FR2772835A1 - Systeme de transfert d'ecoulement servant au refroidissement module d'une turbine - Google Patents
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Abstract
Ce système servant à transférer un flux de fluide d'un élément statique à un rotor (32) d'un moteur à turbine à gaz comprend un dispositif de distribution (40), statique et annulaire, servant à accélérer l'écoulement de fluide dans une direction sensiblement circonférentielle, ce dispositif de distribution (40) comprenant une rangée annulaire de premiers et deuxièmes passages d'écoulement identiques, comportant respectivement des premières et deuxièmes entrées, un premier moyen d'écoulement (50) qui sert à diriger une première partie (52) du flux vers lesdites premières entrées, un deuxième moyen d'écoulement qui sert à diriger une deuxième partie (62) du flux vers lesdites deuxièmes entrées (64), et une vanne servant à moduler de manière sélective ladite deuxième partie (62) du flux.
Description
Système de transfert d'écoulement servant au refroidissement
modulé d'une turbine.
modulé d'une turbine.
La présente invention concerne le refroidissement des composants du rotor d'une turbine dans un moteur à turbine à gaz, et plus particulièrement un écoulement modulable de refroidissement à travers une unique rangée circonférentielle de dispositifs de distribution d'entrée servant à moduler l'écoulement d'air de refroidissement allant vers ces composants du rotor de la turbine.
Les moteurs à turbine à gaz comprennent typiquement des systèmes de refroidissement qui fournissent de l'air de refroidissement aux composants du rotor de la turbine, comme les pales de la turbine, afin de limiter les températures auxquelles sont portés ces composants.
Les systèmes de refroidissement de la technique antérieure prélèvent habituellement l'air servant à refroidir les composants de la turbine au niveau du compresseur du moteur, puis cet air est détourné et dirigé vers la partie turbine du moteur par un passage axial. Un dispositif de distribution forcée, habituellement appelé "inducer" dans la technique, est généralement situé en l'extrémité de sortie de ce passage axial pour accélérer le flux d'air et le diriger tangentiellement dans la même direction que le rotor qui tourne. Ces dispositifs de distribution, se présentant fréquemment sous la forme d'une rangée circonférentielle d'aubes directrices, sont utilisés pour commander la vitesse tangentielle et la direction du flux d'air afin qu'elles correspondent sensiblement à celles du rotor de la turbine. Un exemple de dispositif de distribution utilisé à cet effet est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 882 902 délivré à James R. Reigel et coll., intitulé "Turbine
Cooling Air Transferring Apparatus". Un autre dispositif de distribution qui assure une fonction similaire à celle d'un dispositif à aubes directrices est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 5 245 821 délivré à Theodore T. Thomas Jr. et coll. et intitulé "Stator to Rotor
Flow Inducer", dans lequel une pluralité de passages cylindriques d'écoulement d'air sont disposés de manière circonférentielle autour de l'axe central du moteur et qui comporte des passages ou orifices d'écoulement d'air de refroidissement faisant un angle aigu de manière tangentielle à la direction de rotation du rotor. Les passages comportent une sortie aval inclinée, en forme de canal ouvert qui fait un un angle dans la direction de rotation du rotor et qui comporte une paroi arrière faisant un angle aigu faible par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe central du rotor.
Cooling Air Transferring Apparatus". Un autre dispositif de distribution qui assure une fonction similaire à celle d'un dispositif à aubes directrices est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 5 245 821 délivré à Theodore T. Thomas Jr. et coll. et intitulé "Stator to Rotor
Flow Inducer", dans lequel une pluralité de passages cylindriques d'écoulement d'air sont disposés de manière circonférentielle autour de l'axe central du moteur et qui comporte des passages ou orifices d'écoulement d'air de refroidissement faisant un angle aigu de manière tangentielle à la direction de rotation du rotor. Les passages comportent une sortie aval inclinée, en forme de canal ouvert qui fait un un angle dans la direction de rotation du rotor et qui comporte une paroi arrière faisant un angle aigu faible par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe central du rotor.
Un paramètre important lors de la conception des systèmes de refroidissement est la relation avec le rendement du moteur à turbine à gaz. Dans les systèmes actuels de la technique antérieure, la quantité d'air de refroidissement est généralement fixée à un niveau nécessaire pour obtenir le refroidissement voulu pour le moteur à la température maximale d'entrée de la turbine. Comme un moteur fonctionne habituellement dans des conditions qui sont inférieures à la température maximale d'entrée de la turbine, cela fait normalement fonctionner le moteur avec un excès d'air de refroidissement et un rendement moindre. Cet excès de refroidissement a aussi pour effet d'augmenter la consommation spécifique générale de carburant du moteur. Par conséquent, un dispositif capable de moduler l'écoulement d'air de refroidissement envoyé au rotor d'une turbine par un dispositif de distribution forcée en fonction des besoins cycliques du moteur augmenterait le rendement du moteur à turbine à gaz et serait très apprécié.
Des systèmes modulés de refroidissement du rotor d'une turbine comprenant de tels dispositifs de distribution sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique nO 4 462 204, 4 807 433 et 5 575 616, qui proposent à la fois une rangée circonférentielle de dispositifs de distribution modulés et une rangée circonférentielle de dispositifs de distribution non modulés, ces rangées étant respectivement situées vers l'intérieur et vers l'extérieur l'une par rapport à l'autre. Ces systèmes sont toutefois inefficaces car ils modulent le flux d'air par deux rangées circonférentielles différentes de dispositifs de distribution qui augmentent la complexité de l'ensemble et les coûts de construction. Les rangées circonférentielles intérieure et extérieure de dispositifs de distribution ont des conditions d'écoulement différentes et font face en leur sortie à des vitesses tangentielles de rotor qui sont différentes. Cela explique l'inefficacité du système et exige des compromis de conception qui diminuent le rendement global du système modulé de refroidissement du rotor de turbine. Le système de refroidissement du brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 807 433 utilise la même source d'air avec des dispositifs de distribution et des chambres de tranquillisation radialement intérieurs et extérieurs. Les dispositifs de distribution radialement intérieurs et extérieurs doivent avoir des formes et des dimensions différentes. Il est difficile de configurer ces dispositifs de distribution de façon à éviter la discordance des conditions d'écoulement d'air au niveau de la limite qui sépare l'air de refroidissement sortant des divers dispositifs de distribution. Cela peut provoquer des turbulences le long de l'interface entre les deux flux d'air de sortie, qui s'opposent à l'amélioration du rendement visée par l'invention. Ce problème devient plus critique encore lorsque le moteur fonctionne loin des conditions de conception.
Par conséquent, il existe un besoin non encore satisfait pour un dispositif qui module le flux d'air de refroidissement envoyé à la turbine à la sortie du système d'écoulement d'air de refroidissement d'une manière plus efficace et moins coûteuse. La présente invention répond à ce besoin, dans son mode préféré de réalisation, en utilisant une unique rangée circonférentielle de passages de distribution forcée dont une partie est alimentée par une source d'air de refroidissement qui est modulée de manière indépendante.
Un système de transfert d'écoulement modulé servant à transférer un écoulement ou flux de fluide d'un élément statique à un rotor d'un moteur à turbine à gaz comprend un dispositif de distribution, statique et annulaire, servant à accélérer l'écoulement de fluide dans une direction sensiblement circonférentielle et ce dispositif de distribution comprend une rangée annulaire de premiers et deuxièmes passages d'écoulement identiques, chacun de ces passages d'écoulement comportant des première et deuxième entrées et une sortie. Le système comprend en outre un premier moyen d'écoulement qui sert à diriger une première partie du flux vers les premières entrées des premiers passages d'écoulement et un deuxième moyen d'écoulement qui sert à diriger une deuxième partie du flux vers les deuxièmes entrées des deuxièmes passages d'écoulement. Une vanne est utilisée pour moduler de manière sélective la deuxième partie du flux. Un appareil de commande peut être utilisé pour commander la vanne de sorte que l'appareil de commande et la vanne sont utilisables pour empêcher sélectivement la deuxième partie du flux de s'écouler par les deuxièmes entrées des deuxièmes passages d'écoulement dans un premier mode de fonctionnement du moteur correspondant à un régime de croisière, et pour permettre un écoulement pratiquement sans restriction dans ces dernières quand le moteur fonctionne en mode décollage.
Le deuxième moyen d'écoulement comprend de préférence un collecteur de dispositif de distribution placé entre la vanne et les deuxièmes entrées des deuxièmes passages d'écoulement, et ce collecteur de dispositif de distribution peut comporter une entrée de collecteur et une pluralité de conduits d'échappement dont chacun relie l'une correspondante des deuxièmes entrées des deuxièmes passages d'écoulement au collecteur du dispositif de distribution. En outre, le premier moyen d'écoulement comprend de préférence une chambre annulaire de tranquillisation qui comporte une entrée en communication de passage des fluides avec une source de fluide et un moyen de sortie qui comprend les premières entrées des premiers passages d'écoulement pendant le fonctionnement du moteur. Le collecteur du dispositif de distribution est de préférence annulaire et disposé à l'intérieur de la chambre de tranquillisation en étant capable de tenir la pression par rapport à elle. Le collecteur du dispositif de distribution peut comprendre au moins un jeu de premiers secteurs rapportés, de sorte que chacun des conduits d'échappement relie l'une correspondante des deuxièmes entrées à l'un de ces secteurs. Chaque secteur peut avoir une section constante et chaque secteur qui suit dans le sens annulaire en aval de l'entrée du collecteur peut avoir une section inférieure à celle du secteur qui précède dans le sens annulaire. Les sections des secteurs sont de préférence telles que le flux soit le même dans toutes les deuxièmes entrées. Chaque passage d'écoulement peut avoir une sortie aval inclinée, généralement inclinée dans la direction de rotation du rotor, et la sortie inclinée comprend un canal ouvert avec une paroi arrière qui fait un angle aigu par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe central du rotor.
Les premier et deuxième moyens d'écoulement sont de préférence couplés en communication de passage du fluide à au moins une source d'air comprimé se trouvant dans le compresseur du moteur, par exemple une unique source d'air de refoulement du compresseur dans le compresseur du moteur. De préférence, la vanne est située à l'extérieur du carter extérieur du compresseur, le deuxième moyen d'écoulement comprenant une première canalisation qui relie la source d'air comprimé à la vanne et le deuxième moyen d'écoulement comprenant une deuxième canalisation qui relie la vanne au collecteur du dispositif de distribution.
Le système peut comprendre en outre un turbo-refroidisseur placé entre la source d'air comprimé et le collecteur du dispositif de distribution. Le turbo-refroidisseur comprend de préférence un turbocompresseur à suralimentation, pré-refroidi, et est commandé par une vanne à deux étages. Le turbocompresseur à suralimentation comprend un compresseur centrifuge couplé de manière à être entraîné à une turbine à air et la vanne à deux étages comprend un premier étage en communication de fourniture d'air avec la turbine à air et un deuxième étage en communication de fourniture d'air avec le compresseur centrifuge. Un refroidisseur intermédiaire, comprenant de préférence un échangeur de chaleur air/carburant, est placé entre le deuxième étage et le compresseur centrifuge.
Le système peut comprendre en outre des premier et deuxième moyens d'écoulement couplés en communication de passage du flux de fluide avec une source d'air comprimé qui est une source d'air de sortie du compresseur (CDP) dans le compresseur du moteur, et la turbine à air peut comprendre un moyen de refroidissement de l'échappement servant à fournir de l'air d'échappement provenant de la sortie de la turbine à air à au moins un élément de turbine refroidi dudit moteur.
La présente invention a l'avantage d'être capable de moduler le flux d'air par une unique rangée circonférentielle de dispositifs de distribution forcée, ce qui donne une configuration simple et un prix de revient peu élevé et qui réduit la complexité du système par rapport aux systèmes de refroidissement modulé de l'art antérieur tout en offrant toujours la même efficacité du fait qu'il est possible d'arrêter l'écoulement d'air dans une partie des dispositifs de distribution. La présente invention a l'avantage de supprimer la différence de conditions d'écoulement entre des rangées intérieure et extérieure de dispositifs de distribution rencontrées dans l'art antérieur, qui diminuaient l'efficacité et imposaient des compromis de conception abaissant le rendement général du système. Plus précisément, la présente invention évite la discordance de conditions d'écoulement de l'air à la limite de l'air de refroidissement qui sort des rangées circonférentielles intérieure et extérieure de dispositifs de distribution que l'on constatait dans la technique antérieure. La présente invention a l'avantage de pouvoir fonctionner plus efficacement hors des conditions de conception.
La présente invention, ainsi que ses objets et ses avantages, sera plus précisément décrite en référence aux dessins d'accompagnement, dans lesquels
la figure 1 est une vue en coupe, partielle et agrandie, de l'étage haute pression d'un moteur à turbine à gaz, comprenant une partie de sortie du compresseur, une chambre de combustion et des parties de la turbine haute pression, ainsi qu'un système de modulation du flux de refroidissement de la turbine conforme à la présente invention,
la figure 2 est une vue en coupe, agrandie, d'une partie du moteur de la figure 1, qui montre les dispositifs de distribution, la chambre de tranquillisation et le collecteur de dispositifs de distribution fournissant l'air de refroidissement aux dispositifs de distribution,
la figure 3 est une vue en élévation dans la direction axiale du collecteur de dispositifs de distribution et des dispositifs de distribution de la figure 2, qui montre des premières et deuxièmes entrées de dispositifs de distribution et un collecteur intérieur de dispositifs de distribution qui alimente les deuxièmes entrées des dispositifs de distribution,
la figure 4 est une vue générale en coupe du dispositif de distribution et de certains passages d'écoulement représentés sur les figures 1 et 2, et
la figure 5 est une vue en coupe, partielle et agrandie, de l'étage haute pression d'un moteur à turbine à gaz comprenant une partie de sortie du compresseur, une chambre de combustion et des parties de la turbine haute pression, ainsi qu'un autre système de modulation du flux de refroidissement de la turbine conforme à un autre mode de réalisation de la présente invention.
la figure 1 est une vue en coupe, partielle et agrandie, de l'étage haute pression d'un moteur à turbine à gaz, comprenant une partie de sortie du compresseur, une chambre de combustion et des parties de la turbine haute pression, ainsi qu'un système de modulation du flux de refroidissement de la turbine conforme à la présente invention,
la figure 2 est une vue en coupe, agrandie, d'une partie du moteur de la figure 1, qui montre les dispositifs de distribution, la chambre de tranquillisation et le collecteur de dispositifs de distribution fournissant l'air de refroidissement aux dispositifs de distribution,
la figure 3 est une vue en élévation dans la direction axiale du collecteur de dispositifs de distribution et des dispositifs de distribution de la figure 2, qui montre des premières et deuxièmes entrées de dispositifs de distribution et un collecteur intérieur de dispositifs de distribution qui alimente les deuxièmes entrées des dispositifs de distribution,
la figure 4 est une vue générale en coupe du dispositif de distribution et de certains passages d'écoulement représentés sur les figures 1 et 2, et
la figure 5 est une vue en coupe, partielle et agrandie, de l'étage haute pression d'un moteur à turbine à gaz comprenant une partie de sortie du compresseur, une chambre de combustion et des parties de la turbine haute pression, ainsi qu'un autre système de modulation du flux de refroidissement de la turbine conforme à un autre mode de réalisation de la présente invention.
Les figures 1 et 2 représentent une partie d'un moteur 10 à turbine à gaz à écoulement axial, comprenant un système de transfert d'écoulement modulé qui porte la référence générale 12 et correspond à une exemple de mode de réalisation de la présente invention. Le moteur 10 comprend, en relation d'écoulement en série, un compresseur haute pression 14, une chambre de combustion 16 et une turbine haute pression 18 qui comprend un disque de rotor 20 de premier étage 19 de turbine haute pression dont partent radialement vers l'extérieur une pluralité de pales de turbine 22, circonférentiellement espacées, disposées autour de l'axe central 23 du moteur 10. Le disque de rotor 20 de la turbine haute pression représente la partie chaude du rotor que la présente invention se propose de refroidir de manière modulée et commandée.
Lors d'un fonctionnement classique, de l'air 24 est comprimé par le compresseur 14 puis déchargé au niveau de la sortie 25 du compresseur où cet air est appelé "air comprimé de sortie du compresseur" (air CDP), cet air traversant ensuite un diffuseur 26. La plus grande partie de l'air 24 est alors canalisée de manière appropriée dans la chambre de combustion 16 où elle est mélangée à du carburant pour produire des gaz de combustion 28 sous pression relativement élevée qui s'écoulent vers la turbine haute pression 18 pour fournir de la puissance au compresseur 14 par l'intermédiaire d'un arbre de liaison 30. Les gaz de combustion 28 traversent ensuite une turbine basse pression (non représentée) qui fournit de la puissance à une soufflante (non représentée) et sont ensuite rejetés hors du moteur 10. Un conduit annulaire 36 de chambre de combustion, radialement intérieur, est formé entre une chemise 17 de chambre de combustion et un carter 37 radialement intérieur de la chambre de combustion 16.
Le moteur à turbine à gaz 10 fonctionne typiquement selon différents modes. Par exemple, le moteur 10 peut fonctionner selon des premier et deuxième modes qui correspondent respectivement à des niveaux de puissance de sortie relativement faible et relativement élevé, comme le vol de croisière ou le décollage. Lors du décollage, le moteur 10 doit produire une force de poussée relativement élevée par rapport à la force de poussée relativement faible qui lui est demandée en vol de croisière.
Dans la mesure où la température des gaz de combustion 28 est beaucoup plus élevée lors du décollage que pendant le vol de croisière, de l'air de refroidissement est typiquement utilisé pour réduire les températures supportées par le rotor 32 relativement chaud, qui comprend typiquement le disque de rotor 20 et les pales de turbine 22. Toutefois, pour augmenter le rendement global du moteur 10 lors du fonctionnement, l'air de refroidissement tel que l'air CDP doit être efficacement canalisé vers le rotor 32, et seulement en les quantités nécessaires pour le refroidissement, dans les différents modes de fonctionnement.
Le système 12 de transfert d'écoulement modulé est utilisé pour transférer l'air de refroidissement 31, ou flux de fluide, d'un élément statique du compresseur qui sert de source de flux de refroidissement, au rotor 32, et plus particulièrement au disque de rotor 20.
Un dispositif de distribution forcée ou inducer 40, annulaire et statique, est utilisé pour accélérer l'air de refroidissement dans une direction C, sensiblement circonférentielle. Le dispositif de distribution 40 comprend une rangée annulaire de premiers et deuxièmes passages d'écoulement 41 et 42 qui sont identiques. Chaque passage d'écoulement 41 et 42 comporte une entrée 44 de dispositif de distribution et une sortie 46 de dispositif de distribution. Un premier moyen d'écoulement, globalement désigné par 50, dirige une première partie 52 de l'air CDP vers des premières entrées 54 des passages d'écoulement 41. Un deuxième moyen d'écoulement, globalement désigné par 60, dirige une deuxième partie 62 de l'air CDP vers des deuxièmes entrées 64 des deuxièmes passages d'écoulement 42. Un collecteur 65 de prélèvement d'air CDP est utilisé pour prélever de l'air CDP au niveau de la sortie 25 du compresseur et une première canalisation 67 est utilisée pour diriger la deuxième partie 62 de l'air CDP du collecteur de prélèvement à une première vanne 70 servant à moduler sélectivement l'écoulement de la deuxième partie d'air CDP. Une deuxième canalisation 92 est utilisée pour diriger la deuxième partie d'air CDP de la première vanne au collecteur 80 du dispositif de distribution. On peut utiliser un appareil de commande 72 pour commander la première vanne 70 afin d'empêcher sélectivement la deuxième partie 62 de s'écouler par les deuxièmes entrées 64 dans un premier mode de fonctionnement du moteur tel que le régime de croisière et afin de permettre un écoulement pratiquement sans restriction par ces dernières dans un deuxième mode de fonctionnement du moteur tel que le décollage. La première vanne de modulation 70 comporte un dispositif d'arrêt en position ouverte en cas de mauvais fonctionnement et fournit la deuxième partie 62 de l'air CDP sous pression à un collecteur 80 du dispositif de distribution d'où il est distribué aux deuxièmes entrées 64 quand la vanne est ouverte. Un clapet anti-retour 61 est disposé le long de la deuxième canalisation 92, avant que cette deuxième canalisation ne pénètre dans les entretoises 94 du châssis arrière du compresseur, pour empêcher les fuites en cas de rupture de la canalisation ou de défaut d'étanchéité.
Le premier moyen d'écoulement 50 comprend un trajet d'écoulement qui permet à la première partie 52 de s'écouler depuis le diffuseur 26 à travers le conduit annulaire et radialement intérieur 36 de la chambre de combustion et par des orifices d'admission 76 formés dans le carter 37. Une chambre de tranquillisation 78, annulaire, formée en partie entre le carter 37 et le dispositif de distribution 40, utilise ces orifices d'admission 76 pour recevoir la première partie 52 de l'air CDP et évacue cette première partie par les premières entrées 54. Le deuxième moyen d'écoulement comprend de préférence le collecteur 80 du dispositif de distribution placé entre la première vanne 70 et les deuxièmes entrées 64, et de préférence à l'intérieur de la chambre de tranquillisation annulaire 78. Le collecteur 80 du dispositif de distribution peut être partiellement formé par une structure 82 en feuille métallique facile à déformer qui est soudée ou fixée de quelque autre manière au dispositif de distribution 40 et qui entoure la structure statique 84 du moteur.
Si on se réfère en outre à la figure 4, les deuxièmes passages d'écoulement 42 sont tous alimentés individuellement en air de refroidissement venant du collecteur 80 de dispositif de distribution par une pluralité de conduits d'échappement 90. Chaque conduit d'échappement 90 relie l'une correspondante des deuxièmes entrées 64 au collecteur 80 du dispositif de distribution. La deuxième canalisation 92 venant de la première vanne 70 s'achemine de préférence radialement vers l'intérieur dans les entretoises 94 du châssis arrière du compresseur jusqu'au collecteur 80 du dispositif de distribution, de préférence jusqu'à une entrée de collecteur 96 située de manière centrale qui constitue un mode préféré de réalisation de l'admission dans le collecteur du dispositif de distribution. Le collecteur 80 du dispositif de distribution est de préférence annulaire et placé à l'intérieur de la chambre 78, en étant capable de tenir la pression par rapport à elle. Le collecteur 80 du dispositif de distribution comprend de préférence au moins deux jeux de secteurs rapportés 100, de sorte que chacun des conduits d'échappement 90 relie l'une correspondante des deuxièmes entrées 64 à l'un des secteurs 100. Chaque jeu de secteurs s'étend annulairement, l'un dans le sens des aiguilles d'une montre et l'autre en sens contraire, depuis l'entrée de collecteur 96 située de manière centrale. Chaque secteur 100 a de préférence une section constante, représentée par CA, et chaque secteur 104 qui suit dans le sens annulaire en aval de l'entrée de collecteur 96 a une section inférieure à celle du secteur 106 qui précède dans le sens annulaire, comme représenté par la première hauteur de collecteur D1 du secteur qui précède et la deuxième hauteur de collecteur D2 du secteur qui suit. Les sections des secteurs qui précèdent et qui suivent 104 et 106 sont de préférence respectivement telles que le flux soit le même par toutes les entrées, ce qui correspond à un rapport d'environ 2 pour 1.
Les premier et deuxième passages d'écoulement 41 et 42, plus particulièrement représentés sur la figure 4, sont conçus pour être très efficaces et, de préférence, les sorties 46 du dispositif de distribution sont fortement inclinées en aval dans la direction de rotation 120 du disque de rotor 20. Chaque sortie inclinée 46 du dispositif de distribution comprend un canal ouvert 122, avec une paroi arrière 124 qui fait un petit angle aigu A par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe central 23 du disque de rotor 20 et du rotor.
La figure 5 représente une variante de mode de réalisation de la présente invention, qui comprend en outre un turbo-refroidisseur 140 placé entre le collecteur 65 de prélèvement d'air CDP qui sert de source d'air comprimé pour le refroidissement. Le turbo-refroidisseur 140 comprend un turbocompresseur à suralimentation 142, pré-refroidi, et est commandé par une vanne 144 à deux étages. Le turborefroidisseur 140 comprend un compresseur centrifuge 146 couplé de manière à être entraîné à une turbine à air 148. La vanne à deux étages 144 comprend un premier étage 150 en communication de fourniture d'air avec la turbine à air 148 et un deuxième étage 154 en communication de fourniture d'air avec le compresseur centrifuge 146. On peut utiliser l'appareil de commande 72 pour commander les premier et deuxième étages 150 et 154 ainsi que la quantité d'air comprimé de refroidissement 31 qui traverse chacun d'eux. Un refroidisseur intermédiaire 160, utilisant de préférence un échangeur de chaleur air/carburant, est placé entre le deuxième étage 154 et le compresseur centrifuge 146. De l'air de gavage 162 sort du compresseur centrifuge 146 pour être envoyé dans le collecteur 80 du dispositif de distribution par la deuxième canalisation 92. L'air de sortie 164 de la turbine qui vient de la turbine à air 148 est à une pression supérieure à celle des composants se trouvant dans les mêmes parties de la turbine. L'air 164 de sortie de la turbine peut être utilisé pour compléter l'air de refroidissement venant d'un étage inférieur du compresseur, par rapport à la sortie 25 du compresseur, utilisé pour refroidir un étage de turbine fonctionnant à une pression plus basse que celle de l'étage pour le refroidissement duquel on utilise le dispositif de distribution 40. Le mode de réalisation qui est est ici représenté peut comprendre un compresseur haute pression à 14 étages comme celui du moteur CF6-80C2 de la société General
Electric et utiliser l'air de compresseur 200 du onzième étage pour refroidir une tuyère de turbine 210 se trouvant dans le deuxième étage 214 de la turbine haute pression 18. Le turbo-refroidisseur procure un avantage supplémentaire qui compense le supplément de poids et de coût qu'il crée. Le turborefroidisseur fournit de l'air plus froid à la turbine et permet donc à la turbine de fonctionner à une température plus basse que s'il n'y avait pas de turborefroidisseur. La turbine peut alors avoir une construction moins encombrante et plus légère pour supporter les conditions de décollage.
Electric et utiliser l'air de compresseur 200 du onzième étage pour refroidir une tuyère de turbine 210 se trouvant dans le deuxième étage 214 de la turbine haute pression 18. Le turbo-refroidisseur procure un avantage supplémentaire qui compense le supplément de poids et de coût qu'il crée. Le turborefroidisseur fournit de l'air plus froid à la turbine et permet donc à la turbine de fonctionner à une température plus basse que s'il n'y avait pas de turborefroidisseur. La turbine peut alors avoir une construction moins encombrante et plus légère pour supporter les conditions de décollage.
I1 est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention.
Claims (20)
1. Système (12) de transfert d'écoulement, modulé, servant à faire passer un écoulement de fluide (31) d'un élément statique (26) à un rotor (32) d'un moteur à turbine à gaz (10), ledit système (12) étant caractérisé en ce qu'il comprend
- un dispositif de distribution forcée (40), statique et annulaire, servant à accélérer l'écoulement de fluide (31) dans une direction (C) sensiblement circonférentielle, ledit dispositif de distribution (40) comprenant une rangée annulaire de premiers et deuxièmes passages d'écoulement identiques (41, 42), comportant respectivement des premières et deuxièmes entrées (54, 64),
- un premier moyen d'écoulement (50) qui sert à diriger une première partie (52) du flux vers lesdites premières entrées (54),
- un deuxième moyen d'écoulement (60) qui sert à diriger une deuxième partie (62) du flux vers lesdites deuxièmes entrées (64), et
- une vanne (70) servant à moduler de manière sélective ladite deuxième partie (62) du flux.
2. Système (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un appareil de commande (70) servant à commander ladite vanne (70), ledit appareil de commande (72) et ladite vanne (70) pouvant être utilisés pour empêcher sélectivement ladite deuxième partie du flux (62) de s'écouler par lesdites deuxièmes entrées (64) dans un mode de fonctionnement du moteur (10) en régime de croisière et pour permettre un écoulement pratiquement sans restriction dans ces dernières quand le moteur (10) fonctionne en mode de décollage.
3. Système (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit deuxième moyen d'écoulement (60) comprend en outre:
- un collecteur (80) de dispositif de distribution placé entre ladite vanne (70) et lesdites deuxièmes entrées (64), ledit collecteur (80) de dispositif de distribution comprenant une entrée de collecteur (96) et une pluralité de conduits d'échappement (90), et chacun desdits conduits d'échappement (90) reliant l'une des dites deuxièmes entrées (64) audit collecteur (80) du dispositif de distribution.
4. Système (12) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit premier moyen d'écoulement (50) comprend en outre une chambre annulaire de tranquillisation (78) avec une entrée (76) en communication de passage des fluides avec une source (65) de flux de fluide (31) et un moyen de sortie comprenant lesdites premières entrées (54).
5. Système (12) selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit collecteur (80) de dispositif de distribution est annulaire et placé à l'intérieur de ladite chambre de tranquillisation (78) en étant capable de tenir la pression par rapport à elle.
6. Système (12) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit collecteur (80) de dispositif de distribution comprend au moins une première pluralité de secteurs rapportés (100) et chacun desdits conduits d'échappement (90) relie l'une correspondante desdites deuxièmes entrées (64) à l'un desdits secteurs (100).
7. Système (12) selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacun desdits secteurs (100) a une section constante et chaque secteur (104) qui suit dans le sens annulaire en aval de ladite entrée de collecteur (96) a une section (CA) inférieure à celle du secteur (106) qui précède dans le sens annulaire.
8. Système (12) selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites sections (CA) ont une dimension telle que le flux est identique dans toutes lesdites deuxièmes entrées (64).
9. Système (12) selon la revendication 8, caractérisé en ce que en outre:
lesdites sorties (46) font un angle aigu (A) en aval dans la direction de rotation (120) du rotor (32),
chacune desdites sorties inclinées (46) comprend un canal ouvert (122), et
ledit canal comprend une paroi arrière (124) qui fait un angle aigu (A) par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe central (23) du rotor (32).
10. Système (12) selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième moyens d'écoulement (50, 60) sont couplés en communication de passage du flux de fluide (31) avec au moins une source (65) d'air comprimé (CDP) dans le compresseur (14) du moteur (10).
11. Système (12) selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième moyens d'écoulement (50, 60) sont couplés en communication de passage du flux de fluide (31) avec une unique source (65) d'air de sortie du compresseur (CDP) dans le compresseur (14) du moteur (10).
12. Système (12) selon la revendication 5, caractérisé en ce que, en outre
ladite vanne (70) est située à l'extérieur du carter extérieur dudit compresseur (14),
ledit deuxième moyen d'écoulement (60) comprend une première canalisation (67) reliant une source (65) d'air comprimé à ladite vanne (70), et
ledit deuxième moyen d'écoulement (60) comprend une deuxième canalisation (92) reliant ladite vanne (70) audit collecteur (80) du dispositif de distribution.
13. Système (12) selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit collecteur (80) du dispositif de distribution comprend en outre
- au moins une première pluralité de secteurs rapportés (100),
chacun desdits conduits de ladite pluralité de conduits d'échappement (90) reliant l'une correspondante des dites deuxièmes entrées (64) à l'un des secteurs de ladite première pluralité de secteurs (100),
lesdits secteurs (100) ayant tous une section constante, et
Chaque secteur (104) qui suit dans le sens annulaire en aval de ladite entrée (76) a une section (CA) inférieure à celle d'un secteur (106) qui précède dans le sens annulaire.
14. Système (12) selon la revendication 13, caractérisé en ce que en outre ladite section (CA) des secteurs a une dimension telle que le flux est identique dans chacune desdites deuxièmes entrées (64).
15. Système (12) selon la revendication 14, caractérisé en ce que en outre
lesdites sorties (46) font un angle aigu (A) en aval dans la direction de rotation (120) du rotor (32),
chacune desdites sorties inclinées (46) comprend un canal ouvert , et
ledit canal comprend une paroi arrière (124) qui fait un angle aigu (A) par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe central (23) du rotor (32).
16. Système (12) selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième moyens d'écoulement (50, 60) sont couplés en communication de passage du flux de fluide (31) avec ladite source (65) d'air comprimé qui est une source (65) d'air de sortie du compresseur (CDP) venant du compresseur (14) du moteur (10).
17. Système (12) selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un turbo-refroidisseur (140) placé entre ladite source (65) d'air comprimé et ledit collecteur (80) du dispositif de distribution, ledit turbo-refroidisseur (140) comprenant
- un turbocompresseur à suralimentation (142), commandé par ladite vanne (70), ledit turbocompresseur à suralimentation (142) comprenant un compresseur centrifuge (146) couplé de manière à être entraîné à une turbine à air,
ladite vanne (70) est une vanne à deux étages (144) comprenant un premier étage (150) en communication de fourniture d'air avec ladite turbine à air et un deuxième étage (154) en communication de fourniture d'air avec ledit compresseur centrifuge (146), et
- un refroidisseur intermédiaire (160) disposé entre ledit deuxième étage (154) et ledit compresseur centrifuge (146).
18. Système (12) selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit collecteur (80) du dispositif de distribution comprend en outre
- au moins une première pluralité de secteurs rapportés (100),
chacun desdits conduits de ladite pluralité de conduits d'échappement (90) reliant l'une correspondante desdites deuxièmes entrées (64) à l'un des secteurs de ladite première pluralité de secteurs (100),
lesdits secteurs (100) ayant tous une section constante, et
Chaque secteur (104) qui suit dans le sens annulaire en aval de ladite entrée (76) a une section (CA) inférieure à celle d'un secteur (106) qui précède dans le sens annulaire, et
chacun desdits secteurs (100) a une dimension telle que l'écoulement est identique dans chacune desdites deuxièmes entrées (64).
19. Système (12) selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend en outre lesdits premier et deuxième moyens d'écoulement (50, 60) couplés en communication de passage du flux de fluide (31) avec ladite source (65) d'air comprimé qui est une source (65) d'air de sortie du compresseur (CDP) dans le compresseur (14) du moteur (10) et ladite turbine à air comprend un moyen de refroidissement de l'échappement servant à fournir de l'air d'échappement (164) provenant de la sortie de ladite turbine à air à au moins un élément de turbine refroidi dudit moteur (10).
20. Système (12) selon la revendication 19, caractérisé en ce que en outre
chacun desdits passages d'écoulement comprend une sortie aval inclinée qui fait un angle aigu dans la direction de rotation (120) du rotor (32),
ladite sortie inclinée (46) comprenant un canal ouvert (122), et
ledit canal comprenant une paroi arrière (124) qui fait un petit angle aigu (A) par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe central (23) du rotor (32).
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