Brevet FR2274788A1 — publié le 19760109

La présente invention est relative à une installation mo trice à turbine à gaz comprenant deux grilles d'aubes superposées. Elle concerne plus particulièrement une installation, telle qu'un turboréacteur, du type comprenant, en combinaison, parcourus successivement par un même flux gazeux, un compresseur, une chambre de combustion et une turbine de détente, le compresseur comprenant une grille d'aubes rotoriques tournait dans un premier tronçon de canal et la turbine comprenant une grille d'aubes rotoriques tournant dans un deuxième tronçon de canal coaxial au premier, lesdits tronçons de canal étant parcourus à contre-courant l'un de l'autre par le flux gazeux, ladite grille d'aubes de compresseur et ladite grille d'aubes de turbine étant radialement superposées et solidaires en rotation l'une de l'autre par l'intermédiaire d'un anneau qui en même temps sépare les deux tronçons de canal l'un de l'autre, lesdites grilles superposées formant ainsi ensemble une grille double. Une telle installation est connue, par exemple, par le brevet nO 71.19922. Dans ce brevet, la Demanderesse a décrit un anneau intermédiaire à structure creuse en forme de caisson. Cette disposition, qui est avantageuse en ce qui concerne la transmission, d'une grille à l'autre, des efforts dus à la force centrifuge, l'est aussi pour diminuer les fuites de fluide d'un tronçon de canal à l'autre, de part et d'autre de l'anneau intermédiaire. A cet effet, la Demanderesse a prévu, dans le brevet précité, de conformer le bord amont et le bord aval de cet anneau creux, de façon que chacun de ces bords constitue l'un des éléments d'un joint d'étanchéité à labyrinthe. La présente invention vise à diminuer encore les risques de fuite entre les deux tronçons de canal, mais par un autre moyen que la simple protection passive apportée par un joint d'étanchéité. Elle prévoit, à cet effet, d'équiper le compresseur d'étages de compression supplémentaires disposés de part et d'autre de la grille double, et dont le nombre, de chaque c9té de cette grille, est déterminé par la condition que le rapport des pressions de fluide qui règnent respectivement dans le premier et dans le second tronçon de canal, de part et d'autre de l'anneau, soit supérieur à UN et inférieur à une limite prédéterminée. Suivant un mode d'exécution préféré, cette limite est inférieure au rapport de compression d'un étage du compresseur. Dans ces conditions, le compresseur pourra avantageusement comprendre un seul étage de compression supplémentaire en amont et deux étages de compression supplémentaires en aval de cette grille double. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue schématique d'une installation motrice à turbine à gaz conforme à un mode d'exécution de l'invention. La figure 2 est une vue en coupe axiale d'une grille double faisant partie de l'installation représentée à la figure 1. L'installation représentée à la figure 1 est du type à double flux, comprenant un canal primaire 1, parcouru par un flux gazeux primaire , et un canal secondaire 2,parcouru par un flux gazeux secondaire 2 Les canaux primaire 1 et secondaire 2 prennent naissance dans un même canal 3 dans lequel tourne un compresseur basse-pression 4, et ils débouchent dans un même canal 5 dans lequel tourne une turbine de détente basse-pression 6. Le canal primaire 1 comprend un premier tronçon rectiligne la, un coude lb, un deuxième tronçon rectiligne 1c, et un autre coude 1d. Les deux tronçons de canal la et lc sont coaxiaux et séparés l'un de l'autre par des parois 11, 12 solidaires d'une structure fixe de l'installation. Ils sont parcourus à contre-courant l'un de l'autre par le même flux gazeux 1. Ce dernier parcourt successivement un compresseur hautepression 7, une chambre de combustion 8 et une turbine de détente haute-pression 9. Le compresseur 7 comprend, notamment, une grille d'aubes rotoriques 17 tournant dans le premier tronçon de canal la. De même, la turbine 9 comprend, précédée d'un distributeur 13, une grille d'aubes rotoriques 19 tournant dans le deuxième tronçon de canal lc. Les deux grilles d'aubes 17 et 19 sont radialement superposées et solidaires en rotation l'une de l'autre par l'intermédiaire d'un anneau 10 qui, en même temps, sépare l'un de l'autre, dans cette zone, les deux tronçons de canal la et lc. Les deux grilles superpo sées 17 et 19 forment ainsi ensemble une grille double. De part et. d'autre de tette grille double 17-19, le compresseur 7 comprend des étages de compression supplementaires, par exemple, un étage amont 27 et deux étages aval 37, 47, dont le nombre est déterminé comme on le verra ci-après. Les rotors du compresseur basse-pression 4, du cpmpresseur haute-pression 7, de la turbine basse-pression 6 et de la turbine haute-pression 9 forment ensemble un seul corps rotatif présentant un arbre commun 14. Comme le montre la figure 2, l'anneau intermédiaire 10 présente avantageusement une structure creuse en forme de caisson, analogue à celle qui est décrite dans le brevet français NO 71.19922 précité. Toujours en conformité avec ledit brevet, chacun des deux bords amont 10x et aval 10y de l'anneau 10 constitue l'un des ele- ments d'un joint d'étanchéité à labyrinthe coopérant avec des ele- ments complémentaires lîx, 12x, portés par les parois fixes 11 et 12. L'idée qui est à la base de la présente invention est de créer, de part et d'autre de l'anneau intermédiaire 10, un gradient de pression qui, d'une part, soit toujours orienté dans le sens compresseur-turbine, et qui, d'autre part, présente une valeur suffisamment faible pour que le débit de fuite qui en résulte~malgré la présence des labyrinthe lOx-lîx et 10v-12x conserve une valeur réduite. Ainsi qu'on le verra ci-après, les dispositions conformes à l'invention permettent d'atteindre ce résultat. On désignera dans ce qui suit par PAS PB, PH les pressions régnant respectivement aux points suivants du canal primaire A : en amont du compresseur 7 B : juste en amont -de la grille 17 (g-rille double) du com presseur 7 C : juste en aval de ladite grille 17 D : en aval du compresseur 7 E : juste en amont du distributeur de turbine 13 F : juste-en avaldu distributeur de turbine 13 G : juste en aval de la grille de turbine 19 H : à la sortie du canal primaire. On admettra que chaque étage du compresseur 7 fournit un rapport de compression égal à 1,25 et que la détente du flux gazeux à travers le distributeur de turbine 13 est sonique. On considèrera, pour commencer, les pressions PC et PF régnant de part et d'autre de l'anneau intermédiaire 10, à droite de la grille double 17-19, et on calculera PF en-fonction de On peut dcrire: PD = 1,25 x 1,25 x PE = 0,95 PD (le coefficient 0,95 correspond à la perte de charge dans la chambre de combustion 8) PF = PE (le coefficient 1,7 correspond à la détente 1,7 sonique du flux à travers le distributeur de turbine 13) d'où l'on tire : PF = 1.25 x 1,25 x 0,95 x P= PC 1,7 C 1,15 On considèrera maintenant les pressions PB et PG régnant de part et d'autre de l'anneau intermédiaire 10, à gauche de la grille double 17-19. On a approximativement PA = PH (pression de sortie du com presseur basse-pression 4) D'autre part, PG = 1,05 PH (le coefficient 1,05 correspond à la perte de charge dans le coude îd) Enfin P13 = 1,25 PA On tire de ce qui précède: PG = 1,05 x PB = 1 x PB 1,25 1,19 On voit ainsi que 1 / PF gaz chauds dans le compresseur 7 est donc exclu 20/ Les rapports PC (= 1,15) et PB (= 1,19) sont faibles : le PF PG débit éventuel de fuite d'air de C vers F ou de B vers G sera donc réduit, même si ltétanchéité procurée par les labyrinthes 10x - lîx et 10y - 12x est sommaire.D'ailleurs, une fuite éventuelle n'entraînerait qu'unie perte d'énergie minime, car on bénéficie de toute façon d'un effet de dou ble-flux. En bref, les fuites à travers les labyrinthes précités demeurent très faibles et ne peuvent avoir lieu que dans le sens compresseur-turbine. D'une manière générale, le nombre d'étages de compression en amont (tels que 27) et en aval (tels que 37, 47) de la grille double 17-19 sera déterminé pour que soient toujours réalisées les conditions suivantes 1 PF PG k étant une limite prédéterminée. Suivant une disposition préférée de l' invention, la valeur de la limite k est choisie inférieure à la valeur du rapport de compression d'un étage de compression du compresseur. Dans exemple décrit plus haut, on a vu que PC = 1,15 et PB = 1,19 sont bien deux PF PG valeurs inférieures à celles du rapport de compression (1,25) d'un étage du compresseur. La présente invention fournit ainsi une solution particulièrement heureuse aux problèmes d'étanchéité qui se posent dans une installation motrice à turbine à gaz équipée de deux grilles d'aubes superposées. Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et qu'il serait possible de le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Installation motrice à turbine à gaz, du type comprenant, parcourus successivement par un même flux gazeux, un compresseur, une chambre de combustion et une turbine de détente, le compresseur comprenant une grille d'aubes rotoriques tournant dans un premier tronçon de canal et la turbine comprenant une grille d'aubes rotoriques tournant dans un deuxième tronçon de canal coaxial au premier, lesdits tronçons de canal étant par courus à contre-courant l'un de l'autre, par le flux gazeux, ladite grille d'aubes de compresseur et ladite grille d'aubes de turbine étant radialement superposées et solidaires en rotation l'une de l'autre par l'intermédiaire d'un anneau qui en même temps sépare les deux tronçons de canal l'un de l'autre, lesdites grilles superposées formant ainsi ensemble une grille double, caractérisée en ce que le compresseur comprend, disposés de part et d'autre de ladite grille double, des étages de compression supplémentaires dont le nombre, de chaque côté de la grille double, est déterminé par la condition que le rapport des pressions de fluide qui règnent respectivement dans le premier et dans le second tronçon de canal, de part et d'autre dudit anneau intermédiaire, d'un même côté de la grille double, soit supérieur à "UN" et inférieur à une limite prédéterminée. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite limite prédéterminée est inférieure au rapport de compression d'un étage du compresseur. 3. Installation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractériséeen ce que le compresseur comprend un étage de compression en amont et deux étages de compression en aval de ladite grille double. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit anneau intermédiaire présente une face amont et une face aval conformées, chacune, de façon à constituer l'un des éléments d'un joint d'étanchéité à labyrinthe.