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Cette invention est relative à un moteur à turbine à gaz compor- tant un 'compresseur à courant axial.
Avec un tel moteur, il est bien connu que dans les premières ran- gées d' aillettes du compresqeur (après les aubes de guidage d' entrée) il y a tendance au décollement de la veine gazeuse loraque le 'compresseur tour- ne à des vitesses inférieures à la vitesse nominale et pour lesquelles la vitesse moyenne axiale de l'air dans le compresseur est considérablement réduite.
On a conclu d'expériences que le décollement dans une des premiè- res rangées d' ailettes d'un compresseur à courant axial contribue à faire vibrer ou battre les ailettes, particulièrement dans le cas de la première rangée d' ailettes du rotor et que ce battement des ailettes atteint parfois une telle ampleur que les ailettes de la rangée sont sollicitées au point de se rompre, endommageant ainsi le moteur.
Le but principal de l'invention est de réduire le décollement dans les premières rangées d' ailettes d'un compresseur à courant axial d'un moteur à trubine à gaz.
D'une manière générale,l'invention consiste à prévoir plusieurs volets imbriqués articulés par leurs extrémités amont à l'amont du com- presseur et sollicités élastiquement en sens inverse du courant d'air de ma- mère à s'étendre dans une partie intérieure annulaire de la prise d'air du compres- seur et à masquer cette partie, les volets pouvant se déplacer autour de leurs axes respectifs de pivotement contre la sollicitation élastique et en réponse à 1' accroissement de vitesse du moteur pour réduire l'aire de la partie masquée.
On fait de préférence entrer en jeu les volets pour des vitesses du moteur auxquelles le battement d'une des premières rangées d' ailettes pourrait se produire par suite d'un décollement de la veine gazeuse.
On décrira ci-après une forme d' exécution de l'invention avec référence aux dessins annexés dans lesquels:
La figure 1 est une élévation de côté d'un moteur à turbine à gaz, une partie de la prise d'Air,du compresseur étant arrachée pour mon- -trér les volets suivants cette invention.
La figure 2 est une coupe transversale d'une partiede la prise d' air du compresseur montrant le montage des volets.
La figure 3 est une coupe axiale, en partie schématique, montrant le mécanisme de commande d'un volet et elle montre la coupe suivant la ligne II-II de la figure 2 et
La figure 4 est une coupe d'un mécanisme de valve commandé par un régulateur de vitesse représenté en bloc sur la figure 3.
Le moteur à turbine à gaz représenté sur la figure 1 a une forme conventionnelle sauf qu'au voisinage du compresseur axial 15 se trouvent plusieurs volets courbes imbriqués 10,11, disposés de telle manière que leurs extrémités aval, dans la position inactive)soient adjacentesaux extré- mités radialement internes des aubes de guidage 12 à l'entrée du compresseur. les volets 10,11 sont destinés à former,lorsqu'ils sont amenés dans leurs Positions inactives,la continuation d'une paroi radialement intérieure 13 ( figure 3) du passage d'entrée 14 du compresseur axial 15.
Les volets 10, 11 ayant chacun nécessairement un contour partiel- lement conique, sont montés sur des pivots 16 à leurs bords amont.Les volets 10, 11 sont imbriqués en 17el8 respectivement et, en dessous des volets 10, 11, se trouve une garde fixe 19 pour empêcher toute pièce qui pourrait se
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détacher de volet dans la prise d'air du compresseur.Les volets 10 , 11 sont montés par groupes de trois entre des entretoises radiales 9 de profil aérodynamique formant la liaison entre les parois intérieure et extérieure du passage d' entrée.
Il est désirable que les bords extérieurs des volets 10 soient maintenus aussi près que possible des entretoises 9 pendant le fonctionnement des volets et on y arrive en disposant les pivots 16 comme le montre la figure 2.
Les deux volets extérieurs 10 ont donc leurs pivots 16 faisant un petit angle avec le rayon de l'enveloppe du compresseur et le volet central 11 a son pivot 16 perpendiculaire au rayon de l'enveloppe du compresseur.
En d' autres termes, les pivots des volets 10 sont tangentiels à un cercle tracé avec un centre décalé par rapport au centre du cercle correspondant à l'enveloppe de compresseur. Comme le montre la figure 2, les centres correspondant aux volets 10 sont décalés en sens opposés.
Donc, lorsque les volets 10 sont actionnés, leurs bords extérieurs sont maintenus en relation étroite avec les entretoises 9 de section aérodynamique et l' imbrication des volets 10, 11 assure aussi une obturation en substance continue d'une partie intérieure annulaire de la prise d' air lorsqu'ils sont relevés dans leurs positions entièrement actives(par exemple d'un angle de 35 ).
Une biellette 21a est articulée sur chaque volet 10, 11 au moyen d'un axe 20(figures 2 et 3) et aussi en 21b sur un piston 21 coulissant dans un cylindre 22 .Entre une extrémité du cylindre 22 et le piston 21 est formée une chambre 23 dans laquelle peut être amenée de l' huile sous pression et entre l'autre:; extrémité du cylindre 22 et le piston 21 se trouvent trois ressorts à boudin coaxiaux 24, 25 et 26 représentés en compression.
Les ressorts à boudin 24,25 et 26 sollicitent élastiquement les volets associés 10 et 11 contre le courant d'air dans leurs positions actives ( comme le montre la figure 1).Les volets 10, 11 sont amenés dans leurs positions inactives( représentées sur les figures 2 et 3) par la pression de l' huile amenée dans la chambres 23 par untpassage 27.La partie du cylindre 22 contenant les ressorts à boudin est pourvue d'un évent 28.
Les mécahisme de commande des volets est placé dans le nez du compresseur comme le montre la figure 3.La disposition est telle que la ligne de poussée de chaque ressort, lorsque le volet occupe sa position active, est en substance perpendiculaire au volet.
L'huile sous pression amenée dans la chambre 23 provient d'une source quelconque appropriée telle qu'une pompe à huile-entraînée par le moteur, qui n' est pas représentée, car' la source de pression ne fait pas partie de l'invention.
L'huile est fournie à un accumulateur de pression 29 (figure 3) et de là par un tuyau 30 à une valve 31 commandée par un régulateur de vitesse de sorte que le déplacement du piston 21 est commandé en concordance avec la vitesse du moteur.
La valve 31 commandée par le régulateur comporte une enveloppe 32 (figure 4) dans laquelle tourne un corps de régulateur 33 porté par des paliers 34 et 35.Le corps du régulateur 33 est pourvu d'un arbre 36 qui traverse l'enveloppe 32 et est destiné à être entraîné par une commande appropriée sur le moteur à turbine à gaz.
Sur le corps du régulateur sont articulées trois masselottes de régulateur 37(dont une seule est représentée) dont le déplacement vers l'extérieur est limité par une garde 38.les masselottes
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sont pourvues de bras d' actionnement 39 destinés à entrer en contact avec une butée 40.Entre la butée 40 et un organe règlable à l'intérieur'du corps du régulateur 33 se trouve un ressort à boudin 41 et une arbre 42 d'un or- gane de valve coulissant 43 est supporté dans des paliers 42a dans la butée
40
L'organe de valve 43 coulisse dans un manchon extérieur coulissant qui sert de piston suiveur 44.Entre la tête du piston 44 et un fourreau de valve fixe 45, se trouve un ressort à boudin 46.
L'enveloppe 32 est pourvue d'une entrée d' huile 47 à laquelle est fixée une extrémité du tuyau 30 et d'une sortie d'huile 48 à laquelle est fixée une extrémité du tuyau 27.Le mécanisme du régulateur est représenté dans sa position inactive , l'organe de valve 43 étant pourvu d'une plage
49 qui ferme les passages 50 et 51 en correspondance dans le piston 44 et le fourreau de valve 45 respectivement.
Il y a aussi d' autres passages correspondants 52 et 53 dans le fourreau de valve 45 et le piston 44 respectivement et ces passages sont en communication avec l'entrée 47, les passages 52 et 50 étant interconnectés (lorsque la valve est ouverte) par un passage annulaire 55 formé entre la tête de la valve 43 et la paroi interne du piston 44.La sortie d'huile 48 est reliée par un passage 54, à l'espace compris entre la tête du piston 44 et 1' enveloppe 32.
Les volets 10,11 fonctionnent de la manière suivante:
Lorsque le moteur à turbine a gaz est à l'arrêt et pour toutes les vitesses inférieures à une vitesse prédéterminée, par exemple 6.500 tours par minute, chaque volet 10,11 est maintenu dans sa position active, approximativement à 35 sur l'axe longitudinal du compresseur, comme le mon- tre la figure 1, par la pression des trois ressorts 24, 25 et 26 agissant sur le piston 21 et la biellette 21a.
Lorsque la vitesse du moteur s' élève au-dessus de 6.500 tours par minute, la pression sur la butée 40 des bras de manoeuvre 39, lorsque les masseloettes 37 sont chassées vers l'extérieure, surmonte la pression du ressort à boudin 41 de sorte que l'organe de valve 43 glisse longitudi- nalement (vers le bas sur la figure 4) dans le mécanisme de valve à régula- teur pour ouvrir les passages 50 et 51 et laisser passer l' huile sous pression de l'entrée d' huile 47 par les passages 52 et 53 et le passage annulaire 55 et de là par les passages 50 et 51 vers la amortie d'huile 48.
L'huile sous pression coule par le passage 27 dans toutes les chambres 23 et elle force les pistons 21 à se déplacer ( vers la droite sur la figure 3 pour fermer les volets 10 et 11 vers leur position inactive.La pression exercée dans les chambres 23 est contrecarrée par les ressorts 24, 25 et 26 et une.
positibn d' équilibre est atteinte pour laquelle les volets occupent une position intermédiaire suivant la vitesse du moteur.L'huile circulant dans le passage de sortie 48 coule aussi par le passage 54 vers la tête du piston 44 et force ce dernier à se déplacer ( vers le bas sur la figure 4) malgré l'action antagoniste du ressort 46 et lorsque 1' équilibre est atteint, le piston 44 ferme le passage 51 obturant le système , les volets occupait une certaine position prédéterminée.
Aussi longtemps que la vitesse du moteur reste constante, les volets restent dans cette position mais si la vtesse du moteur morte par exemple à 7.000 tours par minute, l'organe de valve 43 se déplace de nouveau pour ouvrir l' orifice 50 et une quantité supplémentaire dhuile -traverse la valve pour déplacer les volets finalement vers leur position inactive ou si la vitesse s'élève à quelque valeur intermédiaire,les voleta occuperont une position intermédiaire correspondante.
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Le piston 44 agit de nouveau comme piston suiveur pour fermer la valve, ce qui maintient les volets dans leur nouvelle position.
Il est donc clair qu'avec le mécanisme décrit ci-dessus,la valve commendée par le régulateur force les volets à prendre et à maintenir une position dépendant de la vitesse du moteur.
Si la vitesse du moteur baisse tandis que les volets sont dans une position quelconque autre que que la position pleinement active, l'orga- ne de valve 43 se déplace (vers le haut sur la figure 4) pour ouvrir les passages 50 et 51 et laisser échapper l'huile de toutes les chambres 23 par les passages 50 et 51 dans l'enveloppe 32. L'huile s'écoule de l'enve- loppe par une ouverture 56 vers un carter (non représenté).Le piston 44 remonte par suite de la réduction de pression sur la tête du piston jusqu' à une position d'équilibre atteinte lorsque le passage 50 est fermé par le plat 49.Les volets prennent donc une position plus voisine de leur posi- tion complètement active.
On considère qu'il est recommandable que les bords aval des volets (lorsqu'ils occupent leur position inactive) s' étendent près de et vers les racines des aubes de guidage d' entrée.En plaçant les volets plus en amont comme cela peut être nécessaire dans certaines conditions, on peut être obligé de faire lever les volets à une plus grande hauteur pour occuper les positions actives si on désire obtenir une réduction satisfaisante de la prise d' air,telle qu'elle évite le battement d'une des premières rangées d'ailettes par suite du décollement de la veine gazeuse.
En réduisant ou en évitant ce décollement dans les premières ran- gées d'ailettes du compresseur, on peut empêcher les vibrations ou le bat- tement des ailettes et par suite leur rupture.
En outre, on considère que l' amélioration de la stabilité et de l' accélération du moteur provenant de l' application de l'invention est telle que les aubes de guidage à l'entrée d' inclinaison variable, qu'on avait proposées jusqu'à présent , peuvent devenir inutiles.
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This invention relates to a gas turbine engine having an axial flow compressor.
With such an engine, it is well known that in the first rows of compressor fins (after the inlet guide vanes) there is a tendency for the gas stream to detach when the compressor is turned at high speeds. speeds lower than the nominal speed and for which the axial mean speed of the air in the compressor is considerably reduced.
It has been concluded from experiments that separation in one of the first rows of fins of an axial current compressor contributes to vibrate or beat the fins, particularly in the case of the first row of vanes of the rotor and that this flapping of the fins sometimes reaches such an extent that the fins of the row are stressed to the point of breaking, thus damaging the engine.
The main object of the invention is to reduce the separation in the first rows of fins of an axial current compressor of a gas trubine engine.
In general, the invention consists in providing several interlocking flaps articulated by their upstream ends upstream of the compressor and resiliently urged in the opposite direction to the flow of air from the mother to extend in a part. of the compressor air intake and to mask this part, the flaps being able to move about their respective pivot axes against the elastic bias and in response to the increase in engine speed to reduce the area. of the hidden part.
The flaps are preferably brought into play for engine speeds at which the flapping of one of the first rows of fins could occur as a result of separation of the gas stream.
An embodiment of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings in which:
Figure 1 is a side elevation of a gas turbine engine with part of the air intake of the compressor broken away to show the flaps following this invention.
Figure 2 is a cross section of a part of the compressor air intake showing the mounting of the flaps.
Figure 3 is an axial section, partly schematic, showing the control mechanism of a shutter and it shows the section along the line II-II of Figure 2 and
Figure 4 is a sectional view of a valve mechanism controlled by a speed regulator shown as a block in Figure 3.
The gas turbine engine shown in Figure 1 has a conventional shape except that in the vicinity of the axial compressor 15 are several interlocking curved flaps 10,11, arranged so that their downstream ends, in the inactive position) are adjacent to each other. radially inner ends of guide vanes 12 at the compressor inlet. the flaps 10,11 are intended to form, when brought into their inactive positions, the continuation of a radially inner wall 13 (FIG. 3) of the inlet passage 14 of the axial compressor 15.
The flaps 10, 11 each necessarily having a partially conical contour, are mounted on pivots 16 at their upstream edges. The flaps 10, 11 are nested at 17el8 respectively and, below the flaps 10, 11, there is a guard fixed 19 to prevent any part that could
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detach the shutter in the air intake of the compressor. The shutters 10, 11 are mounted in groups of three between radial spacers 9 of aerodynamic profile forming the connection between the inner and outer walls of the inlet passage.
It is desirable that the outer edges of the flaps 10 be kept as close as possible to the struts 9 during operation of the flaps and this is accomplished by arranging the pivots 16 as shown in Fig. 2.
The two outer flaps 10 therefore have their pivots 16 forming a small angle with the radius of the compressor casing and the central flap 11 has its pivot 16 perpendicular to the radius of the compressor casing.
In other words, the pivots of the flaps 10 are tangential to a circle drawn with a center offset from the center of the circle corresponding to the compressor envelope. As shown in Figure 2, the centers corresponding to the flaps 10 are offset in opposite directions.
Therefore, when the flaps 10 are actuated, their outer edges are kept in close relation to the aerodynamic cross-section struts 9 and the interlocking of the flaps 10, 11 also ensures a substantially continuous sealing of an annular inner part of the socket. air when raised to their fully active positions (eg from an angle of 35).
A link 21a is articulated on each flap 10, 11 by means of a pin 20 (Figures 2 and 3) and also at 21b on a piston 21 sliding in a cylinder 22. Between one end of the cylinder 22 and the piston 21 is formed a chamber 23 into which pressurized oil can be supplied and between the other :; end of cylinder 22 and piston 21 are three coaxial coil springs 24, 25 and 26 shown in compression.
Coil springs 24, 25 and 26 resiliently bias the associated flaps 10 and 11 against the air stream in their active positions (as shown in Figure 1). Flaps 10, 11 are moved to their inactive positions (shown in Figures 2 and 3) by the pressure of the oil brought into the chamber 23 by a passage 27.The part of the cylinder 22 containing the coil springs is provided with a vent 28.
The shutter control mechanism is placed in the nose of the compressor as shown in figure 3. The arrangement is such that the thrust line of each spring, when the shutter occupies its active position, is substantially perpendicular to the shutter.
The pressurized oil supplied to chamber 23 is from any suitable source such as an engine-driven oil pump, which is not shown because the pressure source is not part of the engine. invention.
The oil is supplied to a pressure accumulator 29 (Fig. 3) and from there through a pipe 30 to a valve 31 controlled by a speed regulator so that the displacement of the piston 21 is controlled in accordance with the speed of the engine.
The valve 31 controlled by the regulator comprises a casing 32 (FIG. 4) in which rotates a regulator body 33 carried by bearings 34 and 35. The body of the regulator 33 is provided with a shaft 36 which passes through the casing 32 and is intended to be driven by a suitable drive on the gas turbine engine.
On the body of the regulator are articulated three regulator weights 37 (only one of which is shown), the outward movement of which is limited by a guard 38.
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are provided with actuating arms 39 intended to come into contact with a stop 40. Between the stop 40 and an adjustable member inside the regulator body 33 is a coil spring 41 and a shaft 42 of a sliding valve member 43 is supported in bearings 42a in the stop
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The valve member 43 slides in a sliding outer sleeve which serves as a follower piston 44. Between the piston head 44 and a stationary valve sleeve 45 is a coil spring 46.
The casing 32 is provided with an oil inlet 47 to which one end of pipe 30 is attached and an oil outlet 48 to which one end of pipe 27 is attached. The regulator mechanism is shown in its diagram. inactive position, the valve member 43 being provided with a
49 which closes the passages 50 and 51 in correspondence in the piston 44 and the valve sleeve 45 respectively.
There are also other corresponding passages 52 and 53 in the valve sleeve 45 and piston 44 respectively and these passages are in communication with the inlet 47, the passages 52 and 50 being interconnected (when the valve is open) by. an annular passage 55 formed between the head of the valve 43 and the internal wall of the piston 44. The oil outlet 48 is connected by a passage 54, to the space between the head of the piston 44 and one casing 32.
Flaps 10.11 work as follows:
When the gas turbine engine is stopped and for all speeds below a predetermined speed, for example 6,500 revolutions per minute, each flap 10,11 is maintained in its active position, approximately at 35 on the longitudinal axis compressor, as shown in FIG. 1, by the pressure of the three springs 24, 25 and 26 acting on the piston 21 and the rod 21a.
When the engine speed rises above 6,500 revolutions per minute, the pressure on the stop 40 of the operating arms 39, when the weights 37 are forced outwards, overcomes the pressure of the coil spring 41 so that the valve member 43 slides lengthwise (downward in FIG. 4) in the regulator valve mechanism to open the passages 50 and 51 and allow the pressurized oil to pass from the inlet of the valve. oil 47 through passages 52 and 53 and annular passage 55 and from there through passages 50 and 51 to the oil damper 48.
Pressurized oil flows through passage 27 into all chambers 23 and forces the pistons 21 to move (to the right in Figure 3 to close flaps 10 and 11 to their inactive position. The pressure exerted in the chambers 23 is thwarted by the springs 24, 25 and 26 and a.
A position of equilibrium is reached for which the flaps occupy an intermediate position depending on the speed of the engine. The oil circulating in the outlet passage 48 also flows through the passage 54 towards the head of the piston 44 and forces the latter to move ( down in Figure 4) despite the antagonistic action of the spring 46 and when 1 equilibrium is reached, the piston 44 closes the passage 51 closing the system, the flaps occupied a certain predetermined position.
As long as the engine speed remains constant, the flaps remain in this position but if the engine speed is dead, for example at 7,000 rpm, the valve member 43 moves again to open the orifice 50 and a quantity. additional oil - passes through the valve to move the flaps finally to their inactive position or if the speed rises to some intermediate value, the flaps will occupy a corresponding intermediate position.
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The piston 44 again acts as a follower piston to close the valve, which maintains the flaps in their new position.
It is therefore clear that with the mechanism described above, the valve commanded by the regulator forces the flaps to take and maintain a position depending on the speed of the engine.
If the engine speed decreases while the flaps are in any position other than the fully active position, the valve member 43 moves (upward in Figure 4) to open passages 50 and 51 and let the oil escape from all the chambers 23 through passages 50 and 51 into the casing 32. The oil flows from the casing through an opening 56 towards a crankcase (not shown). The piston 44 rises again. as a result of the reduction in pressure on the head of the piston to a position of equilibrium reached when the passage 50 is closed by the plate 49. The flaps therefore assume a position closer to their fully active position.
It is considered advisable that the downstream edges of the flaps (when in their inactive position) extend near and towards the roots of the inlet guide vanes. By placing the flaps further upstream as can be done. necessary under certain conditions, it may be necessary to raise the flaps to a greater height to occupy the active positions if it is desired to obtain a satisfactory reduction of the air intake, such as to avoid the flapping of one of the first rows of fins as a result of the separation of the gas stream.
By reducing or avoiding this detachment in the first rows of compressor fins, it is possible to prevent vibrations or beating of the fins and hence their rupture.
In addition, it is considered that the improvement in the stability and in the acceleration of the engine resulting from the application of the invention is such that the guide vanes at the entry of variable inclination, which had been proposed until now. 'now may become unnecessary.