FR2863311A1 - Ensemble de turbine isole de facon interne pour un moteur a turbine a combustion - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à un moteur à turbine à combustion adapté pour fonctionner en réponse à un écoulement de gaz à haute température, le moteur à turbine à combustion comprenant :- un corps extérieur (80) comprenant des parois qui définissent une entrée, une sortie, et une surface intérieure ;- une cartouche d'isolation (90) disposée à l'intérieur du corps extérieur (80) et définissant un espace intérieur (135), la cartouche d'isolation (90) comprenant une paroi et un noyau et fonctionnant pour isoler thermiquement au moins partiellement le corps extérieur (80) par rapport à l'écoulement de gaz à haute température ; et- un rotor de turbine (60) disposé sensiblement à l'intérieur de l'espace intérieur (135) et rotatif en réponse à l'écoulement de gaz à haute température.

Description

ENSEMBLE DE TURBINE ISOLÉ DE FAÇON INTERNE POUR UN

MOTEUR A TURBINE A COMBUSTION

La présente invention concerne un ensemble de turbine pour un moteur à turbine à combustion. Plus particulièrement, la présente invention concerne un ensemble de turbine isolé de façon interne pour un moteur à microturbine.

Les moteurs à microturbine sont des sources relativement petites et efficaces de puissance. Les microturbines peuvent être utilisées pour générer de l'électricité et/ou pour alimenter des équipements auxiliaires tels que des pompes ou des compresseurs. Lorsqu'elles sont utilisées pour générer de l'électricité, les microturbines peuvent être utilisées indépendamment du réseau électrique ou de façon synchrone avec le réseau électrique. En général, les moteurs à microturbine sont limités aux applications nécessitant 2 mégawatts (MW) de puissance ou moins. Cependant, certaines applications de plus de 2 MW peuvent utiliser un moteur à microturbine.

De nombreux moteurs à microturbine utilisent un carter de turbine ayant des parois épaisses fabriqué à partir d'un alliage à haute température (par exemple des alliages à base de nickel, acier inoxydable, Inconel , Hastelloy X , et similaires). Même en utilisant des alliages à haute température, à des températures normales de fonctionnement, la résistance du carter est réduite, nécessitant ainsi une paroi de carter relativement épaisse. Une paroi épaisse permet au carter de contenir le gaz à haute température et 2863311 2 haute pression à l'intérieur du carter.

En raison de l'amplification des conditions de rendement des applications utilisant des moteurs à microturbine, des turbines de plus grandes dimensions sont nécessaires. Les turbines de plus grandes dimensions nécessitent des carters de plus grandes dimensions qui seront exposés à des forces supplémentaires générées par la pression du gaz à l'intérieur du carter. De plus, les carters de plus grandes dimensions exacerbent les problèmes associés à la dilatation thermique, nécessitant ainsi des espaces libres entre les composants, ce qui peut réduire le rendement du moteur. Les carters de plus grandes dimensions élèvent également le coût du moteur en raison du coût des alliages utilisés pour fabriquer le carter.

Un but de la présente invention est de proposer un moteur à turbine à combustion susceptible de résoudre ces problèmes.

Plus précisément, la présente invention se rapporte à un moteur à turbine à combustion adapté pour fonctionner en réponse à un écoulement de gaz à haute température, le moteur à turbine à combustion comprenant: - un corps extérieur comprenant des parois qui définissent une entrée, une sortie, et une surface intérieure, - une cartouche d'isolation disposée à l'intérieur du corps extérieur et définissant un espace intérieur, la cartouche d'isolation comprenant une paroi et un noyau et fonctionnant pour isoler thermiquement au moins partiellement le corps extérieur par rapport à l'écoulement de gaz à haute température, et un rotor de turbine disposé sensiblement à l'intérieur de l'espace intérieur et rotatif en réponse à l'écoulement de gaz à haute température.

Selon des modes de réalisation préférés de la présente invention.

- le corps extérieur comprend des parois ayant une épaisseur moyenne d'au moins un demi-pouce (1,27 cm) ; - le corps extérieur comprend une partie moulée, notamment en fonte ou en acier; - le noyau de la cartouche d'isolation comprend un matériau isolant en céramique; - la paroi de la cartouche d'isolation a une épaisseur moyenne inférieure à environ 0,150 pouce (0,381 cm) ; - la paroi de la cartouche d'isolation comprend un acier allié ; - la paroi de la cartouche d'isolation entoure 2.0 sensiblement le noyau; - le noyau comprend une couche d'isolation qui a une épaisseur d'au moins environ un demi-pouce (1,27 cm) ; La présente invention se rapporte également à un système de moteur à microturbine fonctionnant pour fournir de l'énergie électrique, le système de moteur à microturbine comprenant: - un compresseur fonctionnant pour produire un écoulement d'air comprimé, - un récupérateur en comunication fluide avec le compresseur pour recevoir l'écoulement d'air comprimé, l'écoulement d'air comprimé étant préchauffé à l'intérieur du récupérateur pour produire un écoulement 2863311 4 d'air comprimé préchauffé, - une chambre de combustion recevant l'écoulement d'air comprimé préchauffé et fonctionnant pour produire un écoulement de produits de combustion, l'écoulement de produits de combustion ayant une température qui génère des forces thermiques et une pression qui génère des forces de pression, une turbine entraînée par l'écoulement de produits de combustion, la turbine évacuant l'écoulement de produits de combustion vers le récupérateur pour préchauffer l'écoulement d'air comprimé, - un corps enfermant au moins partiellement la turbine et comprenant une surface intérieure, une cartouche d'isolation positionnée à l'intérieur du corps, la cartouche d'isolation isolant au moins partiellement le corps par rapport à l'écoulement de produits de combustion, de sorte que le corps absorbe une majorité des forces de pression et que la cartouche d'isolation absorbe une majorité des forces thermiques, et - un générateur couplé à la turbine, le générateur étant entraîné par la turbine à une vitesse pour produire de l'énergie électrique.

La présente invention concerne en outre un procédé d'assemblage d'une turbine destinée à être utilisée dans un moteur à turbine à combustion, le procédé comprenant les étapes consistant à : - prévoir un corps comprenant une entrée, une 30 sortie, et une surface intérieure, - former une cartouche d'isolation ayant une paroi 2863311 5 qui définit un espace de noyau, - positionner un matériau isolant à l'intérieur de l'espace de noyau, - insérer la cartouche d'isolation dans le corps 5 de turbine, et supporter un rotor pour la rotation à l'intérieur du corps.

Avantageusement, l'étape consistant à prévoir le corps comprend le fait de mouler au moins une partie du 10 corps à l'aide d'un matériau de fonte.

De préférence, le matériau isolant comprend un matériau en céramique.

D'autres caractéristiques et d'autres aspects de la présente invention vont devenir plus apparents à l'étude de la description détaillée qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1, une vue en perspective d'une partie d'un moteur à microturbine; - la figure 2, une vue en coupe d'une partie du 20 moteur à microturbine de la figure 1; - la figure 3, une vue en perspective d'une cartouche d'isolation de la figure 2, et - la figure 4, une vue en perspective d'une moitié de sortie de la cartouche d'isolation de la figure 3.

Avant que des modes de réalisation de l'invention ne soient expliqués, il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée dans son application aux détails de construction et aux agencements de composants présentés dans la description suivante ou illustrés dans les dessins suivants. L'invention peut comprendre d'autres modes de réalisation et être 2863311 6 pratiquée ou être réalisée de manières diverses. Egalement, il doit être entendu que la phraséologie et la terminologie des présentes sont utilisées dans un but descriptif et ne doivent pas être considérées comme limitatives.

La figure 1 illustre un système de moteur à microturbine 10 qui comprend une section de turbine 15, une section de générateur 20 et un système de commande 25. La section de turbine 15 comprend une turbine radiale 35, un compresseur 45, un récupérateur 50, et une chambre de combustion 55.

Le moteur 10 comprend une turbine à combustion standard fonctionnant selon le cycle de Brayton avec le récupérateur 50 ajouté pour améliorer le rendement du moteur. Le moteur représenté est un moteur à simple corps (un ensemble d'éléments rotatifs). Cependant, des moteurs à corps multiples sont également compris dans l'invention. Le compresseur 45 est un compresseur de type centrifuge ayant un élément rotatif qui tourne en réponse au fonctionnement de la turbine 35. Le compresseur 45 représenté est un compresseur à étage unique. Cependant, des compresseurs à étages multiples peuvent être utilisés lorsqu'un rapport de pression plus élevé est souhaité. En variante, des compresseurs de différentes conceptions (par exemple, des compresseurs axiaux, compresseurs alternatifs, et similaires) peuvent être utilisés pour fournir de l'air comprimé au moteur.

La turbine 35 est une turbine radiale à étage unique ayant un élément rotatif couplé directement à l'élément rotatif du compresseur 45. Dans d'autres 2863311 7 constructions, des turbines à étages multiples ou autres types de turbines peuvent être utilisés. Les éléments rotatifs couplés de la turbine 35 et du compresseur 45 entrent en prise avec une boîte de vitesse 57 ou autre réducteur de vitesses disposée entre la section de turbine 15 et la section de générateur 20. Dans d'autres constructions, les éléments rotatifs couplés entrent en prise avec la section de générateur 20 directement.

Le récupérateur 50 comprend un échangeur de chaleur utilisé pour transférer de la chaleur d'un fluide chaud à l'air comprimé relativement froid quittant le compresseur 45. Un recupérateur approprié 50 est décrit dans le brevet US n 5 983 992 incorporé intégralement dans la présente demande par référence. Le récupérateur 50 comprend une pluralité de cellules d'échange de chaleur empilées les unes sur les autres pour définir des voies de passages entre celles-ci. L'air comprimé froid circule à l'intérieur des cellules individuelles, alors qu'un écoulement de gaz d'échappement chaud passe entre les cellules d'échange de chaleur.

Au cours du fonctionnement du système de moteur à microturbine 10, l'élément rotatif du compresseur 45 tourne en réponse à la rotation de l'élément rotatif de la turbine 35. Le compresseur 45 aspire de l'air atmosphérique et augmente sa pression. L'air à haute pression sort du compresseur d'air 45 et circule jusqu'au récupérateur 50.

L'écoulement d'air comprimé, à présent préchauffé à l'intérieur du récupérateur 50, circule jusqu'à la 2863311 8 chambre de combustion en tant qu'écoulement d'air préchauffé. L'air préchauffé se mélange avec une alimentation en combustible à l'intérieur de la chambre de combustion 55 et est brûlé pour produire un écoulement de produits de combustion. L'utilisation du récupérateur 50 pour préchauffer l'air permet l'utilisation d'une quantité inférieure de combustible pour atteindre la température souhaitée à l'intérieur de l'écoulement de produits de combustion, améliorant ainsi le rendement du moteur.

L'écoulement de produits de combustion entre dans la turbine 35 et transfère l'énergie thermique et cinétique à la turbine 35. Le transfert d'énergie entraîne la rotation de l'élément rotatif de la turbine 35 et une chute de la température des produits de combustion. Le transfert d'énergie permet à la turbine 35 d'entraîner à la fois le compresseur 45 et le générateur 20. Les produits de combustion sortent de la turbine 35 en tant que premier écoulement de gaz d'échappement.

Dans les constructions qui utilisent une seconde turbine, la première turbine 35 entraîne seulement le compresseur, alors que la seconde turbine entraîne le générateur 20 ou tout autre dispositif destiné à être entraîné. La seconde turbine reçoit le premier écoulement d'échappement, tourne en réponse à l'écoulement de gaz d'échappement à travers celle-ci, et évacue un second écoulement d'échappement.

Le premier écoulement d'échappement, ou second écoulement d'échappement dans les moteurs à deux turbines, entre dans les zones d'écoulement entre les 2863311 9 cellules d'échange de chaleur du récupérateur 50 et transfère l'excès d'énergie thermique à l'écoulement d'air comprimé. Le gaz d'échappement sort alors du récupérateur 50 et est évacué vers l'atmosphère, traité, ou utilisé davantage, comme l'on souhaite (par exemple, une cogénération à l'aide d'un second échangeur de chaleur).

La figure 2 illustre la section de turbine 15 comprenant un rotor de turbine 60, des aubes de guidage d'entrée 65, une enveloppe/diffuseur 70, une volute de turbine 75, un carter extérieur 80, et une cartouche d'isolation 90. Le rotor de turbine 60 comprend une pluralité d'aubes qui tournent avec le rotor 60 et sont agencées pour permettre la dilatation efficace de l'écoulement de produits de combustion. L'écoulement de produits de combustion entre dans le rotor de turbine 60 dans une direction sensiblement radiale et sort du rotor de turbine 60 dans une direction sensiblement axiale parallèle à l'axe de rotation A-A du rotor de turbine 60. Les produits de combustion sortent alors de la section de turbine 15 à travers l'enveloppe/diffuseur 70. Dans certaines constructions, un diffuseur supplémentaire est fixé à la section de turbine 15 pour décélérer davantage l'écoulement sortant du rotor de turbine 60.

Les aubes de guidage d'entrée 65 sont positionnées entre la volute de turbine 75 et l'enveloppe/diffuseur 70. Les aubes de guidage d'entrée 65 sont positionnées pour diriger et accélérer l'écoulement de produits de combustion le long d'une direction souhaitée lorsque l'écoulement de produits de 2863311 10 combustion entre dans le rotor de turbine 60.

La volute de turbine 75 est positionnée en tant que carter le plus intérieur de la section de turbine 15 et contient l'écoulement de produits de combustion lorsque l'écoulement entre dans la section de turbine 15. L'écoulement entre dans la volute de turbine 75 à travers une entrée 95 et remplit une chambre annulaire 100 définie par la volute 75. A partir de la chambre annulaire 100, l'écoulement passe à travers les aubes de guidage d'entrée 65 jusqu'au rotor de turbine 60. La paroi la plus intérieure 105 de l'enveloppe/diffuseur de turbine 70 suit le contour extérieur du rotor de turbine 60 et agit pour contenir l'écoulement de produits de combustion à l'intérieur du rotor de turbine 60. La paroi la plus intérieure 105 forme également une partie de, ou est fixée à, l'enveloppe/diffuseur 70 et coopère avec la volute 75 pour entourer complètement la chambre annulaire 100 et définir une paroi de voie de passage extérieure pour l'écoulement passant à travers le rotor de turbine 60 et l'enveloppe/diffuseur 70.

La volute de turbine 75 est généralement formée à partir d'un matériau métallique à paroi mince (par exemple, des alliages à base de nickel, acier inoxydable, Inconel , Hastelloy X , et analogues). La paroi mince de la volute 75 lui permet de se déplacer et fléchir en réponse à des changements de température. De plus, la paroi mince est capable de changer rapidement et uniformément de température en réponse à des changements de température de son environnement, réduisant ainsi la contrainte thermique générale appliquée sur ou accumulée dans la volute de turbine 75.

La cartouche d'isolation 90 est positionnée entre la volute de turbine 75 et le carter extérieur 80 et en tant que telle définit un espace intérieur 135 entre la cartouche d'isolation 90 et la volute de turbine 75 et un espace extérieur 140 entre la cartouche d'isolation 90 et le carter extérieur 80_ La cartouche d'isolation 90 est généralement fabriquée à partir de matériaux métalliques minces (par exemple, d'épaisseur inférieure à environ 0,2 pouce (0,508 cm) et de préférence inférieure à environ 1/8 de pouce soit 0,3175 cm) qui réagissent rapidement et uniformément aux changements de température. Cependant, comme la volute de turbine 75, la cartouche d'isolation 90 est exposée aux gaz à haute température. En tant que tel, un matériau de température élevée approprié (par exemple, des alliages à base de nickel, acier inoxydable, Inconel , Hastelloy X , et analogues) doit être utilisé pour former la cartouche d'isolation 90.

En faisant référence aux figures 3 et 4, la cartouche d'isolation 90 est illustrée comme comprenant une partie extérieure 145, une partie intérieure 150, une entrée 155, une sortie 160, et une ouverture de turbine 165. L'extérieur de cartouche 145 comprend une partie cylindrique 170 qui est centrée sur l'axe de rotation A-A (représenté sur la figure 2) . L'entrée 155 passe à travers la partie cylindrique 170 avec un angle qui est approximativement perpendiculaire à l'axe de rotation A-A pour former une voie de passage jusqu'à l'intérieur de cartouche 150. L'entrée 155 forme 2863311 12 également un espace pour l'entrée de volute 95, qui à son tour reçoit l'écoulement de produits de combustion provenant de la chambre de combustion 55.

L'ouverture de turbine 165 facilite la fixation du rotor de turbine 60 au rotor de compresseur 230. La sortie de cartouche d'isolation 160 forme un espace libre pour l'enveloppe/diffuseur 70 et un soufflet de dilatation 175 qui guident le gaz d'échappement hors de la section de turbine 15.

Pour faciliter l'assemblage et la fabrication du moteur 10 et de la cartouche d'isolation 90, la cartouche d'isolation 90 est divisée en deux moitiés, une moitié de sortie 180 et une moitié de turbine 185. La moitié de sortie 180 comprend l'ouverture de sortie 160 et la moitié de turbine 185 comprend l'ouverture de turbine 165. Les moitiés 180 et 185 sont séparées le long d'un plan qui est sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation A-A et passe à travers le centre de l'ouverture d'entrée 155. Les deux moitiés 180 et 185 comprennent chacune une bride de fixation 190 qui permet leur fixation l'une à l'autre. La fixation peut être réalisée à l'aide de moyens courants quelconques, les boulons ou le soudage étant préférés. Dans certaines constructions, un joint coulissant existe entre les moitiés 180 et 185. Le joint coulissant permet un mouvement relatif entre les deux moitiés 180 et 185 au cours du fonctionnement du moteur.

Comme cela est illustré sur la figure 4, la 30 cartouche d'isolation 90 comprend une paroi intérieure 195, une paroi extérieure 200, et une couche 2863311 13 de matériau isolant 205 disposée entre la paroi intérieure 195 et la paroi extérieure 200. La paroi intérieure 195 est fixée à la paroi extérieure 200 pour définir un espace de noyau 210 qui est sensiblement enfermé lorsque les deux moitiés 150 et 155 de la cartouche d'isolation 90 sont assemblées. La couche de matériau isolant 205 est placée à l'intérieur de l'espace de noyau 210 pour définir un noyau complet. Dans la plupart des constructions, un matériau en céramique est utilisé en tant que matériau isolant 205. Cependant, d'autres constructions peuvent utiliser d'autres matériaux (par exemple, gaz piégé, matière plastique, verre, et similaires). Dans encore une autre construction, un espace sous vide est utilisé en tant que matériau isolant 205. Bien qu'une paroi extérieure 200 soit illustrée, la paroi extérieure 200 peut être éliminée dans d'autres modes de réalisation.

En faisant toujours référence à la figure 2, le carter extérieur 80, ou corps de turbine, est positionné à l'extérieur de la cartouche d'isolation 90 et définit une ouverture d'entrée 215, une ouverture de sortie 220, et une ouverture de turbine 225. L'ouverture de turbine 225 permet le couplage du rotor de turbine 60 et d'un rotor de compresseur 230 lorsque le carter extérieur 80 est fixé à un carter de compresseur 235. L'entrée 215 est positionnée pour former un espace pour le passage de composants d'écoulement qui guident l'écoulement de produits de combustion à partir de la chambre de combustion 55 jusqu'à la volute de turbine 75. Dans certaines constructions, le récupérateur 50 est fixé directement 2863311 14 au carter extérieur 80 à côté de l'entrée 215. Dans d'autres constructions, un corps supplémentaire relie le carter extérieur 80 au récupérateur 50. Un tuyau, ou conduit, est relié au carter extérieur 80 à côté de la sortie 220 pour recevoir l'écoulement de gaz d'échappement sortant de l'enveloppe/diffuseur 70 et diriger cet écoulement jusqu'au récupérateur 50.

Les parois qui constituent le carter extérieur 80 sont généralement plus épaisses que les parois qui constituent la volute de turbine 75 et la cartouche d'isolation 90. Dans certaines constructions, le carter extérieur 80 peut être moulé à partir d'un alliage à basse température (par exemple, acier moulé faiblement allié, fonte, fonte à haute température, et similaires) et ensuite usiné selon les nécessités. Dans d'autres constructions, le carter extérieur 80 est usiné à partir d'une pièce unique de matériau, telle qu'une pièce forgée. Dans de nombreuses constructions, la fonte (par exemple, fonte Ni-Résist ) est le matériau préféré.

Au cours du fonctionnement du moteur, l'écoulement de produits de combustion sort de la chambre de combustion 55 et va dans la volute de turbine 75. Une voie sensiblement hermétique entre la chambre de combustion 55 et la volute de turbine 75 évite l'entrée de produits de combustion dans l'espace intérieur 135 ou l'espace extérieur 140. A partir de la volute de turbine 75, l'écoulement de produits de combustion passe à travers le reste de la section de turbine 15, comme cela a été décrit. Les produits de combustion ont une certaine température et une certaine pression à 2863311 15 l'intérieur de la volute de turbine 75. La température est assez élevée (par exemple, 1400 F ou plus), rendant ainsi l'utilisation de matériaux à haute température à paroi mince appropriée. Cependant, la pression à l'intérieur de la volute de turbine 75 est également élevée (par exemple, 2 à 30 fois la pression atmosphérique ou plus). Pour réduire la charge de pression sur la volute 75, de l'air d'échappement de récupérateur est fourni à l'espace intérieur 135. L'air d'échappement de récupérateur est de l'air préchauffé comprimé qui n'a pas été chauffé à l'intérieur de la chambre de combustion 55. En tant que tel, l'air d'échappement de récupérateur a une température plus faible (par exemple, environ 1200 F) que les produits de combustion. En outre, la pression de l'air de récupérateur est sensiblement égale à la pression des produits de combustion. Ainsi, les forces de pression appliquées sur l'intérieur de la volute de turbine 75 sont sensiblement égales aux forces de pression appliquées sur l'extérieur de la volute 75. En tant que telle, une paroi épaisse contenant la pression n'est pas nécessaire pour la volute de turbine 75.

L'espace extérieur 140 est sensiblement hermétique et fournit seulement un espace libre entre le carter extérieur 80 et la cartouche d'isolation 90. Cependant, au cours du fonctionnement du moteur, l'air de récupérateur fuit en général dans l'espace extérieur 140 et remplit l'espace. Ainsi, l'espace extérieur 140 est maintenu à une pression qui est sensiblement égale à la pression dans l'espace intérieur 135. Cependant, parce que l'espace 2863311 16 extérieur 140 est sensiblement hermétique, peu d'écoulement entre l'espace intérieur 135 et l'espace extérieur 140 se produit vraiment une fois que les pressions s'égalisent. En tant que tel, le gaz piégé à l'intérieur de l'espace extérieur 140 se refroidit quelque peu au cours du fonctionnement du moteur. Les pressions sensiblement égales à l'intérieur des espace intérieur 135 et extérieur 140 appliquent des forces de pression sensiblement égales des deux côtés de la cartouche d'isolation 90. En tant que telles, les forces de pression générales appliquées sur la cartouche d'isolation 90 sont faibles, permettant ainsi l'utilisation de matériaux à paroi mince pour sa fabrication.

La cartouche d'isolation 90 forme vraiment une barrière thermique importante entre les produits de combustion et le carter extérieur 80. En tant que tel, le carter extérieur 80 fonctionne à une température qui est inférieure aux carters extérieurs utilisés dans les turbines qui ne comprennent pas de cartouche d'isolation 90. La température inférieure permet l'utilisation de matériaux de température inférieure pour fabriquer le carter 80. Cependant, la pression à l'intérieur de l'espace extérieur 140 est toujours approximativement égale à la pression de l'écoulement de produits de combustion. En tant que tel, le carter 80 doit être assez résistant pour contenir les forces générées par la différence de pression entre l'intérieur du carter 80 et l'atmosphère extérieure. En général, une paroi plus épaisse est utilisée pour fournir la résistance nécessaire. Cependant, d'autres 2863311 17 constructions peuvent utiliser des matériaux de qualité plus élevée pour obtenir la résistance souhaitée. Par exemple, une construction peut remplacer l'acier inoxydable par un acier faiblement allié pour obtenir la résistance souhaitée à la température élevée de fonctionnement.

La résistance du carter 80 dépend de l'épaisseur du matériau, la température de fonctionnement, et du matériau particulier utilisé. En tant que telles, différentes constructions peuvent nécessiter différentes épaisseurs de paroi. Généralement, un carter extérieur 80 avec une épaisseur de paroi d'environ un demi-pouce (1,27 cm) ou plus est bien approprié pour être utilisé avec la présente invention.

Cependant, l'homme du métier réalisera que des parois plus minces pourraient être utilisées dans des constructions ayant des conditions de fonctionnement appropriées, et des parois plus épaisses peuvent être nécessaires dans d'autres conditions.

La cartouche d'isolation 90 fonctionne pour réduire la température de fonctionnement du carter extérieur 80. La température inférieure de fonctionnement permet de réduire l'épaisseur de paroi du carter 80 et/ou de réduire la qualité du matériau utilisé pour former le carter 80.

Bien que l'invention ait été décrite en détail en faisant référence à certains modes de réalisation préférés, des variations et modifications existent au sein de la portée et de l'esprit de l'invention telle qu'elle est décrite.

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Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Moteur à turbine à combustion adapté pour fonctionner en réponse à un écoulement de gaz à haute température, caractérisé en ce que le moteur à turbine à combustion comprend: - un corps extérieur (80) comprenant des parois qui définissent une entrée, une sortie, et une surface intérieure; une cartouche d'isolation (90) disposée à l'intérieur du corps extérieur (80) et définissant un espace intérieur (135), la cartouche d'isolation (90) comprenant une paroi et un noyau (210) et fonctionnant pour isoler thermiquement au moins partiellement le corps extérieur (80) par rapport à l'écoulement de gaz à haute température; et - un rotor de turbine (60) disposé sensiblement à l'intérieur de l'espace intérieur (135) et rotatif en réponse à l'écoulement de gaz à haute température.

2. Moteur à turbine selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps extérieur (80) comprend des parois ayant une épaisseur moyenne d'au moins un demi-pouce (1,27 cm).

3. Moteur à turbine selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps extérieur (80) comprend une partie moulée.

9. Moteur à turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps extérieur (80) comprend de la fonte ou de l'acier moulé.

2863311 19 5. Moteur à turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le noyau de la cartouche d'isolation (90) comprend un matériau isolant en céramique.

6. Moteur à turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi de la cartouche d'isolation (90) a une épaisseur inférieure à environ 0,150 pouce (0,381 cm).

7. Moteur à turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi de la cartouche d'isolation (90) comprend un acier allié.

8. Moteur à turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi de la cartouche d'isolation (90) entoure sensiblement le noyau.

9. Moteur à turbine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le noyau comprend une couche d'isolation qui a une épaisseur d'au moins environ un demi-pouce (1,27 cm).

10. Système de moteur à microturbine fonctionnant pour fournir de l'énergie électrique, caractérisé en ce que le système de moteur à microturbine comprend: - un compresseur (45) fonctionnant pour produire un écoulement d'air comprimé ; - un récupérateur (50) en communication fluide avec le compresseur (45) pour recevoir l'écoulement d'air comprimé, l'écoulement d'air comprimé étant préchauffé à l'intérieur du récupérateur (50) pour produire un écoulement d'air comprimé préchauffé ; une chambre de combustion (55) recevant 2863311 20 l'écoulement d'air comprimé préchauffé et fonctionnant pour produire un écoulement de produits de combustion, l'écoulement de produits de combustion ayant une température qui génère des forces thermiques et une pression qui génère des forces de pression; - une turbine (35) entraînée par l'écoulement de produits de combustion, la turbine (35) évacuant l'écoulement de produits de combustion vers le récupérateur (50) pour préchauffer l'écoulement d'air comprimé ; - un corps (80) enfermant au moins partiellement la turbine (35) et comprenant une surface intérieure; une cartouche d'isolation (90) positionnée à l'intérieur du corps (80), la cartouche d'isolation (90) isolant au moins partiellement le corps (80) par rapport à l'écoulement de produits de combustion, de sorte que le corps (80) absorbe une majorité des forces de pression et que la cartouche d'isolation (90) absorbe une majorité des forces thermiques; et - un générateur (20) couplé à la turbine (35), le générateur étant entraîné par la turbine à une vitesse donnée pour produire de l'énergie électrique.

11. Système de moteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le corps comprend des parois ayant une épaisseur moyenne d'au moins un demipouce (1,27 cm).

12. Système de moteur selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que le corps comprend de la fonte ou de l'acier moulé.

13. Système de moteur selon l'une quelconque des

revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la

2863311 21 cartouche d'isolation (90) comprend un matériau isolant en céramique.

14. Système de moteur selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que la cartouche d'isolation (90) entoure sensiblement l'isolation.

15. Système de moteur selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que ladite cartouche présente une couche d'isolation ayant une épaisseur d'au moins environ un demi-pouce (1,27 cm).

16. Système de moteur selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé en ce que la cartouche d'isolation (90) comprend une paroi qui comprend un acier allié.

17. Système de moteur selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisé en ce que la paroi a une épaisseur inférieure à environ 0,150 pouce (0,381 cm).

18. Procédé d'assemblage d'une turbine (35) destinée à être utilisée dans un moteur à turbine à combustion,caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes consistant à : - prévoir un corps (80) comprenant une entrée, une sortie, et une surface intérieure; - former une cartouche d'isolation (90) ayant une paroi qui définit un espace de noyau (210) ; - positionner un matériau isolant à l'intérieur de l'espace de noyau (210) ; - insérer la cartouche d'isolation (90) dans le corps de turbine (80) ; et supporter un rotor (60) pour la rotation à 2863311 2.2 l'intérieur du corps (80).

19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'étape consistant à fournir le corps (80) comprend le fait de mouler au moins une partie du corps à l'aide d'un matériau de fonte.

20. Procédé selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce que le matériau isolant comprend un matériau en céramique.