Dispositif de sécurité pour une turbine à gaz. La présente invention a pour objet un dis positif de commande pour une turbine à gaz.
])ans un groupe moteur comprenant une turbine à, gaz, et particulièrement dans un tel groupe destiné à être monté sur un aéronef, on a. déjà eu l'idée de prévoir une commande supplémentaire sensible à la température des gaz passant à travers un conduit d'échappe ment pour constituer un jet de propulsion.
Cette commande supplémentaire a pour but de modifier la quantité de combustible fourni a, ce groupe et déterminé par la position d'un accélérateur ou d'un autre moyen de eom- mande principal de l'alimentation en combut.- tible, aux moments où la température du con duit s'écarte d'une température déterminée dépendant de la position de réglage de ce moyen de commande principal.
On cherche ainsi à maintenir la température du conduit mentionné ci-dessus à une valeur sensiblement constante pour la position de réglage considé rée du moyen de commande principal, en dé pit de variations des conditions atmosphéri ques, et. particulièrement de la pression et de la température, et d'autres conditions, lorsque ces conditions s'écartent de leurs valeurs nor males.
De tels écarts peuvent par exemple se produire lorsque le groupe moteur fonctionne sur un banc d'essai ou, dans le cas d'un avion, lorsque cet avion vole à une altitude déterminée et que la température varie, par exemple lorsque l'avion traverse des tempêtes froides ou chaudes, ou lorsque l'avion vole à différentes altitudes, ou encore lorsqu'il monte ou pique et également au départ, lorsque la puissance maximum admissible est nécessaire.
Lorsqu'une telle commande supplémentaire n'est. pas utilisée, si l'alimentation en combus tible reste constante quelles que soient la pres sion atmosphérique ou les autres conditions, la température des gaz, et par conséquent celle des aubes de la turbine, peut croître et atteindre une valeur dangereuse dans cer taines de ces conditions. Cette température dangereuse risque de causer des dommages sérieux au groupe moteur, tandis que, dans d'autres conditions, la puissance de ce groupe moteur peut être réduite.
Les dispositifs de commande supplémentaire existants compren nent un élément sensible à la chaleur consti tué par un certain nombre de couples thermo électriques branchés en parallèle et disposés dans le conduit. duquel s'échappe le jet de propulsion, à quelque distance de la zone de température relativement élevée, dans laquelle le flux de gaz pénètre dans la turbine. Bien que les moyens de commande connus disposés dans le conduit d'où s'échappe le jet de pro pulsion et comprenant des couples thermo électriques soient.
satisfaisants jusqu'à un cer tain point et assurent une certaine forme de commande, cette commande est cependant relativement molle et lente du fait que les couples thermo-électriques sont, éloignés de la partie la phis chaude de la turbine et que la température du conduit d'où s'échappe le jet de propulsion n'est pas toujours en relation fidèle et instantanée avec la température des aubes de la. turbine, à cause du retard et du refroidissement consécutif des gaz, résultant du temps qui s'écoule entre l'instant auquel ces gaz quittent la. turbine et celui auquel ils viennent en contact avec les couples thermo électriques ou agissent sur ceux-ci.
D'autre part, les couples thermo-éleetriques présentent eux-mêmes un certain retard. Dans certaines conditions, et particulièrement. lorsque le groupe est appelé à fonctionner à pleine puis sance, il est par conséquent possible que la turbine atteigne une température dangereuse ment élevée et qu'elle soit détériorée avant que la commande supplémentaire ne puisse fonctionner pour modifier l'alimentation en combustible et pour réduire ainsi cette tempé rature.
La présente invention a pour but de per mettre de maintenir la température de fonc tionnement d'un tel groupe moteur à une va leur réglable déterminée pour un réglage donné de la commande principale d'alimenta tion en combustible et quelles que soient toutes les autres conditions qui pourraient. modifier Bette puissance. Elle a également pour but d'assurer que la turbine ne soit pas soumise à des températures dangereusement élevées, c'est-à-dire de fournir une commande plus sensible et capable de limiter la température des aubes de cette turbine dans les conditions de puissance maximum de façon phis précise.
Le dispositif de sécurité, objet de l'inven tion, est caractérisé par des moyens sensibles à la température des aubes de ladite turbine et par des moyens commandés par lesdits moyens sensibles et servant à produire un ré glage secondaire de l'alimentation en eombus- tible de cette turbine, en fonction de la tempé rature desdits aubes, de sorte que la tempé rature de ces dernières soit inférieure, pour chaque position de réglage d'une commande principale de l'alimentation en combustible, à une valeur de sécurité choisie d'avance.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, deux formes d'exécution du dispo sitif de commande, objet de l'invention.
Fi-. 1 est une élévation en coupe partielle d'une partie d'un groupe moteur à turbine à gaz munie d'une cellule plroto-éleetrique dis posée pour recevoir une quantité d'énergie proportionnelle à la température des aubes d'une première rangée d'aubes de stator de cette turbine.
Fig. 2 est un schéma électrique montrant la façon d'alimenter un amplificateur à par tir d'une telle cellule.
Fig. 3 est le schéma général d'une pre mière forme d'exécution comprenant la cellule photoélectrique représentée aux fig. 1 et 2.
Fig. 4- est le schéma général d'une seconde forme d'exécution, et fig. 5 est le schéma partiel d'une variante de détail de cette seconde forme d'exécution. Ainsi qu'on peut, le voir à la fig. 1, les formes d'exécution qu'on v a décrire compren nent chacune une cellule photoélectrique 17 disposée en regard d'au moins une aube (le turbine 12, de façon que les radiations visibles et infrarouges émises par cette aube parvien nent jusqu'à cette cellule. A la fig. 1, on a représenté une seule aube d'une première ran gée d'aubes de stator.
La cellule 11 est mon tée dans une boîte 13 adjacente à. une des extrémités d'un tube 14, par exemple d'un tube de cuivre doré intérieurement par al- vanopla.stie. L'autre extrémité du tube 1-1, est fixée à un conduit d'admission 15 de la tur bine, dans lequel il débouche en regard de la première rangée d'aubes de stator.
Il contient une fenêtre en quartz 16, disposée en avait clé la cellule et empêchant les gaz de la tur bine de s'échapper ou d'arriver ,jusqu'à la eel- lule 11 à travers le tube 1.1. La cellule 17. est abritée de toute lumière extérieure par la boîte 13, et elle est disposée de façon que l'énergie rayonnée par les aubes 12 est interceptée par la surface concave de sa eathode <B>17.</B>
ha boîte 1 3 est portée par un support<B>l</B> S# fixé à une plaque 19 du eonduit d'éelrappe- ment d'un compresseur auquel sont reliées des chambres de combustion 20, dont une seule est représentée. ' En pratique, il est préférable d'utiliser au moins deux cellules 11 et deux tubes 14 tels que ceux représentés, ces cellules fonction nant en parallèle et étant espacées l'une de l'autre, si bien que, au cas où l'une des cel lules ne fonctionnerait pas, elle serait rem placée par l'autre.
Il est généralement nécessaire de refroidir la cellule à cause des températures élevées aux quelles elle est exposée. Dans ce but, le tube 1-1 est entouré par un tube 22 dont une des extrémités 23 est alimentée en air de refroi dissement, par une source appropriée quel- conque et. à partir du compresseur. L'autre extrémité 24 du tube 22 est reliée à un conduit d'échappement, non représenté, débouchant dans le cône d'échappement, non représenté, (le la turbine.
La. force électromotrice produite par la cellule 11 est compensée par une tension de référence fournie par des moyens sélecteurs de température 26 qui sont reliés mécanique ment à la commande principale d'alimenta tion en combustible ou accélérateur, de faon que cette tension soit réglée conformément. à la position de réglage de ladite commande principale. Les moyens 26 sont représentés à la fig. 2. Ils comprennent deux résistances branchées en série avec un potentiomètre 27.
Il est également nécessaire de fournir une tension de référence stabilisée à la cellule 11 et aux moyens sélecteurs 26. Le chiffre 28 indique, de façon générale, des moyens connus d'alimentation en tension stabilisée. Ces moyens comprennent une batterie de 24 volts 29 et une paire (le résistances de ballast 30, gencées pour laisser passer chacune un cou- î ak, rant sensiblement constant, ainsi que des résistances branchées en pont avec lesdites résistances de ballast.
Les deux formes d'exécution comprennent chacune un amplificateur qui peut. être cons titué par un amplificateur électronique ou par un amplificateur magnétique de type connu et qui est indiqué en 31<B>à</B> la fi-. 2.
La tension de sortie des moyens d'alimen tation 28 est appliquée en 33 à l'une des extrémités d'une des résistances des moyens sélecteurs de température 26 et, en 34, à l'autre extrémité de ces moyens et également à l'amplificateur 31, par l'intermédiaire d'un conducteur 35. Un curseur de réglage 36 du potentiomètre 27 est relié par un conducteur 38 à la cathode 17 de la cellule 11 et à une autre borne d'entrée de l'amplificateur 31. L'anode de la cellule 11 est reliée en 39 aux moyens d'alimentation 28, en amont d'une résistance réglable 39a, qui constitue une commande de réglage fin des moyens sélec teurs 26.
La fig. 3 est un schéma général de la première forme d'exécution.
Dans cette figure, les moyens d'alimen tation en tension stabilisée 28 et l'amplifica teur 31 sont représentés par un rectangle unique 2831 et les moyens sélecteurs de tem pérature sont représentés séparément, en 26, le curseur réglable 36 de ces moyens étant disposé pour être actionné par un bras 40 relié par une bielle 41 à la commande prin cipale d'alimentation en combustible, non re présentée. La bielle 41 est également reliée au moyen d'un bras 42 à une commande principale d'écoulement, indiquée en 43. Une pompe à combustible est indiquée en 44.
Cette pompe est reliée à un conduit d'aspiration 45 et à un conduit d'alimentation 46 abou tissant à la commande principale d'écoule ment 43,à partir de laquelle du combustible est fourni à un distributeur 48, par l'inter médiaire d'un conduit 47, ce distributeur ali mentant des gicleurs de combustible usuels des chambres de combustion par l'intermé diaire de conduits 49. La commande d'écoule ment 43 est shuntée par un passage 50, com mandé par une soupape 51, cette soupape étant commandée par le dispositif proprement dit.
Pour expliquer le fonctionnement de la forme d'exécution représentée, on admettra que pour le groupe fournisse sa puissance maximum, il faut que du combustible lui soit. fourni à raison de 90 -unités de volume par unité de temps dans des conditions tropicales, tandis que, dans des conditions arctiques, ce groupe doit recevoir 130 unités de volume de combustible par unité de temps. Dans des zones tempérées, le taux maximum d'alimen tation en combustible se situera entre ces deux extrêmes.
La commande d'écoulement 43 est, par conséquent, réglée pour. permettre une alimentation en combustible maximum de 90 unités de volume par unité de temps, et la soupape 51, lorsqu'elle est entièrement ouverte, est agencée pour laisser passer l'excès nécessaire de 40 unités de volume par unité de temps, de façon à assurer, conjointement avec l'alimentation principale de 90 unités de volume, une alimentation maximum totale possible de 130 unités de volume par unité de temps.
La soupape 51 est actionnée, de façon con nue, par un servomoteur électrique excité par un courant. alternatif de sortie fourni en 53 par l'amplificateur 31.
Le courant alternatif de sortie fourni en 53 est proportionnel à la mesure dans laquelle une tension négative fournie à partir de la cathode 17 de la cellule 11 surpasse une ten sion positive fournie par les moyens sélecteurs de température 26. Ce courant de sortie est appliqué à une paire d'enroulements de stator diamétralement opposés 54 du moteur. Une seconde paire d'enroulements, diamétralement opposés indiqués en 55 et qui sont décalés de 90 degrés par rapport aux enroulements 54, coopèrent avec ces enroulements et sont excités à partir d'une source de tension alter native constante indiquée en 56.
Le moteur comprend également un alternateur de réac tion 57 qui est relié par des conducteurs 58 à l'amplificateur 31 dans lequel le courant fourni par cet alternateur est redressé et uti lisé de façon connue pour assurer que la ten sion alternative de sortie soit proportionnelle à. la direction de rotation et à. la vitesse du servomoteur. On comprendra que l'alterna teur 57 sert à stabiliser la commande et à empêcher celle-ci de provoquer des oscillations de la soupape 51.
Le moteur représenté comprend un rotor 60 qui est agencé pour actionner la soupape 51 par l'intermédiaire d'un train d'engrenages réducteur indiqué en 61 et assurant une dé multiplication de 4000 à 1, par exemple, et d'un pignon 62 coopérant avec une crémail lère 63 ménagée sur la tige de la soupape 51. Un embrayage de surcharge 64 est intercalé entre le rotor 60 et la soupape<B>51</B> pour empê cher cette soupape de bloquer le moteur lors qu'elle parvient en fin. de course.
Lorsqu'un signal de déséquilibre est appli qué à l'entrée de l'amplificateur, un courant de sortie alimente l'une des phases, c'est-à-dire les enroulements 54, du servomoteur biphasé, l'autre phase, c'est-à-dire les enroulements 55 de ce moteur étant excités en permanence et: à, pleine tension.
L'amplitude et le sens instantané dit cou rant dans la. phase de commande dépend de la. grandeur du signal de déséquilibre et de sa polarité par rapport. à la tension de réfé rence. Le moteur tourne par conséquent dans un sens ou dans l'autre selon la nature dudit signal de déséquilibre.
Pour tout réglage de la commande princi pale d'alimentation en combustible, les moyens sélecteurs de température 26 sont réglés de façon correspondante, de même que la eoni- mande d'écoulement 43. La soupape 51 s'ouvre si bien que le combustible parvenant au dis tributeur 48 est. la somme du combustible tra versant la commande d'écoulement 43 et de celui traversant le conduit de shunt 50, jus qu'à ce que la température des aubes atteigne une valeur choisie d'avance et qui dépend du réglage de la commande principale d'alimen tation en combustible.
Lorsque le groupe moteur fonctionne à sa puissance minimum, si l'accélérateur ou la commande principale d'alimentation est<B>dé-</B> placé, par exemple amené dans sa position correspondant à la puissance maximum, alors la tension fournie par les moyens sélecteurs 26 est prédominante par rapport à la tension de sortie de la cellule 11. Il s'ensuit que le moteur est excité par l'amplificateur de faon à faire ouvrir la, soupape 51 dans une mesure telle que cette soupape laisse passer la quan tité de combustible nécessaire, jusqu'au dis tributeur 48, pour rétablir l'équilibre élec trique.
Toute tendance d'augmentation de la température des aubes consécutive à uni accroissement de la température d'admission provoque par conséquent une réduction de l'alimentation en combustible, pour maintenir l'équilibre électrique.' Cela signifie en parti culier que, si la température des aubes avait tendance à s'élever jusqu'au-dessus de la va leur choisie, cela, causerait un accroissement. (le la tension de sortie de la cellule 11 et que cette tension deviendrait prépondérante par rapport à. celle fournie par les moyens sélec teurs de température 26.
Le moteur fonction nerait alois dans le sens inverse pour réduire l'alimentation en combustible de faon sensi blement instantanée, et vice versa.
Par conséquent, pour tout réglage de la commande principale d'alimentation en com bustible, une température choisie d'avance est rapidement. atteinte et les aubes de la tur bine sont ensuite maintenues à cette tempé rature, la quantité de combustible effective ment fournie étant automatiquement réglée pour maintenir ainsi cette température, quelles que soient les conditions u l'admission (11i -roupe moteur.
Un eoinprendra que l'admission 65 de la soupape 51, reliée au conduit 46 par un con duit 66, pourrait également être reliée au conduit d'aspiration 45 de la pompe 44, eonnne indiqué en tniits mixtes en 67 à la fin. :
). Cette admission deviendrait alors l'écliaplïeiïienl. de la soupape 51 qui fonc tionnerait comme soupape de trop-plein, les connexions à l'entrée de l'amplificateur étant inversées. Dans une telle variante, la com mande d'écoulement 43 serait réglée pour Yournir du combustible au taux maximum de 130 unités de volume par unité de temps, comme cela est nécessaire pour obtenir la, pnissanee niaxiniuni dans des conditions arcti- (liies,
la soupape 51 étant alors normalement fermée. Dans ces conditions, si la température (les aubes avait tendance à dépasser la valeur niaxiinuni choisie d'avance, la. cellule Photo électrique<B>Il.</B> fournira.il. lune tension et pro voquerait l'ouverture de la soupape 51, une certaine quantité de combustible ayant passé par les moyens de commande d'écoulement 43 retournant alors au conduit d'aspiration 4ï> de la pompe 44, à travers la soupape 51 et les conduits 50, 66 et 67.
Dans des con ditions tropicales, une quantité de combusti- blé maximum de 40 unités de volume par unité de temps pourrait ainsi s'échapper pour retourner à l'admission de la pompe 44.
La deuxième forme d'exécution représen tée à la fig. 4 est, dans son essence, semblable à la première forme d'exécution représentée à la fig. 3. Cependant, elle comprend un élec tro-aimant à courant continu utilisé en lieu et place du servomoteur à courant alternatif décrit. . Les parties de cette deuxième forme d'exé cution, qui sont semblables à celles de la pre inière forme d'exécution, sont désignées par les mêmes chiffres de référence. Elle com prend un amplificateur 31, qui est compris dans lin ensemble indiqué par le chiffre 2831 et qui est agencé pour fournir une tension continue à l'enroulement 71 d'un électro aimant, par l'intermédiaire d'un conducteur 70.
Le noyau 72 de cet électro-aimant. est pressé par lin léger ressort. 73 contre un levier 74. Une soupape 51a, en forme de demi-boule, est pivotée à l'autre extrémité de ce levier. Cette soupape est poussée vers sa position de fermeture par un ressort 75 et elle est susceptible d'être ouverte sous l'effet de l'excitation de l'électro-aimant. Les parois 76 d'un récipient, dans lequel la soupape 51a est disposée, sont en partie constituées par un diaphragme flexible ou par d'autres moyens permettant un déplacement du levier 74.
Lorsque l'énergie rayonnée reçue par la cellule 11 est inférieure à celle correspondant au réglage des moyens sélecteurs de tempéra ture 26, l'électro-aimant 71 fait ouvrir la soupape 51a pour laisser passer la quantité de combustible nécessaire pour obtenir les conditions d'équilibre et vice versa.
Il convient de remarquer qu'au cas où la partie électrique du dispositif ne fonctionne rait pas, le ressort 75 assure la fermeture de la soupape 51a, limitant ainsi l'alimentation maximum en combustible à 90 -unités de vo lume par unité de temps, ce qui est suffisant pour assurer le fonctionnement du groupe moteur à son régime de croisière normal, même dans des conditions arctiques. Il est évident que, si on le désire, le con duit shunt 50 et la soupape 51a peuvent être disposés comme conduit et comme soupape de trop-plein, comme représenté à la fig. 5.
Le fonctionnement d'une telle variante n'a pas besoin d'être décrit en détail, étant donné ce qui a été dit d'une variante analogue de la première forme d'exécution et les explica tions fournies sur le fonctionnement de la deuxième forme d'exécution. Dans cette va riante, de la deuxième forme d'exécution, le ressort 75 est disposé de faon à faire ouvrir la soupape 51a, et l'électro-aimant est disposé pour fermer cette soupape. Ainsi, au cas où la partie électrique du dispositif ne fonction nerait pas, la soupape serait entièrement ouverte et laisserait s'échapper 40 unités de volume par unité de temps, si bien que l'ali mentation maximum résultante serait à nou veau de 90 unités de volume par unité de temps seulement.
Des résultats équivalents pourraient aussi être obtenus à l'aide d'un dispositif de com mande similaire aux dispositifs de commande supplémentaire connus, sensibles à la tempé rature des gaz dans un conduit d'échappe ment de ces gaz, ce dispositif étant modifié de façon adéquate pour être sensible à des tem pératures plus élevées, le ou les couples thermoélectriques étant disposés de façon à être en contact intime avec an moins une aube de la turbine ou pour faire partie d'au moins une telle aube. De préférence cependant, on utilise des moyens sensibles autres que des couples thermoélectriques, tels qu'une cellule photoélectrique et, en particulier, une cellule photoélectrique du type à. couche d'arrêt s'excitant d'elle-même.