Brevet FR2026764A1 — publié le 19700918

1'- 2026764 La présente invention concerné tin dispositif de régulation pour moteur à turbine à gaz, notamment pour véhicules automobiles, qui comporte une turbine de puissance avec des aubes directrices d'entrée réglables et un régulateur de vites-5 se par carburant* L'équipement comprend ou non un échangeur de chaleur. Dans des moteurs à turbine à gaz, notamment pour véhicules automobiles, on s'efforce, d'une part, d'obtenir un comportement favorable à l'accélération et, d'autre part, 10 d'arriver à une consommation favorable de carburant lors du fonctionnement à charge partielle* Dans les turbines à gaz qui ne comportent pas de réglage par aubes directrices avant la turbine d'utilisation de puissance, la température maximale admissible pour les 15 gaz est atteinte pour un régime à environ cent pour cent du nombre de tours du moteur de la turbine à gaz* En dessous du régime à cent pour cent du nombre de tours de la turbine à gaz, la température des gaz diminue tout d'abord et le degré d'efficacité de l'installation devient plus mauvais* 20 Four améliorer le degré d'efficacité des turbines à gaz, on a déjà proposé de relever la température du gaz dans le domaine des charges partielles et ceci au moyen du réglage des aubes directrices d'entrée situées avant la turbine d'utilisation de puissance* On parvient de cette façon à maintenir appro-25 ximativement constante la température des gaz à l'entrée de la turbine de compression lorsque, par exemple, comme cela est déjà connu, les aubes directrices d'entrée sont réglées en fonction du nombre de tours du producteur de gaz* Far cette mesure connue déjà propo-30 sée pour les moteurs à turbine à gaz on satisfait, tout au moins approximativement, à l'exigence d'améliorer le degré d'efficacité à charge partielle. Four obtenir un comportement favorable en accélération, il est cependant nécessaire d'augmenter aussi 35 vite que possible le nombre de tours du moteur à turbine à gaz sans que la puissance de la turbine d'utilisation ne diminue sensiblement* Ceci n'est essentiellement atteint que par un débit d'air le plus élevé possible et pour une température des gaz la plus élevée possible* L0rs du passage d'un état stationnaire à un état d'accéléra^ 40 tion, on augmente la quantité de combustible et on ouvre les aubes 69 42S22 2.- 2026764 directrices d'entrée de la turbine d'utilisation en un temps tirés court pour éviter les dépassements de température* Lorsque le nouvel état statioxmaire est atteint, la quantité de carburant est réduite et les aubes directrices d'entrée sont fermées. Fendant tout le p®-5 cesbus, la température des gaz devrait être proche de la température maximale pour obtenir un comportement optimal à 1* accélération. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif par l'action duquel soit résolu de façon relativement simple le problème de parvenir à maintenir une tempéra-10 ture des gaz élevée et constante, aussi bien pour l'état stationnai-re que pour l'état d'accélération, le dispositif devant éviter que ne se produise un dépassement de température pendant une courte période, par exemple lors du processus d'accélération du moteur et de l'augmentation brutale de la température des gaz qui s'ensuit. 15 Le dispositif de l'invention est càractérisé en ce qu'il est prévu un régulateur de température qui mesure la température des gaz chauds en aval de la chambre de combustion et, en fonction de l'écart entre la température des gaz chauds et une valeur de consigne fixée, provoquant un déplacement des aubes 20 directrices d'entrée, de manière à adapter la température des gaz chauds à la valeur de consigne fixée. Suivant une autre caractéristique de la présente invention, le régulateur de température doit, lors du dépassement de la température fixée pour les gaz chauds, provoquer 25 une diminution de la pression régnant dans une conduite de prélèvement parcourue par de l'air du compresseur, et ainsi provoquer en même temps une chute de pression à l'intérieur d'un organe de réglage actionné pneumatiquement, le dit organe de réglage étant ainsi amené à ouvrir davantage les aubes directrices d'entrée de la tur-30 bine d'utilisation de puissance. Suivant la présente invention, il est encore prévu une possibilité de contrôler le régulateur de température en fonction de la position de la pédale des gaz. Suivant une autre caractéristique 35 de la présente invention, l'organe de réglage pneumatique peut être un piston mobile axialement d'une façon connue en soi dans un cylindre et qui soit d'un côté chargé par un ressort et, de l'autre côté, est exposé à la pression régnant dans la conduite de prélèvement et dont la tige de piston est reliée au dispositif de réglage des au-40 bes directrices de la turbine d'utilisation de puissance. 69 42522 3.- 2026764 Suivant une autre conception de la présente invention, il peut être prévu une vanne d'accélération reliée à la tringle de commande des gaz et à la conduite de prélèvement pour qu'un déplacement brusque de la pédale des gaz provoque 5 une diminution de la pression dans la conduite de prélèvement. Cette vanne d'accélération doit, lors d'un dépassement d'une vitesse de positionnement réglable de la pédale des gaz, et, de ce fait, de la vitesse et de la quantité de carburant du moteur à turbine à gaz, sur-régler le régulateur de tem-10 pérature et régler en un temps très court les aubes directrices d'entrée de la turbine d'utilisation, pour exclure des dépassements de température de courte durée lors d'une remontée très brusque de la température des gaz. lia vanne de température soutient donc ainsi l'action du régulateur de température, au cas où celui-ci ne réagi-15 rait pas assez rapidement à une élévation brusque de la température des gaz. L'influence de la vanne d'accélération doit s'annuler peu à peu après peu de temps, afin que la commande des aubes directrices incombe de nouveau au régulateur de température. En outre, suivant la présente inven-20 tion, la vanne d'accélération peut se commander hydranliquement et ceci, au moyen d'un premier piston qui est relié par un levier à la tringlerie de commande des gaz et peut se déplacer contre l'action d'un ressort de rappel, grâce à quoi tin deuxième piston chargé par un ressort ouvre un ajutage de commande relié à la conduite de pré-25 lèvement. Dans une forme de réalisation de la présente invention, le régulateur de température peut être constitué par un élément dilatable (tube, tige) en fonction de la température, disposé dans le courant de gaz chauds de la turbine d'entraî-30 nement du compresseur, cette tige, à la suite du fait que la température des gaz chauds dépasse une valeur de consigne prévue, actionnant un levier chargé par tin ressort qui ouvre un ajutage d'évacuation relié à la conduite de prélèvement, ce levier étant, en outre monté excentriquement sur un levier de réglage de valeur de consi-35 gne, actionné par la tringle de commande des gaz. La description ci-après est donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés dans lesquels t la figure 1 est une représentation 40 schématique d'un dispositif de régulation suivant la présente in 69 42522 4. 2026764 vention, y compris un moteur de turbine à gaz dans une première forme d'exécution, - la figure 2 montre une partie du dispositif de régulation représenté sur la figure 1 qui diffère de 5 celui de la figure 1 par suite de l'intégration d'un échangeur de chaleur dans le circuit thermodynamique du moteur à turbine à gaz, - la figure 3 par rapport à la figure 1 donne une vue agrandie et détaillée de la vanne d'accélération suivant une coupe latérale, 10 - la figure 4 est un diagramme car burant/vitesse , - la figure 5, par rapport à la figure 1, donne une vue agrandie et détaillée d'un exemple d'exécution d'un régulateur de température en une coupe latérale, 15 - la figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne VT-TI de la figure 5* La figure 1 illustre entre autre en représentation schématique un moteur à turbine à gaz, connu en soi, constitué par un compresseur 19 une chambre de combustion 2 placé* 20 à la suite du compresseur et une turbine 3 d'entraînement du compresseur placée à la suite de la chambre de combustion e t reliée au compresseur 1 par un arbre 4» Les gaz de propulsion, refoulés par la turbine 3 d'entraînement du compresseur, parviennent par une conduite 6 des gaz de propulsion à une turbine 7 d'utilisation de la puis-25 sance. La turbine 7 d'utilisation de la puissance transmet sa puissance par l'intermédiaire d'un arbre 8 à une boîte de changement de vitesse 9 schématiquement représentée. Par l'intermédiaire d'un arbre 10' sortant de cette boîte de changement de vitesse, la puissance du moteur à turbine à gaz est, avec interposition d'un différent 30 tiel 11, transmise aux essieux moteurs 12 et, de ce fait, aux roues 13 d'un véhicule. Comme on peut encore le voir sur la figure 1, un régulateur de température 14, expliqué plus en détail dans la figure 5 à suivre, pénètre dans la conduite 6 des gaz de pro-35 pulsion par un tube 15 et une tige 16 qui y est disposée (en tant que capteur de température. Ce régulateur de température 14 doit, lorsque la température des gaz chauds dans la conduite 6 s'écarte de la valeur de consigne, provoquer un déplacement des ailettes direc-40 trices 17 qui, dans la conduite 6 des gaz de propulsion, sont dis- 42522 5. 2026764 posées en amont de la turbine d'utilisation de puissance 7* I® régulateur de température 14 est d'un côté, par l'intermédiaire d'une conduite de prélèvement 10,exposé à la pression de sortie du com?-presseur 1, un pré-étranglement 18 étant disposé dans la conduite 5 de prélèvement» Lorsque la température des gaz chauds dépasse une température de consigne fixée, le régulateur de température 1' provoque ainsi une diminution de la pression d'air régnant dans la conduite 10 de prélèvements En même temps, est ainsi provoquée une chute de la pression dans un organe de réglage 19 commandé pneumatique-10 ment, et ceci en raison du fait que cet organe de réglage 19 est relié par des conduites 209 21 à la conduite de prélèvement 10. Cet organe pneumatique de réglage 19 est constitué essentiellement par un piston 23, mobile axialement dans un cylindre 22, chargé d'un côté au moyen d'un ressort 24 et, du côté opposé au ressort 24, exposé 15 par l'intermédiaire des conduites 20, 21 à la pression régnant dans la conduite de prélèvement 10* Une tige de piston 25 de l'organe pneumatique de réglage 19 est reliée au dispositif de déplacement des aubes directrices 17. Le régulateur de température 14 est donc la.. cause, lorsque la température des gaz chauds s'écarte d'une valeur 20 de consigne, qu'il se produit une baisse de pression dans la conduite 10 de prélèvement, grâce à quoi, au moyen de la liaison de la conduite de prélèvement 10 à l'organe pneumatique de réglage 19 par l'intermédiaire des conduites 20, 21, le piston 23 de l'organe de réglage 19 est déplacé à cause de l'action du ressort 24, si bien 25 que les aubes directrices 17 sont réglées par la tige de piston 25* Sur la figure 1, on peut encore reconnaître un régulateur carburant/vite s se 27 entraîné d'un côté par le moteur à turbine à gaz, par l'intermédiaire d'un jeu d'engrenages coniques, et dont la structure et l'application aux moteurs à tur- . 30 bine à gaz sont suffisamment connues en soi et n'ont donc pas besoin d'explications plus détaillées. Ce régulateur carburant/vitesse est alimenté en carburant par la pompe du réservoir 28 par l'intermédiaire de la conduite 29. De plus, on peut encore voir sur la figure 1 que ce régulateur carburant/vitesse 27 est relié à la tringle 30 35 de commande des gaz du véhicule qui modifie la valeur de consigne du régulateur de vitesse. La pédale des gaz attaquant cette tringle 30 de commande des gaz est désignée par 31. Par l'intermédiaire d'-' une conduite de carburant 32 allant du régulateur carburant/vitesse à la chambre de combustion 2, le carburant est ainsi mesuré à la 40 chambre de combustion 2 à l'aide de ce régulateur 27 carburant/ 69 42522 6. 2026764 vitesse, entre autre en fonction du nombre de tours du moteur à turbine à gaz, de la position de la pédale des gaz, ainsi qu'en fonction de la pression donnée par la pompe 28 du réservoir* Au cas où le régulateur de tempéra-5 ture ou son capteur (tige $6 et tube 15) ne réagirait pas assez rapidement à un changement de température occasionné par un brusque changement de charge, il est prévu une vanne d'accélération 33* Cette vanne d'accélération 33 est reliée, par un côté, par l'intermédiaire d'un levier 35 à la tringle 30 de commande des gaz* D'-10 autre part» cette vanne d'accélération 33 est reliée à la conduite de prélèvement 10 par l'intermédiaire d'une conduite 36 et de la conduite,20 pour, comme on l'a déjà décrit, en plus de la régulation par le régulateur de température 14; provoquer, lors d'un brusque appel de gaz, une diminution de la pression d'air dans le 15 conduit de prélèvement 10* Sur la figure 2 est montrée une autre variante de l'exemple d'exécution représenté sur la figure 1 qui en diffère par l'introduction d'un é changeur de chaleur 37 dans le circuit thermodynamique du moteur à gaz 1, 2, 3» 4» 7* Cet échan-20 geur de chaleur est, d'une part» par 1'intermédiaire d'une conduite 38, parcouru par les gaz provenant de la turbine 7 d'utilisation de puissance* D'autre part, cet échangeur de chaleur 37 est, par l'intermédiaire d'une conduite 39, parcouru par l'air comprimé du compresseur 1. L'air comprimé est de cette façon réchauffé par les gaz 25 provenant de la turbine 7 d'utilisation de puissance et parvient à l'état réchauffé par l'intermédiaire de la conduite 40 à la chambre de combustion 2* Un tel échangeur de chaleur est, comme on l'a déjà mentionné au début, entre autres,un moyen connu pour réduire les consommations de courant relativement élevées que l'on observe sur 30 les moteurs de turbines à gaz pour véhicules automobiles* Four le reste, le dispositif de régulation reproduit sur la figure 1 doit ôtre applicable à l'exemple d'exécution de la figure 2, si bien que l'on peut se reporter ici aux éléments essentiels de branchement et de commande décrits à l'aide de la figure 1* 35 La figure 3 explique plus en détail le fonctionnement de la vanne d'accélération représentée schémati-quement seulement sur la figure 1* Cette vanne d'accélération, : suivant laTfigure 3, est actionné , par la tringle 30 de comman-40 de des gaz, par l'intermédiaire du levier 35, auquel est accrochée 69 42522 2026764 la tige de piston 34 appartenant à un piston 41 • 11 est en outre prévu un ressort de rappel 42* disposé à l'extrémité arrière de la tige de piston 34* lia vanne d'accélération 33 est, pour le reste» actionnée hydrauliquement» Grâce au déplacement du piston 41 par l'in-5 termédiaire de la tringle 30 de commande des gaz dans le sens de la flèche 30' (accélération)» un autre piston 42 ouvre» contre l'action d'un ressort de réglage 43, un ajutage de commande 44 qui est relié» par l'intermédiaire d'une conduite 36» à la conduite de prélèvement 10. L'abaissement de la pression provoqué par l'ouverture 10 de l'ajutage de commande 44 dans la conduite de prélèvement 10 occasionne le déplacement»souhaité en cas de besoinrdes aubes directrices 17» étant donné que» comme on peut le voir sur la figure 1, la conduits 36 qui conduit à la vanne d'accélération 33 est reliée-» par la conduite 21»à l'organe pneumatique de réglage 19* Avec la 15 vanne d'accélération 33 suivant la figure 3» le système temporisé est formé par la surface du piston 42» la force du ressort 43 et à l'aide de la section de l'étranglement réglable 44* Lors du mouvement de la tringle 30 de commande des gaz dans le sens de la flèche 45 (ralentissement)» le système temporisé est ponté par un clapet 20 de retenue 46 chargé par un ressort. Un réservoir 47» que l'on peut encore voir sur la figure 3» alimente la vanne d'accélération 33 en fluide hydraulique» et ceci par l'intermédiaire des conduites 48^ 49» ainsi que des trous d'entrée et de sortie 50» 51» coopérant avec ces conduites et ménagées dans le corps 52 de la vanne d'accéléra-25 tion. La figure 4 montre le processus d'accélération dans un diagramme carburant/vitesse» Sur l'ordonnée verticale est reportée la quantité B de carburant jusqu'à 100 # et sur l'abeisse horizontale est représenté le nombre de tours» é-30 gaiement jusqu'à 100 La ligne qui relie les points A» B, C est la courbe de fonctionnement stationnaire» les courbes de fonctionnement maximal et minimal Aj » B1 » » et Ag» Bg» sont atteintes lors de l'accélération ou du ralentissement. Si le déplacement de la pédale des gaz à l'accélération se fait très lentement» et on 35 parcourt alors la courbe A» B» 0. Avec une vitesse de déplacement croissante» on arrive à la courbe A^» B^» ou A^s B^» C^. Les courbes A^/Ag» B1 /B^» sont lea courbes caractéristiques du régulateur de vitesse» Finalement» les figures 5 et 6 40 illustrent avec plus de détaille régulateur de température 14 qui 69 42522 2026764 n'est reproduit que schématiquement sur la figure t* Comme on peut le voir sur la figure 5» le régulateur de température en môme temps que ses éléments dilatables, tube 15 comportant des trous 60, ainsi que la tige 16 qui 5 y est maintenue et peut se déplacer transversalement à 1* écoulement des gaz 61, pénètre dans la conduite des gaz de propulsion, qui hV est ici représentée qu'en vue éclatée* La tige 16 est maintenue au fond 62 du tube 15 au moyen d'une collerette 63» En haut, la tige 16 traverse le corps 64 du régulateur de température 14 posé direc-10 tement sur la conduite 6 des gaz de propulsion et actionne, par son arôte supérieure arrondie 65, un levier 66 chargé par un ressort 67, le dit ressort 67 étant fixé à un téton 68 du corps 64* Lorsque la température des gaz chauds dépasse une valeur de consigne fixée, ce levier 66 ouvre ainsi un ajutage d ' évacuation 69 communiquaht 15 avec la conduite de prélèvement 10, de sorte que, à cause de la modification de la température et du changement de position de la tige 16 qui en découle, le levier 66 soulève une plaque de butée 70 de l'ajutage 69, la dite plaque de butée 70 étant fixée dans un évidement 71 appartenant au levier 66. Du côté opposé à l'ajutage 20 d'évacuation 69, le levier 66 (figure 6) est monté excentriquement sur un axe 72, le dit axe 72 étant, en outre, relié à un levier 73 monté sur le corps 64, actionné en tant que ce que l'on appelle "levier de réglage de valeur de consigne" par la tringle 30 de commande des gaz (figure 1) et par l'intermédiaire d'autres bras de levier 25 74, 75 et pouvant provoquer un changement de position du levieir 66,:. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et repré^ sentés à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et ct'au-tres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'in-30 vention. 69 42522 9" 2026764 REVENDICATIONS 1.= Dispositif de régulation d'un moteur à turbine à gaz? notamment pour véhicules automobiles, comportant une turbine d'utilisation de puissance ayant des aubes di-5 rectrices d'entrée réglables et un régulateur carburant/vitesse et dans l'équipement duquel figure ou ne figure pas un échangeur de chaleur, dispositif caractérisé en ce qu'il est prévu un régulateur de température qui mesure la température des gaz chauds en aval de la chambre de combustion et, en fonction de l'écart entre la tempé-10 rature des gaz chauds et une valeur de consigne fixée j, provoque un déplacement des aubes directrices d'entrée,, de manière à adapter la température des gaz chauds à la valeur de consigne fixée. 2»" Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le régulateur de température, lorsqu'-15 il y a dépassement de la température fixée pour les gaz chaudsP provoque une diminution de la pression régnant dans une conduite de prélèvement parcourue par de l'air du compresseur, etp de ce fait» en môme temps, une chute de pression dans un organe de réglage actionné pneumatiquement, qui, à la suite de cela, ouvre davantage 20 les aubes directrices d'entrée de la turbine d'utilisation de puissance* 3* 5*- Dispositif suivant une des revendications 1 à 5 caractérisé par une vanne d'accélération reliée à la 35 tringle de commande des gaz et à la conduite d@ prélèvement pour provoquer lors du déplacement brusque de la pédale des gaz une diminution de la pression dans la conduite de prélèvement* 6*- Dispositif suivant une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la vanne d'accélération est ac— 40 tionnée hydrauliquement et ceci au moyen d'un premier piston dont ~7 BAD ORIG'MAI, 69 42522 10. 2Ô26764 la tige de piston est reliée par l'intermédiaire d'un levier à la tringle de commande des gaz et pouvant se déplacer en contrant l'action d'un ressort de rappel, grâce à quoi un deuxième piston chargé par un ressort ouvre un ajutage d'évacuation relié à la conduite 5 de prélèvement. 7.- Dispositif suivant les revendications 1 f 2 et 3 caractérisé en ce que le régulateur de température est constitué par un élément dilatable en fonction de la température disposé dans le courant des gaz chauds de la turbine d'en-10 traînement du compresseur,cette tige, lors du dépassement de la température des gaz chauds d'une valeur de consigne fixée, actionnant un levier chargé par un ressort, le dit levier ouvrant un ajutage d'évacuation communiquant avec la conduite de prélèvement et le dit levier étant en outre monté excentriquement sur un levier de régla-15 ge de la valeur de consigne actionné par la tringle de commande des gaz. 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