Brevet FR2612250A1 — publié le 19880916

Dispositif d'échappement d'une turbine à gaz, comportant un diffuseur de jets La présente invention concerne un dispositif d'échappement d'une turbine à gaz, installé à la sortie de l'étage redresseur de cette turbine, en amont d'une gaine d'échappement. Les dispositifs d'échappement actuels, montés à la sortie de l'étage redresseur d'une turbine à gaz, en amont d'une gaine d'échappement, sont constitués d'un cône dont l'ouverture se termine par une série d'aubages déflecteurs concentriques. Cette disposition ne peut assurer un redressement total du gaz à l'échappement qui prend une direction privilégiée située à environ 50 de part et d'autre de l'axe. En outre, et compte-tenu de la section réelle de sortie, les vitesses d'échappement sont élevées et non homogènes et les écarts sont parfois dans des rapports supérieurs à 2. De plus, la forme même des aubages, outre leur difficulté d'exécution et de tenue mécanique3 entraine des survitesses locales et génère des turbulences aérodynamiques importantes. La reprise en compte de ces gaz d'échappement dans une gaine d'échappement silencieuse, destinée à atténuer le bruit, s'effectue dans de mauvaises conditions aérodynami- ques. En effet, il n'est pas possible d'obtenir un champ de vitesse régulier des gaz à l'entrée de la gaine d'échappement silencieuce, ce qui entraîne d'une part, une mauvaise alimentation des voles d'air, donc une mauvaise efficacité acoustique de la gaine d'échappement silencieuce et, d'autre part, la formation de turbulences aérodynamiques génératrices de bruit et vibrations de basses fréquences très difficiles à atténuer et pouvant entraîner la détérioration partielle de ces dispositifs. La présente invention a pour but d'assurer, à la sortie de la turbine, une répartition homogène du débit de gaz, une bonne distribution et réduction des vitesses d'échappement, la suppression des fortes turbulences et la diminution du niveau de bruit. Ce but est atteint par le remplacement du cône et des aubages par un diffuseur de jets. Le dispositif d'échappement de la présente invention est caractérisé en ee qu'il comporte un diffuseur de jets percé d'orifices, -2 l'axe de ce diffuseur étant confondu avec celui de la turbine. Il est décrit ci-après, en référence aux dessins annexés, un dispositif d'échappement selon l'art antérieur et, à titre d'exemple, un dispositif d'échappement selon l'invention. La figure 1 montre un dispositif d'échappement selon l'art antérieur. La figure 2 montre un dispositif d'échappement selon l'invention. Dans la figure 1, une gaine d'échappement 10 enveloppe l'extrémité d'un tube d'échappement 1 d'une turbine à gaz. Un autre tube 1A de cette turbine permet le passage d'un arbre de transmission, et des aubages de redressement 5 sont intallés dans le passage des gaz, entre le tube 1 et le tube 1A. Le tube 1A est prolongé par un autre tube 6 dont l'extrémité 6A est raccordée à la gaine 10. Dans le coude formé entre le tubu 6 et son extrémité 6A sont installés, sur toute la périphérie du tube, des aubages 7 appelés "tulipes". Ces aubages sont montés en cascade sur des barres 8. Les gaz chauds sortant des aubages de redressement 5, sont déviés par les aubages 7 et dirigés directement dans la gaine 10. Dans ce cas, l'éjection des gaz ne se fait que dans une direction estimée à l'intérieur d'un cône d'environ 50 . Dans la figure 2, les aubages 7 et les barres 8 sont supprimés et remplacés par un diffuseur de jets 20, appelé aussi panier diffuseur, annulaire et monté sur le tube d'échappement 1. Ce panier cylindrique, ou éventuellement conique, est fermé par un fond annulaire profilé 21 comportant une manchette 22 ajustée sur le tube 6. La forme annulaire de ce panier permet un passage de l'arbre de transmission d'une turbine à arbre unique traversant, et dans ce cas, l'extrémité aval du panier est fermée par une couronne 23. Dans le cas d'une turbine à deux arbres, aucun arbre ne traverse le panier et la couronne 23 est alors remplacée par un disque plein. Ce panier est percé d'orifices 25, les diamètres des orifices et le taux de perforation de ce panier étant définis en fonction des caractéristiques turbine. Ces orifices 25 sont répartis sur la totalité de la circonférence du panier et projettent les gaz par multi-Jets tout autour de ce panier, - 3assurant ainsi un débit annulaire homogène et une vitesse d'éjection constante dans toutes les directions radiales, perpendiculaires au plan de sortie. Dans ces conditions, c'est la totalité de la surface d'éjection des gaz, donc du panier, qui est concernée par le débit de la turbine. En conséquence, les vitesses d'éjection sont beaucoup plus faibles et la gaine d'échappement placée en aval est parfaitement alimentée, sans survitesses ni décollement, d'o une meilleure efficacité. Bien entendu, ces orifices peuvent ne pas être répartis sur toute la circonférence du panier mais sur la majeure partie de celle-ci. Les diamètres des orifices peuvent avantageusement avoir une section variable suivant leur position le long de l'axe du panier. C'est ainsi que la perforation sera du type à "variation logarithmique" d'une extrémité à l'autre du panier pour tenir compte à la fois de la pression dynamique du gaz, de l'effet de fond, de la poussée résiduelle et de la rotation naturelle du jet. Cette perforation logarithmique, adaptée à chaque type de turbine, comportera pour l'essentiel et le long d'une génératrice: - Un taux de perforation variable, - Une section des orifices variable depuis la sortie turbine jusqu'au fond du panier, les plus grands diamètres se trouvant du côté turbine. Cette distribution variable des orifices de sortie du panier est déterminée afin d'assurer aux gaz d'échappement: - une vitesse homogène en sortie panier, - une réduction des turbulences par effet diffusant du panier, - une atténuation acoustique et vibratoire par l'effet de filtrage. Z 6 1 eZ DU -4- REVENDICATIONS: 1/ Dispositif d'échappement d'une turbine à gaz, installé à la sortie de l'étage redresseur (5) de cette turbine, en amont d'une gaine d'échap- pement (10), caractérisé en ce qu'il comporte un diffuseur de Jets (20) percé d'orifices (25), l'axe de ce diffuseur étant confondu avec celui de la turbine. 2/ Dispositif d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section des orifices (25) varie logarithmiquement le long d'une génératrice du diffuseur (20), et de manière décroissante en fonction de l'éloignement de la sortie turbine. 3/ Dispositif d'échappement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les orifices (25) sont répartis sur la totalité de la circonférence du diffuseur (20). 4/ Dispositif d'échappement selon l'une des revendications 1 à 2, carac- térisé en ce que les orifices (25) sont répartis sur la majeure partie de la circonférence du diffuseur (20).