Brevet FR2296759A1 — publié le 19760730

La présente invention est relative à ua dispositif permettant de contrôler la direction d 'un flux gazeux. Dans la technique ditenfluidique", il est bien connu d'utiliser un appareil coDmuneent désigné par wamplificateur bistable". Le principe de fonctionnement d'un tel amplificateur est bien connu et repose sur le phénomène de la propriété d'attacherent d'un jet gazeux turbulent plan à une paroi solide adjacente; ce phénomène est désigné le noi d'effet Coanda. Si la paroi n'est pas trop distante du jet ou trop inclinée par rapport à celui-ci, le phénomène conduit à la forez tion d'une "bulle de recirculation" en dépression, ce qui force le jet gazeux à s' incurver et à se rapprocher de la paroi au delà de la bulle de recirculation. Lorsque les conditions d'équilibre sont détruites, c'est-à-dire quand la dépression de la bulle de recirculation est détruite par injection d'un certain volume de gaz, l'attachement du jet à la paroi est supprimé. En petites dimensions, les amplificateurs bistables sont utilisés dans un grand nombre d'applications; il ne selle pas toutefois que, jusqu'à présent, des appareils de ce type aient été utilisés dans des installations de puissance. La présente invention est relative à un dispositif mettant en oeuvre le phé noumène de l'effet Coanda pour le contrôle de la direction du flux des gaz d'echap- germent d'une turbine à gaz de puissance vers deux sorties distinctes, par exemple une chaudière travaillant en cycle combiné avec la turbine et un silencieux d' échappement à l'air libre. Par rapport aux dispositifs connus, le dispositif suivant l'invention présente l'avantage de ne comporter aucune pièce mobile dans le flux des gaz d'échappement de la turbine à gaz. Selon la présente invention, le dispositif de contrôle de la direction du flux des gaz d'échappement d'une turbine à gaz vers deux sorties distinctes suivant le principe d'un amplificateur bistable est caractérisé en ce qu'il comprend une tuyère de puissance de section rectangulaire qui débite le flux de gaz à contrôler, deux conduits de gaz à parois planes parallèles à l'axe longitudinal de la tuyère de puissance débouchant dans l'une et l'autre des sotties distinctes, un diviseur parallèle à l'axe longitudinal de la tuyère de puissance placé à l'arrière du dispositif dans le sens de progression de flux gazeux pour diriger ce flux gazeux vers l'une ou l'autre des deux sorties, deux tuyères de contre de section rectangulaire et parallèles à la tuyère de puissance et débouchant dans le dispositif en arrière de la tuyère de puissance et des moyens pour mettre sous pression l'une ou l'autre des tuyères de contrôle pour provoquer la destruction de la bulle de recirculation le long de la paroi plane adjacente à cette tuyère, ce qui a pour résultat le basculement du flux gazeux vers la paroi plane adjacente à l'autre tuyère de contrôle, le flux gazeux étant ainsi bascule d'un des conduits de gaz vers l'autre. Les dessins annexés représentent respectivement: - en figure 1, une reprEseatatiea schématique t'une installation de turbine à gaz luie d'un dispositif de contrôle de la direction du flux des gaz d'échap pendent suivant la présente invention; - en figure 2 et 3, respectivenent en vue en élévation et en vue en plan, une représentation simplifiée d'un exemple de réalisation. En référence à la figure 1, la tuyère de puissance 1 débitant le jet de gaz à contrôler, située à la sortie de l'ensemble coipresseur-turbine (représenté schéwatiquement en traits mixtes) , est de section rectangulaire et a son axe vertical par rapport au plan du dessin. Le jet de gaz d'échappement est à diriger vers l'un des deux conduits 2 et 3 qui débouchent respectivement vers la chaudière et vers le silencieux d'échappement à l'air libre. Les conduits 2 et 3 sont déterminés par des parois latérales 4 et 5 et par un diviseur médian 6; les parois 4 et 5 et celles du diviseur 6 sont parallèles à l'axe de la tuyère de puissance 1. De l'application du fonctionnement des amplificateurs bistables, il est connu que le jet de gaz débité par la tuyère de puissance 1 sera dirigé vers le conduit 2 ou vers le conduit 3, selon qu'il se forcera, en arrière de la tuyère de puissance 1, une bulle de recirculation le long de la paroi 2 ou le long de la paroi 3, approxicativerent aux endroits repérés respectivement par 7 et 8. Pour assurer le contrôle de la direction du jet de gaz, deux tuyères de con trôle 9 et 10 sont prévues immédiatement en arrière de la tuyère de puissance 1, à proximité des endroits 7 et 8 où se forment les bulles de recirculation. Les tuyères de contrôle 9 et 10 sont également des tuyères de section rectangulaire parallèles à la tuyère de puissance 1. Elles peuvent être alimentées par un fluide gazeux sous pression, par exenple de l'air, afin de détruire la dépression de la bulle de recirculation adjacente et provoquer le basculement du jet de gaz débité par la tuyère de puissance 1. Par exemple, si un état de régime est établi dans lequel le jet de gaz débité par la tuyère de puissance I est dirigé vers le conduit 2, donc vers la chaudière, il existe une bulle de recirculation à l'endroit repéré 7 sur le dessin et le jet de gaz subit un phénomène d'attachement à la paroi 4. Cozze la bulle de recirculation est en dépression, l'alimentation en air sous pression de la tuyère de contrôle 9 détruira cette dépression et provoquera le basculement du jet de gaz du conduit 2 vers le conduit 3 par la formation d'une nouvelle bulle de recirculation à ltentroit repéré 8 sur le dessin, Un nouvel état de régime sera ainsi établi dans lequel le jet de gaz débité par la tuyère de puissance 1 est dirigé vers le conduit 3, donc vers le silencieux d'échappement à l'air libre.Ce nouvel état de régime restera stable jusqu'à ce qu'une opération si pilaire soit effectuée avec la tuyère de contrôle 10, ce qui provoquera le rebasculement du jet de gaz du conduit 3 vers le conduit 2. Dans la forme de réalisation représentée aux figures 2 et 3, on a supposé que les deux conduits de sortie menant respectivement vers la chaudière et vers le silencieux sont coudés vers le haut. Le dispositif comprend dès lors deux cheminées 11 et 12, raccordées à un divergent 13 à parois planes par l'intermé- diaire de deux coudes 14 et 15,-avec un diviseur médian 16. A la partie latérale gauche du divergent 13 se trouve la tuyère de puissance 17, de section rectangulaire et dont l'axe longitudinal est horizontal et parallèle à l'arrête médiane du diviseur 16. Les tuyères de contrôle 18 et 19 sont situées à l'entrée du divergent 13, juste après la tuyère de puissance 17; elles sont également de section rectangulaire et leur axe longitudinal est parallèle à celui de la tuyère de puissance 17.Chacune des tuyères de contrôle 18 et 19 est raccordée par une vanne 20 à une tuyauterie d'amenée d'air sous pression 21. il a été constaté lors des expérimentations que le basculement du flux gazeux débité par la tuyère de puissance pouvait être obtenu en mettant en jeu des puissances relativement faibles; c'est ainsi que le débit d'air sous pression représente environ quelques pour cents de celui de la tuyère de puissance, soit un gain de 20 à 30 environ. Un tel débit de contrôle peut facilement être pro dnit par une source d'air sous pression indépendante et appropriée; on peut aussi faire usage des soutirages du compresseur de la turbine à gaz, moyennant des valves de contrôle appropriées. Il a également été constate qu'une fois le basculement du jet de gaz débité par la tuyère de puissance a été obtenu, les débits de fluide de contrôle peuvent être annulés - bien que cella ne soit pas indispensable-. L'action des tuyères de contrôle peut donc être limitée au temps nécessaire au basculement, lequel n'excède pas quelques secondes malgré les dimensions du dispositif. Le temps de conautation peut d'ailleurs être réduit en injectant le fluide dans la tuyère de contrôle à vitesse élevée, bien que dans ce cas on diminue le gain du dispositif. il a encore été constaté que le dispositif est insensible à un débit de fluide de contrôle du côte ou n' existe pas de bulle de recirculation. il en résulte que les organes de commande du dispositif peuvent être réalisés d'une ma nière très simple, n'exigeant pas des solutions technologiques coûteuses. il a enfin été constaté que le conduit dans lequel le jet de gaz débité par la tuyère de puissance n'est pas dirigé se trouve en dépression. il en résulte qu'il n'est pas indispensable de prévoir de dispositif spécial d'obturation de ce conduit et que l'aspiration d'air ambiant qui s'y opère empêche toute fuite non contrôlée de gaz à haute température. Il est évident que diverses formes de réalisation du dispositif selon l'invention peuvent être adoptées en fonction des contingences locales de cons truc- tion; le flux gazeux peut être dirigé par basculement dans un plan horizontal au lieu de l'entre dans un plan vertical, conne c'est le cas de la forme de réalisation illustrée aux figures 2 et 3. Dans ce cas, les conduits de sortie du flux gazeux sont disposés l'un à côté de l'autre, ou à proximité l'un de l'autre au bout d'un divergent horizontal en forme de V. Toutefois, la disposition suivant les figures 2 et 3 réduit fortement ltencoXbrement au sol du dispositif. Par rapport aux solutions classiques mettant en oeuvre des moyens purement mécaniques tels que vannes, déflecteurs, etc..., le dispositif selon la présente invention présente l'avantage important de ne comporter aucune pièce mobile dans le trajet du jet de gaz à contrôler, d'où réduction particulièrement sensible des coûts d'investissement, d'entretien ou de réparation surtout si l'on tient compte du fait que la température du jet de gaz à contrôler est relativement élevée ( de l'ordre de 500 à 6000C). Le dispositif ne comprend aucune pièce en mouvement ce qui en diminue le prix de revient tout en assurant le basculement du jet de gaz à contrôler dans un temps très court. REVENDICATIdNS I. Dispositif de contrôle de la direction du flux des gaz d'échappement d'une turbine à gaz vers deux sorties distinctes suivant le principe d'un amplfica- teur bistable caractérisé en ce qutil comprend une tuyère de puissance de section rectangulaire qui débite le flux de gaz, deux conduits de gaz à parois plane nes parallèles à l'axe longitudinal de la tuyère de puissance débouchant dans l'une et l'autre des sorties distinctes, un diviseur parallèle à l'axe longitudinal de la tuyère de puissance placé à l'arrière du dispositif dans le sens de progression du flux gazeux pour diriger ce flux gazeux vers l'une ou l'autre des deux sorties* deux tuyères de controle débouchant dans le dispositif en arrière de la tuyère de puissance et des moyens pour mettre sous pression l'une ou l'autre des tuyères de contrôle pour provoquer la destruction de la bulle de recirculation le long de la paroi plane adjacente à cette tuyère, ce qui a pour résultat le basculement du flux gazeux vers la paroi plane adjacente à l'autre tuyère de contrôle, le flux gazeux étant ainsi basculé d'un des conduits de gaz dans l'autre. 2. Dispositif de contrôle suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les tuyères de contrôle sont de section rectangulaire et parallèle à la tuyère de puissance. 3. Dispeeitif de contrôle suivant les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le Xasculement du flux gazeux est obtenu en raccordant une des tuyères de contrôle à une source d'air sous pression. 4. Dispositif de contrôle suivant les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le basculement du flux gazeux est obtenu en raccordant une des tuyères de contrôle à un étage de soutirage du compresseur de la turbine à gaz.