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" Perfectionnements apportés ou relatifs aux systèmes à com- bustible des moteurs à turbine à gaz. "
La présente invention a trait aux systèmes à combustible des moteurs à turbine à gaz de l'espèce où, outre le stade de combustion principal, il existe un ou plusieurs stades de combustion additionnels dans lesquels les gaz prove- nant du stade de combustion principal sont réchauffés après avoir passé par un système à turbine. Un tel stade de combus- tion additionnel sera appelé ci-après " stade de réchauffage ".
Une application importante de l'invention est celle qui est faite aux moteurs à turbine à gaz de ce genre employés pour la propulsion d'avions par réaction, où les gaz d'échappement provenant de l'appareil de combustion principal passent par une turbine et sont réchauffés au cours d'un stade de réchauffage avant leur sortie à grande vitesse par la tuyère
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de propulsion, ce qui fournit la poussée propulsive.
L'objet de cette invention est de faciliter la commande de l'alimentation en combustible vers le stade de com- bustion de réchauffage, dans un moteur à turbine à gaz de l'es- pèce dont il a été fait mention;
On notera particulièrement que là où un tel sta- de de réchauffage est utilisé dans l'appareil moteur d'un avion, il est nécessaire de modifier l'alimentation en combustible vers le stade de réchauffage suivant les changements d'altitude.
Selon la présente invention, il est prévu dans un moteur à turbine à gaz de l'espèce susmentionnée, un dispo- sitif pour commander l'alimentation en combustible vers un stade de réchauffage, comprenant un dispositif,sensible à la température ou thermosensible situé dans le courant gazeux en- tre le stade de combustion principal et le stade de réchauffage, et une commande d'alimentation en combustible agencée pour être actionnée par le dispositif thermosensible pour modifier l'ali- mentation en combustible vers le stade de réchauffage afin de maintenir la température, au lieu où est situé le dispositif thermosensible, à une valeur prédéterminée ou en dessous de cette valeur.
De préférence, le dispositif thermosensible est situé à l'aval du système de la turbine qui reçoit les produits de la combustion de l'appareil de combustion principal du mo- teur, et en amont du stade de réchauffage.
La combustion du combustible au stade de réchauf- fage crée une contre-pression tendant à réduire la chute de pression dans la turbine alimentée par le stade de combustion principal, et à faire augmenter ainsi la température à laquel- le la turbine est soumise. La disposition de commande de cette invention empêche la température de fonctionnement de cette turbine de dépasser une valeur choisie d'avance et évite par conséquent la surchauffe de la turbine.
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Selon une autre particularité de l'invention, un moteur à turbine à gaz de l'espèce susmentionnée, conçu pour la propulsion des avions par réaction, ayant un stade de réchauffage où du combustible est brûlé avant le passage des gaz d'échappement vers la tuyère de propulsion, comprend un é- lément thermosensible situé dans le courant gazeux chauffé par l'appareil de combustion principal et en amont du stade de ré- chauffage, ledit dispositif thermosensible fonctionnant par l'intermédiaire d'un système de commande afin de modifier l'ali- mentation en combustible vers le stade de réchauffage, et de maintenir ainsi une température choisie d'avance au lieu où est situé le dispositif thermosensible.
Le dispositif thermosensible peut comprendre un thermo-couple, un thermomètre à résistance ou un élément à di- latation thermique. Lorsqu'on emploie un thermo-couple, la ten- sion de sortie peut être opposée à une tension de repère choi- sie, et la tension résultante peut être amplifiée pour comman- der une vanne ou un régulateur de combustible; lorsqu'un ther- momètre à résistance est employé, l'élément de résistance peut faire partie d'un montage en pont dont la sortie est connectée à un amplificateur approprié. Dans une variante, un élément à dilatation thermique peut être agencé pour actionner une vanne de commande de combustible ou son équivalent, soit directement, soit indirectement, par l'intermédiaire d'un servo-système à moteur.
Un certain nombre d'éléments thermosensibles peuvent être employés et agencés pour prendre une température moyenne, température moyenne suivant laquelle est effectuée la commande de l'alimentation en combustible.
Selon une autre particularité de l'invention, dans un moteur à turbine à gaz de l'espèce susmentionnée et ayant un stade de réchauffage fonctionnant par intermittence, il est prévu un dispositif thermosensible pour commander, lors- que le stade de réchauffage est inactif, l'alimentation en
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combustible de l'appareil de combustion principal.de façon à maintenir la température à laquelle il est soumis à une valeur prédéterminée ou en dessous de celle-ci, et, lorsque le stade de réchauffage fonctionne, pour commander l'alimentation en combustible du stade de réchauffage comme il est exposé ci-des- sus.
Deux dispositions selon la présente invention vont maintenant être décrites en se référant aux dessins ci- annexés, dans lesquels: la fig. 1 illustre schématiquement un moteur à turbine à gaz auquel est appliquée une commande selon l'inven- tion, et la fig. 2 illustre une variante de l'agencement de la commande.
Les mêmes notations de référence sont employées dans les deux figures des dessins pour désigner des parties identiques.
A la fig. 1, on a représenté un moteur à turbine à gaz 10 employé pour la propulsion des avions par réaction, et ses commandes.
Le moteur à turbine à gaz comprend un compresseur 11, montré comme un compresseur centrifuge du type à admission double, qui est agencé pour fournir de l'air comprimé à une sé- rie de chambres de combustion 12 de toute forme connue ou con- venable. Les chambres de combustion 12 s'étendent vers une tur- bine à écoulement axial 13 dont le rotor 13â. est relié, pour l'actionnement, à la roue à ailettes ou impulseur 11a du com- presseur par un arbre moteur 14. Les chambres de combustion 12 sont disposées en couronne autour de l'arbre 14.
Le combustible est fourni aux chambres de combus- tion 12 par l'intermédiaire de dispositifs d'injection 15 et les gaz de combustion chauds s'écoulent hors des chambres de combustion par la turbine 13 afin de l'actionner, et de là. dans une unité d'échappement comprenant une paroi extérieure
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16 et une paroi conique intérieure 17. Une tuyère à gicleur 18 est fixée à l'extrémité de sortie de l'unité d'échappement et un bec de propulsion à section variable 19 est porté par l'extrc mité de la tuyère.
Le bec 19 comprend de la manière connue une paire de clapets pivotants 19a dont les positions peuvent être réglées par un mécanisme 20 représenté comme étant un dispositif à moteur actionné pneumatiquement. On pourrait toutefois prévoir un dispositif à moteur qui soit actionné hydrauliquement ou é- lectriquement.
L'air sous pression qui est nécessaire pour fai- re fonctionner le mécanisme 20, est prélevé à la sortie du com- presseur 11 et conduit au mécanisme 20 par une conduite 21 comportant une vanne de commande 22 manoeuvrable à la main et qui peut être mise dans deux positions dans l'une desquelles (celle qui est illustrée) le cylindre du moteur est en communi- cation avec l'atmosphère, le cylindre étant, dans l'autre, placé en communication avec l'alimentation d'air sous pression.
La paroi extérieure 16 de l'unité d'échappement se prolonge au delà de l'extrémité de la paroi conique 17. et cette partie de l'unité d'échappement est employée, lorsque c'est nécessaire, comme chambre de combustion de réchauffage destinée à réchauffer les gaz d'échappement quittant la turbine 13 avant leur échappement par le bec 19. Le combustible est in- troduit dans le courant des gaz d'échappement par l'intermé- diaire des dispositifs d'injection 23 de toute forme connue ou convenable. Les dispositifs d'injection illustrés sur le dessin injectent le combustible vers l'amont, vers les chicanes 24 ayant la forme de plateaux concaves qui créent des régions de stagnation où a lieu la combustion du copbustible.
Si on le désire, la section de la conduite d'é- chappement peut être augmentée dans la région de la combustion de réchauffage afin de réduire la vitesse des gaz d'échappe- ment dans cette région, tout en pouvant être réduite à nouveau
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au delà de cette région.
Lorsque le dispositif de combustion de réchauf- fage fonctionne, les clapets 19a du bec 19 sont retirés (posi- tion en traits pointillés sur la figure) et lorsque le disposi- tif de combustion de réchauffage ne fonctionne pas, les clapets 19a occupent la position indiquée en traits pleins, grâce à l'action du ressort 20a.
Le système d'alimentation en combustible des dis- positifs d'injection 15 de l'appareil de combustion principal 12 comprend une pompe 25 menée à partir de l'arbre 14 par l'in- termédiaire d'une transmission convenable indiquée par la ligne en traits pointillés 25a. La pompe pompe le combustible d'un réservoir à combustible 26 et le fournit, par une conduite 27 et au delà d'une vanne régulatrice à main 28, aux dispositifs d'injection 15. Une aoupape de sûreté commandée par le by-pass ou détournement 29 est branchée aux deux côtés de la pompe 25 afin de maintenir une pression choisie dans la conduite 27, en amont de la vanne régulatrice 28.
Le système d'alimentation en combustible des dis- positifs d'injection 23 comprend une pompe 30 menée à partir de l'arbre 14 par l'intermédiaire d'une transmission indiquée par la ligne en traits pointillés 30a. La pompe pompe le com- bustible du réservoir 26 et le fournit, par l'intermédiaire d'une conduite 31, aux dispositifs d'injection 23. Une soupape de sûreté située sur le by-pass 32 est branchée des deux c8tés de la pompe 30 afin de maintenir une pression de refoulement constante de la pompe. Le système à combustible peut comporter tout dispositif connu pour compenser les effets dus. aux chan- gements d'altitude.
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Le courant passant par la conduite 31 est com- mandé par un robinet 33, qui peut être prévu entre une posi- tion complètement fermée et une position entièrement ouverte, et par une vanne régulatrice 34 commandée de la manière dé- crite ci-après afin de maintenir la température régnant dans l'unité d'échappement 16, en un lieu situé en amont de la région de réchauffage, à une valeur égale ou inférieure à une valeur choisie d'avance.
On notera que, lorsque le stade de réchauffage fonctionne , la chute de pression dans la turbine 13 est réduite, si bien que la température de fonctionnement a tendance à monter. La vanne régulatrice 34 est commandée de façon qu'une température de fonctionnement excessive ne soit pas atteinte dans la turbine.
La vanne régulatrice 34 est commandée de la façon suivante :
Un dispositif thermosensible ,par exemple, un thermo-couple 35, est situé dans l'unité d'échappement en un point intermédiaire entre la sortie de la turbine et les chicanes 24 du stade de réchauffage, et le dispositif thermo- sensible est agencé pour faire fonctionner la vanne régula- trice , par IL' intermédiaire d'un mécanisme de commande, lors- que la température du lieu où il se trouve, monte au-dessus ou tombe en dessous d'une valeur choisie d'avance. Ainsi, l'alimentation en combustible des dispositifs d'injection 23 est soit diminuée, soit augmentée de façon à maintenir une température choisie d'avance.
Dans ce but, le thermo-couple est, par exemple, connecté à une source de force électromb- trice standard par l'intermédiaire d'un circuit à résistances convenable, dont les bornes de sortie sont reliées à un dis- positif sélecteur 36 de toute forme convenable ou connue, qui subit la tension du thermo-couple avec un effet d'équilibre ayant une tension inférieure ou supérieure à la tension de
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repère. La sortie du dispositif 36 est reliée à un amplifica- teur 37 et appliquera un moteur réversible 38, afin de faire tourner le moteur dans un sens lorsque le déséquilibre de la tension du thermo-couple penche dans un sens, et dans le sens opposé, lorsque le déséquilibre de la tension du thermo-couple penche dans le sens opposé.
Lorsque le moteur tourne, il fait se déplacer un écrou 39 le long d'une tige filetée 40, ce qui fait basculer le bras de commande 41 de la vanne régulatrice 34.
En pratique, il est préférable de prévoir un certain nombre de dispositifs thermosensibles tels que 35 et de les disposer en couronne autour de l'unité d'échappement de façon à donner.- une lecture de la température moyenne, laquelle est employée pour commander la vanne régulatrice 34.
Le dispositif 36 peut avoir toute forme conve- nable . Par exemple, lorsque le dispositif 35 est un thermo- mètre à résistance, il peut être inséré dans une branche d'un pont de résistance, branche qui comprend une résistance va- de/ riable qui permet de choisir la température/repère. Le pont étant alimenté en courant alternatif, la phase de sortie va varier de 1800, selon que le pont est en déséquilibre dans un sens ou dans l'autre. Ce changement de phase peut être aisé- ment employé pour commander le sens de rotation du moteur 38.
Dans une variante, la commande peut fonctionner seulement pour réduire l'alimentation en combustible vers les dispositifs d'injection 23 lorsque la température dépasse une valeur choisie. Dans ce cas, le dispositif 35 peut consister en un thermo-couple ou en une série de thermo-couples dont la tension résultante est opposée à une tension de repère choisie.
Lorsque la tension du ou des thermo-couples dépasse la tension de repère, la tension en excès est amplifiée par un amplifi- cateur à valves thermotoniques et la tension aux bornes de sortie de celui-ci est employée pour commander une vanne ré-
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gulatrice de combustible ou un by-pass, qui réduit la fourniture de combustible à l'appareil de combustion de ré- chauffage. La température à laquelle le dispositif thermo- sensible de commande fonctionne est choisie selon la tempé- rature maximum à laquelle la turbine peut être soumise avec sécurité lorsqu'elle tourne à une vitesse maximum ; telle commande à température maximum est désirable dans un moteur d'aviation à turbine à gaz.
Dans un moteur à turbine à gaz , tel que re- présenté à la fig.l, et qui est destiné à la propulsion d'un avion, il est désirable que la température des gaz chauds s'écoulant à travers le moteur à partir de l'appareil de combustion principal, ne dépasse pas une valeur choisie,même si le stade de réchauffage ne fonctionne pas. Cet effet est atteint par la disposition de commande de la fig.2, en assurant que lorsque le stade de réchauffage ne fonctionne pas, le dispositif thermosensible 35 commande l'alimentation en combustible des dispositifs d'injection de combustible principaux 15.
Il est aussi désirable de réduire le nombre de commandes que doit manipuler le pilote ou le mécanicien de l'avion et, dans la disposition de commande illustrée à la fig. 2, le nombre de commandes à main est réduit au minimum en reliant électriquement les divers éléments de commande, de façon qu'elles fonctionnent de la manière désirée.
Si l'on se reporte à la fig.2, on remarquera que le levier de manoeuvre 28a de la vanne régulatrice à main 28 commandant l'alimentation en combustible des dispo- sitifs d'injection 15, comporte un bras radial 28b qui,lors- que la vanne est mise dans la position ouverte maximum,ferme un interrupteur ou commutateur 50. L'écoulement du combusti- ble vers les dispositifs d'injection 15 est aussi commandé par une vanne régulatrice 51 dont les mouvements sont effec- tués par un moteur réversible 52 sous le contrôle du dispo-
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sitif thermosensible 35 lorsque le stade de réchauffage ne fonctionne pas.
Les bornes des moteurs réversibles 38,52 sont connectées respectivement aux paires de contacts à ressorts espacés 53,54 d'un mécanisme de commutation qui comprend aussi une paire de barres omnibus 55 connectées aux bornes de sortie de l'amplificateur 37 et une paire de contacts mobiles isolés 56 portés par l'armature 57 d'un dispositif à solénoîde 58. Lorsque le courant passe dans le solénoîde, les contacts 56 connectent les contacts 53 aux barres omnibus 55, et lorsque le courant cesse de passer dans le solénotde, les contacts connectent les contacts 54 aux barres omnibus 55.
Ainsi, lorsque le courant passe par le solénotde , le dispositif 35 fonctionne pour commander la vanne régulatrice 34, et lorsque le solénotde cesse de recevoir du courant, le dispositif 35 fonctionne pour commander la vanne régulatrice 51. L'armature 57 fonctionne aussi pour commander un robinet 332 situé sur la conduite 31 de telle sorte que, lorsque le courant passe par le solénotde 58, le robinet 332 est entiè- rement ouvert.
La bobine du solénotde 58 est en série avec 1' interrupteur 50, un second interrupteur ou commutateur com- mandé à la main 59, une source de courant illustrée comme étant une batterie 60, et deux autres solénoîdes 61 et 62.
Ainsi, lorsque les interrupteurs 59 et 50 sont fermés, ce dernier étant fermé lorsque la vanne 28 est déplacée dans la position d'ouverture complète, le courant passe par les solénoîdes 58, 61 , 62.
L'armature 6Ib du dispositif à solénotde 61 actionne un interrupteur 63 lorsque le courant passe par le solénoîde, pour fermer un circuit passant par le dispositif d'allumage du combustible du stade de réchauffage, dispositif qui comprend une bougie 64 et une bobine d'allumage indiquée
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en 65. Ainsi, lorsque le combustible est fourni aux disposi- tifs d'injection 23 du stade de réchauffage, le dispositif d'allumage fonctionne.
L'armature 62a du dispositif à solénotde 62 est agencée pour actionner une vanne 222 située sur la con- duite 21 menant au moteur pneumatique 20 de façon que la vanne 222 soit ouverte lorsque le courant passe par le solénotde et qu'elle soit fermée lorsque le courant cesse de passer par le solénotde. Ainsi, lorsque le dispositif 35 fonctionne pour commander l'alimentation en combustible des dispositifs d' injection 23 du stade de réchauffage, la vanne 222 est ou- verte et les clapets 19a du bec à section variable 19 vont occuper la position montrée par la ligne en traits pointillés à la fig.l. Lorsque le courant cesse de passer par le solé- notde 62, les clapets I9a vont occuper la position montrée en traits pleins à la fig.l, sous l'action du ressort 20a.
Il doit être entendu que le robinet 332 et la vanne 222 correspondent respectivement au robinet 33 et à la vanne 22 de la fig.l.
On voit que lorsque le stade de réchauffage ne fonctionne pas, l'interrupteur 59 est ouvert et le fonction- nement du moteur à turbine à gaz est commandé par la vaine régulatrice à main 28, la vanne régulatrice 51 étant aut oma- tiquement commandée par le dispositif 35 afin de maintenir une température choisie duourant gazeux à travers la turbine ou afin d'empêcher que cette température ne dépasse une va- leur choisie.
Pour faire fonctionner le stade de réchauffage, l'interrupteur 59 est fermé et la vanne régulatrice 28 est mise en position pleinement ouverte, ce qui ferme l'inter- rupteur 50, grâce à quoi : I ) le solénotde 58 reçoit du courant, ouvre le robinet 332 et transmet la commande de température par le
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dispositif 35 de la vanne régulatrice 51 à la vanne régu- latrice 34,
2) le solénoïde 61 reçoit du courant et fait fonctionner le dispositif d'allumage 64,65 du stade de réchauffage, et
3) le solénotde 62 reçoit du courant et ouvre la vanne 222 pour permettre à l'air sous pression de pé- nétrer dans le cylindre du moteur pneumatique 20, et de retirer ainsi les clapets 19a afin d'augmenter la section utile du bec 19.
On comprendra que le stade de réchauffage n'est employé que lorsqu'on désire que le moteur développe une puissance supérieure à celle qui est fournie à sa pleine vitesse de rotation normale et, par conséquent, si on le désire, un modérateur de vitesse peut être prévu pour commander l'alimentation principale en combustible afin d'empêcher que le rotor du moteur ne tourne trop vite.
REVENDICATIONS.
I. Dans un moteur à turbine à gaz ayant un stade de combustion principal et au moins un stade de ré- chauffage, un dispositif pour commander l'alimentation en combustible du stade de réchauffage, comprenant un dispo- sitif sensible à la température ou thermosensible situé dans le courant gazeux entre le stade de combustion prin- cipal et le stade de réchauffage, et une commande d'aliactionnée mentation en combustible agencée pour 'être/par le dispositif thermosensible de façon à faire varier la four- niture de combustible vers le stade de réchauffage afin de maintenir la température à laquelle est soumis le dis- positif thermosensible, à une valeur prédéterminée ou en dessous de celle-ci.