FR2699223A1 - Adjustable flow guiding device - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif réglable de guidage d'écoulement. Dans ce dispositif pour un rotor d'une turbomachine actionnée par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comportant des inserts annulaires (18) disposés entre des canaux de guidage spiralés (2, 3, 4, 5) de la turbomachine et le rotor, et des éléments de guidage d'écoulement, formant grille directrice et situés dans les inserts (18), ces derniers sont divisés en secteurs annulaires avec des secteurs agencés différemment (19, 20) dans la grille directrice de sorte que différentes grilles directrices (8) peuvent être chargées simultanément par l'écoulement circulant dans les canaux de guidage. Application notamment aux lasers à combustion interne à turbosoufflante à gaz d'échappement pour véhicules automobiles.The invention relates to an adjustable flow guide device. In this device for a rotor of a turbomachine actuated by the exhaust gases of an internal combustion engine, comprising annular inserts (18) arranged between spiral guide channels (2, 3, 4, 5) of the turbomachine and rotor, and flow guide elements, forming a guide grid and located in the inserts (18), the latter are divided into annular sectors with differently arranged sectors (19, 20) in the guide grid so that different guide grids (8) can be loaded simultaneously by the flow circulating in the guide channels. Application in particular to internal combustion turbofan exhaust gas lasers for motor vehicles.
Description
L'invention concerne un dispositif réglable de guidage d'écoulement pourThe invention relates to an adjustable flow guiding device for
un rotor d'une turbomachine entraînée par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, dans lequel le dispositif de guidage d'écoulement comporte un insert annulaire disposé entre plusieurs canaux de guidage de forme spiralée de la turbomachine et le rotor, avec une direction d'écoulement au moins partiellement radiale, et dans l'insert annulaire sont disposés, d'une manière répartie sur la périphérie de cet insert, les éléments de guidage d'écoulement, qui forment une grille directrice et établissent une liaison d'écoulement entre les canaux de guidage de forme spiralée et le rotor de la turbomachine, l'insert annulaire faisant partie d'une douille de réglage, qui est déplaçable dans la a rotor of a turbomachine driven by the exhaust gas of an internal combustion engine, wherein the flow guiding device comprises an annular insert disposed between a plurality of spiral-shaped guide channels of the turbomachine and the rotor, with an at least partly radial direction of flow, and in the annular insert are arranged, in a distributed manner on the periphery of this insert, the flow-guiding elements, which form a guide gate and establish a connection flow between the spiral-shaped guide channels and the rotor of the turbomachine, the annular insert forming part of an adjusting sleeve, which is movable in the
direction de l'axe longitudinal du rotor. direction of the longitudinal axis of the rotor.
D'après le brevet belge 501 076, on connaît un dispositif réglable de guidage d'écoulement, déplaçable axialement, du type indiqué plus haut et qui est disposé dans une turbine radiale à plusieurs flux comportant un canal spiralé s'étendant autour d'un rotor, entre le canal et le rotor Le dispositif de guidage d'écoulement possède une couronne annulaire d'aubes conductrices, dont les paramètres de grille sont constants sur sa périphérie Le déplacement axial du dispositif de guidage d'écoulement s'effectue par l'intermédiaire d'un mécanisme de réglage According to the Belgian patent 501 076, there is known an adjustable axially displaceable flow guiding device of the type indicated above which is arranged in a radial turbine with several flows comprising a spiral channel extending around a rotor, between the channel and the rotor The flow guiding device has an annular ring of conductive vanes, whose gate parameters are constant on its periphery. The axial displacement of the flow guiding device is effected by means of intermediate of a setting mechanism
actionné par un compresseur.operated by a compressor.
D'autre part, d'après la demande de brevet On the other hand, according to the patent application
allemand P 42 32 400 9-13 on connaît déjà une turbo- German P 42 32 400 9-13 we already know a turbo-
soufflante à gaz d'échappement comportant une roue radiale, exhaust fan comprising a radial wheel,
qui est entourée par un canal de guidage de forme spiralée. which is surrounded by a spiral-shaped guiding channel.
Une partie en forme de douille tubulaire déplaçable axialement et comportant une grille conductrice est disposée entre le canal de guidage et la roue radiale Sous l'effet du déplacement axial de la partie en forme de douille, on peut agir notamment sur la section transversale An axially displaceable tubular bush-shaped portion having a conductive grid is disposed between the guide channel and the radial wheel. The axial displacement of the bush-shaped portion can in particular affect the cross-section.
d'écoulement du canal de guidage de forme spiralée. flow of the spiral-shaped guiding channel.
En outre d'après la demande de brevet allemand mise à l'inspection publique sous le No 1 011 671, on connaît un dispositif réglable de guidage d'écoulement, dans lequel, dans une turbomachine radiale, des gaz sont envoyés à un rotor (turbine radiale) par l'intermédiaire d'une grille directrice réglable La grille directrice réglable est constituée par plusieurs couronnes d'aubes directrices, disposées les unes derrière les autres et possédant des dimensions différentes et/ou des configurations différentes et est déplaçable axialement et est réglable manuellement Les paramètres des grilles des couronnes d'aubes directrices sont constants sur leur pourtour. En ce qui concerne l'arrière-plan technologique général, on se reportera également aux documents DE-OS 26 33 587, DE-OS 28 43 202, brevet allemand 39 08 286, Furthermore, according to German Offenlegungsschrift No. 1,011,671, an adjustable flow guiding device is known in which, in a radial turbomachine, gases are fed to a rotor ( radial turbine) via an adjustable guide gate The adjustable guide gate consists of a plurality of guide vane crowns arranged one behind the other and having different dimensions and / or different configurations and is axially displaceable and is manually adjustable The parameters of the grids of the guide vane crowns are constant around their circumference. With regard to the general technological background, reference is also made to DE-OS 26 33 587, DE-OS 28 43 202, German Patent 39 08 286,
brevet allemand 39 23 370 et brevet US 4 492 520. German Patent 39 23 370 and US Patent 4,492,520.
Dans le dispositif de guidage d'écoulement du type indiqué connu, qui est réglable axialement, dans le cas de turbomachine à plusieurs flux, dont les spirales débouchent, d'une manière décalée angulairement, au niveau de la grille directrice, seule est possible une déviation identique de l'écoulement en direction du rotor pour tous In the flow guide device of the known type known, which is axially adjustable, in the case of multi-flow turbomachines, the spirals of which open out in an angularly offset manner at the level of the guide gate, only a identical deviation of the flow towards the rotor for all
les flux.flows.
Ceci est un inconvénient surtout en raison du fait que la possibilité de réglage de turbomachines à plusieurs flux à l'aide des dispositifs connus de guidage This is a disadvantage especially because of the fact that the possibility of adjusting multi-flow turbomachines using known guiding devices
d'écoulement est relativement fortement limitée. flow is relatively strongly limited.
Un autre inconvénient des dispositifs connus de guidage d'écoulement apparaît lors du transfert de l'écoulement entre la partie en forme de languettes du canal de guidage de forme spiralée et l'aube directrice associée L'angle de la pointe de la languette est habituellement adapté à l'angle d'écoulement, qui est déterminé par les canaux d'écoulement du canal de forme spiralée et la buse de sortie du canal de forme spiralée, le canal de forme spiralée étant équipé d'une buse de sortie de telle sorte que le débit massique pour chaque angle circonférentiel est évacué en étant aussi constant que possible, sur la plus grande partie possible de la périphérie Mais étant donné que la languette doit posséder une épaisseur finie pour des questions techniques de fabrication, en raison de l'écoulement de traînée de la languette, il apparaît une zone de perturbations parfois importante pour l'écoulement, ce qui a pour effet qu'un écoulement irrégulier arrive au niveau de l'aube directrice située en aval et que de ce fait le rendement de la Another disadvantage of known flow guiding devices occurs when transferring the flow between the tongue-shaped portion of the spiral-shaped guide channel and the associated guide vane. The angle of the tip of the tongue is usually adapted to the angle of flow, which is determined by the spiral-shaped channel flow channels and the spiral-shaped channel outlet nozzle, the spiral-shaped channel being equipped with an outlet nozzle of such a shape as that the mass flow rate for each circumferential angle is discharged as constant as possible over as much of the periphery as possible, but since the tongue must have a finite thickness for technical manufacturing reasons, due to the flow trailing of the tongue, it appears a zone of disturbances sometimes important for the flow, which has the effect that an irregular flow arrives at the n downstream direction and therefore the performance of the
turbomachine s'en trouve affecté de façon nuisible. turbomachine is adversely affected.
L'invention a pour but de développer un dispositif de guidage d'écoulement du type indiqué, de manière que pour des turbomachines à plusieurs flux, on obtienne un dispositif de guidage d'écoulement aussi simple que possible et simultanément d'une utilisation très variable par rapport aux solutions connues jusqu'alors, tout en évitant les inconvénients indiqués de l'état de la technique. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que l'insert est divisé en secteurs annulaires, avec des secteurs de la grille directrice agencés différemment de sorte que différentes grilles directrices peuvent être chargées simultanément par l'écoulement circulant dans les canaux de guidage de forme spiralée. Un avantage de la réalisation conforme à l'invention du dispositif de guidage d'écoulement réside dans le fait qu'en raison de la présence des secteurs annulaires avec des grilles directrices agencées différemment, l'écoulement de flux différents peut être dirigé, simultanément avec un tourbillonnement différent et un débit volumique différent, en direction du rotor, ce qui permet d'obtenir une meilleure capacité de réglage de la turbomachine. On obtient un effet particulièrement avantageux de la forme de réalisation selon l'invention du dispositif de guidage d'écoulement grâce à l'utilisation du comportement dynamique ou de refoulement différent dans les différents flux en aval des grilles directrices agencées de The object of the invention is to develop a flow guiding device of the type indicated, so that for multi-flow turbomachines, a flow guiding device is obtained that is as simple as possible and simultaneously with a very variable use. compared to previously known solutions, while avoiding the disadvantages indicated in the state of the art. This problem is solved in accordance with the invention by virtue of the fact that the insert is divided into annular sectors, with sectors of the directing gate arranged differently so that different guide grids can be simultaneously loaded by the flow flowing in the channels. guiding spiral shape. An advantage of the embodiment according to the invention of the flow guiding device lies in the fact that due to the presence of the annular sectors with differently arranged guide grids, the flow of different flows can be directed simultaneously with a different swirling and a different volume flow, in the direction of the rotor, which allows to obtain a better capacity of adjustment of the turbomachine. A particularly advantageous effect of the embodiment according to the invention of the flow guiding device is obtained by using the different dynamic or discharge behavior in the different flows downstream of the arranged control gates of
différentes manières.different ways.
Ainsi par exemple, dans une turbomachine à trois flux, dans laquelle les embouchures des conduits de forme spiralée sont décalées angulairement au niveau du dispositif de guidage d'écoulement, on peut obtenir, dans un premier flux, avec une grille directrice possédant une section transversale de passage relativement étroite, une pression dynamique élevée, qui est utilisable de façon For example, in a three-stage turbomachine, in which the mouths of the spiral-shaped ducts are angularly offset at the level of the flow guiding device, it is possible to obtain, in a first flow, a directional grid having a cross-section relatively narrow passage, high dynamic pressure, which can be used
avantageuse pour un renvoi des gaz d'échappement. advantageous for a return of the exhaust gas.
Simultanément, par exemple pour le fonctionnement sous charge partielle, dans un second flux une grille directrice possédant une section transversale importante de passage peut envoyer le courant des gaz d'échappement, d'une manière relativement peu étranglée, à la turbine La grille directrice pour le troisième flux est réglée par exemple Simultaneously, for example for operation under partial load, in a second flow a directional grid having a large cross sectional passage can send the exhaust gas stream, in a relatively little constricted way, to the turbine The guide grid for the third stream is set for example
sur un point de fonctionnement déterminé de la turbine. on a specific operating point of the turbine.
Grâce au dispositif de guidage d'écoulement conforme à l'invention, on peut obtenir de façon très simple une combinaison partielle ou complète d'un dispositif turbomoteur compound, un renvoi des gaz d'échappement et une charge de suralimentation à registre conformément aux exemples de réalisation expliqués plus Thanks to the flow guiding device according to the invention, it is possible to very simply obtain a partial or complete combination of a compound turbine engine device, an exhaust gas return and a register booster charge according to the examples of achievement explained more
loin de façon plus détaillée.far in more detail.
Selon une variante de réalisation, le nombre des secteurs annulaires est égal au nombre des canaux de guidage de forme spiralée, qui débouchent dans la périphérie de l'insert, c'est-à-dire qu'à chaque canal de guidage de forme spiralée est associé un secteur annulaire, et, selon une variante de réalisation de l'invention, les secteurs annulaires comportent des grilles directrices disposées axialement les unes derrière les autres et possédant des paramètres différents de profil et de grille, et en outre, selon une autre variante de réalisation, les secteurs annulaires possèdent des aubes directrices de forme gauche et, selon une autre variante de réalisation, les secteurs annulaires possèdent des aubes à crochets On obtient une répartition judicieuse des grilles directrices agencées de différentes manières sur un secteur annulaire lorsque, en raison du décalage axial des secteurs annulaires, respectivement une autre grille directrice possédant soit des paramètres identiques est insérée entre le canal de guidage de forme spiralée et le rotor On obtient de ce fait, avantageusement, une gamme très étendue According to an alternative embodiment, the number of annular sectors is equal to the number of spiral-shaped guide channels, which open into the periphery of the insert, that is to say that each spiral-shaped guide channel is associated an annular sector, and, according to an alternative embodiment of the invention, the annular sectors comprise guide grids arranged axially behind each other and having different profile and gate parameters, and further, according to another variant embodiment, the annular sectors have guide vanes of left shape and, according to another variant embodiment, the annular sectors have hook vanes. A judicious distribution of the guide gates arranged in different ways on an annular sector is obtained when, in because of the axial shift of the annular sectors, respectively another director grid having either parameters very identical is inserted between the spiral-shaped guiding channel and the rotor. Advantageously, this results in a very wide range.
de régulation pour la turbomachine. regulator for the turbomachine.
Selon une autre variante de réalisation, différentes aubes directrices sélectionnées de l'insert annulaire et des parties en forme de languettes des canaux de guidage de forme spiralée, qui débouchent au niveau de l'insert, sont adaptées entre elles de telle sorte qu'il apparaît respectivement une transition continue, favorisant l'écoulement, entre les parties en forme de languettes et les aubes directrices sélectionnées, c'est-à-dire que la transition entre le sommet de l'aube et la partie en forme de languette du canal de guidage de forme spiralée est agencée d'une manière optimale du point de vue de la technique de l'écoulement La languette débouche tangentiellement au niveau de l'aube directrice suivante, auquel cas il faut respecter une certaine fente minimale entre la pointe de la languette et l'aube directrice, pour According to another variant embodiment, various selected guide vanes of the annular insert and tongue-like portions of the spiral-shaped guide channels, which open at the level of the insert, are fitted together so that a flow-promoting, continuous transition between the tongue-shaped portions and the selected guide vanes respectively, that is, the transition between the apex of the blade and the channel-shaped portion of the channel, appears respectively. The tongue emerges tangentially at the level of the next guide vane, in which case it is necessary to respect a certain minimum gap between the tip of the tongue and the dawn director, for
faciliter le passage de l'insert déplaçable axialement. facilitate the passage of the axially movable insert.
L'agencement évite un écoulement de traînée de la languette, étant donné que l'aube directrice forme le prolongement continu de la languette On peut également imaginer que l'aube directrice située en aval de la languette diffère du reste des aubes directrices de la The arrangement avoids drag flow of the tongue, since the guide vane forms the continuous extension of the tongue. It is also conceivable that the guide vane located downstream of the tongue differs from the rest of the guide vanes of the tongue.
grille directrice, notamment au niveau du sommet de l'aube. guiding grid, especially at the summit of dawn.
Selon une autre variante de réalisation, les secteurs annulaires comportent des éléments de douilles, au moyen desquels les canaux de guidage de forme spiralée peuvent être fermés jusqu'à ne laisser circuler que des According to another variant embodiment, the annular sectors comprise sleeve elements, by means of which the spiral-shaped guide channels can be closed until only circulators
écoulements en forme de lames.flows in the form of blades.
Selon une autre variante de réalisation, une section transversale de fente de freinage pour un frein According to another variant embodiment, a cross section of a brake slot for a brake
moteur peut être formée par l'insert annulaire. motor can be formed by the annular insert.
Selon une autre variante de réalisation, les According to another variant embodiment, the
secteurs annulaires possèdent des aubes à crochets. annular sectors have hook blades.
Selon une autre variante de réalisation, les secteurs annulaires sont réglables en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne. Grâce aux dispositions indiquées en dernier lieu on obtient par exemple une configuration variable de la section transversale de fente de freinage pour un frein moteur, grâce à la section transversale respective d'arrivée de l'écoulement dans le dispositif de guidage d'écoulement. Dans l'une des formes de réalisation indiquées précédemment, dans laquelle une section transversale de fente de freinage pour un frein moteur peut être formée par l'insert annulaire, précisément encore la section transversale (section transversale en forme de fente de freinage), qui est nécessaire pour le fonctionnement de frein du moteur, reste dans une position d'extrémité Par conséquent, aucun dispositif séparé de freinage moteur According to another embodiment, the annular sectors are adjustable according to operating parameters of the internal combustion engine. By means of the last-mentioned arrangements, for example, a variable configuration of the braking slot cross-section for a motor brake is obtained by virtue of the respective cross-section of the flow inlet in the flow guiding device. In one of the previously mentioned embodiments, in which a braking slot cross-section for a motor brake can be formed by the annular insert, specifically the cross-section (braking slot-shaped cross-section), which is necessary for motor brake operation, remains in an end position Therefore, no separate engine braking device
n'est nécessaire.is not necessary.
On obtient une possibilité particulièrement avantageuse de réalisation d'un frein moteur dans le cas d'un turbomoteur compound, en utilisant dans la turbine compound de ce moteur une grille directrice possédant des aubes à crochets Le courant des gaz d'échappement est dirigé par la grille directrice formée d'aubes à crochets, en direction des aubes directrices de la turbine compound de sorte qu'un moment de retardement est appliqué au rotor de la turbine compound, par rapport au moment utile du A particularly advantageous possibility of producing an engine brake in the case of a compound turbine engine is obtained by using in the compound turbine of this engine a control gate having hook blades. The exhaust gas stream is directed by the guide grid formed by hook blades, in the direction of the guide vanes of the compound turbine so that a delay time is applied to the rotor of the compound turbine, compared to the useful moment of the
turbomoteur compound.turbine engine compound.
Selon une autre variante de réalisation de l'invention, l'insert annulaire est divisé axialement en secteurs annulaires par des surfaces de coupe et que les secteurs annulaires peuvent se déplacer les uns par rapport aux autres dans la direction de l'axe longitudinal du rotor, ce qui accroît fortement la souplesse d'utilisation du dispositif de guidage d'écoulement Ainsi, notamment en liaison avec une autre caractéristique de l'invention dans laquelle les secteurs annulaires sont réglables en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne, également seul un flux peut être réglé à volonté, tout en maintenant constante la position des grilles According to another embodiment of the invention, the annular insert is divided axially into annular sectors by cutting surfaces and that the annular sectors can move relative to each other in the direction of the longitudinal axis of the rotor , which greatly increases the flexibility of use of the flow guiding device Thus, particularly in connection with another feature of the invention wherein the annular sectors are adjustable according to operating parameters of the internal combustion engine, also only one flow can be adjusted at will, while keeping the position of the grids constant
directrices pour les autres flux.guidelines for other flows.
D'autres caractéristiques et avantages de la Other features and benefits of the
présente invention ressortiront de la description donnée present invention will emerge from the description given
ci-après prise à titre d'exemple dans le cas d'un carter à trois et à quatre flux, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente une coupe radiale d'un étage de turbine à quatre flux comportant des canaux de guidage, qui possèdent des embouchures décalées à 180 et sont réalisés sous la forme de deux spirales doubles symétriques et d'une grille directrice conforme à l'invention; la figure 2 représente une coupe méridienne de la figure 2; la figure 3 représente une coupe radiale d'un étage de turbine à trois flux, comportant des canaux de guidage de forme spiralée, qui possèdent des entrées décalées angulairement de 120 e, et une autre grille directrice conforme à l'invention; la figure 4 montre une représentation schématique d'un turbomoteur compound avec renvoi des gaz d'échappement et équipée de deux grilles directrices conformes à l'invention comportant chacune deux secteurs différents; la figure 5 montre une représentation schématique d'un turbomoteur compound avec suralimentation à registre de deux turbosoufflantes à gaz d'échappement montées en amont du moteur à combustion interne et comportant des grilles directrices conformes à l'invention; et la figure 6 représente un turbomoteur compound avec renvoi des gaz d'échappement et suralimentation à registre de deux turbosoufflantes à gaz d'échappement montées en parallèle en amont du moteur à combustion interne et comportant des grilles directrices conformes à l'invention. Hereinafter taken as an example in the case of a three and four-flow case, with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows a radial section of a four-stage turbine stage having guide channels, which have mouths offset to 180 and are in the form of two symmetrical double spirals and a guide grid according to the invention; Figure 2 shows a meridian section of Figure 2; FIG. 3 represents a radial section of a three-stage turbine stage, comprising spiral-shaped guiding channels, which have angularly offset inputs of 120.degree., and another guiding grid according to the invention; FIG. 4 shows a schematic representation of a compound turbine engine with exhaust gas return and equipped with two guide grids in accordance with the invention, each comprising two different sectors; FIG. 5 shows a diagrammatic representation of a compound turbocharger with a supercharger with a register of two exhaust gas turbochargers mounted upstream of the internal combustion engine and comprising guide grids in accordance with the invention; and FIG. 6 shows a compound gas turbine engine with exhaust gas return and register boost of two exhaust gas turbochargers connected in parallel upstream of the internal combustion engine and comprising guide grids in accordance with the invention.
On va expliquer de façon plus détaillée l'appli- We will explain in more detail the application
cation de l'invention dans le cas de l'exemple de turbine à gaz d'échappement et compound à deux flux, dans quelques combinaisons d'agencement d'un turbomoteur compound, d'une suralimentation à registre et d'un renvoi des gaz d'échappement. Les figures 1 et 2 représentent une coupe radiale et une coupe méridienne d'un étage de turbine à quatre flux comportant un carter 1, qui possède des canaux de guidage 2, 3, 4 et 5 possédant des embouchures décalées de 80 e et se présentant sous la forme de deux spirales doubles symétriques. Dans le carter 1 est disposé un rotor 6, qui est monté sur un arbre 7 et forme, avec une grille directrice 8, un étage de turbine d'une turbomachine non représentée de façon détaillée et entraînée par les gaz d'échappement A cation of the invention in the case of the example of exhaust gas turbine and compound with two flows, in some combinations of arrangement of a compound turbine engine, a register supercharger and a return of the gases exhaust. Figures 1 and 2 show a radial section and a meridian section of a four-stage turbine stage comprising a casing 1, which has guide channels 2, 3, 4 and 5 with mouths offset by 80 e and presenting itself in the form of two symmetrical double spirals. In the housing 1 is disposed a rotor 6, which is mounted on a shaft 7 and forms, with a guide gate 8, a turbine stage of a turbomachine not shown in detail and driven by the exhaust gas A
d'un moteur à combustion interne.an internal combustion engine.
L'arbre 7 est supporté dans un carter de palier 9 représenté seulement de façon partielle et comportant des paliers 10 également représentés seulement de façon partielle Le carter 1 de l'étage de turbine est raccordé The shaft 7 is supported in a bearing housing 9 shown only partially and having bearings 10 also shown only partially. The casing 1 of the turbine stage is connected.
par bride au boîtier de palier 9 à l'aide de vis 11 et 12. by flange to bearing housing 9 with screws 11 and 12.
Entre le carter 1 et le rotor 6 est disposé le dispositif 14 de guidage d'écoulement, qui est déplaçable axialement suivant l'axe longitudinal 13 du rotor et qui comprend une douille de réglage annulaire 15, qui est constituée par deux éléments de douilles tubulaires 16 et Between the casing 1 and the rotor 6 is arranged the flow guiding device 14, which is axially displaceable along the longitudinal axis 13 of the rotor and which comprises an annular adjustment sleeve 15, which is constituted by two tubular sleeve elements. 16 and
17 et un insert annulaire 18.17 and an annular insert 18.
L'insert 18 possède, conformément à l'invention, quatre secteurs agencés différemment 19, 20, 21 et 22 d'une grille directrice, les deux secteurs 19, 21 et 20, 22, qui sont respectivement axialement voisins et séparés l'un de l'autre par une barrette radiale 23, forment deux secteurs annulaires 24 et 25, auquel cas, dans la représentation indiquée, les flux 2 et 3 débouchent dans le secteur annulaire 24 et les flux 4 et 5 débouchent dans le secteur The insert 18 has, in accordance with the invention, four differently arranged sectors 19, 20, 21 and 22 of a guide grid, the two sectors 19, 21 and 20, 22, which are respectively axially adjacent and separated respectively. on the other hand by a radial bar 23, form two annular sectors 24 and 25, in which case, in the indicated representation, the flows 2 and 3 open into the annular sector 24 and the flows 4 and 5 open into the sector
annulaire 25 de l'insert 18.annular 25 of the insert 18.
Sur la figure 1 on a représenté les secteurs 19 et 20, qui sont étagés différemment, de la grille directrice, avec des éléments 26 et 27 de guidage de l'écoulement Les secteurs 21 et 22 de la grille directrice, qui sont représentés uniquement sur la coupe médiane de la figure 2, sont agencés d'une manière analogue aux secteurs 19 et 20 de la grille directrice, mais par FIG. 1 shows the sectors 19 and 20, which are staggered differently, of the guide grid, with elements 26 and 27 for guiding the flow. The sectors 21 and 22 of the control gate, which are represented only on the median section of FIG. 2, are arranged in a similar manner to the sectors 19 and 20 of the guide grid, but by
exemple avec des aubes possédant des angles variables. example with blades with varying angles.
La figure 1 représente les deux parties en forme de languettes 28 et 29 des canaux de guidage de forme spiralée 3 et 5, la partie en forme de languette 28 se FIG. 1 shows the two tongue-like portions 28 and 29 of spiral-shaped guide channels 3 and 5, the tongue-like portion 28 being
terminant d'une manière continue et en favorisant l'écoule- ending in a continuous way and favoring the flow of
ment au niveau d'une aube directrice sélectionnée 30 et de façon analogue, la partie en forme de languette 29 se terminant au niveau d'une aube directrice sélectionnée 31 at a selected guide vane 30 and similarly, the tongue portion 29 terminating at a selected guide vane 31
de l'insert 18.insert 18.
Dans un autre exemple de réalisation, on a représenté sur la figure 3 une coupe radiale d'un étage de turbine à trois flux comportant un carter 32, qui possède trois entrées, décalées angulairement de 1200, de canaux de guidage de forme spiralée 33, 34 et 35 et qui débouchent dans une aube directrice 36 conforme à l'invention comportant trois secteurs 37, 38 et 39, qui forment simultanément trois secteurs annulaires 40, 41 et 42 D'une manière analogue à la figure 1, on peut voir que le secteur de la grille directrice associé à chaque secteur annulaire (par exemple le secteur 37 de la grille directrice associé au secteur annulaire 40) possède un échelonnement différent In another exemplary embodiment, there is shown in FIG. 3 a radial section of a three-stage turbine stage comprising a casing 32, which has three inputs, angularly offset by 1200, of spiral-shaped guiding channels 33. 34 and 35 and which open into a guide vane 36 according to the invention comprising three sectors 37, 38 and 39, which simultaneously form three annular sectors 40, 41 and 42. In a manner similar to FIG. 1, it can be seen that the master grid sector associated with each annular sector (for example sector 37 of the master chart associated with annular sector 40) has a different staggering
dans la grille.in the grid.
De façon analogue à la figure 1, ici également les parties en forme de languettes 43, 44 et 45 se terminent continûment et en favorisant l'écoulement au niveau d'aubes directrices sélectionnées 46, 47 et 48 de la grille directrice 36, qui sont adaptées, au niveau de leurs sommets, à la partie en forme de languette qui est In a similar manner to FIG. 1, here also the tab-shaped portions 43, 44 and 45 terminate continuously and by promoting flow at selected guide vanes 46, 47 and 48 of the guide grid 36, which are adapted, at their vertices, to the tongue-shaped portion which is
respectivement associée.respectively associated.
La figure 4 représente l'utilisation avantageuse Figure 4 shows the advantageous use
de deux grilles directrices 49 et 50 conformes à l'inven- two guide grids 49 and 50 in accordance with the invention.
tion et comportant deux secteurs 64 et 65, dans un turbo- tion and comprising two sectors 64 and 65, in a turbo-
moteur compound à envoi des gaz d'échappement, représenté schématiquement. Un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres 51, non représenté de façon détaillée, est relié par l'intermédiaire de tuyaux d'échappement 52 et 53 ainsi compound exhaust gas engine, shown schematically. A multi-cylinder internal combustion engine 51, not shown in detail, is connected via exhaust pipes 52 and 53 and
que d'une conduite d'air d'alimentation 54, à un turbochar- from a supply air pipe 54 to a turbocharger
geur à gaz d'échappement 55 Les tuyaux d'échappement 52 et 53 représentent des canaux de sortie de cylindres de il travail du moteur à combustion interne 51 rassemblés en groupes de taille variable La taille variable des groupes lors de la réunion des différents conduits d'échappement des cylindres de travail peut être obtenue par exemple au moyen d'un volet de commande non représenté. Le turbochargeur à gaz d'échappement 55 comprend, parmi ses composants essentiels, un compresseur 56, qui est relié par l'intermédiaire d'un arbre 57 à une turbine à EXHAUST PIPES 55 The exhaust pipes 52 and 53 represent cylinder output channels of the engine of the internal combustion engine 51 grouped into groups of variable size. The variable size of the groups during the assembly of the different fuel pipes. Exhaust work rolls can be obtained for example by means of a control valve not shown. The exhaust gas turbocharger 55 comprises, among its essential components, a compressor 56, which is connected via a shaft 57 to a turbine.
deux flux 58.two streams 58.
Une canalisation 60 relie la tubulure 59 de la turbine 58 à une autre turbine compound 61 également à deux flux, dont l'arbre 62 est accouplé mécanique, de façon connue en soi, au moteur à combustion interne 51, par l'intermédiaire d'une transmission démultiplicatrice 63 représentée schématiquement Les gaz d'échappement A sont envoyés, par l'intermédiaire de la tubulure de sortie de la turbine compound 61, dans le système d'échappement non A pipe 60 connects the nozzle 59 of the turbine 58 to another compound turbine 61 also with two flows, the shaft 62 is mechanically coupled, in a manner known per se, to the internal combustion engine 51, via a reduction transmission 63 shown schematically The exhaust gas A is sent, via the outlet pipe of the compound turbine 61, into the exhaust system
représenté du turbomoteur compound. represented by the compound turbine engine.
Le moteur à combustion interne 51 et le turbochargeur à gaz d'échappement 55 forment, conjointement avec la turbine compound 61 et l'accouplement mécanique entre la turbine compound 61 et le moteur à combustion The internal combustion engine 51 and the exhaust gas turbocharger 55 form, together with the compound turbine 61 and the mechanical coupling between the compound turbine 61 and the combustion engine
interne 51, un turbomoteur compound. internal 51, a compound turbine engine.
Entre le carter et le canal de forme spiralée à Between the casing and the spiral-shaped channel at
deux flux des deux turbines 58 et 61, on a représenté sché- two flows of the two turbines 58 and 61, it has been shown that
matiquement respectivement l'une des grilles directrices 49, 50 conformes à l'invention, comportant deux secteurs 64 respectively one of the guide grids 49, 50 according to the invention, comprising two sectors 64
et 65 Une coupe radiale possible de cette grille direc- and 65 A possible radial section of this grid
trice est également représentée sur la figure 1. trice is also shown in Figure 1.
Le tuyau des gaz d'échappement 52 relie le côté sortie 66 du moteur à combustion interne 51 à la tubulure The exhaust pipe 52 connects the outlet side 66 of the internal combustion engine 51 to the manifold
d'admission 67 du premier flux de la turbine 58. intake 67 of the first flow of the turbine 58.
Une première partie 68 du tuyau d'échappement 53 aboutit à un réservoir de compensation 69, à partir duquel une seconde partie 66 du tuyau d'échappement 53 aboutit à une tubulure d'admission 71 du second flux de la turbine 58. L'air de suralimentation L est aspiré et comprimé par le compresseur 56 et est entraîné depuis une tubulure de sortie 72 du compresseur 56, dans une première partie 73 de la canalisation d'air de suralimentation 54, jusqu'à un refroidisseur d'air de suralimentation 74 Ce dernier est raccordé, par une seconde partie 75 de la canalisation d'air d'échappement 54 au côté admission 76 du moteur à A first portion 68 of the exhaust pipe 53 terminates in a compensation tank 69, from which a second portion 66 of the exhaust pipe 53 leads to an intake manifold 71 of the second flow of the turbine 58. The air The supercharger L is sucked and compressed by the compressor 56 and is driven from an outlet manifold 72 of the compressor 56, in a first portion 73 of the boost air line 54, to a charge air cooler 74. The latter is connected by a second part 75 of the exhaust air duct 54 to the intake side 76 of the combustion engine.
combustion interne 51.internal combustion 51.
Une canalisation 77 de renvoi des gaz d'échappe- A pipe 77 for returning exhaust gases
ment relie le réservoir de compensation 69 à la seconde partie 75 de la canalisation d'air de suralimentation 54 entre le refroidisseur d'air de suralimentation 74 et le the compensating reservoir 69 to the second portion 75 of the charge air pipe 54 between the charge air cooler 74 and the
côté admission 76 du moteur à combustion interne 51. intake side 76 of the internal combustion engine 51.
Dans la canalisation 77 de renvoi des gaz d'échappement est disposée une soupape de blocage 78, grâce à laquelle le débit de renvoi des gaz d'échappement est réglable, au moyen d'un régulateur 79, en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 51. En raison de la présence de la grille directrice, largement échelonnée, du secteur 64 dans le premier flux de la turbine 58, une quantité relativement importante des gaz d'échappement est envoyée à la turbine compound à deux flux 61 montée en aval, dont l'écoulement d'alimentation est réglé, comme représenté sur le dessin, par l'intermédiaire de la grille directrice 50 à deux flux, conforme à l'invention En fonction du comportement de fonctionnement désiré du turbomoteur compound, la turbine compound 61 délivre, en fonction de la grille directrice disposée en amont du rotor de la turbine, un moment d'entraînement correspondant ou, par exemple dans le cas de l'utilisation d'une grille d'aube directrice à crochet, un moment de In the exhaust gas return line 77 is arranged a blocking valve 78, by means of which the exhaust gas return flow rate is adjustable, by means of a regulator 79, according to the operating parameters of the engine. Due to the presence of the largely scaled guide grid of the sector 64 in the first flow of the turbine 58, a relatively large amount of the exhaust gas is sent to the twin-flow compound turbine 61 mounted downstream, the flow of supply is adjusted, as shown in the drawing, through the guide gate 50 with two flows, according to the invention Depending on the desired operating behavior of the compound turbine engine, the turbine compound 61 delivers, depending on the guide grid disposed upstream of the rotor of the turbine, a corresponding driving moment or, for example in the case of the use of a grid dawn director hook, a moment of
freinage du moteur.engine braking.
Simultanément, la grille directrice, à échelonnement relativement dense, du secteur 65 dans le second flux de la turbine 58 peut produire une pression dynamique relativement intense dans le tuyau d'échappement 53 équipé du réservoir de compensation 69 Pour permettre un renvoi simple des gaz d'échappement, il faut que la pression des gaz d'échappement A dans le réservoir de compensation 69 soit supérieure à la pression de l'air de suralimentation L située dans la seconde partie 75 de la canalisation d'air de suralimentation 54 La régulation quantitative des gaz d'échappement renvoyés A s'effectue au At the same time, the relatively dense steerable grid of the sector 65 in the second flow of the turbine 58 can produce a relatively high dynamic pressure in the exhaust pipe 53 equipped with the compensation tank 69. exhaust, the exhaust pressure A in the compensation tank 69 must be greater than the boost air pressure L located in the second portion 75 of the charge air pipe 54 Quantitative control exhaust gases returned A is carried out at
moyen d'un régulateur 79, de la manière décrite plus haut. means of a regulator 79, as described above.
Sur la figure 5, on a représenté la grille directrice conforme à l'invention pour une turbine compound, avec une représentation schématique d'un turbomoteur compound avec suralimentation à registre de deux turbochargeurs à gaz d'échappement 81 et 82 montés en parallèle en amont du moteur à combustion interne 51 Les mêmes chiffres de référence caractérisent des composants FIG. 5 shows the guide grid according to the invention for a compound turbine, with a diagrammatic representation of a compound turbine engine with a register boost of two exhaust gas turbochargers 81 and 82 connected in parallel upstream. of the internal combustion engine 51 The same reference numerals characterize components
correspondants de la figure 4.corresponding figures in Figure 4.
Les deux tubulures de sortie 72 des deux compresseurs 56 des turbochargeurs à gaz d'échappement 81 et 82 sont reliées à une canalisation 83 Dans la partie 84 de la canalisation 83, qui arrive du compresseur 56 du turbochargeur à gaz d'échappement 81 est disposée une soupape antiretour 85 Entre la soupape antiretour 85 et la tubulure de sortie 72 du compresseur 56 de la turbine du gaz d'échappement 82, la canalisation d'air de suralimentation 54 s'étend en dérivation à partir de la canalisation 83 en direction du côté admission 76 du moteur The two outlet pipes 72 of the two compressors 56 of the exhaust gas turbochargers 81 and 82 are connected to a pipe 83 In the portion 84 of the pipe 83, which arrives from the compressor 56 of the exhaust gas turbocharger 81 is arranged A check valve 85 Between the check valve 85 and the outlet manifold 72 of the compressor 56 of the exhaust gas turbine 82, the charge air pipe 54 extends in a bypass from the line 83 towards the engine intake side 76
à combustion interne 51.internal combustion 51.
Une canalisation 86 relie les deux tubulures de sortie 71 des deux turbines 58 des turbochargeurs à gaz d'échappement 81 et 82, le tuyau d'échappement 52 reliant la canalisation 86 au côté sortie 66 du moteur à combustion A pipe 86 connects the two outlet pipes 71 of the two turbines 58 of the exhaust gas turbochargers 81 and 82, the exhaust pipe 52 connecting the pipe 86 to the outlet side 66 of the combustion engine
interne 51.internal 51.
Une première canalisation de liaison 87 représente une liaison d'écoulement entre la tubulure de A first connecting pipe 87 represents a flow connection between the tubing of
sortie 59 de la turbine 58 du turbochargeur à gaz d'échap- output 59 of the turbine 58 of the exhaust gas turbocharger
pement 81 et la tubulure d'admission 88 du premier flux de la turbine compound à deux flux 61 Une seconde canalisation de liaison 89 relie la tubulure de sortie 59 de la turbine 58 du turbochargeur à gaz d'échappement 82 à une tubulure d'admission 90 du second flux de la turbine 81 A second connecting pipe 89 connects the outlet pipe 59 of the turbine 58 of the exhaust gas turbocharger 82 to an intake manifold 61 and the inlet manifold 88 of the first flow of the dual-flow compound turbine 61. 90 of the second flow of the turbine
compound 61.compound 61.
Dans la représentation fournie de la grille directrice 50 conforme à l'invention, dans un secteur annulaire 91 (comme pour la référence 24, voir figure 1), est disposé un secteur de douille 93, qui bloque complètement le premier flux de la turbine compound 61, hormis des écoulements en forme de lames Le secteur en forme de douille 93 remplace par conséquent ici par exemple le secteur 19 de la grille directrice de la figure 1 Sous l'effet de ce blocage, par exemple dans la gamme de charges partielles, le courant total des gaz d'échappement A traversant la turbine 58 du turbochargeur à gaz d'échappement 81 est bloqué et est dévié en direction de la turbine 58 du turbochargeur à gaz d'échappement 82 Par conséquent, ce turbochargeur se charge de la délivrance de la totalité de l'air au moteur à combustion interne 51 La soupape antiretour 85 empêche que de l'air de suralimentation ne sorte par le compresseur 56, qui ne In the provided representation of the guide grid 50 according to the invention, in an annular sector 91 (as for reference 24, see Figure 1), is disposed a socket sector 93, which completely blocks the first flow of the compound turbine 61, apart from blade-shaped flows The socket-shaped sector 93 therefore replaces, for example, the sector 19 of the guide grid of FIG. 1. Under the effect of this blocking, for example in the range of partial loads, the total exhaust gas stream passing through the turbine 58 of the exhaust gas turbocharger 81 is blocked and is deflected towards the turbine 58 of the exhaust gas turbocharger 82 Therefore, this turbocharger is responsible for the delivery The check valve 85 prevents supercharging air from exiting the compressor 56, which
réalise aucun entraînement, du turbochargeur à gaz d'échap- performs no training, from the exhaust gas turbocharger
pement 81 Une grille conductrice, relativement largement échelonnée, d'un secteur 94 est située dans le second secteur annulaire 92 (qui est analogue à la référence 25, voir figure 1), ce qui permet une charge de la turbine compound 61 avec les gaz d'échappement A qui arrivent de la turbine 58 du turbochargeur à gaz d'échappement 82 en passant par la seconde canalisation de liaison 89, de sorte que le moment d'entraînement apparaissant de la turbine compound 61 contribue par l'intermédiaire de la transmission démultiplicatrice 63, à former le moment A relatively large, conductive grid of a sector 94 is located in the second annular sector 92 (which is analogous to the reference 25, see FIG. 1), which allows the compound turbine 61 to be charged with the gases. A exhaust that arrives from the turbine 58 of the exhaust gas turbocharger 82 through the second connecting pipe 89, so that the driving moment appearing from the turbine compound 61 contributes through the transmission multiplier 63, to form the moment
d'entraînement total du turbomoteur compound. total drive of the compound turbine engine.
La figure 6 représente la grille directrice conforme à l'invention avec une représentation schématique d'un turbomoteur compound avec renvoi des gaz d'échappement et suralimentation à registre de deux turbochargeurs à gaz d'échappement 81 et 82 montés en parallèle en amont du moteur à combustion interne La figure 6 représente un circuit formé par la combinaison des circuits représentés sur les figures 4 et 5 et, sur les fiqures 4 et 5 donnée précédemment, le fonctionnement de l'ensemble représenté de ces circuits combinés est évident, étant donné qu'on a désigné pour les mêmes composants, les mêmes chiffres de référence que sur les figures 4 et 5 A cela s'ajoute sur ce dessin, comme autre caractéristique, uniquement la canalisation 96, qui part en dérivation, en un emplacement 95, de la seconde partie 70 du tuyau d'échappement 53 et qui relie respectivement un flux de la FIG. 6 represents the guide grid according to the invention with a schematic representation of a compound turbine engine with exhaust gas return and register boost of two exhaust gas turbochargers 81 and 82 connected in parallel upstream of the engine. FIG. 6 shows a circuit formed by the combination of the circuits shown in FIGS. 4 and 5 and, in FIGS. 4 and 5 given above, the operation of the illustrated assembly of these combined circuits is obvious, since the same reference numerals have been designated for the same components as in FIGS. 4 and 5. To this is added in this drawing, as another characteristic, only the pipe 96, which shunts, at a location 95, from the second portion 70 of the exhaust pipe 53 and which respectively connects a flow of the
turbine à gaz 58 des deux turbochargeurs à gaz d'échappe- gas turbine 58 of the two exhaust gas turbochargers
ment 81 et 82 De ce fait, on obtient un accroissement supplémentaire de la souplesse de régulation du courant 81 and 82 As a result, an additional increase in the flexibility of current regulation is obtained.
d'alimentation envoyé aux turbochargeurs à gaz d'échappe- supply to exhaust gas turbochargers
ment 81 et 82.81 and 82.
A la place des grilles directricces et des montages, indiqués à titre d'exemple sur les représentations données, on peut naturellement utiliser également d'autres circuits et d'autres assemblages de grilles directrices, en fonction du comportement désiré de Instead of the guideline grids and fixtures, given by way of example on the given representations, it is of course also possible to use other circuits and other assemblies of guide grids, depending on the desired behavior of
commande de l'ensemble du système.control of the entire system.
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