Brevet FR2039229A1 — publié le 19710115

L'invention concerne une unité motrice à turbine à gaz, qui comprend au moins un compresseur, une chambre de combustion, ainsi qu'au moins une turbine, et qui en outre est équipée avec une installation d'injection 5 de carburant, et des dispositifs pour doser la quantité de carburant à amener à l'installation d'injection, ainsi que des dispositifs pour maintenir constante la pression de combustible devant les sections de passage réglables de la buse d'injection. En vue de pouvoir, dans les 10 unités à turbine à gaz connues, assurer, pour chaque régime de fonctionnement, une distribution optimale des quantités de carburant à une ou plusieurs buses d'injection de carburant affectées à la ou aux chambres de combustion, on a utilisé, jusqu'à maintenant, un certain nombre d'organes de réglage actionnés 15 pneumatiquement, ou hydrauliquement, ou mécaniquement, dans des installations de régulation, et il était nécessaire, de coupler entre eux un grand nombre de tels organes de réglage. De telles installations de régulation pour unités à turbine à gaz comprenant un grand nombre 20 d'organes de réglage présentent l'inconvénient d'une dépense d'installation importante, un risque d'incidents difficilement évitable et, en conséquence, un manque de précision, ainsi que d'autres inconvénients du point de vue de pertes par frottement mécanique exigeant une puissance de réglage importante. 25 En outre la fabrication de telles installations de régulation est liée à des coûts relativement élevés. ♦ L'invention a pour but de réaliser une installation de régulation pour unités à turbine à 30 gaz, pour la commande des quantités de carburant, qui ne présente pas les inconvénients des installations connues, qui comporte lin nombre extrêmement réduit d'organes de réglage, et qui ne nécessite que des frais de fabrication relativement bas. L'installation doit être compacte et exempte de risques d'incidents, 35 et assurer une distribution de carburant optimale, compte tenu des conditions de fonctionnement de l'unité à turbine. L'installation de l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend une installation pour le dosage de la quantité de carburant qui est, en même temps, 40 une partie constituante de l'installation d'injection de carbu 69 45127 2 2039229 rant. Dans une installation d'injection de carburant pour une unité de turbine à gaz du type mentionné au début, comprenant un piston de commande coulissant 5 axialement dont une face frontale commande une fente d'admission de carburant prévue tangentiellement dans une tête de pulvérisa-ti on cylindrique, . est prévue, conformément à l'invention, une enveloppe commune, dont la première partie contient essentiellement le piston de commande et la tête de pulvérisation, la secon-10 de partie comprenant l'installation pour le dosage de la quantité de carburant qui est reliée, à titre définitif ou amovible, avec le piston de commande. Tous les éléments essentiels assurant la distribution de la quantité de carburant à la buse d'injection sont ainsi réunis dans une même enveloppe compacte auto-15 nome. La liaison amovible proposée entre le piston de commande et l'installation de distribution de carburant permet un montage facilité ainsi qu'un entretien plus facile de l'installation d'injection. Ces facilités sont encore 20 accrues par le fait que la seconde partie de l'enveloppe est reliée de manière démontable à la première partie. Conformément à l'invention, l'installation destinée au dosage de la quantité de carburant peut être une membrane actionnée par voie pneumatique, hydrauli-25 que, électrique ou mécanique. Mais on peut aussi, au lieu d'une membrane, prévoir un piston de commande coulissant pneuma-tiquement, hydrauliquement ou mécaniquement contre la force de rappel d'un ressort. 30 L'invention prévoit en outre l'emploi d'un moteur de réglage électrique pour actionner l'installation de dosage de carburant. Il peut être prévu en outre un dispositif, actionné en dépendance de la vitesse de rotation 35 de la génératrice, lequel ouvre ou ferme une soupape d'échappement reliée à l'installation de dosage de quantité de carburant. Ce dispositif peut, lors du dépassement d'une valeur prédéterminée dé la vitesse de rotation, entrer en fonction, et par exempledans le cas d'une installation de dosage de carburant 40 actionnée pneumatiquement, provoquer un abaissement de la pression 69 45127 3 2039229 d'air à l'intérieur de la chambre de cylindre correspondante, de sorte que l'organe de réglage de l'installation de dosage de carburant, constitué par exemple par une membrane, réduira, à l'aide du piston de commande de l'installation d'injection de 5 carburant, la section de passage de la buse, ce qui aura pour conséquence une réduction désirée de la vitesse de rotation de la machine. La description se rapporte à des exemples de réalisation représentés aux dessins, dans les-10 quels : - La figure 1 montre une unité motrice de puissance à turbine à gaz avec un premier schéma de régulation. - La figure 2 est une premis-15 re forme de réalisation d'une installation d'injection de carburant combinée avec une installation d'amenée et de dosage de carburant. - La figure 3 est une autre forme de réalisation de la combinaison de la figure 2. 20 - La figure 4 montre une imité motrice de puissance à turbine à gaz avec un second schéma de régulation. - La figure 5 montre une troisième forme de réalisation d'une installation d'injection 25 de carburant combinée avec une installation d'amenée et de dosage de carburant. L'unité motrice de puissance représentée schématiquement dans la figure 1 se compose essentiellement d'un compresseur 1, d'une chambre de combustion 2 mon-30 tée à la suite du compresseur, ainsi qu'une turbine d'entraînement du compresseur 3 montée à la suite de la chambre de combustion, la turbine étant reliée au compresseur par un arbre 4. De la turbine d'entraînement du compresseur 3 est dérivé un arbre 5 portant Tin pignon conique 6. Ce pignon engrène avec un pignon 35 conique correspondant 7 d'un arbre 8 qui est relié à la pompe à combustible 9 pour entraîner celle-ci. La pompe à combustible 9 aspire, par une canalisation 10, du carburant hors d'un réservoir 11, et transporte celui-ci, à travers une canalisation 12,vers une installation d'injection de carburant 13» 40 Une telle installation d'in- 69 45127 k 2039229 jection de carburant est représentée dans la figure 2 et sera expliquée plus loin, elle présente entre autres des fentes d'admission de carburant 15 réglables par un piston de commande 14 et à travers lesquelles le carburant parvient, à travers une 5 chambre de turbulence 16, à la buse 17• Pour maintenir constante la pression de combustible devant les fentes d'admission 15, il est prévu dans la figure 1 une soupape de réglage à pression différentielle 18, qui est branchée, avec les canalisations 19» 20, 10 entre les canalisations 10 et 12. De la canalisation 21 (figure 1) qui relie le compresseur 1 avec la chambre de combustion 2, est dérivée une canalisation 22, par laquelle, au moyen d'un étranglement réglable 23, la chambre intérieur 24 de la partie 15 d'enveloppe 25 est chargée par de l'air prélevé à la sortie du compresseur lj à la suite de quoi une membrane 26 (figure 2), disposée à l'intérieur de la partie d'enveloppe 25 fonctionnant comme installation de dosage de carburant, est déplacée vers la droite, et simultanément le piston de commande l4 relié à celle-20 ci ouvre la fente d'admission du combustible et règle une section de passage de combustible déterminée. Comme le montre encore la figure 1, un arbre 27 est dérivé du compresseur 1. Cet arbre entraîne par un jeu de pignons coniques 28, 29 un arbre 30. L'ar-25 bre 30 est couplé avec un régulateur de nombre de tours à force centrifuge 31» qui, lors d'un dépassement d'une valeur prescrite prédéterminée de la vitesse de rotation de la machine, intervient ; les masses pendulaires d'inertie 32, 33, sont déplacées vers l'extérieur et poussent en direction de la flèche 34 une butée 30 35 vers le bas. La butée 35 agit ainsi sur un ressort de rappel 36, qui est couplé avec une tringlerie à leviers 37, 38. En raison du déplacement vers le bas du levier 37, le levier 38 ouvre une soupape d'échappement .39, laquelle est en communication, par une canalisation 40, avec 35 la chambre intérieure 24 de la partie d'enveloppe 25* De cette manière, la pression d'air qui règne dans l'enceinte intérieure 24 est réduite, à la suite de quoi la membrane 26 règle, par le piston de commande l4, une amenée de carburant plus faible aux sections d'admission de carburant 15 (figure 2). 40 L'installation d'injection 69 45127 5 2039229 de carburant 13, représentée agrandie et détaillée dans la figure 2, comprend essentiellement une partie d'enveloppe 4l avec un petit diamètre ainsi qu'une partie d'enveloppe 25 de plus grand diamètre. A l'intérieur de la partie d'enveloppe 4i, le piston 5 de commande lk est supporté coulissant axialement, et d'un côté, à l'intérieur d'une tête de pulvérisation 42, qui contient la fente d'admission de carburant 15, la chambre à turbulence 16 et l'orifice de buse 17? il est appliqué de la droite sur l'extrémité frontale de la partie d'enveloppe 4l, et il est fixé 10 avec une douille filetée 42' à la partie d'enveloppe 4l. La douille filetée 42' est constituée à gauche sous la forme d'un cône d'injection de carburant 43. D'autre part le piston de commande 14 est suppïorté dans un alésage médian 44 d'une paroi 15 d'enveloppe 45 qui sépare l'une de l'autre les chambres intérieures 46, 2% correspondant aux parties d'enveloppe 4l,. 25- Le courant amené à l'installation d'injection 13 parvient à partir de la canalisation 12, passe à travers les perçages 47 et 48 dans la chambre intérieure 20 46 de la partie d'enveloppe 4l, et de là à travers la fente d'admission de carburant 15 vers l'orifice de buse 17- La membrane 26 fonctionnant comme installation de dosage de carburant peut être constituée en une matière élastique, par exemple de caoutchouc. La membrane est reliée par un tourillon 49, le cas échéant 25 de manière démontable 1 avec le piston de commande l4. L'extrémité de droite 50 de la membrane 26 est maintenue dans un couvercle 51 qui ferme la partie d'enveloppe 25 à droite. La partie d'enveloppe 25 constitue essentiellement un cylindre qui est vissé, au moyen d'un 30 filetage 52, dans une bride 53 faisant partie de la partie d'enveloppe 4l. En 54 est désigné un perçage pour l'amenée d'air de compresseur par la canalisation 22. En 55 est désigné un autre perçage pour la décharge de pression de l'enceinte intérieure 24 de la partie d'enveloppe 25, qui est relié, par la canalisation 35 40, avec la soupape d'échappement 39 (figure 1). La figure 3 diffère de l'exemple de la figure 2, essentiellement par le fait que, au lieu de la membrane 26 (figure 2), est prévu, comme installation de dosage, un piston 58 coulissant axialement dans une partie d'en-40 veloppe cylindrique 56 contre l'effet d'un ressort de rappel 57- 69 45127 6 2039229 Ce piston est relié directement avec le piston de commande 14, dont le mode d'action est identique à celui des figures 1 et 2, en coopération avec le schéma de régulation suivant la figure 1. Dans la figure 3» la référence 22 se rapporte à la conduite par 5. laquelle de l'air soutiré à la sortie du compresseur 1 (figure 1) est amené, à travers un perçage 59, à l'enceinte intérieur 60 de la partie d'enveloppe 56, et cela sur la face du piston 58 opposée au ressort 57» de sorte que celui-ci est déplacé contre l'action du ressort 57> et, au moyen du piston de commande l4, 10 la fente d'admission de carburant 15 s'ouvre et règle une section d'admission de carburant déterminée 6l désigne un perçage pour réunir l'enceinte intérieure 60, sur le côté opposé au ressort 57 du piston 58, avec la soupape d'échappement 39 (figure 1) par la canalisation 40. 15 Le schéma de régulation re produit dans la figure 4 montre à nouveau une unité motrice à turbine à gaz dans une vue schématique, constituant un compresseur 30', une chambre de combustion 32', montée à la suite du compresseur à travers la canalisation 31'j ainsi qu'une turbine 20 33' allant à la turbine 34' d'entraînement du compresseur 30' montée à la suite de la chambre de combustion. Cette turbine est reliée au compresseur 30* par un arbre commun 35'. De la turbine d'entraînement de compresseur 34' partun arbre 36' qui entraîne, par un engrenage 37' à pignons coniques,un arbre 38' et ainsi une * -* 25 pompe a carburant 39'• La pompe 39' aspire, par une canalisation 40', le carburant hors du réservoir 4l' et le transporte à travers d'autres canalisations 42', 43' vers l'installation d'injection de combustible 44'. Entre les canalisations 42', '43', ainsi que 40', est montée, avec les canalisations 45', 46', une soupape 30 de régulation à différence de pression 47', pour maintenir constante la pression de combustible devant les sections d'admission de carburant de l'installation de combustible 44'. Pour le mode de fonctionnement de l'exemple de réalisation reproduit dans la figure 4, 35 on suppose que l'installation d'injection de carburant 44* est identique essentiellement à celle de la figure 3* La différence de l'installation d'injection 44' (figure 4) avec celle de la figure 3 réside en ce que, dans la figure 4, le piston 58' comme installation de dosage de carburant est déplacé mécaniquement 40 par l'intermédiaire d'une tringlerie à levier 59' par un moteur 69 45127 7 2039229 électrique de réglage 60'. En outre est prévu un régulateur électrique 6l', par l'intermédiaire duquel des grandeurs de fonctionnement provenant de l'unité à turbine à gaz au moyen 5 des canalisations 62', 63', 64' et transformées en signaux, par exemple n (nombre de tours de la machine), t^(température à la sortie de la turbine) et t^ (température à l'entrée du compresseur),sont comparées ou amplifiées» En dépendance des signaux de sortie du régulateur électrique 6l', par les canalisations élec-10 triques 65', 66', est actionné le moteur électrique de réglage 60'. Celui-ci provoque, par déplacement du piston 58', par l'intermédiaire de la tringlerie 59'j une commande, en dépendance •des écarts des grandeurs n, t^ et t^, des sections d'admission de carburant 15 (figure 3) de l'installation d'injection de car-15 burant 44' (voir figure 4). La figure 5 montre une installation d'injection de carburant 70 actionnée électromagnétique-ment, qui est constituée en même temps comme installation de dosage de carburant. Elle se compose essentiellement d'une section 1 20 d'enveloppe cylindrique 71 de grand diamètre, et d'une autre section d'enveloppe cylindrique 72 de petit diamètre. Les sections d'enveloppe cylindrique 71 et 72 forment des enceintes séparées 73, 74. A l'intérieur de l'enceinte 73 se trouve l'installation de dosage de carburant 75 avec un noyau magnétique 76, 25 traversant environ la moitié de l'enceinte, lequel est fixé au moyen d'une butée 77 en forme d'anneau circulaire à l'intérieur de l'enceinte 73- Le noyau magnétique présente en outre un évidement en forme d'anneau circulaire 79, coaxial 30 à l'axe longitudinal 78 de l'installation d'injection 70, et agissant comme armature mobile d'aimant, ainsi qu'un alésage 80 entouré par cet évidement 79° Dans 1'évidement 79 s'avance l'installation de dosage de carburant 75, pourvue, à son extrémité de droite, d'une bobine magnétique 8l. Cette installation comprend 35 un piston de commande cylindrique creux 82, qui est supporté coulissant axialement dans une douille 83 solidaire de la section d'enveloppe 71 dans un espace creux 73 à l'intérieur d'une tête de pulvérisation 86 pourvue de fentes d'admission de carburant 84, 85, qui contient également l'orifice de buse 87, et qui est 40 appliquée par la gauche sur l'extrémité extérieure de la section 69 45127 8 2039229 d'enveloppé 72 de l'installation d'injection de carburant. Une autre douille filetée 89 équipée avec un cône d'injection de carburant 88 est vissée par la gauche sur la section d'enveloppe 72, de sorte que la tête de pulvérisation 86 est fixée de chaque 5 côté sur la section d'enveloppe 72» A partir du système d'alimentation en combustible d'une unité à turbine (figure 4), le carburant provient, de la pompe 39', à travers les canalisations 42', 43', et des perçages 90, 91, dans l'enceinte 74 de l'ins-10 tallation d'injection de carburant 70, et, de là, à travers les fentes d'admission 84, 85, dans une chambre à turbulence 92, d'où il passe, à travers l'orifice de buse 87, dans la chambre de combustion 2 (figure l). Au lieu du moteur de réglage 15 60' prévu dans la figure 4, est prévue, dans la figure 5, une bobine magnétique 8l excitée par les impulsions de courant d'un régulateur électrique 6l', qui peut être couplé avec des canalisations électriques 65', 66'. La bobine 8l peut, lors de la distribution de carburant maximale désirée, parvenir en entier dans 20 1'évidement 79, de sorte que le piston de commande 82 soulève, par une bride 94 de son extrémité 95 tournée vers l'intérieur et servant de butée au piston de commande 82, la douille 83, contre l'effet d'un ressort de rappel 96, à l'intérieur de l'évidement 79 du noyau magnétique 76. 25 Pour le réglage de la quan- 1 tité de carburant minimale en dépendance des signaux de sortie du régulateur électrique 6l' (figure 4), on se sert de la position extrême, représentée par exemple dans la figure 5, du piston de commande 82, lequel, soutenu par le ressort de rappel 96, 30 s'applique en butée avec la bride 94 contre l'extrémité 95 de la douille 83, de sorte que la quantité minimale, la plus petite possible, de carburant parvient, à travers les fentes d'admission 84, 85, aux emplacements 97, 98, à l'orifice de buse 87. En outre, dans l'installation d'injection de carburant de la figure 5, on 35 peut également régler des valeurs intermédiaires entre la quantité maximale et la.quantité minimale, en dépendance de la modulation d'impulsions du régulateur électrique 6l' (figure 4), qui peut être déclenchée par les différentes grandeurs de fonctionnement n, t^, t^, emmagasinées dans ce régulateur (figure 4). 40 Bien entendu l'invention 69 45127 9 2039229 n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 69 45127 10 2039229 R E V E N D I CATION S 1°) Unité motrice à turbine à gaz qui comprend au moins un compresseur, une chambre de combustion, ainsi qu'au moins une turbine, et qui en outre est 5 équipée avec une installation d'injection de carburant, et des dispositifs pour doser la quantité de carburant à amener à l'installation d'injection, ainsi que des dispositifs pour maintenir constante la pression de combustible devant les sections de passage réglables de la buse d'injection, caractérisée en ce qu'elle 10 comprend une installation pour le dosage de la quantité de carburant qui est en même temps une partie constituante de l'installation d'injection de carburant. 2°) Unité motrice suivant la revendication 1, avec une installation d'injection de carbu-15 rant, qui présente un piston de commande coulissant axialement, dont une face frontale commande des fentes d'admission de carburant disposées tangentiellement dans une tête de pulvérisation cylindrique, caractérisée en ce qu'une enveloppe commune est prévue, dont une première partie contient essentiellement le piston 20 de commande et la tête de pulvérisation,tandis que dans la seconde partie de cette enveloppe est disposée l'installation pour le dosage de la quantité de carburant, laquelle est reliée, démontable ou non, directement avec le piston de commande. 3°) Unité motrice suivant 25 la figure 2, caractérisée en ce que la seconde partie est assemblée de manière démontable avec la première. k") Unité motrice suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'installation pour le dosage du carburant est une membrane actionnée pneumatiquement, 30 hydrauliquement, électriquement, ou mécaniquement. 5°) Unité motrice suivant la revendication 2, caractérisée en ce que, au lieu d'une membrane, est prévu un piston de commande déplaçable à coulissement, contre la force de rappel d'un ressort, pneumatiquement, hydraulique-35 ment ou mécaniquement. 6°) Unité motrice suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l'installation pour le dosage de carburant est actionnée par un moteur électrique de réglage. k0 7°) Unité motrice suivant la 69 45127 ii 2039229 revendication 1, caractérisée en ce qu'un dispositif, actionné en dépendance de la vitesse de rotation de l'unité motrice à turbine, ouvre ou ferme une soupape d'échappement reliée à l'installation de dosage de carburant.