CH158334A - Turbo-compressor unit for supercharging internal combustion engines. - Google Patents
Turbo-compressor unit for supercharging internal combustion engines.Info
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Description
Groupe turbo-compresseur pour la surallmentation de moteurs ä combustion interne. Lobjet de 1a presente invention est un turbo-compresseur pour la suralimentation de moteurs ä combustion interne. Le principe de la suralimentation: introduction dune plus grande charge ä une Pression plus elevee que la Pression atmospherique dans un moteur ä combustion interne, est connu; . pour la pro- pulsion de compresseurs destines ü cet usage, il a gte essaye d'utiliser les gaz d'echappe- ment contenant une quantite considerable de chaleur, pressien et energie cinetique. Turbo-compressor unit for supercharging internal combustion engines. The object of the present invention is a turbo-compressor for supercharging internal combustion engines. The principle of supercharging: introduction of a greater charge at a pressure higher than atmospheric pressure in an internal combustion engine, is known; . for the propulsion of compressors intended for this purpose, he has tried to use the exhaust gases containing a considerable quantity of heat, pressure and kinetic energy.
La conception la plus simple consisterait ä alimenter des tuyeres de turbine en bran- chant chacune de ces tuyeres sur chacun des orifices d'echappement dun moteur polycy- lindrique. Ceci est impraticable, car une tar- bine n'a un rendement acceptable que lors- qu'elle travaille sous une Pression et une ehute de tempgrature constantes, tandis que la Pression et 1'energie des gaz d'echappe- ment est constamment variable Pendant 1e temps d'echappement. De plus, 1a ngcessite de passages longs et tortueux pour aboutir ä ces tuyeres cause une enorme perte par friction, vu la grande vitesse des gaz d'echappement. D'un autre cötg, ces tuyeres, si elles sont convena- blement congues, gtranglent la, sortie des gaz augmentant 1a contre-pression, ce qui en- traine une diminution de puissance du mo- teur et-autres inconvenients. The simplest design would be to feed turbine nozzles by connecting each of these nozzles to each of the exhaust ports of a multi-cylinder engine. This is impractical, since a turbine only performs satisfactorily when operating under a constant Pressure and temperature drop, while the Pressure and energy of the exhaust gases is constantly varying. During the escape time. In addition, the need for long and tortuous passages to reach these nozzles causes enormous friction loss, given the high velocity of the exhaust gases. On the other hand, these nozzles, if properly designed, throttle the outlet of the gases increasing the back pressure, which results in a decrease in engine power and other disadvantages.
Un procgde immediat et connu consiste donc ä se servir d'un reservoir intermediaire de dimensions qui permettent de maintenir uue Pression constante malere 1'afflux inter- mittent des gaz d'echappement du moteur. De ce rgservoir, les tuyeres de la turbine pourraient etre alimentees dune ma.niere cou- venable, sa Pression elevee par contre cree- rait une contre-pression sur 1e moteur, sans parler de son poids et encombrement. An immediate and known method therefore consists in using an intermediate tank of dimensions which make it possible to maintain a constant pressure despite the intermittent influx of exhaust gases from the engine. From this tank, the nozzles of the turbine could be fed in a suitable way, its high pressure on the other hand would create a counter-pressure on the engine, not to mention its weight and size.
Le groupe turbo-compresseur. formant 1'objet de 1'invention, remedie ä. ces inconvg- nients. Il est caracterise par un dispositif as- surant 1'alimentation de la turbine, ä Pres sion constante, au moyen dune chambre an- nulaire dans laquelle 1e gaz d'echappement circule avec un mouvement rapide de rotation en jouant 1e Ale de volant gazeux, et par un rotor comportant une raue qui presente deug aubages, de fagon ä. servir d'un töte, de tur- bine mue par les gaz d'echappement, et de Fautre töte, de compresseur d'air centrifuge. The turbo-compressor group. forming the object of the invention, overcomes ä. these disadvantages. It is characterized by a device ensuring the supply of the turbine, at constant pressure, by means of an annular chamber in which the exhaust gas circulates with a rapid movement of rotation by playing the air of the gaseous flywheel, and by a rotor comprising a raue which has deug blades, so as to. serve as a turbine driven by the exhaust gases, and on the other as a centrifugal air compressor.
Le dessin ei-annege represente, ä titre d'egemple, une forme d'egecution de Pobjet de 1'iuvention, ainsi que quelques variantes. The attached drawing represents, by way of example, one form of execution of the object of the invention, as well as some variants.
La fig. 1 est une coupe d'un turbo- compresseur confoi@ne ä, Finvention; La fig. 2 en est une vue laterale avec une coupe partielle; La fig. 3, est une perspective des aubages; La fig. 4 est un detail d'un anneau de distribution d'huile vu de face; La fig. 5 est un dAail dune douille par- tiellement en coupe; La fig. 6 montre partiellement un aspeet geometrique de la construction de Paubage; Les fig. i ä. 10 montrent Paubage de la turbine; Les fig. 11 ä. 15 montrent une eonstruc- tion perfectionnee; La fig. 16 est un diagramme d'un moteur ä. quatre temps non suralimente; La fig. 17 est un meme pour 1e moteur uruni d'un turbo-compresseur de suralimen- tation; La fig. 18 montre schematiquement une chambre dans 1e cas d'un moteur 12 cyl. en V; La fig. 19 montre Fapplication ä un autre moteur. fig. 1 is a cross-section of a turbocharger according to the invention; fig. 2 is a side view with a partial section; fig. 3 is a perspective of the blades; fig. 4 is a detail of an oil distribution ring seen from the front; fig. 5 is a view of a casing partially in section; fig. 6 partially shows a geometric aspect of Paubage's construction; Figs. iä. 10 show the blade of the turbine; Figs. 11 a. 15 show an improved construction; fig. 16 is a diagram of an ä motor. non-supercharged four-stroke; fig. 17 is a meme for the running engine of a turbocharger; fig. 18 schematically shows a chamber in the first case of a 12 cyl. V-shaped; fig. 19 shows the application to another engine.
Des fig. 1 ä 2, il ressort que les Parties egUrieures du turbo-compresseur consistent en: une boite ä roulement 2 avec un couver- cle 4, une section annulaire 6 que 1'on appelle carter du compresseur, contenant des passagss pour Fair et formant un diffuseur transfor- mant la vitesse de Pair decharge en Pression, une autre Partie 8 constituant 1e cai-ter de la turbine comprenant les tuyeres dites secon- daires alimentant cette derniere et une Par tie 10 figee au moteur, afin d'en recevoir les gaz d'echappement. Cette Partie comprend egalement les tuyeres dites primaires servant ä conduire les gaz du moteur ä la chambre d'egalisation de vitesse formee par cette der- ni6re Partie et 1e carter de la turbine. Ces deug Parties sont convenablement boulonnees avec des joints entre elles comme decrit par la suite. L'unique rotor 12 portant Paubage de la tubrine et les ailettes du compresseur tourne dans un espace forme par les Parties 2, 6 et B. Figs. 1 to 2, it is apparent that the outer parts of the turbo-compressor consist of: a bearing box 2 with a cover 4, an annular section 6 which is called the compressor casing, containing air passages and forming a diffuser transforming the air discharge velocity into pressure, another Part 8 constituting the first cai-ter of the turbine comprising the so-called secondary nozzles supplying the latter and a Part 10 fixed to the engine, in order to receive the gases therefrom exhaust. This Part also comprises the so-called primary nozzles serving to lead the gases from the engine to the velocity equalization chamber formed by this latter Part and the casing of the turbine. These two Parts are suitably bolted together with joints between them as described below. The single rotor 12 bearing the blade of the tubrine and the compressor vanes rotates in a space formed by Parts 2, 6 and B.
Differentes pieces sont creuses, afin de former Passage pour Peau de refroidissement provenant de la circulation d'eau du moteur. Un anneau isolant 13 entre les pieces 6 et 8 est .destine ä, isoler les pieces 6 dune chaleur egcessive. Different parts are hollowed out, in order to form Passage for the cooling water coming from the water circulation of the engine. An insulating ring 13 between parts 6 and 8 is intended to insulate parts 6 from excess heat.
Afin d'obtenir un bon rendement therini- que, une construction compacte et simple et un refroidissement RTI ID="0002.0275" WI="18" HE="4" LX="1540" LY="748"> convenable, un rotor en porte-ä-faug s'imposait, pour des raisons que nous verrons. In order to obtain good thermal efficiency, compact and simple construction and suitable RTI ID="0002.0275" WI="18" HE="4" LX="1540" LY="748"> cooling, a rotor door-to-door was essential, for reasons that we will see.
Une masse tournant ä, Brande vitesse, comme un tel rotor a tendance ä tourner au- tour de son centre de masse que Fon ne peut faire coincider egactement avec Page de 1'ar- bre 1e supportant. A mass rotating at a high speed, such as such a rotor, tends to rotate around its center of mass which cannot be made to coincide exactly with the side of the shaft supporting it.
Lorsque la vitesse du rotor augmente, les forces centrifuges, dues ä 1'egcentricite du centre,de masse et tendant ä defolmer Farbre, augmentent proportionnellement au carre de la vitesse angulaire. As the rotor speed increases, the centrifugal forces, due to the eccentricity of the center of mass and tending to deform the shaft, increase in proportion to the square of the angular velocity.
Lorsque Farbre atteint une vitesse criti- que ä laquelle la forte centrifuge est egactee- ment compensee par la resistance elastique de 1'arbre, la flegion et les vibrations conse- quentes de 1'arbre atteignent une dangereuse amplitude: Aug vitesses superieures ä. la vi- tesse critique, 1e rotor tourne autour de son centre de masse, les forces elastiques de 1'ar- bre etant insuffisantes pour forcer sa rotation autour de Page de Farbre. Comme 1a vite::se critique depend de la forme dudit arbre, il est evident qu'un bon dessin de ce dernier permet e, un rotor donne de tourner ä une vitesse predeterminee en dessus ou en dessous de la vitesse critique du rotor et de son arbre. When the shaft reaches a critical speed at which the strong centrifugal force is equally compensated by the elastic resistance of the shaft, the bending and consequent vibrations of the shaft reach a dangerous amplitude: Aug speeds above ä. At critical speed, the rotor rotates around its center of mass, the elastic forces of the shaft being insufficient to force its rotation around the shaft. As the critical speed depends on the shape of said shaft, it is obvious that a good design of the latter allows a rotor to turn at a predetermined speed above or below the critical speed of the rotor and to his tree.
Afin d'obliger un rotor dune certaine masse tournant ä Brande vitesse de tourner en dessous de sa vitesse eritique, il faut un arbre tres massif. Comme il est generalement impossible -d'utiliser un arbre suffisamment massif pour resister aug efforts de tres Brande vitesse dune turbine ä. impulsion, an se sert en general d'un arbre "flexible" qui permet au rotor de tourner au-dessus de sa vitesse critique. In order to force a rotor of a certain mass turning at high speed to turn below its eritical speed, a very massive shaft is needed. As it is generally impossible -to use a sufficiently massive shaft to resist aug efforts of very Brande speed of a turbine. impulse, an generally uses a "flexible" shaft which allows the rotor to rotate above its critical speed.
LTn tel arbre flexible n'est pas applicable 'a un rotor en porte-ä-faux, car lorsque sa vi- tesse approche la vitesse critique lors de 1'ac- c6leration, les vibrations du rotor en porte-ä,- faut atteindraient une amplitude dangereuse capable de detruire 1'arbre. Such a flexible shaft is not applicable to a cantilever rotor, because when its speed approaches the critical speed during acceleration, the vibrations of the cantilever rotor would reach a dangerous amplitude capable of destroying the tree.
La eonstruction -de coussinet qui va Ure decrite elimine la vitesse critique en suppri- mant les forces determinant cette vitesse, c'est-ä-dire les forces elastiques tendant ä. em- pAeher la rotation du rofor autour de soll cen- tre de masse. En d'autres mots, meme ä fai- ble vitesse, 1e rotor tournera autour de soll centre de masse, de maniere qu'il n'aura a.u- cime tendance ä vibrer en accelerant La fix. 1 explique la construction permet- tant ceci. L'arbre 14 qui fait de preference Partie inUgrante du rotor (quoiqu'il puisse etre fixe sur ce dernier) est muni de man- chons 16 et 18; ce dernier pouvant librement tourner par rapport ä 1'arbre. Entre un epau- lement sur le manchon 16 et un ecrou visse sur Farbre est emboite 1e roulement interieur d'un roulement ä billes (ou ä ro-uleaux du type ä centrage automatique ä Borge, de ma- ni6re ä, obtenir 1e centrage, 1e roulement exte- rieur etant en consequence fixe ä la boik du coussinet. The bearing construction which will be described eliminates the critical speed by suppressing the forces determining this speed, ie the elastic forces tending to. to prevent the rotation of the rofor around its center of mass. In other words, even at low speed, the rotor will turn around its center of mass, so that it will have no tendency to vibrate when accelerating the fix. 1 explains the construction allowing this. The shaft 14 which preferably forms an inUgrant part of the rotor (although it may be fixed to the latter) is provided with sleeves 16 and 18; the latter being able to rotate freely with respect to the shaft. Between a shoulder on the sleeve 16 and a nut screwed on the shaft is fitted the inner bearing of a ball bearing (or roller bearing of the self-centering type at Borge, so as to obtain the centering, the outer bearing being therefore fixed to the bearing shell.
Une serie de manchons 22 s'emboitant et ayant un leger jeu entre eux et 1e manehon interieur 18 qu'ils entourent, permettent une rotation libre et un leger jeu transversal. Un jeu est aussi prevu entre ces mancb.ons et les colliers comme inclique sur le dessin. A series of sleeves 22 fitting together and having a slight play between them and the first inner sleeve 18 which they surround, allow free rotation and a slight transverse play. A clearance is also provided between these sleeves and the collars as shown in the drawing.
Le manchon exterieur tourne librement dans une douille 24 ajustee ä une douille 30 solidaire du carter 2. La douille 24 , comme indique en detail dans la fix. 5, consiste en une Partie cylindrique externe 24b et une mince section radiale annulaire 24e. A tra vers la jonction de 24e et 24b un certain nom- bre de rainures assez larges 24d sout taillees dans 2413. La Partie restante entre les rai- nures est evidee ä 1'egterieur comme indique The outer sleeve rotates freely in a sleeve 24 fitted to a sleeve 30 integral with the housing 2. The sleeve 24, as indicated in detail in the fix. 5, consists of an outer cylindrical portion 24b and a thin annular radial section 24e. Through the junction of 24e and 24b a number of fairly wide grooves 24d are cut in 2413. The remaining portion between the grooves is recessed on the outside as shown.
en 24e, formant ainsi un nombre de laues de ressorts supportant tout le coussinet et permettant soll ajustement Jans une dir-ic tion radiale, en ce qui permet un leger dPpl:l cement angulaire de Farbre. in 24th, thus forming a number of laues of springs supporting the entire pad and allowing soll adjustment Jans a radial direction, thereby allowing a slight dPpl: the angular cement of the shaft.
Un Passage d'huile 26 dann Farbre repoit de 1'huile par 27 et une chambre ?g est ali mentAe par 1'huile sous pressiou provenaiit de la circulation d'huile normale du mot.#iir. Des orifices radiaux daus Parbre et 'es man chons 18 et 22 permettant a Fhuile de pA-ne trer Jans la chambre entourant les n iancho-is emboites, 1e Passage de 1'huile de cette cham bre au eoussinet 'a billes et au compresseur d'air etant arrete par des annenux < r action centrifuge 31 cooperant avec des deflecteurs fixes diriges vers Finterieur. L'huile sort de la chambre par Forifice 32 ä travers 25 et finalement en 34 est dirigee sur 1e carter du moteur. La distribution de 1'huile entre 1;:5 anneaux est assuree par des rainures dans 1:-i surface exterieure des manchons 18 et 22, 1e manchon 18 ayant aussi des rainures sur sa face interne adjacente ä 1'arbre. Comme in,li qu6 dans 1a. fix. 4, 1e cöte de chaque raini.rre se presentant en Premier ä la direction de la rotation, offre un angle beaucoup plus Brand avec la siuface cylindrique de manchon que celui fait par soll autre cöte, de maniere qu'urt effet d'ecrasement ou calage se produit, de terminant une Pression positive de 1'huile dans Fespace existant entre les manchons. Ei) consequence, cet espace entre les inanchons est rempli par une pel.licule d'huile en iiion vement continuellement renouvelPe. An oil passage 26 in the shaft receives oil via 27 and a chamber ?g is supplied with pressurized oil from the normal oil circulation of the engine. Radial orifices in the shaft and the sleeves 18 and 22 allowing the oil to pass through the chamber surrounding the nested niancho-is, the first passage of the oil from this chamber to the ball bearing and to the compressor of air being stopped by centrifugal action rings 31 cooperating with fixed deflectors directed towards the interior. Oil exits the chamber through port 32 through 25 and finally at 34 is directed to the crankcase of the engine. Oil distribution between the rings is provided by grooves in the outer surface of the sleeves 18 and 22, the sleeve 18 also having grooves on its inner face adjacent the shaft. As in,li qu6 in 1a. fix. 4, the first side of each groove presenting itself first to the direction of rotation, offers a much greater angle with the cylindrical surface of the sleeve than that made by the other side, so that a crushing effect or Wedging occurs, ending a positive oil pressure in the space between the sleeves. Ei) consequence, this space between the inanchons is filled by a film of oil in iiion vement continuously renewed.
Une petite quantite d'huile est delivree au roulement ä billes (ou rouleaux) 20 par une meche 36, Pressee par un ressort et conr muniquant avec la chambre ä, huile 28. Urre lubrification excessive d'un tel roulemeiit doit etre evitee. A small amount of oil is delivered to the ball (or roller) bearing 20 by a wick 36, pressed by a spring and communicating with the oil chamber 28. Excessive lubrication of such a bearing should be avoided.
L'on voit qu'un deplacement angulaire de Farbre autour du coussinet 20 peut se pro duire librement, eelui-ei etant du type ä cen trage automatique ou ä Borge profonde et qu'un mouvement limite de 1'arbre transver salement par rapport ä soll axe peut avoir lieu gräce au jeu des manchons 22 et ä la flexion de la douille 24, de 1'huile etant i.n- troduite ou extraite d'entre eux par un tel mouvement. En consequence, presque cn meme temps que la rotation commence, un le ger deplacement du rotor et de Bon arbre, afin de ramener 1e centre de masse dans laxe de rotation, peut se produire et 1e mouvement excentrique de Farbre pourra avoir lieu par des deplacements radiaux des manchons ac- compagnes par un changement d'epaisseur des pellicules d'huile. En meme temps, 1'ac- tion d'amortissement de 1'huile arrete toute vibration ä 1'origine, sa viscosite s'opposant ä, un changement rapide d'epaisseur des pelli- culesentre les manchons. It will be seen that angular displacement of the shaft around the bearing 20 can occur freely, this being of the self-centering or deep-bore type and that a limited movement of the shaft transversely with respect to Axis movement can take place through the play of the sleeves 22 and the flexing of the sleeve 24, oil being introduced or extracted therefrom by such movement. Consequently, almost at the same time as the rotation begins, a slight displacement of the rotor and of the shaft, in order to bring the center of mass back into the axis of rotation, can occur and the eccentric movement of the shaft can take place by displacements radials of the sleeves accompanied by a change in the thickness of the oil films. At the same time, the damping action of the oil stops any vibration at its origin, its viscosity opposing a rapid change in thickness of the films between the sleeves.
Comme resultat de Fabsence de resistance de l'arbre, il n'y a plus de vitesse critique a Iaquelle des vibrations dangereuses pour- raient avoir lieu et il suffit que Farbre sofft de force suffisante pour supporter 1e poids mort du rotor. L'emploi d'un Beul de ces coussinets, de preference adjacent au rotor, suffit ä, eli- miner entierement toutes vibrations ä Brande vitesse. As a result of the lack of shaft resistance, there is no longer a critical speed at which dangerous vibrations could occur and the shaft need only be of sufficient strength to support the dead weight of the rotor. The use of one of these bearings, preferably adjacent to the rotor, is sufficient to completely eliminate any vibrations at high speed.
Passant aux particularites relatives ä Fen- trainement de la turbine, en reference aux fig. 2,et 3, permettant de voir que la section interieure 10 de 1'enveloppe est munie de bei des permettant de la fixer sur 1e cöte d'e@hap- pement d'un moteur ä combustion interne, de maniere ä prendre la place de la chapelle nor male d'echappement, 1a. constructian dkrite s'applique <B>ä</B> un moteur six cylindres en ligne quatre temps. En consequence, il y a six pas- saltes 38 alignes avec 1e Passage de Fechappe- ment e des cylindres, afin de diriger les gaz d'echappement aux tuyeres primaires 40 com- muniquant avec une chambre annulaire 42 formee par les pieces 8 et 10 s'ajustant. Tan- dis que les passaltes sont formes par deux Parties cooperantes 8 et 10, les sections sont indiquees comme dune Beule pike dann la fig. 3, ce pour plus de clarte. La chambre annulaire 42 est congue de telle facon que les gaz qui entrent puissent circuler autour avec une perte minima de vitesse. Pour cela, les parois sont polies, des courbes autant que po.ä- sible de Brand rayon sont etablies; des vannes de direction peuvent eire interposees afin d'eviter des remous et de presenter des passa- ges de dimensions et formes eonvenables. De plus, les tuyeres sont disposees de fagon a, de- charger les gaz dans une direction coin.2idant autant que possible avec la tangente .ä la di- RTI ID="0004.0275" WI="11" HE="4" LX="1200" LY="502"> rection du courant en regard de leur orifice afin d'eviter des interferences des. filets ga- zeux. Turning to particulars relating to the drive of the turbine, with reference to FIGS. 2 and 3, showing that the inner section 10 of the shroud is provided with fittings enabling it to be fastened to the exhaust side of an internal combustion engine, so as to take the place of the normal exhaust chapel, 1a. constructian dkrite applies <B>ä</B> a six-cylinder in-line four-stroke engine. Accordingly, there are six passages 38 aligned with the exhaust passage of the cylinders, in order to direct the exhaust gases to the primary nozzles 40 communicating with an annular chamber 42 formed by the parts 8 and 10. adjusting. While the passes are formed by two Cooperating Parts 8 and 10, the sections are indicated as dune Beule pike in fig. 3, this for clarity. The annular chamber 42 is designed in such a way that the gases which enter can circulate around it with a minimum loss of speed. For this, the walls are polished, curves as much as possible of Brand radius are established; direction valves can be interposed in order to avoid eddies and to present passages of suitable dimensions and shapes. In addition, the nozzles are arranged in such a way as to discharge the gases in a direction coinciding as far as possible with the tangent to the di- ="1200" LY="502"> rection of the current next to their orifice in order to avoid interference from. carbonated fillets.
De la chambre 42 partent des tuyeres 44 (fig. 1) destinks ä, produire une autre tra.ns- formation de chaleur en energie cinetique et ä diriger les gaz dejä en mouvement ü haute vitesse vers les aubes 46 de la turbine. 0n notera que ces tuyeres formees de preference comme des passaltes dans la Partie exterieure 8 sont disposees tangentiellement au chemin des gaz arrivant dans la chambre 42 et en ligne avec ;les tuyeres de decharge 40. Afin d'assurer 1e meilleur rendement, autant de tuyeres secondaires que possible devraient etre en ligne droite avec les tuyeres primai- res, en d'autres mots, chaque jet de gaz doit quitter la tuyere Primaire correspondante en une direction telle qu'il puisse passer ä travers quelques-unes des tuyeres secondai- res @sans etre soumis ä une Brande deflection et amener ainsi les gaz aux tuyeres secondai- res avec la plus Brande vitesse possible. Ainsi les gaz penetrent dans les tuyeres secondaires ä la Brande vitesse de decharge des tuyeres 40 et cette vitesse initiale augmentant Pen dant 1'expansion adiabatique dans les tuyeres 44, il resulte une tres Brande vitesse 3e de- charge dans 1'aubage de la turbine. Von voit que les vitesses resultant des 4eux chutes de Pression @dans les tuyeres primaires et secon- ,daires sont directement additionnees afin d'obtenir 1'energie cinetique maxima de de- charge dans 1'aubage. From the chamber 42 extend nozzles 44 (Fig. 1) intended to produce a further transformation of heat into kinetic energy and to direct the gases already moving at high speed towards the blades 46 of the turbine. It will be noted that these nozzles preferably formed as passalts in the outer part 8 are arranged tangentially to the path of the gases arriving in the chamber 42 and in line with the discharge nozzles 40. In order to ensure the best efficiency, as many nozzles secondary nozzles as possible should be in a straight line with the primary nozzles, in other words, each gas jet must leave the corresponding Primary nozzle in such a direction that it can pass through some of the secondary nozzles. @ without being subjected to a Brand of deflection and thus to bring the gases to the secondary nozzles with the Brande possible speed. Thus the gases enter the secondary nozzles at the very high discharge velocity of the nozzles 40 and this initial velocity increasing during the adiabatic expansion in the nozzles 44, there results a very high discharge velocity in the blade of the turbine. . It will be seen that the velocities resulting from the two pressure drops in the primary and secondary nozzles are directly added in order to obtain the maximum kinetic energy of discharge in the blading.
Afin d'obtenir une direction ä peu prüs rectiligne de ahaque jet de gaz avant Bon En- tr6e dans 1e rotor, les tuyeres secondaires 44 sont conformees de maniere ä former des Par ties d'un espace annulaire limite par deux surfaces hyperboloidales de rotation. La deckarge par les tuyeres secondaires a lieu dune fagon continue, alors que Gelle des tuyeres primaires est intermittente. La vitesse,d'ecoulement par la tuyere Primaire coiTespondant ä un cylindre donne est tres elevee immediatement apres 1'ouverture de la soupape d'echappement correspondante, tombe rapidement Pendant 1e temps de l'e- chappement, puls aucun ecoulement n'a lieu Pendant les trois temps suivants (s'il s'agit Tun moteur ä quatre temps). Les tuyeres secondaires sont beaucoup plus etroite.; que les tuyeres primaires, de maniere que les gaz Passant,dans la chambre 42, lors de 1'ouver- ture dune soupape, ne peuvent s'ecoulcr Pn- tierement immediatement par les tuyeres se- condaires. L'egces s'ecoulera autour de la chambre 42 en tournant dans celle-ei, operant ä. la maniere d'un "volant gazeug", 1'energie restant cinetique et n'etant pas transformee en chaleur, ou Pression. Ensuite, quand les tuyeres secondaires pourront Pabsorber, cet egces de gaz s'ecoulera par ces tuyeres secon- daires dann 1'aubage. Il resulte qu'avec des proportions convenables, 1'on obtiendra ime deckarge continue ä une vitesse presque cons- tante ä travers les tuyeres secondaires dans 1'aubage de la turbine. Comme 1'energie des gaz en egees est maintenue sous forme eine-, tique, il n'y a,pas d'augmentation de contre- pression, conLire-pression tres elevee avec les reservoirs intermediaires,ä gaz employes ä ce jour. Au contraire, il se produit une action secondaire augmentant 1e rendement du mo- teur. Comme indique, la vitesse de 1'echappe- ment decroit tres rapidement, durant les der niAres Parties du temps d'echappement; lors- que la vitesse dans la tuyere Primaire devient moindre que 1a vitesse des gaz circulant dans 1a chambre 42, Ges. gaz egercent un effet d'e- jecteur lorsqu'ils balayent tangentiellement 1'ouverture de la tuyere, reduisant ainsi la contre-pression dans 1e cylindre. In order to obtain an approximately straight direction of each jet of gas before proper entry into the rotor, the secondary nozzles 44 are shaped so as to form portions of an annular space bounded by two hyperboloidal surfaces of rotation. Deloading from the secondary nozzles takes place in a continuous fashion, while deloading from the primary nozzles is intermittent. The flow velocity through the Primary nozzle corresponding to a given cylinder is very high immediately after the opening of the corresponding exhaust valve, falls rapidly During the time of the exhaust, no flow takes place. For the next three strokes (if it is a four-stroke engine). The secondary nozzles are much narrower.; that the primary nozzles, so that the gases Passing, in the chamber 42, during the opening of a valve, cannot flow completely immediately through the secondary nozzles. The egces will flow around the chamber 42 by rotating in it, operating ä. like a "gasoline flywheel", the energy remaining kinetic and not being transformed into heat or pressure. Then, when the secondary nozzles can absorb it, this excess gas will flow through these secondary nozzles into the blading. As a result, with proper proportions, a continuous discharge will be obtained at nearly constant velocity through the secondary nozzles in the turbine blade. Since the energy of the gases in aegean is maintained in an einetic form, there is no increase in back pressure, very high counter pressure with the intermediate gas reservoirs employed to date. On the contrary, there is a secondary action increasing the efficiency of the motor. As indicated, the velocity of the escape decreases very rapidly, during the last parts of the escape time; when the velocity in the Primary nozzle becomes less than the velocity of the gases circulating in the chamber 42, Ges. gases generate an ejector effect as they sweep tangentially across the nozzle opening, thereby reducing the back pressure in the cylinder.
Ce dernier effet rendrait 1'utilisation de la chambre 42 avantageuse meme sann tur- bine. Avec des tuyeres primaires et secondai- res convenablement dessinees, la contre- pression au moment de 1'ouverture des soupa- pes n'est pas plus Brande que Gelle qui se manifesterait si 1e moteur operait normale- ment, vu 1e frottement dann les ouvertures d'echappement et les ouvertures de soupapes ou,d'orifices restreints. En meme temps, 1'e- clhappement par les tuyeres, secondaires a lieu de fagon continue en eliminant 1e bruit de 1'echappement intermittent qui entraine nor- malement RTI ID="0005.0275" WI="13" HE="4"LX="1204" LY="452"> 1'emploi dun silencieug. En conse- quence, il est clair que 1'emploi dun tel dis- positif tenant lieu de silencieug, au lieu d'augmenter la contre-pression, la diminue. This latter effect would make the use of chamber 42 advantageous even without a turbine. With properly designed primary and secondary nozzles, the back pressure when the valves open is no more Brande than Gelle which would occur if the engine were operating normally, given the friction in the openings. exhaust and valve openings or restricted orifices. At the same time exhaust through the secondary nozzles takes place continuously eliminating the intermittent exhaust noise that normally causes RTI ID="0005.0275" WI="13" HE="4"LX ="1204" LY="452"> the use of a silencer. Consequently, it is clear that the use of such a device as a silencer, instead of increasing the back pressure, decreases it.
La construction de cette chambre annu- laire peut differer radicalement de Gelle de- crite, Gar elle depend du type de moteur au- quel est appliquee et en particulier des orifi- ces d'echappement de celui-ei. Celle decrite est adaptee ä, un moteur d'automobile normal ä soupapes en tete et ä sig cylindres en ligne. Si 1e moteur et 1e turbo-compresseur etaient construits et congus comme une unite, les sou- papes d'echappement pourraient prendre une forme de pointeaug, afin d'obturer directe- ment les tuyeres primaires, ou alternative- ment les soupapes, tout en etant sises ä leur plaee habituelle, pourraient eire construites de fa(#on que leurs sieges servent en meme temps de tuyeres primaires. Avec un moteur ä deug temps, les tuyeres primaires coincide- raient avec des orifices d'echappement dans les parois de cylindres, decouverts lorsque 1e piston s'approche ou atteint 1e ba.s de sa course. The construction of this annular chamber can differ radically from the Gelle described, but it depends on the type of engine to which it is applied and in particular on the exhaust ports of the latter. The one described is suitable for a normal automobile engine with overhead valves and six cylinders in line. If the engine and the turbocharger were built and designed as a unit, the exhaust valves could take a needle shape, in order to directly close the primary nozzles, or alternatively the valves, while being seated in their usual place, could be constructed so that their seats also serve as primary nozzles. With a two-stroke engine, the primary nozzles would coincide with exhaust ports in the cylinder walls , uncovered when the first piston approaches or reaches the first ba.s of its stroke.
La fig. 18 represente dune fapon schema- tique la disposition de la chambre annulaire dans, 1e Gas d'un moteur ä. douze cvlindres en V. Lage du rotor de turbo-compresseur coincidant avec une bissectrice du V. Les tuyeres primaires et secondaires etant desi- gn6es par<I>A</I> et<I>B.</I> fig. 18 schematically shows the arrangement of the annular chamber in the gas of an engine. twelve cylinders in V. Width of the turbocharger rotor coinciding with an bisector of the V. The primary and secondary nozzles being designated by <I>A</I> and <I>B.</I>
Les fig. 7 ä 10 nous montrent que 1'au- bage 46 de 1a turbine est forme d'entailles semi-circulaires sur la face droite du disque du rotor 12. La fig. 7 indique clairement les operations de leur formation. Une rainure annulaire 48 est taillee en Premier lieu sur 1a. face .du disque. Puis des entailles semi- cireulaires 50 sont decoupees nur la face, transversalement ä la rainure 48, en s'eten- dant ä 1'inUrieur et en avant dans 1e sens de rotation. Vu que les entailles adjacentes 50 se coupent vers leur milieu, quand elles con- vergent ä 1'interieur dann la modification ex- posee, la surface de la. rainure 48, comme in diqu6 sur les figures, disparait. Une protube- rance annulaire 52 (fig. 1)@ s'engage dann la rainure 48 ä 1'inUrieur des tuyeres 44, de maniere que les gaz provenant des tuyeres entrent tangentiellement comme indique dann la direction de rotation dann les Parties exte- rieures des entailles ,50 et sont diriges vers 1'interieur et en arriere autour de 1a protu- b6rance 52 et decharges dann les passages d'echa-ppement 54 communiquant avee une clhambre ou valute ayant son evacuation 56 branchee nur une conduite definitive d'eehap- pement. A 1'interieur de la chambre d'echap- pement se trouve une Partie ereuse 58 com- muniquant avee 1'atmosphere; munie dune embouchure s'evasant et rapprochee du rotor en 60. Les gaz decharges des aubes exercent un effet d'ejection en 60, aspirant ainsi ä tra vers 58 de Fair qui leche la. face du rotor et 1e refroidit. Figs. 7 to 10 show that turbine blade 46 is shaped as semi-circular indentations on the right side of rotor disc 12. FIG. 7 clearly indicates the operations of their formation. An annular groove 48 is first cut on 1a. side of the disc. Then semi-circular notches 50 are cut in the face, transverse to the groove 48, extending inward and forward in the direction of rotation. Since the adjacent notches 50 intersect near their midpoints, when they converge internally in the exposed modification, the surface of the. groove 48, as indicated in the figures, disappears. An annular protuberance 52 (Fig. 1) engages in the groove 48 inside the nozzles 44, so that the gases from the nozzles enter tangentially as indicated in the direction of rotation in the outer parts. notches 50 and are directed inward and rearward around the protuberance 52 and discharged into the exhaust passages 54 communicating with a chamber or vaute having its exhaust 56 connected to a final exhaust pipe - payment. Inside the exhaust chamber is an Erous Part 58 communicating with the atmosphere; provided with a mouth flaring and brought closer to the rotor at 60. The gases discharged from the blades exert an ejection effect at 60, thus sucking air through 58 which licks it. face of the rotor and the 1st cools.
Un tel aubage resistera aux plus hauten temperatures et aura un bon rendement, an va deerire maintenant um aubage de ce type perfectionne de rendement optiinum. Such a blading will withstand the highest temperatures and will have a good performance. We will now design a blading of this improved type with optimum performance.
Dann 1e Premier type decrit ei-dessus, 1e manque de guidage des: gaz ä la sortie de Taube, resultat de 1'absence de toute cloison, Fait baisser 1e rendement; 1e second type qui va etre decrit est une construction perfeetion- nee remediant ä ce defaut, tout en conservant les av antages du type precedent. Les cavites taillees pourraient etre placees ä 1a. p6riphe- rie du rotor, de mani6re que les seetions d'entree et de sortie se meuvent ä, la meme vitesse lineaire. 0n a trouve qu'en utilisant des aubes taillees similairement en une diree- tion radiale avee 1'entree des gaz 1e plus ä 1'exterieur possible, de telle maniere que la vitesse peripherique ä 1'entree soit plus Brande qu'ä la sortie, 1e rendement etait ameliore. Le tableau suivant donne les rendements obtenus en fonction des rapports differents entre les vitesses peripheriques de la sortie et celles de 1'entree de l'aube, en supposant la eapacite de la, turbine egale, ainsi que les memes pertes dues ä, la. friction et au choc: In the first type described above, the lack of guidance of the gases at the exit of the dawn, resulting from the absence of any partition, lowers the efficiency; the second type which will be described is an improved construction remedying this defect, while retaining the advantages of the preceding type. Cut cavities could be placed at 1a. periphery of the rotor, so that the inlet and outlet sections move at the same linear speed. It has been found that by using similarly shaped vanes in a radial direction with the gas inlet as outboard as possible, such that the peripheral velocity at the inlet is greater than at the outlet. , the yield was improved. The following table gives the efficiencies obtained as a function of the different ratios between the peripheral speeds of the outlet and those of the inlet of the blade, assuming the eapacite of the equal turbine, as well as the same losses due to, the. friction and shock:
ra.pport e rendement 0,50 84,0 0,75 78,2 1 73,4 2 55,8 La fig. 11 qui represente un turbo- compresseur,ä deux etages, et les fig. 12, 13, 14 et 15 illustrent RTI ID="0006.0271" WI="8" HE="4" LX="1510" LY="828"> cette construction d'aubage perfeetionnee. Les entailles convergentes vers 1'interieur constituent les aubes 34; elles se composent des Parties d'admission 112 et d'e- chappement 114 (fig. 15), les cloisons entre les aubes etant evidees comme indique en 116 (en taillant dann la face du rotor, avant toute autre operation); afin de recevoir une protu- b6rance annulaire 117 separant la tuyere d'admission du Passage d'echappement. En conjonetion avee les cloisons de l'aube, cette protuberance forme 1e Passage usuel courbe par lequel les gaz entra-nfs sont detournes et duquel ils s'echappent. yield ratio 0.50 84.0 0.75 78.2 1 73.4 2 55.8 Fig. 11 which shows a two-stage turbocharger, and FIGS. 12, 13, 14 and 15 illustrate RTI ID="0006.0271" WI="8" HE="4" LX="1510" LY="828"> this improved blade construction. The inwardly converging notches constitute the vanes 34; they consist of the intake 112 and exhaust 114 parts (fig. 15), the partitions between the blades being hollowed out as indicated at 116 (by cutting into the face of the rotor, before any other operation); to receive an annular protrusion 117 separating the intake nozzle from the exhaust passage. In conjunction with the vane bulkheads, this protuberance forms the usual curved Passage through which the gases entered are diverted and from which they escape.
Il a ete trouve, que pour 1e type d'aubage ereuse radialement avec 1e flux de gaz vers Finterieur en opposition aux forces centrifu- ges, que 1e rendement peut etre augmente en rendant 1'angle de sortie plus Petit que celui d'entree. Afin d'arriver ä ce resultat, la Par tie de la cloison en dessous de 1'evidement 116 est amenee de sa Position 120 indiquee en pointille (fig. 13) ä, la Position 118, dann laquelle elle est soudee, en 122, comme indi- qu6 clairement par la fig. 15.A noter que par la suite de la diminution de 1'angle de de charge, la hauteur de la sortie est augmen- tee pour obtenir la surface d'echappement des gaz convenables. Il en resulte une construc- tion de rotor plus legere, plus compacte. Les aubes sont dessinees de fagon ä comp1eter 1'ex- pansion comme indique ei-dessus. Daus la construction precedente (Premier type) un seul fraisage est necessaire pour constituer chaque aube, Mais comme resultat en prevoyant un nombre Maximum d'aubes, les eloisons entre les Parties de decharge dis- paraissent, d'oü perte de guidage convenable. Daus cette derniere construction (deuxieme type), les cloisons de Separation sont dune epaisseur uniforme nur toute 1'extension ra diale de l'aube et en consequence les aubes sont convergentes vers 1'exterieur. Ceci com- plique un taut soit peu leur amenagement; Mais un guidage complet et convenable de la decharge est atteint. Cette construction est facilitee par 1e fait de la formation des cloi- sons d'abord en plan, puls en pliant la Partie interieure comme indique, Mais il est evident qu'une operation de taille modifide permet- trait une construction saus ce pliage. It has been found that for the radially errous type of blading with the inward gas flow opposing the centrifugal forces, the efficiency can be increased by making the exit angle smaller than the entry angle. In order to achieve this result, the part of the partition below the recess 116 is brought from its position 120 indicated in dotted line (fig. 13) to position 118, in which it is welded, at 122, as clearly indicated by fig. 15. Note that as the load angle decreases, the height of the outlet is increased to achieve the proper gas exhaust area. The result is a lighter, more compact rotor construction. The vanes are designed to complete the expansion as indicated above. In the previous construction (First type) only one milling is necessary to constitute each vane, but as a result by providing a Maximum number of vanes, the partitions between the Discharge Parts disappear, from which loss of suitable guidance. In this latter construction (second type), the Separation walls are of uniform thickness over the entire radial extension of the vane and consequently the vanes are outwardly converging. This complicates a little bit their arrangement; But complete and proper guidance of the discharge is achieved. This construction is facilitated by the fact of forming the partitions first in plan, then by folding the inner part as indicated, but it is obvious that an operation of modified size would allow a construction without this folding.
Les avantages de ce type d'aubage decrit en deux variantes sont clairs, si 1'on consi- dbre les inconvenients de 1'aubage habituel peripherique. Si de tels aubages peripheriques convenablement fixes au rotor sont satisfai- sants ä une temperature relativement peu ele- vee dune turbine ä vapeur, ils ne peuvent plus guere resister dune fagon satisfaisante ä, la. nombinaison de vitesse et temperature plus elevees de la turbine ä gaz. La raison est evidente: pour obtenir une certaine defleetion du fluide travaillant, une certaine surface concave active de Faubage doit etre prevue. Cette surface est soumise iä la chaleur du fluide. The advantages of this type of blading described in two variants are clear, if one considers the disadvantages of the usual peripheral blading. While such peripheral blades suitably fixed to the rotor are satisfactory at a relatively low temperature of a steam turbine, they can hardly resist satisfactorily at the same time. combination of higher gas turbine speed and temperature. The reason is obvious: to obtain a certain deflection of the working fluid, a certain active concave Faubage surface must be provided. This surface is subjected to the heat of the fluid.
De 1'autre cöte, une surface de contact re- lativement petite de Faubage avec 1e disque du rotor resultant de la construction p6riphe- rique devra permettre 1'ecoulement de la cha- leur regue par 1'aubage, cette surface etant generalement considerablement inferieure ä la surface active. On the other side, a relatively small area of contact between the blades and the rotor disk resulting from the peripheral construction must allow the flow of the heat received by the blading, this area being generally considerably less. at the active surface.
Daus la construction decrite, toutes les surfaces actives sont, en meme temps, des sur- faces aptes ä, conduire la chaleur au disque du rotor. De plus, les aubes ne peuvent ecla- ter centrifugalement et 1e poids mort ajoute ä la Peripherie du disque est Minimum. La forme des aubes est apte ä. donner un rende- ment Maximum. De plus, gräce ä la, rainure .1S (fig. 1), 1e danger de trog Brandes teinpc- ratures pour les Parties eloigneee de la masse principales du disque est karte. In the construction described, all the active surfaces are, at the same time, surfaces capable of conducting heat to the rotor disc. In addition, the blades cannot burst centrifugally and the dead weight added to the disk periphery is minimal. The shape of the blades is suitable for. give Maximum yield. Moreover, due to the groove .1S (fig. 1), the danger of trog Brandes stains for the parts remote from the main mass of the disc is karte.
L'ad,duction de chaleur au rotor entraine evideminent la necessite de refroldir celui- ci. Cn a vu Faction de la Partie 60 pour re- froidir 1a, face du rotor. n verra plus loin que 1e meme rotor sert de rotor au compres- seur centrifuge ä air etRTI ID="0007.0275" WI="7" HE="4" LX="1441" LY="516"> qu'il est balaye par Fair frais. Les avantages du compresseur centrifuge qui va etre decrit seront rendus plus evidents en rappelant les incopvenients inherants aux compresseurs centrifuges courants. Ces Com- presseurs out des ailettes qui out sofft la forme plane s'etendant radialement ä Faxe de rotation, sofft de surfaces ayant les elements eil lignes droites paralleles ä Faxe, les sections par des Plans perpendieula.ires ä Faxe en sont courbees de fagon ä ce que les angles de sor- tie ä la Peripherie sont moindres que des an- gles droits. Ces deux formen presentent (b- ,graves desavantages. The ad, duction of heat to the rotor causes evideminent the need to refroldir it. Cn saw the action of Part 60 to cool the face of the rotor. We will see later that the same rotor serves as the rotor for the centrifugal air compressor and RTI ID="0007.0275" WI="7" HE="4" LX="1441" LY="516"> that it is swept by Fair Fresh. The advantages of the centrifugal compressor which will be described will be made more evident by recalling the disadvantages inherent in current centrifugal compressors. These Compressors have vanes which give the plane form extending radially to the axis of rotation, have surfaces having the elements in straight lines parallel to the axis, the sections by planes perpendicular to the axis are curved in such a way that the exit angles at the Periphery are less than right angles. These two forms have (b- , serious disadvantages.
Premierement: fair entra.nt par les pas- saltes est assujetti ä deux changements brus- ques de direction d'ecoulement; celui a.yant lieu lors de 1'entree quand 1e courant change de sa direction axiale en une direction epou- sant la rotation du rotor, puls changement de direction en une direction radiale vers la Pe- riph6rie. Des guides stationnaires sont quel- ques fois utilises, afin de guider fair entrant; Mais ceci n'augmente 1e rendement que tres legerement, car de Brandes perl:es out lieu par Suite de deflection. First: the flow entering through the gateways is subject to two sudden changes in flow direction; that occurring on entry when the current changes from its axial direction to a direction matching the rotation of the rotor, the direction changing to a direction radial towards the periphery. Stationary guides are sometimes used to guide incoming air; But this increases the yield only very slightly, because of the beaded bands out of place by Continuation of deflection.
Le second grave desavantage est que de telles ailettes, du type radial ouvert, doivent etre fixees directement au moyeu, meme pour les vitesses reduites, il est impossible de fixer des ailettes guides auxiliaires, afin de mainte- nir un conrant ad.equat entre les Parties extr,- rieures des passaltes. En general, lcs passaltes d'air sont fermes des deux cötes par les pa- rois stationnaires de Fenveloppe, ce qui neces- site un jeu entrainant des pertes importantes. Ces inconvenients se produisent dejä ä petite vitesse; d'autres facteurs additionnels rendent de tels compresseurs difficilement utilisables ä tres grande vitesse. The second serious disadvantage is that such fins, of the open radial type, must be fixed directly to the hub, even for reduced speeds, it is impossible to fix auxiliary guide fins, in order to maintain an adequate conrant between the Outer parts of the passaltes. In general, the air gaps are closed on both sides by the stationary walls of the casing, which requires clearance resulting in significant losses. These disadvantages already occur at low speed; other additional factors make such compressors difficult to use at very high speeds.
Les ailettes ont, par rapport ä. leur lon- g-aeur, une ligne d'attache tres courbe avec 1e noyau. A grande vitesse, des ailettes courbees sont sujettes ä d'enormes efforts centrifuges tendant .ä les ramener dans une Zirection ra diale. The fins have, compared to ä. their length, a very curved attachment line with the nucleus. At high speed, curved fins are subject to enormous centrifugal forces tending to bring them back into a radial direction.
La construction indiquee. par les fig. 6 et 7, diminue ou supprime ces inconvenients, en assurant des lignes droites au courant d'air depuis Fentree jusqu'ä la peripherie, ainsi que les ailettes ayant les elements radiaug elimi- nant toute deformation due aug forees cen- trifuges. En plus des ailettes principales, de courtes ailettes augiliaires sont prevues, Ast afin de contribuer jä maintenir un afflug con- venable entre les parties peripheriques des ailettes principales. The construction indicated. by Figs. 6 and 7, reduces or eliminates these inconveniences, ensuring straight lines to the air current from the inlet to the periphery, as well as the fins having radial elements eliminating any deformation due to centrifugal forces. In addition to the main fins, short auxiliary fins are provided, ast to help maintain a suitable inflow between the peripheral portions of the main fins.
La surface du rotor 12 (fig. 1) opposee ä,Faubage de la turbine, surface extexieure du cöte de 1'arbre, presente en sa surface 60 une partie d'un hyperboloide de revo- lution, la partie de Phyperboloide uhlisee etant la continuation de 1a surface in diqu6e par la ligne 60a, c'est@ä-dire que la partie utilisee se trouve entierement d'un cöte de la gorge de 1'hyperboloide. Von sait qu'un hyperboloide de revolution n'est pas seulement une surface formee par rota- tion dune hyperbole autour de son petit alte, mais aussi 1e lieu dune ligne drohe tournant autour d'un alte avec lequel 011e n'a pas de plan connu, de telle Sorte que la surface hy- perboloidale peut etre con@ue comme formee par des elements en ligne drohe. Il s'en suit reciproquement que, Aant donne une Serie d'elements ayant certaines directions relatives ä un alte de rotation, une surface hyperbo- loidale peut eire construite. C'est ce fait qui est uhlise en concevant la surface comme in diqu6 plus loin Dans 1e cas present, !des rainures equidis- tantes 62 sont taillees dans la surface 60 (fig. 7) en lignes droites, afin de servir d'ali- gnement aug ailettes principales, des rainures intermediaires similaires, mais plus courtes sont prevues pour les ailettes augiliaires. The surface of the rotor 12 (FIG. 1) opposite the casing of the turbine, the outer surface of the side of the shaft, presents on its surface 60 a part of a hyperboloid of revolution, the part of the hyperboloid used being the continuation of the surface indicated by line 60a, that is to say that the part used is entirely on one side of the groove of the hyperboloid. We know that a hyperboloid of revolution is not only a surface formed by the rotation of a hyperbola around its small height, but also the locus of a straight line revolving around an height with which the height has no plane. known, so that the hyperboloidal surface can be conceived as formed by straight line elements. It follows reciprocally that, Aant gives a Series of elements having certain directions relative to an alternation of rotation, a hyperboloidal surface can be constructed. It is this fact that is utilized in designing the surface as discussed below. - grooves for increasing the main fins, similar but shorter intermediate grooves are provided for the auxiliary fins.
Les lignes de construction de la fig. 6 montrent clairement la construction g6ome- trique d'une ailette. Comme indique, une Se rie de lignes 66 peut etre construite passant par les points de la ligne centrale de la rai- nure 62a et situeesperpendiculairementä Page du rotor 12. Le lieu de ces lignes donnera une surface 6lementaire que VonRTI ID="0008.0275" WI="7" HE="4" LX="1674" LY="542"> peut arreter aug lignes 68 et. 69 oü elle coupe une surface co- nique 70 (fig. 7) et une surface cylindrique 72. Cette surface elementaire est en realite une surface conicohelicoidale de pas variable, quoiqu'elle se rapproche d'un plan par lequel elle pourrait etre remplacee. Chaque ailette principale 74 peut eire construite Sur la sur- face 61ementaire, de maniere que 1e centre de gravite de chaque section par un plan trans- versal ä Page de rotation se trouve dans cette surface. En d'autres mots, cette surface ele- mentaire se trouve entre les faces des ailettes. The construction lines of fig. 6 clearly show the geometric construction of a fin. As indicated, a series of lines 66 can be constructed passing through the points of the center line of groove 62a and located perpendicular to the rotor 12. ="7" HE="4" LX="1674" LY="542"> can stop aug lines 68 and. 69 where it intersects a conical surface 70 (fig. 7) and a cylindrical surface 72. This elementary surface is in reality a conicohelical surface of variable pitch, although it approximates a plane by which it could be replaced. Each main fin 74 may be constructed on the elementary surface 61 so that the center of gravity of each section by a plane transverse to the rotational page lies in this surface. In other words, this elementary surface is between the faces of the fins.
Chaque ailette augiliaire 76 peut eire con- sid6r6e comme construite par une surface elementaire analogue passant par les rainu- res 64. Each auxiliary fin 76 can be considered as constructed by an analogous elementary surface passing through the grooves 64.
Ces ailettes peuvent etre engagees dans les rainures et soudees 1e long de leurs bords; d'autres moyens .d'attache peuvent etre pre- vus, entre autres elles peuvent etre venues de forste avec 1e moyeu ou les passaltes d'air peu- vent eire construits en les taillant dans la masse du rotor. These fins can be engaged in the grooves and welded along their edges; other means of attachment may be provided, among other things they may come from forste with the hub or the air passages may be constructed by cutting them into the mass of the rotor.
Le fonetionnement est 1e suivant: Fair est pris par les ouvertures 78 (fig. 1), dans une tuyere de succion ou volute,d'entree 80, d'oü il passe par les passaltes d'air entre les ai- lettes et est rejete ä grande vitesse dans les passaltes du diffuseur 82, oü une partie de cette grande vitesse est transformee en pres- sion. Des passaltes du diffuseur, Fair est de charg6 dans une volute 84 aboutissant en 86 ä un conduit,approprie vers 1e carburateur, d'oü 1e melange detonant est introduit dans 1e moteur; 1e carburateur pourrait etre place en amont du compresseur. Pour un Diesel ou tont autre moteur ä injection, il n'y a evi- demment pas de carburateur. Le diffuseur 82 äst refroidi par los ai- lettes 83 baignees Jans Feau de refroidisse- ment dune circulation branchee sur Gelle du mote ur. The operation is as follows: Air is taken through openings 78 (Fig. 1), into a suction nozzle or volute, inlet 80, from where it passes through the air passages between the fins and is discharges at high velocity into the passes of diffuser 82, where part of this high velocity is converted into pressure. From the vents of the diffuser air is charged into a volute 84 terminating at 86 in a suitable conduit to the carburettor, from where the detonating mixture is introduced into the engine; The carburettor could be placed upstream of the compressor. For a Diesel or any other injection engine, there is obviously no carburettor. The diffuser 82 is cooled by the fins 83 bathed in the cooling water of a circulation connected to the Gelle of the engine.
Los buts recherches par cette construction de compresseur sollt evidents. La direetion du courant ä travers un Aassage d'air adjacent < i la surface 60 (fig. 7) sera 1e long des lignes droites qui sollt los elements de la surface he licoidale. Connaissant la vitesse moyenne de rotation et la quantite d'aii delivree dans los conditions normales, la direction qu'un el6- ment en ligne droite devrait avoir, afin de "puiser" Pair dans la chambre 80 (fig. 1) et Je passer saus heurt et selon un angle conve- nable aux passages des diffuseurs de sortie 82, peut etre aisement dAerminee. Connais- sant ceci, la forme de la surface hyperboloide et des ailettes suit. Pour une conception con- venable, Pair entre dans los Aales dans la di- rection de leur surface sans heurt, s'ecolile en une ligne droite 1e long de la surface 60 et äst decharge egalement saus heurt dans los passages 87 arranges de fagon ä recevoir Fair saus choc. L'angle de sortie des ailettes äst inferieur ;z 90 (65 environ), assurant ainsi un rendement maximum. Tandis quo Pair ad- jacent ä la surface 60 präsente un ecoulement exaütement en ligne droite, tout celui Passant par los passages d'air a un ecoulement voisin de la ligne droite, de maniere qu'il n'y a Aas de,pertes par heurts et Gelles dues aux irr6gu- larites de la fabrication sollt reduites au mi- nimum. Los cöt6s peripheriques des passages sollt form6s de pr6f6rence par la surface co- nique 88 de la boite 2, quoique 1e cas echeant une cloison annulaire plaisse etre portee par ]es aretes exterieures des ailettes. The goals sought by this compressor construction are obvious. The direction of current through an air gap adjacent to surface 60 (FIG. 7) will be along straight lines which strike the elements of the helical surface. Knowing the average speed of rotation and the quantity of aii delivered under normal conditions, the direction that an element in a straight line should have, in order to "draw" air into chamber 80 (fig. 1) and pass without collision and at an angle suitable for the passages of the outlet diffusers 82, can be easily dAerminee. Knowing this, the shape of the hyperboloid surface and the fins follows. For proper design, air enters the Aales in the direction of their smooth surface, runs in a straight line along the surface 60, and is also smoothly discharged into the smoothly arranged passages 87. receive Fair without shock. The exit angle of the fins is less than 90 (approximately 65), thus ensuring maximum efficiency. While the air adjacent to the surface 60 is flowing exactly in a straight line, all that passing through the air passages is flowing close to the straight line, so that there are no losses through the air. bumps and gels due to manufacturing irregularities are reduced to a minimum. The peripheral sides of the passages are preferably formed by the conical surface 88 of the box 2, although if necessary an annular partition may be carried by the outer edges of the fins.
Los avantages mecaniques de cette cons- truction sollt 6galement importants. La ligne de fixation des ailettes au disque äst tres lon- gue, compar6e,ä leer surface, assurant ainsi 1e maximum de solidite. Pour cela, et ä cause de la courbure de la surface 60, il äst possible de placer des ailettes secondaires --de guidage 76 entre los ailettes principales, de fagon ä gui- der 1e courant et eviter des remous dus au fait quo la divergence des ailettes principales devient trop Brande pour un bon guidage sans ]es ailettes auxiliaires. The mechanical advantages of this construction are also important. The line of attachment of the fins to the disc is very long, compared to the first surface, thus ensuring maximum solidity. For this, and because of the curvature of the surface 60, it is possible to place secondary guide fins 76 between the main fins, so as to guide the current and avoid eddies due to the fact that the divergence of the main fins becomes too brande for good guidance without] the auxiliary fins.
Le fait quo los ailettes sollt fixees 1e long de lignes droites du rotor rend leur fabrica- tion facile permettant de los faire venir de Ponte avec 1e disque. The fact that the vanes are attached along straight lines of the rotor makes them easy to manufacture allowing them to be brought in from the bridge with the disk.
Los elements des ailettes Ytant radiaux, los efforts centrifuges sollt exerc6s en tension seulement, tant sur los ailettes qu'ä, leer jonc- tion avec 1e rotor, ce RTI ID="0009.0274" WI="5" HE="4" LX="1410" LY="490"> qui leur donne une so lidit6 los rendant capables de resister ä des vitesses. de Fordre de 60 000 tours ä la mi aute. The elements of the fins being radial, the centrifugal forces are exerted in tension only, both on the fins and at the first junction with the rotor, this RTI ID="0009.0274" WI="5" HE="4" LX ="1410" LY="490"> which gives them a solidity making them able to resist speeds. of the order of 60,000 revolutions at mid-speed.
De nombreux changements peuvent etre apport6s au compresseur ddcrit. tout en res- taut dans 1e cadre de Finvention. Many changes can be made to the described compressor. while remaining within the scope of the invention.
Par exemple, une construction similaire ä Gelle decrite ayant les elements d'ailettes ra- diaux, entrafne un reger ecartement d'un ecoule-ment rectiligne par la Partie exterieure des passages. Lille construction alternative dans laquelle los parois des ailettes seraient des lignes droites dans la direction de 1'ecoil- lement pourrait etre a.doptee; en ce Gas, 1'ele- ment d'ailette s'ecarterait legerement dune direction strictement radiale, quoique insuf- fisamment pour laisser apparaitre des effort5 destructifs. For example, a construction similar to Gelle described having the radial fin elements, results in a slight separation of a straight flow through the outer portion of the passages. An alternative construction in which the walls of the fins are straight lines in the direction of the scale could be adopted; in this Gas, the fin element would deviate slightly from a strictly radial direction, although not enough to allow destructive forces to appear.
*Los a,ilettes, ainsi quo la face du disque en coniact avec un courant d'air rapide, con- tribuent au refroidissement du rotor. *The fins, as well as the face of the disc in contact with a fast air current, contribute to the cooling of the rotor.
Afin d'empecher 1e Aassage de fair Solls Pression dann los gaz d'echappement entrant dans Faubage de la turbine, des Segments flexibles 90 forment un joint en labyrinthe; 1e Aassage annulaire 92 etant incline dans la direction contraire, une Pression äst creee dans cet espace annulaire, correspondant ä la vitesse du jet de gaz, afin d'equilibrer la Pression de fair et contribuer ainsi ä. eviter une fuite serieuse. In order to prevent the assage from building up pressure in the exhaust gases entering the turbine housing, flexible segments 90 form a labyrinth seal; As the annular assage 92 is inclined in the opposite direction, a Pressure is created in this annular space, corresponding to the velocity of the gas jet, in order to balance the Air Pressure and thus contribute to. avoid a serious leak.
De la description d6taillee ei-dessus, il resulte quo 1e groupe turbo-compresseur de- crit comprend diverses constructions nou- velles de dAails. Leur combinaison en un type nouveau. de turbo-compresseur ä. haut rendement äst particulierement interessante, Gar en plus de ce rendement, 1'agregat äst simple et compact et supprime les inconve- nients de longues tuyauteries 1e reliant au moteur, 1e groupe moteur-turbo-compresseur dtant lui-meme compact. From the detailed description above, it follows that the turbo-compressor unit described comprises various new constructions of details. Their combination into a new type. of turbocharger ä. high efficiency is particularly advantageous, since in addition to this efficiency, the aggregate is simple and compact and eliminates the disadvantages of long pipes connecting it to the engine, the engine-turbo-compressor group itself being compact.
Comme indique ei-dessus, la. construction ddcrite est -destinee ä etre utilisee en connec- tion avec un moteur six cylindres en ligne. Pour un moteur en il, la figure 19 indique la disposition particulierement compacte du turbo-compresseur ä 1'interieur du V, ]es tuye- res primaires et secondaires dtant indiquees par l1 et<I>B.</I> As indicated above, the. The construction described is intended for use in connection with an inline six cylinder engine. For a v-shaped engine, figure 19 shows the particularly compact arrangement of the turbocharger inside the V, the primary and secondary nozzles being indicated by l1 and <I>B.</I>
La fig. 11 montre un dispositif avec com- pression ä deux etages pour tres hauten alti- tudes, 10 representant un disque ä porte-ä- faux. comme ddjä ddcrit, uruni d'un aubage de turbine 34 sur une face et d'ailettes de compression 14 sur 1'autre; un deuxieme dis- que 12 sur 1e meme arbre Porte les ailettes de compressenr 16 et constitue 1e compresseur de second etage; un coussinet elastique 8 comme celui ddcrit est prdvu entre les deux disques. Les. deux compresseurs sont, comme dejä dit, connectes en serie, afin d'assurer une Pression elevee; des refroidisseurs d'air sont prevas (18) et sont disposes dune fa- gon compacte. D'autres dispositions peuvent etre utilisees. fig. 11 shows a device with two stage compression for very high altitudes, 10 representing a cantilever disc. as already described, having a turbine blade 34 on one side and compression vanes 14 on the other; a second disc 12 on the same shaft carries the compressor vanes 16 and constitutes the second stage compressor; an elastic pad 8 like the one described is provided between the two discs. THE. two compressors are, as already said, connected in series, in order to ensure a high pressure; air coolers are provided (18) and are arranged in a compact manner. Other layouts may be used.
La theorie de 1a suralimentation est con- nue, ainsi que ses avantages et inconvenients pratiques. Le type de turbo-compresseur de- crit, gräce au dispositif de "volant gazeux", diminue considerablement la contre-pression et utilise la plus Brande Partie de 1'energie des gaz d'echappement, resultats qui n'a- vaient pu etre atteints pratiquement aupara- vant. Du rendement eleve de ce groupe re- sulte une forte augmentation de puissance du moteur ä combustion interne, auquel est ap- plique ledit engin. The theory of overfeeding is known, as well as its practical advantages and disadvantages. The type of turbo-compressor described, thanks to the "gaseous flywheel" device, considerably reduces the back pressure and uses the greatest part of the energy of the exhaust gases, results which could not have been reached practically before. The high efficiency of this group results in a strong increase in the power of the internal combustion engine, to which said device is applied.
La fig. 16 est 1e diagramme connu d'un moteur ä combustion interne ä quatre temps neu suralimente, la Pression atmospherique ätant representee par la ligne -A-t. La fig. 17 est 1e diagramme du m"eme moteur uruni du turbo-compresseur ddcrit. La Pression obte- nue par 1e compresseur est representee par la ligne S-u. La surface positive J se trouve considerablement augmentee par rapport ä la fig. 16, en 7n une surface positive peut etre obtenue et 1'on voit que, gräce au dispositif du "volant gazeux", 1a. plus Brande Partie de 1'energie contenue dann les gaz d'echappe- ment et reprdsentee par la surface n est uti- lisde dans ces turbines, alors que jusqu'ici, lors, de 1'emploi qu'un reservoir ordinaire in term6diaire, Beule une petite Partie de cette energie pouvait etre utilisee. fig. 16 is the known diagram of a new supercharged four-stroke internal combustion engine, the atmospheric pressure being represented by the line -A-t. fig. 17 is the diagram of the same engine running the turbo-compressor described. The Pressure obtained by the compressor is represented by the line S-u. The positive surface J is considerably increased with respect to FIG. positive surface can be obtained and it is seen that, thanks to the device of the "gas flywheel", most of the energy contained in the exhaust gases and represented by the surface n is used in these turbines, whereas hitherto, when using only an ordinary intermediate reservoir, only a small part of this energy could be used.
La grandd augmentation de puissance RTI ID="0010.0274" WI="4" HE="4" LX="1862" LY="588"> re- sultant de 1'usäge de la suralimentation per- met une plus Brande puissance par kilogr. de moteur; jusqu'ici cette augmentation etait limitee par 1'energie absorbee par 1e com- presseur. Le groupe turbo-compresseur de- crit permet d'obtenir des Pressions de surali- mentation tres elevees, en utilisant des com- presseurs ä etages, ceci saus augmenter la contre-pression des gaz .d'dchappement; d'oü une augmentation de puissance de 1'ensemble moteur turbo-compresseur neu atteinte, ä ce jour. The large increase in power RTI ID="0010.0274" WI="4" HE="4" LX="1862" LY="588"> resulting from the use of supercharging allows for more power per kg. engine; hitherto this increase was limited by the energy absorbed by the compressor. The turbo-compressor unit described makes it possible to obtain very high supercharging pressures, by using stage compressors, this without increasing the counter-pressure of the exhaust gases; hence an increase in power of the new turbo-compressor engine assembly achieved to date.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH158334T | 1930-10-24 |
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Publication Number | Publication Date |
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CH158334A true CH158334A (en) | 1932-11-15 |
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ID=4412339
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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CH158334D CH158334A (en) | 1930-10-24 | 1930-10-24 | Turbo-compressor unit for supercharging internal combustion engines. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CH (1) | CH158334A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2447292A (en) * | 1943-10-12 | 1948-08-17 | Joseph E Van Acker | Gas-actuated turbine-driven compressor |
DE1043707B (en) * | 1954-12-31 | 1958-11-13 | Krauss Maffei Ag | Internal combustion engine with V-shaped cylinders |
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US5673559A (en) * | 1995-11-24 | 1997-10-07 | Benson; Steven R. | Turbine housing system |
-
1930
- 1930-10-24 CH CH158334D patent/CH158334A/en unknown
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