FR2533968A1 - Turbine a admission radiale du fluide et procede pour son utilisation - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE TURBINE A ADMISION RADIALE DU FLUIDE ET UN PROCEDE POUR SON UTILISATION. LA TURBINE, QUI INCLUT UNE ROUE18 SITUEE A L'INTERIEUR D'UNE VOLUTE DONT L'ENTREE52 RECOIT LES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR ET QUI COMPORTE UNE SURFACE26 RADIALEMENT LA PLUS EXTERIEURE SE RETRECISSANT EN SE RAPPROCHANT DU CENTRE DE LA TURBINE, COMPORTE DES MOYENS ACCOUPLES ENTRE L'ALIMENTATION EN GAZ D'ECHAPPEMENT ET L'ENTREE52 DES GAZ DANS LA VOLUTE TOUT EN CONFERANT AUX GAZ UNE DISTRIBUTION DE VITESSES A ECOULEMENT TOURBILLONNAIRE LIBRE. APPLICATION NOTAMMENT AUX TURBOCOMPRESSEURS DE MOTEURS A COMBUSTION INTERNE DE VEHICULES AUTOMOBILES.

Description

La présente invention concerne un carter de turbine d'un agencement adapté

de façon particulière pour son utilisation sur le côté turbine d'un turbocompresseur

pour des moteurs a combustion interne et son procédé d'utilisation.

Un turbocompresseur peut être considéré comme la combinaison d'un compresseur et d'une turbine, la roue du compresseur et la roue de la turbine étant raccordées à des extrémités opposées d'un arbre commun Les gaz d'échappement du moteur à combustion interne ou au moins une partie de ces gaz sont envoyés à la turbine Lorsque

les gaz traversent la turbine, l'énergie des gaz entrai-

ne en rotation l'arbre commun Cette rotation entraîne également la rotation de la roue du compresseur, ce qui

provoque une aspiration et une compression-de l'air am-

biant, qui est ensuite envoyé dans le collecteur d'admis-

sion du moteur à combustion interne Cet agencement d'une

turbine et d'un compresseur est bien connu et est analo-

gue à un compresseur à suralimentation, hormis que dans

le cas de ce dernier, le compresseur est entraîné en-rota-

tion par une liaison mécanique directe avec le vilebre-

quin.

Dans les raccords usuels des tubu-

lures qui partent du collecteur d'échappement

du moteur à combustion interne pour aboutir à l'en-

trée de la volute de la turbine dans le turbocompresseur,

on n'utilise aucun agencement ou aucune constitution -par-

ticulière des tubulures autres que la forme qui convient

pour conduire ou guider les gaz d'échappement en direc-

tion de l'entrée dans la volute de la turbine (à l'exclu-

sion également des cas de guidage particulier, par exem-

ple un système de réglage d'accord de collecteur) En gé-

néral, la distribution des vitesses des gaz d'échappement

lorsqu'ils sortent de la tubulure partant du'moteur à com-

bustion interne, est approximativement uniforme Par con-

séquent, on obtient une vitesse uniforme des gaz d'échap-

pement au niveau de l'entrée dans la volute de la turbine.

Après avoir pénétré dans l'entrée de la volu-

te de la turbine, les gaz d'échappement circulent selon

un trajet incurvé ou cour Ioà l'intérieur de l'espace inter-

ne courbe de la volute de la turbine Lorsque les gaz circulent le long de la surface intérieure courbe de la

volute de la turbine, ilstendent à prendre une distribu-

tion de vitesses à écoulement tourbillonnaire-libre Une

distribution de vitesses à écoulement tourbillonnaire li-

bre dans ce contexte signifie qu'une particule présente dans les gaz d'échappement, qui sont les plus rapprochés de la partie centrale à l'intérieur de la volute de la turbine possède une vitesse relative plus élevée que la

vitesse d'une particule présente dans les gaz d'échappe-

ment situés au niveau des parties radialement les plus extérieures de la volute de la turbine, c'est-à-dire

que la vitesse d'une particule est inversement propor-

tionnelle au rayon ou à la distance à partir du centre

de rotation de la roue de la turbine.

Conformément à la présente invention, on a découvert que si la distribution de vitesses initiale des gaz d'échappement envoyés à l'entrée de la volute

de la turbine est fournie srus la forme d'une distri-

bution tourbillonnaire libre, le rendement de la turbine augmente En outre, conformément à la mise en oeuvre de la présente invention, un moyen permettant de réaliser cette transformation faisant passer d'une distribution

de vitesses uniforme à une telle distribution de vites-

se à écoulement tourbillonnaire libre est formé par un conduit de transition permettant un passage à l'état tourbillonnaire Ce conduit reçoit les gaz d'échappement

provenant du moteur, tels que par exemple les gaz d'échap-

pement présentant la distribution de vitesses uniforme

usuelle sur l'ensemble de la surface en coupe transversa-

le des tubulures des gaz d'échappement En utilisant la géométrie du conduit de transition permettant le passage à l'écoulement tourbillonnaire, conforme à la présente invention, cette distribution de vitesses est transformée et passe d'une distribution de vitesse uniforme au niveau de l'entrée du conduit de transition permettant un passa- ge à l'écoulement tourbillonnaire, à une distribution de vitesses à écoulement tourbillonnaire libre au niveau

de la sortie du conduit.

Sans le conduit,conforme à l'invention, de tran-

sition permettant le passage à l'écoulement tourbillonnai-

re, la transformation intervenant naturellement des vites-

ses depuis une-distribution uniforme à une distribution à

écoulement tourbillonnaire libre, qui se produit à l'inté-

rieur de la volute de la turbine, est accompagnéede con-

traintes de cisaillement agissant à l'intérieur des gaz

d'échappement, en favorisant le développement de l'écou-

lement tourbillonnaire libre apparaissant naturellement ou l'aboutissement à un tel écoulement Ces contraintes de cisaillement sont fonction du gradient de vitesse à, l'intérieur desgaz d'échappement et de la viscosité de ces derniers Les effets visqueux représentent une perte

par le gaz d'une énergie utile qui ne peut pas être récu-

pérée Cette perte entraîne une réduction de l'énergie ci-

nétique tangentielle des gaz' d'échappement Dans le domai-

ne de la conception des turbomachipes, il est bien connu

qu'il est souhaitable d'avoir une énergie cinétique tan-

gentielle élevée au niveau de l'entrée dans le rotor de la turbine, étant donné que c'est l'énergie cinétique

tangentielle des gaz d'échappement qui provoque le trans-

fert d'énergie depuis les gaz d'échappement au rotor de

la turbine.

Dans le cas de la transition faisant passer

d'une distribution de vitesses uniforme à une distribu-

tion de vitessesà écoulement tourbillonnaire libre à l'intérieur de la volute de la turbine, on rencontre certaines pertes dues à des contraintes de cisaillement, comme cela a été expliqué ci-dessus Une action un peu

semblable se produic dans le conduit de transition per-

mettant le passage à un écoulement tourbillonnaire, con-

forme à la présente invention Cependant, à la différen-

ce des pertes dues aux faces de cisaillement à l'inté-

rieure du gaz dans la volutede la turbine, les pertes, qui apparaissent dans le conduit de transition conforme

à l'invention, sont plus faibles Cette réducticndes per-

tes est due au fait que le conduit de transition permet-

tant le passage à l'écoulement tourbillonnaire, conforme à la présente invention, est profilé de façon spécifique pour réaliser une seule fonction, à savoir la fonction de modifier la distribution de vitesses du gaz pénétrant dans le conduit de transition, depuis une distribution de vitessesuniforme à une distribution de vitesses à

écoulement tourbillonnaire libre à la sortie dudit con-

duit de transition Bien que dessertes dues à des con-

traintes de cisaillement puissent se produire à l'inté-

rieur du conduit de transition permettant le passage a l'écoulement tourbillonnaire, ce conduit est agencé de manière à posséder une convergence tridimensionnelle du point de vue courbure, de manière-à conformer le profil

des vitesses, par l'intermédiaire des gradients de pres-

sion établis à l'intérieur du conduit conforme à la pré-

sente invention, en vue de transformer la distribution de vitessesuniforme en une distribution de vitessesà

écoulement tourbillonnaire libre.

Conformément à une forme de réalisation du

conduit de transition permettant le passage à l'écoule-

ment tourbillonnaire, conforme à la présente invention,

l'entrée du conduit possède une forme rectangulaire,tan-

dis que sa sortie est de forme généraletrapézoïdale Afin de réaliser l'adaptation de 1 ' entrée dans la volute de

la turbine à la sortie du conduit de transition permet-

tant le passage à l'écoulement tourbillonnaire, on donne également une forme générale-trapézoidale à l'entrée dans

la volute de la turbine La surface courbe, qui est ra-

dialement la plus à l'intérieur, de l'intérieur du con-

duit correspond à un arc du cercle, tandis que la sur-

face du conduit, située radialement la plus à l'exté-

rieur, correspond à un arc de cercle et que la surface, radialement la plus à l'extérieur, de l'intérieur du conduit correspond également à un arc de cercle, mais possédant un rayon supérieur à l'arc le plus à l'intérieur

et dont le centre est différent de celui de cet arc En rai-

son de cette configuration, l'écoulement le long de la-

surfce radialement la plus à l'intérieur du conduit s'accélère plus rapidement que l'écoulement situé sur la surface radialement la plus extérieure du conduit, ce qui apporte une contribution à l'action du conduit de

transition permettant le passage à l'écoulement tourbil-

lonnaire, pour transformer les vitesses d'arrivée en une

distribution radiale des vitesses à écoulement tourbil-

lonnaire libre.

D'autres caractéristiques et avantages de la

présente invention ressortiront de la description donnée

ci-après de trois exemples spécifique du conduit de tran-

sition selon l'invention, dans lesquels: * 25 la figure 1 est une vue en coupe transversale partielle d'une turbine typique de l'art antérieur, prévue pour un turbocompresseur la figure 2 est une-vue prise suivant la coupe 2-2 de la figure 1

la figure 3 est une vue partiellement schémati-

que, semblable à la figure 1, illustrant la configuration

du conduit de transition permettant le passage à un écou-

lement tourbillonnaire, conforme à la présente invention,

tel qu'il est appliqué à une turbine typique de l'art an-

térieur prévue pour un turbocompresseur; lafigure 4 est une vue schématique du conduit

de transition représenté permettant le passage à l'écoule-

ment tourbillonnaire, conforme à la présente invention;

la figure 5 est une vue schématique représen-

tant la distribution de vitesses uniformes au niveau de l'entrée du conduit de transition permettant le passage

à l'écoulement tourbillonnaire, conforme à la présente in-

vention; la figure 6 est une vue semblable à la figure 5, mais montrant la distribution des vitesses à écoulement tourbillonnaire libre des gaz d'échappement lorsqu'ils sortent du conduit de transition permettant le passage

-à l'écoulement tourbillonnaire libre, conforme à la pré-

sente invention; la figure 7 est une vue de la partie du conduit de transition-conforme à la présente invention; la figure 8 est une vue schématique illustrant

la transition relative depuis l'entrée du conduit de tran-

sition permettant le passage à l'écoulement tourbillonnaire à la sortie de ce conduit conforme à l'invention la figure 9 est une vue semblable à la figure 3, qui montre une seconde forme de réalisation du conduit de transition conforme à la présente invention; et la figure 10 est une vue semblable à la figure 3, qui montre une troisième forme de réalisation du conduit de transition conforme à la présente invention; et la figure 11 est une vue schématique en coupe transversale, semblable aux figures 3, 9 et 10 et montrant

certaines distributions de vitesses des gaz d'échappement.

En se référant maintenant aux figures 1 et 2 des dessins, on y voit représenté un agencement de carter typique de turbine de l'art antérieur La référence 10 désigne d'une manière générale le carter de turbine, ce carter incluant un conduit d'admission 12 qui reçoit les gaz d'échappement provenant du collecteur d'échappement du moteur à combustion interne Bien que le conduit 12 soit ici représenté comme réalisé d'un seul tenant avec le carter de la turbine, ce conduit peut être séparé et réuni audit carter au moyen d' un accouplement approprié comme par exemple

un accouplement à boulons et à brides La référence 14 dé-

signe la partie courbe la plus extérieure de la volute de la turbine, ici sous la forme d'-une spirale La référence

16 désigne l'entrée, prévue pour le passage des gaz d'échap-

pement, dans la volute de la turbine La référence 18 dé-

signe un rotor de turbine classique à admission radiale du fluide, montée sur l'arbre 20 de manière à tourner autour de l'axe 21 La référence 22 désigne une ailette faisant partie d'une pluralité d'ailettes formées d'un seul tenant

avec la roue 18 de la turbine La référence 24 désigne l'in-

térieur du carter de la turbine, et la partie radialement la plus centrale de l'intérieur de ce carter comporte une surface annulaire continue 26 le long de laquelle les gaz d'échappement circulent en direction de la périphérie la

plus extérieure de la roue 18 dela turbine et par consé-

quent circulent axialement le long des ailettes 22 L'in-

térieur peut être considéré comme formant un trajet d'écou-

lement courbe et allongé d'une buse annulaire continue 26.

Un carter de turbine typ ique de l'art anté-

rieur est présenté dans le brevet US NO 2 944 786 attri-

bué à Angell, qui a été pris pour base des figures 1 et 2. En se référant maintenant aux figures 3 et 4 des dessins, on voit que la partie inférieure gauche de

la figure 3 représente une vue en coupe transversale par-

tielle d'une volute de turbine-typique de l'art antérieur, telle que par exemple le carter de turbine des figures 1 et 2 La référence 14 correspond par conséquent à lé partie la plus extérieure de la volute de la turbine, tandis que la référence 24 désigne à nouveau le trajet d'écoulement

incurvé à l'intérieur de la volute La référence 26 dé-

signe la partieradialement la plus extérieure de la sur-

face du trajet d'écoulement dans la volute, qui est égale-

ment représenté sur la figure 3 sous la forme d'une spirale.

Dans cette technique on connaît déjà une surface en spirale,

telle que la surface 26, comme cela est représenté par exem-

ple dans le brevet Angell indiqué plus haut. La référence 50 désigne d'une manière générale

le conduit de transition permettant le passage à un écoule-

ment tourbillonnaire, conforme à l'invention (voir également à ce sujet la figure 4), comportant une zone d'entrée ou col d'entrée 52 qui a une forme générale rectangulaire La

référence 62 désigne la partie radialement la plus exté-

rieure d'une sortie de forme générale trapézoïdale 54, tandis que la référence 64 désigne la partie radialement

la plus intérieure de la sortie de forme générale trapézoi-

dale 54 La référence 66 désigne la partie radialement la

plus extérieure du col d'entrée 52 du conduit de transi-

tion permettant le passage à l'écoulement tourbillonnaire, tandis que la référence 68 désigne la partie radialement

la plus intérieure du col d'entrée 52 La référence 74 dé-

signe la surface incurvée, radialement la plus extérieure,

qui correspond à un arc de cercle du conduit de transi-

tion 50, tandis que la référence 72 désigne la surface radialement la plus intérieure du conduit de transition,

également sous la forme d'un arc de cercle Les deux cô-

tés du conduit 50 sont incurvés de sorte que la transi-

tion faisant passer de la forme rectangulaire à la forme générale trapézoïdale peut être obtenue Il apparait à l'évidence que l'entrée de la volute 14 de la turbine est de forme générale trapézoïdale de manière à s'adapter à la sortie de forme générale trapézoïdale 54 du conduit

de transition 50.

La référence 80 désigne un accouplement de tu-

buluresentre le collecteur d'échappement d'un moteur à combustion interne et le col d'entrée 52 du conduit de

transition 50 On peut utiliser n'importe quel type d'ac-

couplement du conduit 80 au col 52, co Tme par exemple un

accouplement à brides et à boulons.

La figure 5 représente schématiquement la dis-

tribution de vitesses radiale des gaz d'échappement prove-

nant du moteur à combustion interne, lorsqu'ils sortent

du conduit 80 pour pénétrer dans le conduit de transi-

tion 50 On peut voir que la distribution de vitessesest.

uniforme, c'est-à-dire que dans toutes les régions situées au-delà de l'entrée 52 du conduit 50 (accouplé à la sortie de la tubulure 80), la vitesse des gaz d'échappement est

constante La figure 6 représente la distribution de vites-

se des gaz d'échappement lorsqu'ils sortent par la sortie 54 du conduit de transition 50 pour pénétrer dans l'entrée de la volute 14 de la turbine La figure 6 montre que la

distribution n'est pas uniforme, les vitesses les plus im-

portant Oe étant les vitesses présentes dans les parties radialement les plus intérieures, alors que les vitesses les plus lentes sont les vitesses situées au niveau des

parties radialement les plus extérieures du conduit de.

transition Cette distribution, qui pénètre directement dans la volute de la turbine, entraîne une amélioration du rendement de la turbine par rapport à la distribution

de la figure 5.

En se référant à nouveau à la figure 3 des des-

sins, la lettre q désigne l'épaisseur de la volute 14 au niveau de sa sortie Au niveau de cette sortie, les gaz

d'échappement ont circulé sur un angle de 360 étant don-

né qu'ils pénètrent dans l'entrée 54 de la volute de la turbine La lettre p indique l'épaisseur de la volute 14 en un point situé situé à 270 par rapport à l'entrée de la volute de la turbine Ces épaisseurs des régions p et q

sont fixées sur la base de configurations connues de con-

ception. En se référant encore à la figure 3, R O désigne

la distance entre l'axe de rotation 21 et la partie radiale-

ment la plus extérieure de la sortie 54 du conduit de

transition 50 R 1 désigne la distance entre l'axe de ro-

tation 21 et la partie radialement la plus intérieure

de la zone terminale de la volute 14 R 2 désigne la dis-

tance entre l'axe 21 et la partie radialement la plus ex-

térieure de la partie terminale de la volute 14, qui coin-

cide avec le bord de forme générale trapézoïdale plus court

64 de la sortie 54 du conduit de transition 50.

Le centre d'o partle rayon R 2, qui engendre la surface radialement la plus intérieure 72 du conduit de transition, est définie par le point A Le point B est le centre de courbure de la surface radialement la plus extérieure 74 du conduit de transition, et le rayon

Ro y est associé Le point C sur la figure 3 est l'inter-

section de la surface 72 (arc 1) avec une droite horizontale

représentant une rotation de 2700 en sens inverse des ai-

guilles d'une montre à partir de l'entrée de la volute 14 de la turbine Le point D coïncide avec le bord 64 dans le plan de la figure 3 Le point O est situé sur l'axe'de rotation 21 Les points E et F sont les points extrêmes

de la surface 74.

Les points A et B sont déterminés de la maniè-

:^e suivante: tout d'abord un trace un arc de cercle de rayon R 2, dont le centre est au point D On trace un arc

de cercle de rayon R 2 avec pour centre le point C L'in-

tersection de ces arcs est le centre l'arc 1 et est dési-

gnée par A Ensuite, le centre de l'arc se situant au point A, on trace un arc de cercle de rayon R 2 qui relie les

points D et C, ce qui définit le contour de surface 72.

L'angle alpha est l'angle entre l'horizontale au point D et la tangente à l'arc 1 au point D La distance OA est donnée par la relation: OA = t 2 (R 2) _ 2 (R 2)2 cos'1/2 2 R 2 sin ("/2)

On peut voir, en utilisant les relations trigo-

1 i nométriques et géométriques que OA fa un angle égal à C/ par rapport = l'horizontale passant par le point O.

L'arc 2 est la ligne d'écoulement la plus ex-

térieure (surface 74) du'conduit de transition permettant le passage à l'écoulement tourbillonnaire et est formé

de la manière suivante Tout d'abord, on prolonce la droi-

te OA radialement vers l'extérieur, cette droite faisant

l'angle /,'2 Ensuite, on trace un arc de cercle de lon-

gueur R O avec pour centre le point E (sur le bord 62).

L'intersection de l'arc résultant avec le pr-clongement du segment OA détermine le centre B de-l'arc 2 (surface 74) Ensuite, le centre étant situé au point B, or trace un arc de cercle de rayon R O reliant les points E et F.

Etant donné qu'un turbocompresseur est en gé-

néral utilisé dans un espace, limité et est en général di-

mensionné pour un moteur particulier, la géométrie des li-

mites périphériques entre habituellement en jeu Cette aéo-

métrie inclut le rayon R O le rayon intérieur R 1 de l'en-

trée de la volute-et les épaisseurs p etq du matériau Les exigences relatives au débit massique, à la pression de l'air, à la température dans le collecteur d'échappement

du moteur et à la puissance en chevaux complètent les exi-

gences requises du point de vue de l'application thermody-

namique Lé passage rectangulaire 52 présent au ni-eau de l'entrée du conduit de transition permettant le passage

à l'écoulement tourbillonnaire est nécessaire pour réali-

ser une adaptation de l'accouplement du collecteur d'échap-

pement du moteur Ces paramètres de conception et la lon-

gueur (en degrés avant l'entrée de la turbine) du conduit

de transition permettant de passer à l'écoulement tourbil-

lonnaire étant donnés, on définit une entrée rectangulaire spécifique du conduit de transition, ainsi qu'une sortie

de forme généraletrapézoidale Il existe également un an-

gle spécifique de paroi latérale ( ) du carter, aui doit

être spécifié pour faciliter l'obtention d'une distribu-

tion de vitessesà écoulement tourbillonnaire libre autour de l'entrée du rotor S est défini par tg 1 W -w o 1 La figure 7 montre l'angle ( ) avec Ri = R 2. La figure 8 montre qu'il existe un certain rayon Rx pour lequel la largeur de l'entrée du conduit de transition et la largeur de l'entrée de la volute de la turbine sont égale-s, cette valeur étant lepérée par 84 Pour tous les rayons R (mesurés à partir de l'axe 21 de la roue de la turbine) supérieurs à R la largeur

du conduit de transition augmente en direction de l'en-

trée de la volute de la turbine, et pour tous les rayons

R inférieurs à Rx 84, la largeur du conduit de transi-

* tion diminue en direction de l'entrée de la volute de la turbine C'est pourquoi, le long de la paroi-supérieure

du conduit de transition qui inclut la surface 74, la lar-

geur augmente jusqu'à W au niveau de l'entrée du turbo-

compresseur Le long de la paroi intérieure 72, la largeur

diminue jusqu'à Wi au niveau de l'entrée du turbocompres-

seur Cet accroissement/rétrécissement de la largeur du conduit de transition en liaison avec la convergence des

parois intérieureet extérieure du conduit établit la dis-

tribution de vitesses radiale à écoulement tom:rbillonnaire

libre à l'entrée de la volute de la turbine.

Tout en réalisant la fonction de redistribu-

tion des vitesses, le conduit de transition de la forme

de réalisation de la figure 3 présente certaines discon-

tinuitésaérodynamiquesentre des lignes d'écoulement ou associées à des lignes d'écoulement Conformément à une

seconde forme de réalisation que l'on va maintenant dé-

crire, les épaisseurs p et q sont -augmentées et les an-

gles alpha et béta (de la figure 3) sont égaux Une obser-

vation de la partie supérieure de la figure 3 montre que

si les angles alpha et béta sont égaux, alors la transi-

tion entre l'arc 2 et la volute sera uniforme du point de

vue aérodynamique.

Dans la forme de réalisation de la figure 9, dans laquelle des chiffres identiques correspondent à-la forme de réalisation de la figure 3, les angles alpha et

béta sont égaux, ce qui fournit une transition douce en-

tre l'arc 2 (désigné par 74) et la surface 26 de la volu-

te Ceci est obtenu grâce aux types de constructios que l'on va décrire L'entrée dans la volute 24 et la zone terminale du conduit de transition 50 sont effectivement séparées par un élément de conduit inséré 100 Les parois opposées du conduit 100 sont parallèles, un segment de droit réunissant les points 62 et 620 étant coïncident *avec la tangente à la volute au niveau de l'entrée de

cette dernière La longueur du conduit inséré 100, sui-

vant une direction parallèle à cette tangente, est dési-

gné par L. La construction de l'arc 1 (surface 72) et de l'arc 2 (surface 74) est identique à celle de la forme, de réalisation de la figure 3, hormis que la référence, qui était faite à partir de l'axe de rotation 21 de la roue de la turbine, est maintenant transférée à un nouveau point 210 Ce nouveau point esttranslaté le long d'une droite faisant l'angle È, jusqu'à une distance L de l'axe 21 La longueur OA, qui est la distance entre le centre de rotation de la roue de la turbine et le centre de la surface 72 (arc 1) est donnée par la relation: FA = L 2 + 2 R 22 (sin 2 te+ 2 sin 4 $/2 1/2 La longueur OB, qui est la distance entre le centre de rotation 21 de la roue de la turbine et le

centre de la surface 74 (arc 2) est donnée par la rela-

tion: OB = 2 -+ 2 R 02 (sin 2 + 2 sin 4/2 î 1/ Sur la figure 10, on a représenté une autre

forme de réalisation de l'invention, qui montre la circu-

lation uniforme de ta ligne d'écoulement de la forme de réalisation de la figure 2, mais avec une forme légèrement différente La méthode de construction de la surface 74

(arc 2) et de la surface 72 (arc 1) est la suivante.

Pour construire la surface 74, on trace une droite partant du point 62 et faisant un angle droit par rapport à la tangente à la surface 26 de la volute, au point 62 Cette droite est désignée par 62 a Ensuite, on mesure la longueur R O le long de 62 a, à partir d'un point 62, de manière à obtenir un point B, à la suite de quoi on

trace un arc de rayon R O entre les points 62 et 66 de ma-

nière à obtenir la surface 74.

Pour construire la surface 72, on détermine

tout d'abord la longueur R 2 Ensuite, on trace une perpen-

diculaire à un segment de droite qui fait un angle béta par rapport à l'horizontaleau point 64 C'est la droite 64 a Avec le point 64 comme centre, on trace un arc de,

rayon R 2 qui intersecte la droite 64 a Le point d'inter-

section est le centre A de la surface 72 Ensuite, on trace l'arc l entre les points D et C, avec tnrayon R 2,

afin d'obtenir la surface 74 Dans le cas o cette pro-

cédure fournit une épaisseur p inférieure à celle qui est requise pour la résistance, on augmente R 2 et l'on

répète les phases opératoires indiquées ci-dessus jus-

qu'à ce que l'épaisseur minimale requise pour p soit obtenue Le segment de droite OA fait un angle égal à

la moitié de l'angle béta par rapport à l'horizontale. La longueur QA est: OA 2 R sin F 2 2.2 f V et la longueur OB est: OB = 2

R? sint/2 En se référant maintenant à la figure 11, on

voit que la surface portant des hachures croisées repré-

sente le conduit 50 qui est convergent depuis sa zone d'en-

trée jusqu'à sa zone de sortie Sur la base des lois bien

connues de la mécanique des fluides, lorsqu'un fluide tra-

verse la zone d'entrée d'un conduit convergent courbe, les propriétés du gaz ne restent pas identiques dans l'en- semble du conduit Si par exemple le profil desvitesses au niveau de l'entrée dans-le conduit est uniforme, la

courbure et la convergence du conduit modifieront le pro-

fil des vitesses de sorte que l'on obtiendra à la sortie du conduit un profil de vitesses-différent

La-géométrie du conduit est agencée conformé-

ment à la présente invention de manière à produire le pro-

fil de vitesses à écoulement tourbillonnaire libre désiré, défini par l'équation suivante au niveau de la sortie du conduit: X -V O = constante

Le conduit de transition généralisé, représen-

té sur la figure 11 comporte lessurfaces 90 et 92 et les

surfaces de raccordement situées l'une au-dessus et l'au -

tre au-dessous de la section transversale représentée La

modification requise de la géométrie pour obtenir une dis-

tribution de vitessesà écoulement tourbillonnaire libre peut être obtenuaàu moyen d'une courbure appropriée de

l'une quelconque de ces-surfaces ou bien par une combinai-

son quelconque de surfaces, une fois fixée la géométrie des surfaces restantes, de telle manière que l'équation

ci-dessus soit satisfaite.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 Turbine à admission radiale du fluide, du type apte à être employée avec un compresseur dans un turbocompresseur pour réaliser une suralimentation dlun moteur à combustion interne à pistons à mouvement al-

ternatif, et comportant une roue ( 18), un carter de vo-

lute ( 10) de forme générale annulaire possédant une ou-

verture d'entrée pour les gaz d'échappement provenant du moteur, et dans laquelle la roue ( 18) est montée de manière à pouvoir tourner à l'intérieur du carter ( 18),

l'intérieur de la volute définit une buse incurvée per-

mettant d'évacuer les gaz d'échappement envoyés dans

l'entrée du carter à la roue ( 18) de la turbine, la sur-

face radialement la plus extérieure de la buse incurvée' possédant la forme d'une spirale ( 26), de sorte que la surface radialement la plus à l'extérieur de la buse se rapproche progressivement du pourtour de la roue de la turbine, les gaz d'échappement du moteur circulant en

provenant de l'entrée du carter en travers la buse incur-

vée et en se dirigeant radialement vers le centre de la

roue ( 18) de la turbine de-manière à l'entraîner en rota-

tion, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens ( 5) accouplés entre l'alimentation desgaz d'échappement et

l'entrée ( 51) des gaz d'échappement dans la volute et ser-

vant à conférer aux gaz d'échappement une distribution de vitesses à écoulement tourbillonnaire libre, lorsque les gaz pénètrent dans la volute ( 14) de la turbine, ce qui permet d'obtenir une réduction des pertes de gaz et

une amélioration du rendement de la turbine à gaz par rap-

port à une distribution de vitesses au niveau de l'entrée du carter, qui diffère de la distribution à écoulement

tourbillonnaire libre -

2 Turbine selon la revendication 1, carac-

térisée en ce que les moyens ( 50) servant à produire une

distribution de vitesses à écoulement tourbillonnaire li-

bre sont un conduit de transition permettant de passer à

un écoulemen-t tourbillonnaire, qu L s'étend sur une distan-

ce angulaire d'environ 90 et dont la sortie pénètre dans

l'entrée de la volute, l'entrée ( 62) du conduit de tran-

sition étant rectangulaire, la sortie ( 54) du conduit de transition et l'entrée dans la volute ( 14) de

la turbine possédant une forme générale trapézoïdale.

3 Turbine selon la revendication 2, carac-

térisée en ce que la surface radialement la plus inté-

rieure et la surface radialement la plus extérieure du conduit ( 50) de transition permettant le passage d'un écoulement tourbillonnaire sont des arcs de cercle (arc 1, arc 2) en projection sur un plan perpendiculaire à

l'axe de rotation de la roue ( 18) de la turbine.

4 Turbine selon la revendication 3, carac-

térisée en ce que les centres (A,B) des deux arcs de

cercle sont situés en des positions différentes.

Turbine selon-la revendication 4, caracté- risée en ce que le rayon de courbure de l'arc de cercle

radialement le plus intérieur est R 2 ( R 2 étant la distan-

ce entre l'axe de rotation 21 de la roue de la turbine et le bord radialement le plus intérieur de l'entrée ( 52) de forme générale trapezoidale du carter de turbine dans

ledit plan) et dont le centre (A) est déterminé par l'in-

tersection d'un premier et d'un second arcs de position-

nement, le premier arc de positionnement ayant pour rayon R 2, alors que son centre (C) dans ledit plan, est situé

sur le bord radialement le plus intérieur ( 72) de l'en-

trée de forme générale trapézoïdale de la volute ( 14) de la

turbine et le second arc de positionnement ayant pour -

rayon (R 2), tandis que son centre (D) dans ledit plan, est situé sur le bord radialement le plus intérieur ( 72) de l'entrée du conduit ( 50) de transition permettant le passage à l'écoulement tourbillonnaire, et que le rayon de courbure de l'arc de cercle radialement le plus exté, rieur est R (R étant la distance entre l'axe ( 21) de

rotation de la roue ( 18) de la turbine et le bord radia-

lement le plus extérieur ( 74) de l'entrée de forme géné-

rale trapézoïdale du carter de turbine dans ledit plan) et que le centre (B) de cet arc de cercle est déterminé

par l'intersection ( 1) du prolongement d'une droite si-

tuée dans ledit plan et partant de l'axe ( 21) de rota-

tion de la roue de la turbine en passant par le centre (A) de courbure dudit arc de cercle situé radialement le plus à l'intérieur, et ( 2) d'un arc situé dans ledit plan et possédant le rayon Ro O et dont le centre ( 66) se situe sur

le bord radialement le plus à l'extérieur ( 74) de l'entrée de for-

me générale trapézoïdale dans la volute ( 14) de la turbi-

-ne.

6 Turbine selon l'une quelconque des revendi-

cations 2 à 4, caractérisée en ce que l'entrée de la tuirbine ( 24) et la sortie du conduit ( 50) de transition permettant de passer à un écoulement tourbillonnaire sont accouplées

par l'intermédiaire d'un élément de conduit inséré ( 100).

7 Turbine selon la revendication 5, caracté-

risée en ce que les surfaces R 2 et Ro du conduit ( 50) sont déterminées de la même manière, hormis que le centre

de rotation de la turbine est considéré, pour cette dé-

termination, comme étant translaté d'une distance (L) le long d'une droite partant du centre ( 21) de rotation de la turbine et faisantpar rapport à l'horizontale, un angle béta égal à l'angle de la tangente à la volute au

niveau de son entrée radialement la plus extérieure par rap-

port à l'horizontale, L étant la largeur, comptée suivant une direction parallèle à ladite tangente, d'un élément de conduit inséré ( 100) qui est disposé entre l'entrée

de la volute ( 24) et de la turbine et la sortie du con-

duit de transition ( 50) et réunit ces éléments, ce qui

permet de réduire au minimum les discontinuités aérody-

namiques.

8 Procédé d'utilisation d'une turbine du ty-

pe à admission radiale du fluide, telle qu'une turbine pré-

sente sur un turbocompresseur alimenté par les gaz d'échap-

pement d'un moteur à combustion interne à pistons à mouve-

ment alternatif, caractérisé en ce qu'il inclut-une phase opératoire de traitement des gaz d'échappement avant leur

pénétration dans la volute ( 14,24) de la turbine de maniè-

re à ce qu'ils acquièrent une distribution radiale de vi-

tesses à écoulement tourbillonnaire lors de leur entrée dans la volute de la turbine, ce qui permet de réduire les pertes d'énergie du point de vue du gaz, dues à une contrainte de cisaillement interne des gaz d'échappement

dans la turbine.