Brevet FR2357737A1 — publié le 19780203

On sait que le flux de gaz chaud s'échappant d'une chambre de combustion pour alimenter le distributeur d'une turbine à gaz présente une hétérogénéité notable avec des fluctuations turbulentes, tant en ce qui concerne la température des gaz que leur vitesse. Cette hétérogénéité et cette turbulence sont engendrées à l'intérieur du tube à flamme de la chambre de combustion par les jets d'air pénétrant dans ce tube par les orifices qui y sont percés. Jusqu'à présent on n'a pas porté toutefois beaucoup d'attention aux effets de l'hétérogénéité (en dehors des effets sur la tenue mécanique) et de ses conséquences sur la turbulence, le rendement thermique etc... On s'est contenté du facteur d'uniformisation qu'apporte le convergent terminant généralement la chambre de combustion et iwans lequel les gaz subissent une accélération avant de parvenir au distributeur de la turbine. Mais, stil est vrai qu'en écoulement isotherme cette accélération diviserait par un facteur de l'ordre de 2 à 2,5 l'intensité relative des fluctuations de vitesse, par contre l'accélération de l'écoulement n'a aucun effet direct sur les fluctuations de température qui constituent cependant par elles-mêmes une source de fluctuations de vitesse. De ce fait, l'accélération dans le convergent ne diminue pas sensiblement l'intensité de la turbulence. La Demanderesse s'est posé le problème de la réduction des fluctuations de température. Elle a procédé à des mesures systématiques à la sortie d'une chambre de combustion, en prolongeant cette sortie par une partie cylindrique placée à la suite de l'orifice de sortie du convergent. Ce dispositif a permis de déterminer la répartition des températures dans des plans successifs. A la suite de ces essais, la Demanderesse a constaté que si on compare la répartition des températures de la veine dans un premier plan voisin de la sortie du convergent, donc très proche de la position qu'occuperait le plan d'entrée du distributeur de la turbine que l'on alimenterait avec la chambre dans le montage normal, à la répartition des températures dans un deuxième plan situé à une distance du premier égale à la moitié de la hauteur radiale de la veine, la répartition des températures dans le deuxième plan montre une réduction très importante des hétérogénéités. L'invention est basée sur ce fait expérimental. Elle se caractérise en ce que, dans un dispositif de turbine à gaz, la sortie du convergent terminant la chambre annulaire ou chacune des chambres de combustion est raccordée à l'entrée du distributeur de la turbine par une partie cylindrique dont la longueur, comptée selon les génératrices, est au moins égale à la moitié de la hauteur de la veine comptée radialement. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention est réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure unique du dessin est une figure schématique en demi-coupe axiale partielle d'un moteur à turbine à gaz faisant application de l'invention. Pour bien situer la caractéristique de l'invention, on a représenté sur le dessin la dernière roue 1 du compresseur d'air d'un moteur à turbine à gaz, la roue 2 (ou la première roue) de la turbine à gaz entraînant le compresseur, compresseur et turbine ayant A-A comme axe géométrique commun, le distributeur 3 de la turbine et une chambre de combustion située entre le compresseur et le distributeur. Cette chambre 4 comporte un injecteur de combustible 5 figuré schématiquement et des orifices 6 pour l'entrée d'air de dilution provenant de l'intervalle entre la chambre 4 et l'enveloppe 7 raccordée à la sortie du compresseur. La chambre 4 se termine par la portion convergente 8, dans laquelle les gaz s'écoulant vers le distributeur 3 se trouvent accélérés. Conformément à l'invention, une partie cylindrique ou à section constante 9 de longueur t au moins égale à la moitié de la hauteur h de la veine (hauteur comptée dans un plan diamétral passant par l'axe A-A) est intercalée entre le plan P1 contenant l'orí- fice de sortie du convergent 8 et le plan P2 contenant l'orifice d'entrée du distributeur. Cette partie cylindrique 9 est donc traversée par les gaz allant de la sortie du convergent à l'entrée du distributeur. Comme on l'a dit dans le préambule de la présente descriptinn, la Demanderesse a trouvé que la répartition des températures dans le plan P2 est considérablement améliorée, ce qui est Ün résul tat expérimental inattendu. Cette réduction de la dispersion des températures est bénéfique par elle-méme. Elle entraine aussi une diminution de la turbulence en vitesse à:ltentrée de la turbine puisque les fluctuations de températures constituent une source de fluctuations de la vitesse des gaz. Or, des niveaux élevés de turbulence peuvent déterminer une transition prématurée du régime d'écoulement laminaire au régime d'écoulement turbulent dans la couche limite de l'écoulement sur les aubes de la turbine, avec comme conséquence une augmentation sensible des coefficients de transfert de chaleur de la couche limite devenue turbulente. A cet égard, l'invention apporte donc un avantage important. REVENDICATION Moteur à turbine à gaz dans lequel la ou les chambres de combustion se termine par un convergent accélérant les gaz avant leur entrée dans le distributeur de la turbine, caractérisé par la disposition, entre la sortie du convergent et l'entrée du distributeur, d'une partie à section constante, donc cylindrique ou annulaire, dont la longueur dans le sens de l'écoulement est au moins égale à la moitié de la hauteur de la veine comptée radialement.