Brevet FR2147889A1 — publié le 19730311

La présente invention est relative à un dispositif de com bus tien d'un type nouveau, destin à équiper une turbine à gaz. Cette disposition convient plus particulièrement, quoique non exclusivement, à une turbine à gaz de moyenne puissance (par exemple 450 Kw) sur un véhicule. La turbine à gaz en question peut être : - soit le moteur entratnant le véhicule e soit le moteur d'un groupe générateur d'air porté par le véhicule0 On sait qu'une turbine à gaz de ce type comprend généralement un compresseur centrifuge d'entrée, qui refoule de l'air dans un collecteur, lequel alimente une ou plusieurs chambres de combustion, d'où les gaz sont ensuite envoyés sur les aubages d'une roue de turbine à un ou plusieurs étages. On sait que pour améliorer le rendement de la combustion, aiasi que pour obtenir une meilleure alimentation du premier étage de la turbine, il est souhaitable d'éviter les disymétries dans l'écoulement de l'air et des gaz.a particulier, on recherche à améliorer l'homogénéité des températures tout autour de l'entrée du premier étage de la turbine. La présente invention a pour but d'améliorer cette régula- rité d'alimentation et cette homogénéité des températures des gaz. Un dispositif de combustion selon l'invention équipe une turbine à gaz qui comprend un rotor de compresseur centrifuge, au moins une chambre de combustion, et un rotor de turbine à un ou plusieurs étages, et il est caractérisé en ce que le rotor centrifuge refoule dans une volute où l'air entre en rotation autour de l'axe général de la turbine, cette volute débouchant dans une chambre de combustion dont l'extrémité aval s'ouvre tangen tiellement dans une autre volute pour y refouler les gaz de cem- bastion qui tournent autour de l'axe de la machine dans le même sens que l'air de la premiers volute, cette seconde volute possé- dant une section transversale décroissante et une ouverture laté- rale annulaire d'épaisseur constante d'ou les gaz s'échappent dans le sens de l'axa de la turbine, en direction du premier étage ge de ladite turbine. Grftce à cette disposition, on voit que dès sa sortie du compresseur, la veine d'air possède une vitesse régulièrement décroissante, c'est-à-dire qui chute régulièrement sans remon tées jusqu'à l'entrée de la chambre de combustion,après quoi la seconde volute assure une répartition homogène des gaz et des températures en direction du premier étage de la turbine. Suivant une autre caractéristique de l'invention, on amio- re encore lthomogEnéité des températures et la symétrie de fonctionnement de la machine, enitilisant deux chambres de combustion tangentielles, diamétralement opposées et disposées symétrique- ment par rapport à l'axe général de la turbine0 Dans ce cast on prévoit deux demi-volutes à section régulièrement croissante pour alimenter les chambres de combustion, puis deux demi-volutes à section régulierement décroissante pour transférer les gaz des chambres de combustion au roter de la turbine. Avec cette disposition à deux chambres de combustion et à demi-volutes assurant une circulation des gaz toujours dans le même sens giratoire, on obtient dans la veine gazeuse à l'entrée du premier étage de la turbine, des températures locales comprises entre 920 et 880qu, iors qu'avec les dispositions connues à ce jour, les températures locales à l'admission du premier étage de turbine oscillent couramment entre 920 et 840*C. En définitive, pour une même charge athermique de la turbine, le dispositif selon l'invention permet d'améliorer le rendement , donc la puissance. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Fig. 1 est une vue latérale d'une turbine à gaz selon l'invention, équipée pour entraîner un compresseur centrifuge. Fig. 2 en est une coupe partielle. Fig. 3 est une vue de l'avant de la turbine. Fig. 4 et 5 sont des coupes respectivement suivant IV-IV et V-V (fig. 1). La turbine à gaz selon 1 invention comprend un arbre principal 1 sur lequel sont calés - le rotor 2 d'un compresseur centrifuge s - une roue à aubes 3 constituant le premier étage de la turbine - une roue à aubes 4 formant le deuxième étage de la turbine. Le compresseur 2 aspire l'air dans un collecteur 5 qui stou- vre sur ltextérieur par des ouSes 6. be compresseur centrifuge 2 refoule dans un redresseur à aubages fixes 7 entouré par deux demi-volutes 8 disposées symétri quement autour de l'arbre principal 1 de la turbo-machine. Par apport au sens de rotation 9 du rotor 2, chaque demi-volute 8 a 'nt section régulièrement croissante. Chaque demi-volute 8 débouche perpendiculairement dans une chambre d combustion à double paroi 10, de type connu d'où les gez sont envoyés dans la turbine. Selon l'invention, les deux chambres de combustion 10 sont disposées symétriquement (fig. 5) par rapport à l'axe général 1 de la turbo-machine, chaque cham- bre 10 étant orientée tangentiellement, de façon à refouler les gaz dans une demi-volute 11 (fig. 5, flèche 12) dont la section transversale va en décroissant régulièrement.Par ailleurs, chaque demi-volute 11 est pourvue d'une ouverture latérale annulaire de largeur constante, qui débouche sur la couronne s adages fixes d'un distributeur 13. A la sortie de ce distributeur les gaz attaquent directement les aubages 14 du premier éta r 3 de la turbine. On voit sur les fig. 3,4 et 5 que, dès leur sortie du compresseur, les gaz circulent suivant un sens giratoire qui reste toujours le m8me (flèches 15 pour l'air dans les deri-t-lutes li flèches 12 pour les gaz dans les demi-volutes 11, sans aucune inversion ou disymétrie. En particulier, la veine d'air circu iont dana les demi-volutes 8 voit sa vitesse chuter régulièrement ,; sans remontées, depuis 300m./s à la sortie du compresseur, jusqu'à euviron 60m./s à l'entrée des chambres de combustion 10. Dans l'exemple illustré sur les dessins, la turbine à gaz entrains un compresseur centrifuge 16 calé sur son arbre de sortire, ce compresseur aspirant l'air par une ouverture centrale 17 et le refoulant par une oute.- latérale 18. Les gaz d'échappement de la turbine sont évacués par des aube latérales 19. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif de combustion destiné à équiper une turbine à gaz qui comprend un rotor de compresseur centrifuge, au moins une chambre de combustion, et un rotor de turbine à un ou plusieurs étages, et caractérisé en ce que le rotor centrifuge refoule dan une volute où ltair entre en rotation autour de ltaxe général de la turbine, cette volute débouchent dans une chambre de combustion dont l'extrémité aval stouvre tangentiellement dans une autre volute pour y refouler les gaz de combustion qui tournent autour de l'axe de la machine dans le même sens que l'air de la premier volute, cette seconde volute possédant une section transversale décroissante et une ouverture latérale annulaire d'épaisseur cons- tante d'où les gaz s'échappent dans le sens de l'axe de la turbo ne, en direction du premier étage de ladite turbine. 2 - Dispositif de combustion pour turbine à gaz suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dès sa sortie du compare seur, la veine d'air possède une vitesse régulièrement décroissante, cXest-à-dire qui chute régulièrement sans remontées jusqu'à l'entrée de la chambre de combustion, après quoi la seconde volute assure une répartition homogène des gaz et des températurt en direction du premier étage de la turbine. 3 - Dispositif de combustion suivant les revendication et 2, caractérisé en ce que l'homogénéité des températures et la symétrie de fonctionnement de la machine sont encore améliorées en utilisant deux chambres de combustion tangentielles, diamétra- lement opposées et disposées symétriquement par rapport à l'axe général de la turbine. 4 - Dispositif de combustion suivant la revendication 3, ce ractérisé en ce qu'il comprend deux demi-volutes à section régulièrement croissante pour alimenter les chambres de combustion, puis deux demi-volutes à section régulièrement décroissante pour transférer les gaz des chambres de combustion au rotor de la tur bine. 5 - Dispositif de combustion suivant les revendications 3 et , caractérisé en ce qu'il comprend une circulation de gaz 8 seffectuant tou.curs dans le même sens giratoire depuis le compresseur j'usqu'à l'entrée de la turbine, si bien que dans la ve4- ne gass-se a' ' 'trtrée du tremper étage de la turbine a gaz1 les températures loe-es sent comprises entre 920 et 880 C.