Brevet FR2094017A1 — publié le 19720204

L'invention concerne un élément de commutation entre le fonctionnement en série et le fonctionnement en parallèle pour turbines à gaz, qui est disposé de manière à pouvoir tour-èoncentriquement entre deux turbo-machines et qui est di-5 visé en secteurs de conduit servant à relier entre eux les passages d'écoulement des turbo-machines ou à relier celles-ei à une «dmisiion et à tua échappement de gaz» Dans lej^ffixrbines à gaz, notamment celles, de propulsion â*1F~véhicules, des éléments de commutation de ce genre 10 nécessaires aussi bien entre le compresseur à basse près» •ion et le compresseur à haute pression qu'entre la turbine de compression et la turbine de travail, afin que l'on arrive à une consommation avantageuse de carburant en particulier dans la gamme inférieure de vitesses de rotation ou de puissances* 15 Bans le fonctionnement en série, les éléments de commutation doivent relier les turbo-machines de façon telle que le flux de gaz les traverse successivement. Dans le fonctionnement en parallèle, chaque turbo-machine doit fonctionner séparément, c'est-à-dire que les deux compresseurs doivent as-20 pirer l'air directement de l'atmosphère et le transmettre directement à l'échangeur de chaleur tandis que simultanément» le gaz chaud doit être amené directement de la chambre de combustion à la turbine de compression aussi bien qu'à la turbine de travail, puis de la turbine considérée à l'échangeur de 25 chaleur® On a déjà proposé un élément de commutation rotatif d'une seule pièce dans lequel le passage d'air ou de gaz est; disposé de telle sorte que dans le fonctionnement en série, il se produit un passage direct à travers des conduits en forme 30 de secteur de la turbo-machine d'amont à celle d'aval. Pour le fonctionnement en parallèle, en utilise des conduits décalés relativement aux précédents, qui sont disposés l'un derrière l'autre et se composent chacun d'une partie radiale et d'une partie axiale. L'élément de commutation proposé entraîne une 35 disposition des enveloppes d'entrée et de sortie qui constitue -en direction axiale- un ordre de succession défavorable, car dans le fonctionnement «g parallèle, des entrées et des sorties bad 71 20166 2 2094017 sont disposées alternativement de sorte qu'il est très difficile de réaliser un raccordement avantageux avec les ensembles précédents et les ensembles suivants, par exemple le filtre d'admission, l'échangeur de chaleur, la chambre de combustion 5 etc..» L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients» L'invention réside dans le fait que l'élément de commutation est formé d'au moins deux parties disposées l'une derrière l'autre et pouvant tourner l'une par rapport à l'autre, dont celle 10 d'avant présente une admission de gaz et un raccordement à la sortie de gaz de la turbo-machine d'amont tandis que celle d'arrière présente un raccordement menant à l'entrée de gaz de la turbo-machine d'aval et un échagpement de gaz» Grâce à cette structure, relativement à l'élément 15 de commutation, les admissions sont situées d'un côté et les serties de l'autre côté» Par suite, les raccordements nécessai-; res ne causent aucune difficulté» Dans un mode d'exécution avantageux de l'invention, l'élément de commutation est en trois parties et la partie 20 centrale peut tourner relativement à la partie antérieure fixe et à la partie postérieure fixe» Avantageusement, la partie centrale peut présenter au moins trois conduits qui vont d#"5î* côté frontal à l'autre et dont deux sont en service pour le fonctionnement en parallèle et relient l'admission de gaz de 25 la partie antérieure à l'entrée de gaz de la partie postérieure et relient le raccordement qui mène à la sortie de gaz de la turbo-machine d'amont à la sortie de gaz de la partie postérieure, tandis que dans le fonctionnement en série, le troisième conduit relie le raccordement qui mène à la sortie de gaz de 30 la turbo-machine d'amont au raccordement entre la partie postérieure et l'entrée de gaz de la turbo-machine d'aval, La partie centrale peut se raccorder directement par au moins deux conduits à la sortie de gaz de la turbo-machine d'amont» Dans ce mode d'exécution, la partie antérieure fixe 35 de 1dément de commutation ne présente plus qu'un conduit d'admission comme liaison avec l'air extérieur» Pour assurer une -bonne étanchéité de la partie fixe antérieure, celle-ci peut r BAD ORIGINAL COPV 71 20166 3 2094017 être montée de manière à pouvoir coulisser axialement et peut présenter des "baguettes d'étanchéité sur son côté frontal raccordé à la partie centraleo On obtient un mode d'exécution avantageux en particu-5 lier pour un élément de commutation de gaz chaud disposé entre la turbine de compression et la turbine de travail si la partie centrale tournante est montée avec interposition d'une partie tournante d'alimentation servant au graissage et à l'air de barrageo Grâce»à cette subdivision radiale, on peut maîtriser 10 la dilatation thermique qui se produit forcément. Pour permettre un centrage exact, entre la partie d'alimentation et la partie centrale, peut être prévue une denture à cannelures» Il est aussi avantageux d'un point de vue constructif que la partie d'alimentation soit montée sur la 15 partie postérieure de l'élément de commutation. L'appui de la partie centrale peut alors porter simultanément le palier postérieur de la turbo-machine d'amont. Dans le cas d'un élément de commutation pour gaz chaud, il est avantageux aussi que la partie d'alimentation soit munie de labyrinthes assurant l'é-20 tanchéité vis-à-vis de la turbo-machine d'amont, La partie postérieure fixe peut, en outre, présenter une bride servant d'appui au deuxième palier de la turbe-machine d'amont. Dans le cas d'un élément de commutation pour gaz chaud, la partie antérieure fixe peut porter les éléments d'ac-25 tionnement et d'appui d'un dispositif directeur réglable de la turbo-machine d'amont. Dans le cas d'un élément de commutation disposé entre compresseurs, la partie antérieure fixe peut constituer le stator de compresseur d'un compresseur à basse pression placé 30 «n amont et présenter une grille directrice de sortie. Il est avantageux aussi que sur la partie antérieure fixe soient disposés l'appui postérieur du compresseur à basse pression et l'appui antérieur de la partie centrale ainsi que les éléments d'étanchéité et de graissage correspondants. Enfin selon un 35 mode d'exécution avantageux quant à la construction, la partie antérieure fixe constituant un stator de compresseur peut en outre porter le palier antérieur de compresseur, de préférence COPY 71 20166 4 2094017 par l'intermédiaire d'une grille d'admission présentant les éléments correspondants de graissage et d'étanchéité8 Deux exemples d'exécution de l'invention sont représentés par les dessins sur lesquels : 5 - la figure 1 est une coupe d'un élément de commuta tion selon l'invention disposé dans la section compresseurs d'une turbine à gaz } - la figure 2 est une coupe d'un élément de commutation selon l'invention, disposé dans la section turbines d'une 10 turbine à gaz ; - la figure 3 est une coupe d'un élément de commutation selon l'invention analogue à la figure 2, à échelle agrandie ; - la figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV 15 de la figure 3 dans une première position de l'élément de commutation, et - la figure 5 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3 dans une autre position de l'élément de commutation* 20 Entre le compresseur axial à basse pression 1 et le compresseur radial à haute pression 2 d'une turbine à gaz, est disposé un élément de commutation 3 qui peut relier les deux compresseurs 1 et 2 en parallèle ou en série* L'élément de commutation 3 est disposé concentriquement aux deux compresseurs 25 1 et 2 et se compose de trois parties 4, 5 et 6, dont la partie antérieure 4 et la partie postérieure 6 sont disposées de façon fixe tandis que la partie centrale 5 peut tourner relativement aux deux parties fixes. La partie antérieure fixe 4 présente une admission de gaz 7 qui est reliée à l'atmosphère* 30 La partie antérieure fixe 4 constitue un stator du compresseur à basse pression 1 et à cet effet elle est prolongée en direction axiale et présente une grille directrice de sortie 8 et plusieurs grill® d'admission 9. La grille antérieure d'admission 9 est de structure telle qu'elle porte le 35 palier antérieur de compresseur 10 y compris les éléments de graissage et d'étanchéité correspondants. De façon analogue, la grille directrice de sortie 8 porte le palier postérieur 11 du 71 20166 5 2094017 compresseur à basse pression 1 et les éléments d'étanchéité et de graissage correspondants« Ea outre, sur la bride 12 de la grille directrice de sortie 8 est encore disposé l'appui de la partie centrale tournante 5o 5 La partie centrale 5 de l'élément de commutation 3 est disposée de manière à pouvoir tourner relativement aux deux parties fixes 4 et 6 et rendue étanche grâce à des baguettes d'étanchéité 13 en forme de segments de pistono En outre, de façon non représentée plus précisément, on peut prévoir des 10 baguettes d'étanchéité placées en direction axiale. La partie centrale 5 présente au moins trois conduits qui sont disposés en fora» de secteur.» Elle peut tourner de la largeur d'un conduit grâce à un dispositif de réglage non représenté, de sorte que des conduits chaque fois différents ou des organes d'arrêt 15 sont reliés aux raccordements correspondants» La partie centrale 5 est appuyée sur un coussinet 14 disposé de façon fixe sur la partie postérieure fixe 6o La partie postérieure fixe 6 de l'élément de commutation 3 présente des conduits qui mènent, l'un en tant qu'échappement de gaz 15 à un échangeur de 20 chaleur, et l'autre en tant qu'admission de gaz 16, au compresseur à haute pression 20 Les conduits des trois parties 4, 5 et 6 sont conçus de telle sorte que, pour la position de fonctionnement en série, la sortie de gaz du compresseur à basse pression 1 soit 25 reliée à l'admission de gaz 16 du compresseur à haute pression 2 tandis que tous les autres conduits sont ferméso Pour le fonctionnement en parallèle, il faut alors faire tourner la partie centrale 5 de sorte qu'elle relie alors la sortie de gaz du compresseur à basse pression 1 à l'échappement dirigé radia-30 lement 15 de la partie postérieure 6 de l'élément de commutatiao 3» tandis que simultanément elle relie l'admission 7 de la partie 4 de l'élément de commutation à l'admission de gaz 16 du compresseur à haute pression 2 qui aspire alors de l'air atmosphériqueo 35 La figure 2 montre un autre élément de commutation 17 constituant un élément de commutation de gaz Ghaud et disposé entre une turbine de compression 18 et une turbine de 71 20166 6 2094017 travail non représentée» En amont de la turbine de compression 18 est placée une chambre de combustion 19» L'élément de commutation 17 a pour rôle de réaliser dans le fonctionnement en série un passage de gaz tel que le gaz chaud venant de la 5 chambre de combustion 19 traverse tout d1abord la turbine de compression 18 et ensuite la turbine de travail» Pour le fonctionnement en parallèle, il faut prévoir la possibilité que le gaz chaud venant de la chambre de combustion 19 soit amené directement à la turbine de travail en évitant la turbine de 10 compression 18, tandis que simultanément le gaz chaud qui s'écoule à travers la turbine de compression 18 est amené à un échangeur de chaleur en passant par un échappement séparé 20. Comme dans l'exemple d'exécution de la figure 1, l'é-15 lément de commutation 17 se compose de trois parties 21, 22 et 23 dont la partie antérieure 21 et 3apartie peebérieure 23 sont fixes tandis que la partie centrale 22 peut tourner relativement à celles-ci. La partie antérieure 21 présente une admission de gaz 24 menant à la chambre de combustion 19. Elle 20 porte en outre un dispositif directeur 25 adjoint à la turbine de compression y compris le dispositif de réglage correspondant* La partie antérieure 21 de l'élément de commutation 17 peut encore une fois être subdivisée et comme le montre la figure 3» être mobile axialement. Il est ainsi possible d'ob-25 tenir une bonne étanchéité vis-à-vis de la partie centrale 22 à condition d'insérer dans le côté frontal de la partie antérieure 21 qui est adjacent à la partie centrale, des baguettes d'étanchéité 27 qui sont poussées contre la partie centrale 22 en vertu de la pression de gaz qui règne dans la chambre de 30 combustion» La partie centrale 22 de l'élément de commutation 17 est reliée directement par un conduit 28 à la sortie de la turbine de compression 18 et par un autre conduit 29 à l'admission de gaz 24 de la partie fixe 21» Pour la partie centrale tournante 22, on a prévu un dispositif de réglage qui peut être 35 actionné par l'intermédiaire d'un levier extérieur 30 et qui, par un autre levier 32 présentant une partie fourchue 31., enserre une rotule 33 fixée sur la partie centrale 22é La partie 71 20166 7 2094017 centrale 22 est subdivisée en direction radiale dans la région de son appui de sorte que les dilatations thermiques qui se produisent dans le cas d'un élément de commutation pour gaz chaud peuvent être absorbées» Elle est reliée par une denture 5 à cannelures à une partie d'alimentation 34 située à l'intérieur et qui assure l'appui de la partie centrale 22 et alimente en lubrifiant et en-air de barrage le palier 35 de la turbine de compresseur 180. La partie d'alimentation 34- porte en outre un joint à labyrinthe 36 par lequel elle rend étanche la 10 partie centrale 22 vis-à-vis de la turbine de compression 18„ Quand on manoeuvre la partie centrale, le joint à labyrinthe 36 tourne en même temps, ce qui peut avoir des effets avantageux dans certains cas. La partie postérieure fixe 23 présente également 15 plusieurs conduits 37 et 38 dont deux, 37» sont placés axiale-ment et peuvent être raccordés à l'admission de gaz de la turbine de travail non représentée. Le troisième 38 est orienté pratiquement en direction radiale et sert au raccordement à un échangeur de chaleur non représenté. La partie fixe 23 est 20 munie intérieurement d'une bride 39 dirigée vers le centre et contre laquelle s'appuient le support de la partie centrale 22 et aussi le palier antérieur 35 de la turbine de compression 18. Le passage de l'air dans l'élément de commutation 3 25 de la figure 1 correspond à celui de l'élément de commutation 17 des figures 2 et 3» qui est représenté plus précisément sur les figures 4 et 5 constituant une coupe partielle développée dans un plan, suivant la ligne IV-IV, dans les deux positions différentes de commutation. Sur la figure 4, on a représenté 30 la position de fonctionnement en parallèle de la turbine à gaz0 Les cloisons de forme hydrodynamique des conduits assurent qu' une liaison directe soit établie par les conduits 29 et 37 de la chambre de combustion 19 à la turbine de travail tandis que la turbine de compression 18 n'est pas reliée à la turbine de 35 travail mais directement à 1'échangeur de chaleur par les conduits 28 et 36* La partie centrale tournante 22 libère par le conduit 29 une liaison avec la partie antérieure fixe 21 qui, 71 20166 8 2094017 par le conduit 37 de la partie postérieure fixe 23, relie à la turbine de travail l'admission 24 qui mène à la chambre de combustion 19<> Dans la position de commutation de la figure 5» la 5 partie centrale 22 est décalée de la largeur d'un conduit. A. l'aide d'une paroi de barrage 39, l'admission de gaz 24 de la partie antérieure fixe est fermée tandis qu'en outre, le conduit 38 de la partie postérieure fixe 23, menant à 1*échangeur de chaleur, est séparé de la sortie de gaz de la turbine de 10 compression 18e Par suite, tout le gaz chaud formé dans la chambre de combustion 19 doit traverser tout d'abord la turbine de compression 18 et ensuite la turbine de travail. 71 20166 9 2094017 BEVEMPICATIOMS 1) Elément de commutation entre le fonctionnement en série et le fonctionnement en parallèle pour turbines à gaz, disposé de manière à pouvoir tourner concentriquement entre 5 deux turbo-machines et divisé en secteurs de conduit servant à relier entre eux les passages d'écoulement des turbo-machines ou à relier celles-ci à une admission et à un échappement de gaz» élément caractérisé par le fait iju'il est formé d'au 10 moins deux parties disposées l'une derrière l'autre et pouvant tourner l'une par rapport à l'autre, dont celle d'avant présente une admission de gaz et un raccordement à la sortie de gaz de la turbo-machine d'amont, tandis que celle d'arrière présente un raccordement menant à l'entrée de gaz de la turbo-machine 15 d'aval et un échappement de gazo 2) Elément selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est en trois parties et que la partie centrale peut tourner relativement à la partie antérieure fixe et à la partie postérieure fixe» 20 3) Elément selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la partie centrale px^ésente au moins trois conduits qui s'étendent d'un côté frontal à l'autre et dont deux sont en service pour le fonctionnement en parallèle et relient l'admission de gaz de la partie antérieure à l'entrée de gaz de • 25 la partie postérieure ainsi que le raccordement à la.sortie de gaz de la turbo-machine d'amont à la sortie de gaz de la partie postérieure, tandis que dans le fonctionnement ~en série, le troisième conduit relie le raccordement à la sortie de gaz de la turbo-machine d'amont au raccordement entre la partie pos-30 térieure et l'entrée de gaz de la turbo-machine d'avalo 4) Elément selon l'une des revendications 1 à 3» caractérisé par le fait que la partie centrale se raccorde directement par au moins deux conduits à la sortie de gaz de la turbo-maôhine d'amonto 35 5) Elément selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la partie fixe antérieure est mon 71 20166 10 2094017 tée de manière à pouvoir coulisser axialement et présente des baguettes d'étanchéité sur son côté frontal assurant la jonction avec la partie centrale. 6) Elément de commutation, en particulier pour gaz 5 chaud, selon l'une des revendications 1 à 5» caractérisé par le fait que la partie centrale tournante est montée avec interposition d'une partie tournante d'alimentation servant au graissage et à l'air de barrage» 7) Elément selon la revendication 6, caractérisé par 10 le fait qu'entre la partie d*alimentation et la partie centrale est prévue une denture à cannelures» 8) Elément selon l'une des revendications 6 et 7» caractérisé par le fait que la partie d"alimentation est montée sur la partie postérieure de l'élément de commutation» 15 9) Elément selon la revendication 8, caractérisé par le fait que 1*appui de la partie centrale porte simultanément le palier de la turbo-machine d'amont» 10) Elément selon l'une des revendications 6 à 9» caractérisé par le fait que la partie d'alimentation est munie 20 de labyrinthes assurant 1'étanchéité vis-à-vis de la turbo-machine d,amont. 11) Elément selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé par le fait que la partie postérieure fixe présente une bride servant à l'appui du deuxième palier de la turba- 25 machine d*amont» 12) Elément selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que la partie antérieure fixe porte les éléments d'actionnement et d'appui d'un dispositif directeur réglable de la turbo-machine d'amont» 30 13) Elément selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la partie antérieure fixe constitue le stator d'un compresseur à basse pression placé en amont et présente une grille directrice de sortie» 14) Elément selon la revendication 13» caractérisé 35 par le fait que sur la partie antérieure fixe sont disposés le palier postérieur du compresseur à basse pression et l'appui antérieur de la partie centrale ainsi que les éléments d'étan- 71 20166 11 2094017 ckéité et de graissage correspondants« 15) Elément selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé par le fait que la partie antérieure fixe constituant un stator de compresseur porte en outre, de préférence par l'intermédiaire d'une grille d'admission, le palier antérieur de compresseur avec les éléments correspondants de graissage et d'étancliéité.