuit à cycle de Rankine comprenant une turbine selon l’une des revendications 1 à 11 , de préférence, le circuit comprenant un compresseur, un évaporateur, la turbine puis un condenseur. 4. Moteur à combustion interne, notamment un moteur à combustion interne fonctionnant avec une richesse inférieure à 0,8, de préférence inférieure à 0,4, comprenant une turbine selon l’une des revendications 1 à 1 1 au niveau de la sortie des gaz d’échappement du moteur à combustion interne, de préférence la turbine (210) étant celle d’un turbocompresseur. 5. Méthode d’utilisation de la turbine selon l’une des revendications 1 à 1 1 , dans laquelle on réalise au moins les étapes suivantes : on introduit un débit de fluide en entrée de la turbine dans des conditions prédéterminées, on fait passer le fluide en état sonique au niveau dudit col sonique et on fait passer le fluide en état supersonique en aval du col sonique, dans le sens de déplacement du fluide dans la turbine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3314647A (en) 1964-12-16 1967-04-18 Vladimir H Pavlecka High energy conversion turbines
DE10039642C2 (de) * 2000-08-14 2002-06-13 Honda Motor Co Ltd Turbinenblattluftflügel und Turbinenblatt für eine Axialstromturbine
US7736123B2 (en) * 2006-12-15 2010-06-15 General Electric Company Plasma induced virtual turbine airfoil trailing edge extension
US9097258B2 (en) 2009-06-25 2015-08-04 General Electric Company Supersonic compressor comprising radial flow path
US20210222630A1 (en) 2019-10-23 2021-07-22 Rolls-Royce Plc Turboshaft

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