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DISPOSITIF REGULATEUR DES GAZ DANS LES TURBINES A GAZ.
Dans un moteur à turbine à gaz, en particulier pour avion, on a proposé de prévoir un réglage supplémentaire influencé par la température des gaz qui passent dans la tuyère d'échappement de façon à modifier la quantité de combustible délivrée par le- papillon- ou par- tout autre dispositif principal de réglage- d'arrivée de combustible, lorsque la température à 1'in- térieur de la tuyère- s'écarte- d'une température- déterminée qui correspond à la position normal& de-la commande d'arrivée de combustible.
Ceci a pour but de maintenir la température-des gaz dans- la- tuyère à une valeur sens!- blement constante pour une position donnée du dispositif principal de régla- ge de l'arrivée de combustible, même- si les conditions atmosphériques (pres- sion et température) ou les autres conditions s'écartent des conditions nor- males. Far exemple, ces conditions peuvent être produites par un fonctionne- ment prolongé au banc d'essai ou, dans le cas d'un: avion, lorsque- celui-ci vole à une altitude- donnée' et que- la température-ambiante varie, c'est-à-dire re lorsqu'il passe à travers des- courants chauds ou des courants froids, ou encore lorsqu'il vole à des altitudes différentes, ou lorsqu'il monte, ou lorsqu'il descend, au enfin pendant 1'envol lorsque- la puissance maximum est nécessaire.
Si ce réglage supplémentaire n'existait pas et si, par suite, l'arrivée de combustible restait constante pour toutes les conditions atmos-; phériques ou autres, la température du gaz (et, par suite, la température des aubes- de- la turbine) pourrait croître jusqu'à un point dangereux, dans certaines conditions, avec, comme conséquence, un risque- sérieux .d'avarie du moteur. Au contraire, dans d'autres conditions, le moteur pourrait voir sa puissance diminuée. @ .
, La, forme-existante de réglage supplémentaire comprend un dispo- sitif sensible à la chaleur constitué par plusieurs couples thermo-électri- ques qui sont réunis en parallèle' et disposés dans- la tuyère- à une certaine distance de la zone où le courant gazeux-de température relativement élevée pénètre dans- la- turbine .
Quoique- les- dispositifs connus de commande alimen- tés à partir des gaz de la tuyère et renfermant des couples thermo-élec- triques soient satisfaisants jusqu'à = certain point du fait qu'ils donnent
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un réglage appréciable, ils constituent, néanmoins, un contrôle quelque peu imparfait en raison du fait que la position des couples thermo-électriques est éloignée de la partie la plus chaude de la turbine et du fait que la température de la tuyère ne donne pas toujours une indication instantanée et exacte de la température des aubes de la turbine, en raison du temps qui s'écoule et du refroidissement consécutif des gaz entre le moment où ils quittent la turbine et celui où.
ils agissent sur- les' couples thermo- électriques. Enfin, il faut tenir compte du retard inhérent aux couples- thermo-électriques eux-mêmes. Il peut donc être possible, dans. certaines conditions,particulièrement à pleine- puissance, que la turbine atteigne une température dangereusement élevée et cesse de fonctionner avant que le réglage ne puisse intervenir pour modifier 1'arrivée de combustible et ré- duire ainsi la température.
Le principal objet de l'invention est de maintenir une puissan- ce constante pour un réglage donné de l'arrivée principale de combustible quelles que soient les conditions qui pourraient intervenir- pour modifier cette puissance. Un autre objet de l'invention consiste- à empêcher que la turbine- n'atteigne des températures dangereusement- élevées, Ceci revient à prévoir- un réglage plus sensible de manière- à limiter de-façon plus préci- se la température des aubes, particulièrement pour la puissance maximum.
Suivant l'invention, une turbine à moteur du type-turbine à gaz comprend un dispositif sensible à une forme d'énergie (chaleur ou lu- mière) associé aux aubes-de la turbine et des moyens commandés par ce dis- positif pour- régler l'arrivée de combustible au moteur suivant 'la tempé- rature des aubes. Il en- résulte que, pour toute position de la commande d'arrivée- de combustible, la- puissance du moteur est indépendante des con- ditions- atmosphériques ou autres et que-, dans- la position correspondant à la puissance maximum, la température ne peut atteindre une- valeur pour la- quelle la température des aubes dépasserait la température de sécurité.
La turbine peut comporter un équipement semblable au réglage connu influencé par la tuyère mais convenablement modifié pour les tempé- ratures très élevées, les couples thermo-électriques étant disposés pour être au contact intime- des- aubes de la turbine ou pour'former une partie de- ces aubes-.
De préférence, toutefois, le dispositif sensible à l'énergie u- tilisée n'est pas un couple thermo-électrique mais, par exemple, une cellu- le photo-électrique- et, plus particulièrement, une cellule à coucha de Ba riller qui est auto-excitatrice.
Sur les dessins annexés, la figure 1 est une élévation avec cou- pe partielle d'un moteur du type turbine à gaz comportant une cellule pho- to-électrique disposée pour recevoir une énergie proportionnelle à. la tem- pérature de la première rangée d'aubes du stator d'une- turbine-.
La figure 2 est un schéma-du circuit électrique destiné à ali- menter un amplificateur à partir.d'une telle cellule dans le- cas où celle-ci n'est pas du type auto-excitatrice.
Les figures 3 et 4 montrent deux procédés différents, suivant l'invention, suivant lesquels on peut disposer la cellule et l'amplificateur de la figure 2 pour commander la turbine et la figure 5 est une variante de la figure 4.
Sur les dessins annexés on voit une cellule photo-électrique ll disposée par rapport à une ou plusieurs aubes de la turbine (sur la figure 1, on a représenté seulement une- aube-12 de la' première rangée d'aubes du stator) de manière que- les rayons visibles et les- rayons infra-rouges émis ¯ par l'aube agissent sur la cellule . Dans- ce-but, la- cellule 11 peut être montée dans un boîtier-13 à. une extrémité d'un tube métallique 14 (par exem- ple un tube de cuivre doré- intérieurement) fixé lui-même, à son autre extré- mité, au collecteur d'admission 15 de la turbine qui se trouve en alignement avec la première rangée d'aubes du stator. Le tube 14 renferme une fenêtre
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16 en quartz devant la cellule 11 cette fenêtre réalisant une fermeture é- tanche aux gaz de la turbine.
La cellule est protégée par le boîtier 13 con- tre les radiations lumineuses ou analogues venant de l'extérieur, et dispo- ' sée de façon que la lumière venant des aubes soit interceptée par la sur- face concave de sa cathode 17. Le bottier 13 est supporté par un support 18 fixé à une plaque 19 du collecteur d'échappement du compresseur auquel les chambres de combustion 20 (dont une seule est représentée) sont reliées.
De préférence, on utilise deux cellules et deux tubes du type indiqué en parallèle, à une certaine distance les uns des autres, pour le cas où l'une des cellules viendrait à cesser de fonctionner.
En raison de la température ambiante élevée, il peut être né- cessaire de refroidir le (ou les) cellules. Dans ce but, le tube 14 peut être entouré par un second tube 22 dont- une extrémité 23 reçoit de l'air de refroidissement provenant d'une source convenable et dont l'autre extrémité 24 est reliée- à- une aspiration disposée dans le cône ci' échappement (non repré- sentée)o
Pour utiliser l'énergie de cette cellule 11 on met la force é- lectro-motrice de cette dernière en opposition avec une tension fournie par . un élément 26 dit "sélecteur de tempérautre", qui est relié mécaniquement avec la commande ou le papillon d'arrivée de combustible de façon à prendre une position qui dépend de la position de- ee-tte commande.
L'élément 26 est représenté- sur- la figure 2 comme constitué- par deux résistances et par un potentiomètre- 27 en série- avec elles.
Il est également nécessaire d'alimenter le circuit avec une ten-' sion stabilisée et on voit en 28 le contour, du type connu, d'un élément sta- bilisateur de tension alimenté par une batterie. 29 de 24 volts, le circuit renfermant également deux valves 30 avec les résistances habituelles. En ou- tre, il existe un amplificateur qui peut, à la manière connue, être du type électronique ou du type magnétique son contour étant indiqué en 31 figure 2.
. La sortie de l'élément stabilisateur de tension 28 est connectée en 33 à une extrémité de la résistance adjacente de l'élément 26 et en 34 à l'autre extrémité de cet élément et également à l'amplificateur 31 par 1'in- termédiaire du conducteur 35. En outre, le- curseur 36 du potentiomètre 27 est connecté par Ie conducteur- 38 à la fois à la cathode 17 de la cellule 11 et à l'amplificateur. L'anode de la cellule 11 est connectée au stabilisateur en 39 avant la résistance réglable 39a, ce- qui constitue un dispositif de ré- glage très précis pour le sélecteur 27.
Dans le schéma de la figure 3, le stabilisateur 28 et l'ampli- ficateur 31 sont disposés ensemble comme on le voit en 2831 et le sélecteur de température 26 est séparé, la résistance réglable 36 pouvant être réglée au moyen d'un levier 40 relié par une tige 41 au dispositif de réglage d'ar- rivée de combustible (non représenté).
La tige 41 peut également agir, par l'intermédiaire d'un levier 42, sur une boîte de régïage d'écoulement indiquée en 43. Une pompe à combustible- 44, aspirant en 45-, refoule par le conduit 46 aboutissant à la boite 43 d'ou lequel combustible peut être envoyé par un conduit 47 à un distributeur 48. Ce dernier, au moyen des diverses tuyaute- ries 49, alimente les gicleurs- habituels de la chambre de combustion. La boîte de contrôle 43 est représentée avec un by-pass 50 sur lequel se trou- ve un pointeau 51.
Ce dernier est commandé en vue du réglage, suivant l'invention.
Dans le mode de réalisation représenté, on supposera que, pour la puissance maximum de l'installation, la quantité de combustible nécessai- re est, par exemple, de- 90 unités- de volume par unité de temps, dans des con- ditions tropicales Tandis que dans des conditions arctiques, la quantité nécessaire devra être par exemple de: 130 unités de- volume par unité de temps.
Dans les zones tempérées, la quantité maximum de combustible- à débiter sera intermédiaire entre ces deux extrêmes. La boite 43 est, par suite, réglée, de manière à débiter-une quantité maximum de 90 unités de volume par unité. de temps et le pointeau 51 lorsqu'il est à pleine ouverture, est réglé- de
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manière à débiter 40 unités de volume supplémentaire de façon à arriver au total maximum de 130 unités de volume par unité de temps.-
Dans la figure 3, le pointeau 51 est actionné, à la manière con- nue en elle-même, par un servo-moteur électrique recevant le courant alterna- tif débité à la sortie 53 de l'amplificateur 31.
Ce courant est proportionnel à la quantité dont la tension néga- tive de la cathode 17 dépasse la tenion positive fournie par un sélecteur de température 26. Ce courant arrive à deux enroulements 54 du stator du mo- teur diamétralement opposés. Entre ces deux enroulements se trouvent une se- conde paire d'enroulements,55, également diamétralement opposés, à angle droit par rapport aux enroulements 54 et alimentés par une source de tension alternative constante 56. Le moteur comporte également un alternateur 57 all menté en retour et connecté par les conducteurs 58 à l'amplificateur 31 où le courant doit être rectifié et filtré d'une manière connue en elle-même de sorte que le débit soit proportionnel au sens de rotation et à la vitesse de rotation du servo-moteur.
Ainsi qu'on le comprend, aisément, L'alternateur sert à stabiliser la commande et à éviter l'oscillation du pointeau 51.
Dans le cas- présent.,- le rotor 60 commande, par un train inducteur (indiqué très schématiquement en 61), et dans une réduction de l'ordre de grandeur, par exemple de 4000 à 1, un pignon 62 en-prise avec une crémail- lère 63 tracée sur la tige du pointeau 61. Un débraillage de surcharge 64 est disposé entre le moteur et le pointeau pour éviter de caler- le- moteur- lorsque le pointeau est à bout de course.
Voici comme fonctionne l'appareil :
Lorsqu'un signal, non équilibré, arrive à l'amplificateur, celui- ci débite dans une des phases (enroulements 54) du servo-moteur diphasé, dont l'autre phase (enroulements 55) est excité en permanence à pleine ten- sion.
La grandeur et la direction de la phase de contrôle dépend de la grandeur du signal non équilibré et du fait que ce dernier est inférieur ou supérieur à la valeur d'étalonnage prévue. Par suite, le moteur se met à tourner dans l'un ou l'autre sens, suivant ce signal.
Pour toute position-de-l'organe principal de commande d'arrivée de combustible, le sélecteur 26 de'température est disposé en conformité, de même que la boite de réglage 43. Le pointeau 51 s'ouvre (de sorte que le com- bustible qui arrive au distributeur 48 est constitué à la fois par le- com- bustible qui traverse la boite 43 et par le- combustible qui passe par le by- pass 50) jusqu'à ce que la température des aubes atteigne- une- valeur déter- minée (dépendant de la position de l'organe de commande principal d'arrivée de combustible).
Si, le moteur fonctionnant à sa puissance minimum, on déplace le papillon ou l'organe de commande analogue principal d'arrivée de combus- tible pour l'amener, par exemple-, à la position correspondant à la puissan- ce maximum, le courant débité tout d'abord par- le sélecteur de température 26 dépasse le courant débité par la: cellule 11 Par suite-, le moteur-est ex- cité par 1'amplifiicateur de façon à ouvrir le- pointeau 51 d'une- quantité telle que- la quantité voulue de combustible arrive- au distributeur 48 et donne lieu à des- conditions d'équilibre-. Si la température des aubes tend à s'élever,par suite de la température- de 1'air aspiré- dans-le moteur, il en résulte une diminution de l'arrivée de combustible de manière- à conser- ver les conditions d'équilibre.
C'est-à-dire que, si la température des au- bes tend à s'élever au delà de- la valeur convenable, le courant débité par la cellule Il tend à dépasser le courant débité- par la cellule- 26. Le moteur tourner alors- en sens inverse et réduit presque instantanément l'arrivée de combustible et vice versa.
Par suite, pour toute position du dispositif principal de régla- ge d'arrivée du combustible, on obtiendra rapidement une température déter- minée des aubes de la turbine et on la conservera, la quantité réelle de
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combustible fournie étant automatiquement réglée de façon à obtenir ce résul- tat quelles que soient par ailleurs les conditions régnant aux prises d'air.
Ainsi qu'on le comprendre aisément, au lieu que l'arrivée 65 au pointeau soit reliée par un tuyau 66 avec la tuyauterie 46, l'orifice 65 pourrait constituer la sortie du pointeau, le tuyau 66 étant alors relié (comme indiqué en 67 en traits mixtes et comme représenté figure 5) à l'as- piration 45 de la pompe 44 de combustible, les connexions d'arrivée à l'am- plificateur étant inversées de sorte que le pointeau 51 serait fonction du pointeau de fuite .
La position de réglage de la boite de contrôle 43 pourrait a- voir- pour effet, par exemple de débiter aux taux maximum de 130 unités de volume par unité de temps, comme cela est nécessaire pour obtenir la puis- sance- maximum aux condition? arctiques, et, pendant cette- période, le pointeau 51 serait normalement fermée Dans ces conditions, si la tempéra- ture des aubes-avait tendance à dépasser la valeur maximum prédéterminée, la cellule, photo-électrique 11 serait influencée et commencerait à ouvrir le pointeau 51. Une certaine quantité de combustible passant dans la boite de réglage 43 retournerait alors par le pointeau- 51 au côté aspiration 45 de la pompe de- combustible, à travers le by-pass 50 et le-s conduits 66 et 67.
Aux conditions tropicales-, on-obtiendra de cette- façon un débit maximum de 40 unités- de volume par-unité de temps-.
La disposition référée représentée figure 4, est sensiblement la même que celle de la figure 3 sauf que, au lieu d'utiliser un servo-moteur à courant alternatif, on utilise un solénoïde à courant continu. Les parties de la figure 4 qui sont semblables à celles de la figure- 3 portent les mêmes référenças.
Mais cependant, dans la figure 4, l'amplificateur 31 qui se trouve dans l'ensemble 2831 envoie une tension continue par les conducteurs 70 à un solénoïde 71 dont le noyau 72 est sollicité par un léger ressort 73 à s'appuyer sur un levier 74. L'autre- extrémité de ce levier est attachée à une soupape semi-sphérique 51a qu'un ressort 75 appuie,- dans- le sens de- sa fermeture. Cette soupape s'ouvre si le solénode 71 est- excite. La paroi 76 du compartiment dans lequel est disposée-la soupape 51a est constituée par un diaphragme flexible qui peut, de toute manière, s'adapter aux mouvements du levier.
Lorsque l'énergie ondulatoire regue par la cellule 11 est infé- rieure à celle qui correspond à la température pour laquelle est étalonné le sélecteur 26, le solénoïde 71 ouvre la soupape 51a de manière à faire passez* la quantité de- combustible nécessaire pour atteindre les- conditions- d'équi- libre et vice versa.
Il faut remarquer que, si la partie électrique de l'installation vient à cesser de fonctionner, le ressort 75 ferme la soupape 51a, ce qui limite L'arrivée maximum de combustible à 90 unités de volume-par unité de-, temps, quantité qui est, néanmoins, suffisante pour une croisière- normale, même dans les conditions arctiques.
Il va sans dire- que, si on le désire, le circuit by-pass 50 et la soupape 51a pourraient être disposés comme on le voit figure 5, c'est-à- dire de manière à constituer une valve de fuite. Le fonctionnement, dans- ces- conditions, se comprend de lui-même-en considérant ce qui a été dit à propos des figures- 3 et 4. Le ressort 75 est disposé, dans la figure 5, de , façon à ouvrir la soupape 51a, et le solénoïde 71 de façon à la fermer, de sorte que si l'installation- électrique vient à ne pas fonctionner, la sou- pape est grande ouverte et laisse échapper 40 unités de volume. Ainsi la quantité nette de combustible arrivant est encore seulement 90 unités de volume.