Brevet FR2124253A1 — publié le 19720922

La présente invention concerne un ensemble de turbine à gaz comprenant un turbocompresseur, une chambre de combustion et une turbine comportant un étage haute pression et un étage basse pression. L'étage basse pression entraîne le turbocompresseur et 5 l'étage haute pression fournit la puissance de sortie. La présente invention concerne un tel ensemble de turbine et son mode de régulation. Dans les turbines à gaz classiques qui ne comportent qu'un seul arbre, il existe une certaine limite supérieure de puis-10 sance maximale pour un fonctionnement économique. Cette limite semble être située un peu en dessous de 100 MW du fait qu'à pleine charge, l'étage basse pression de la turbine ne peut laisser passer une quantité de gaz qui correspond à la quantité de carburant refoulé par le compresseur tournant à la même vi-15 tesse. On a proposé, en conséquence, d'équiper la turbine de deux arbres, de manière que le compresseur et l'étage basse pression puissent tourner à une vitesse différente de l'étage haute pression. On peut faire passer, ainsi, une quantité suffisante de gaz par l'étage à basse pression; de plus, plus la vi-2 0 tesse est basse, plus la limite de puissance maximale économique est élevée. Cependant, une turbine à gaz à deux arbres, telle que celle décrite ci-dessus, a rarement été mise en pratique du fait des difficultés soulevées par une régulation appropriée. 2 5 En conséquence, la présente invention concerne un élément de régulation en forme d'ensemble d'aubes de guidage d'admission articulées et réglables, destinées à la régulation de la turbine à gaz. Le mouvement de pivotement de l'aubage permet une modifica- 3 0 tion de la direction d'admission des gaz par rapport aux aubes rotatives de l'étage haute pression. L'angle d'ouverture o 72 02165 2 2124253 A titre d'exemple, on a décrit ci-après et représenté au dessin annexé plusieurs formes de réalisation d'un objet conforme à l'invention. Sur ce dessin, la figure 1 représente'un ensemble de turbine à gaz selon 5 l'invention ; les figures 2a et 2b représentent en détail l'aubage de guidage d'admission de l'étage haute pression ; les figures 3a, 3b et 4a, 4b représentent plusieurs circuits de régulation de l'équipement selon l'invention. 10 La figure 1 représente un ensemble de turbine à gaz compre nant un turbocompresseur 1, une chambre de corrbustion 2 et une turbine comportant un étage haute pression 3 et un étage à base-pression 4. Ce dernier entraine le turbocompresseur par un arbre 5, tandis que l'étage à haute pression fournit la puissance de 15 sortie, par un arbre 7, à une génératrice 6. L'air comprimé refoulé par le compresseur 1 est introduit dans la chambre de combustion 2 par un conduit 8. Le carburant est introduit dans la chambre de combustion par une vanne de réglage 9. L'étage à basse pression comprend au moins une roue à aubes 20 rotative, dont la vitesse est mesurée à l'aide d'un tachymètre-générateur 12. L'étage à haute pression comprend au moins une roue à aubes rotative 10 en face de laquelle est disposé un ensemble 11 d'aubes de guidage d'admission, c'est-à-dire un ensemble d'aubes de guidage dont les angles d ' ouvertureO Les figures 2a et 2b représentent und partie de l'aubage de guidage d'admission 11 et de la roue à aubes 10. La figure 2a représente ces éléments en coupe axiale, observés par le côté, et la figure 2b les représente observés de l'extérieur, dans le sens 30 radial. L'aubage 11 comprend un ensemble d'aubes de guidage pivotantes 25 dont chacune est montée sur un arbre 22 comportant une broche transversale 23. Les broches transversales sont ajustées dans des supports disposés à l'intérieur d'une couronne cylindrique 24 qu'un servo-moteur 19 peut faire tourner. Le servo-moteur 35 fait également tourner les broches transversales 23 et, de ce fait, les aubes de guidage 25, de manière à modifier leurs angles d'ouverture ex. Les variables qui sont coordonnées les unes par rapport aux autres, dans le dispositif de régulation de la turbine, sont la 40 puissance de sortie E, la vitesse n de l'étage basse pression, 72 02165 3 2124253 le débit £ de carburant et l'angle d'ouverture Sur la figure 3a, la vanne 9 d'alimentation en carburant est réglée par un dispositif asservi 17 comrandé par un circuit de commande sensible à la fréquence et à la puissance. Dans ce but, la génératrice comprend un fréquencemètre 20 et un wattmè-10 tre 13. La puissance de sortie est indiquée par un dispositif indicateur de valeur en forme de potentiomètre, 15. La valeur réelle et la valeur voulue de la puissance sont transmises à un amplificateur 14 dont le signal de sortie est transmis à un amplificateur 16 en parallèle avec le signal provenant du fréquen-15 cemètre 20. De cette manière, le débit de carburant dans la vanne 9 est réglé en fonction de la fréquence et de la puissance voulues. L'angle ex de l'aubage de guidage d'admission est réglé en fonction de la vitesse n de l'étage basse pression, conformément 2 0 à la figure 3b, de manière que chaque valeur de n soit affectée à un certain angle . La vitesse n est mesurée par un tachymè-tre-générateur 12 dont le signal de sortie est converti dans un amplificateur 18, de manière à constituer le signal de commande du servo-moteur 19 qui règle l'angle c l'aide de la vitesse n de l'étage basse pression, afin de maintenir constante la vitesse. La figure 4b montre comment la vitesse est mesurée par un tachymètre-générateur 12 dont le signal de sortie est comparé, dans l'amplificateur 16, avec une valeur 30 voulue provenant d'un transducteur 21. Le signal de sortie de l'amplificateur constitue le signal de commande du servo-moteur 17 qui commande la vanne 9 régulatrice du débit de carburant. La puissance de la turbine est réglée par l'angle de l'aubage de guidage d'admission, conformément à la figure 4a. 35 Cette figure montre comment le servomoteur de l'ensemble est commandé par le circuit de commande 20, 13-15 sensible à la fréquence et à la puissance. 72 02165 4 2124253 REVENDICATIONS 1. Ensemble de turbine à gaz comprenant un turbocompresseur, une chambre de combustion et une turbine comportant un étage haute pression et un étage basse pression, ce dernier entraînant le 5 turbocompresseur, tandis que l'étage haute pression fournit la puissance de sortie, caractérisé en ce que l'étage haute pression comporte un ensemble d'aubes de guidage d'admission pivotantes pouvant être réglées d'une façon continue et qui sont destinées à la régulation de la turbine à gaz. 10 2. Ensemble de turbine à gaz suivant la revendication 1, ca ractérisé en ce que les aub«B. de guidage d'admission sont réglées par leur angle d'ouverture qui correspond à la vitesse de l'étage basse pression, à la puissance de sortie et au débit de carburant vers la chambre de combustion, l'une de ces valeurs étant réglée 15 par des paramètres extérieurs, tandis qu'il existe une certaine relation entre les autres paramètres qui est déterminée par un circuit de commande. 3. Turbine à gaz suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle d'ouverture des aubes de guidage d'admission est 20 commandé par un dispositif extérieur, tandis que le débit de carburant dans la chambre de combustion est réglé en fonction de la vitesse de l'étage basse pression. 4. Turbine à gaz suivant le revendication 2, caractérisée en ce que l'angle d'ouverture des aubes de guidage d'admission 25 est réglé par un régulateur en fonction de la vitesse de l'étage basse pression, tandis que le débit de carburant vers la chambre de combustion est réglé par un dispositif extérieur.