FR2966879A1 - Systeme et procede de diffusion d'echappement pour turbine - Google Patents

Abstract

Système comprenant une section rotative. La section rotative comprend de multiples aubes mobiles (180) montées sur un rotor, une enveloppe (196) disposée autour des multiples aubes (180), et un intervalle (194) d'extrémité entre l'enveloppe (196) et chaque extrémité radiale des multiples aubes (180), l'intervalle (194) d'extrémité étant conçu pour permettre un flux de fuite. Le système comprend également une section diffuseur (188) qui comprend une paroi extérieure (198) définissant un trajet de flux de détente en aval des multiples aubes (180). La paroi extérieure (198) comporte une première partie de paroi ayant une première inclinaison par rapport à un axe de rotation des multiples aubes (180), et l'intervalle (194) d'extrémité est conçu pour permettre une augmentation de la première inclinaison en maintenant la couche limite le long de la paroi extérieure (198) avec le flux de fuite.

Description

B l 1-4770FR 1 Système et procédé de diffusion d'échappement pour turbine

La présente invention porte sur la diffusion d'échappement pour des systèmes de turbines.

Un système de turbine à gaz peut comprendre un diffuseur d'échappement monté sur un moteur à turbine à gaz. Le moteur à turbine à gaz brûle un combustible pour produire des gaz de combustion chauds, lesquels passent dans une turbine pour entraîner une charge et/ou un compresseur. Le diffuseur d'échappement reçoit les gaz sortant de la turbine et réduit progressivement la pression et la vitesse. Malheureusement, les diffuseurs d'échappement occupent souvent énormément de place. Par exemple, le diffuseur d'échappement peut être aussi long que le moteur à turbine à gaz. Par conséquent, il peut s'avérer avantageux de mettre en oeuvre des stratégies de conception pour réduire l'encombrement du diffuseur d'échappement et donc l'encombrement global du système de turbine à gaz. Selon une première forme de réalisation de l'invention, un système comprend un moteur à turbine à gaz comportant une section de combustion et une section turbine couplée à la section de combustion. La section turbine comprend un étage de turbine ayant de multiples aubes mobiles de turbine montées sur un rotor, une enveloppe fixe disposée autour des multiples aubes mobiles de turbine, et un intervalle entre l'enveloppe fixe et les extrémités des aubes de turbine. Les aubes mobiles de turbine peuvent avoir ou non une enveloppe rotative fixée à leurs extrémités. Le moteur à turbine à gaz comprend une section diffuseur couplée à la section turbine. La section diffuseur comprend une paroi extérieure définissant un trajet de flux de détente en aval des aubes mobiles de turbine. La paroi extérieure comporte une première partie de paroi ayant une première inclinaison par rapport à un axe de rotation des aubes mobiles de turbine, et l'intervalle est conçu pour permettre un flux de fuite par-dessus les extrémités pour renforcer une couche limite le long de la paroi extérieure. Selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, un système comprend une section rotative comportant de multiples aubes mobiles montées sur un rotor, une enveloppe fixe disposée autour des aubes mobiles et un intervalle entre l'enveloppe fixe et chaque extrémité des aubes mobiles, l'intervalle étant conçu pour permettre un flux de fuite par-dessus les extrémités. Les aubes mobiles de turbine peuvent avoir ou non une enveloppe rotative fixée à leurs extrémités. Le système comprend également une section diffuseur qui comporte une paroi extérieure définissant un trajet de flux de détente en aval des multiples aubes mobiles. La paroi extérieure comporte une première partie de paroi ayant une première inclinaison par rapport à un axe de rotation des multiples aubes mobiles, et l'intervalle est conçu pour permettre l'augmentation de la première inclinaison en maintenant la couche limite le long de la paroi extérieure avec le flux de fuite s'écoulant au dessus des extrémités précitées. Selon un autre aspect, l'invention propose également un procédé dans lequel on génère un flux de fuite par-dessus les extrémités entre une enveloppe fixe et de multiples aubes mobiles de turbine d'un étage de turbine. Le procédé comprend également le renforcement d'une couche limite le long d'une paroi d'un diffuseur de turbine au moyen du flux de fuite précité. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue latérale en coupe d'un moteur à turbine à gaz, prise suivant un axe longitudinal ; - la figure 2 est une vue latérale partielle en coupe du moteur à turbine à gaz de la figure 1, représentant un intervalle d'extrémité dans une section turbine avec des aubes mobiles de turbine sans enveloppe et de grandes inclinaisons dans une section diffuseur ; - la figure 3 est une vue latérale partielle en coupe d'une forme de réalisation du moteur à turbine à gaz sans intervalle ; - la figure 4 est une vue latérale partielle en coupe d'une forme de réalisation du moteur à turbine à gaz avec un premier intervalle ; - la figure 5 est une vue latérale partielle en coupe d'une forme de réalisation du moteur à turbine à gaz avec un deuxième intervalle ; - la figure 6 est un graphique illustrant la récupération de pression sur une longueur axiale de la section diffuseur avec de grandes inclinaisons selon une forme de réalisation ; - la figure 7 est un graphique illustrant la vitesse axiale en fonction de la position radiale dans la section diffuseur avec de grandes inclinaisons selon une forme de réalisation ; - la figure 8 est un graphique illustrant la vitesse radiale en fonction de la position radiale dans la section diffuseur avec de grandes inclinaisons selon une autre forme de réalisation ; - la figure 9 est une vue en coupe d'une forme de réalisation du moteur à turbine à gaz transversalement par rapport à l'axe longitudinal avec un intervalle entre les extrémités à enveloppe rotative des aubes mobiles et l'enveloppe fixe ; - la figure 10 est une vue latérale partielle en coupe d'une forme de réalisation du moteur à turbine à gaz avec un intervalle, prise suivant la ligne 10-10 de la figure 9 ; et - la figure 11 est une vue latérale partielle en coupe d'un moteur à turbine à vapeur. Les exemples illustrés concernent un flux de fuite par-dessus les extrémités dans une turbine, telle qu'une turbine à gaz ou une turbine à vapeur, afin de permettre qu'un flux s'écarte le moins possible d'une paroi extérieure d'un diffuseur d'échappement.

Globalement, il peut être souhaitable de limiter le plus possible l'intervalle entre les extrémités d'aubes mobiles en rotation et l'enveloppe fixe qui les entoure, en portant de la sorte à son maximum le travail du fluide (par exemple, de la vapeur ou des gaz chauds) sur les aubes mobiles en rotation. Cependant, un intervalle d'une certaine valeur peut être ménagé pour réduire le risque de frottement entre les aubes mobiles et l'enveloppe fixe. Cette considération portant sur l'intervalle n'est pas liée à l'écoulement du fluide en aval des aubes en rotation. Comme expliqué plus loin, une séparation du flux et d'autres écoulements de fluides indésirables risque de survenir en aval des aubes en rotation. L'invention permet d'ajuster de manière spécifique l'intervalle pour réguler un flux de fluide au dessus des extrémités, en régulant de la sorte l'écoulement du fluide en aval des aubes. Le flux de fuite au dessus des extrémités qui passe entre les extrémités des aubes mobiles et une enveloppe fixe disposée autour des aubes mobiles, sollicite une couche limite sur une paroi extérieure d'un diffuseur d'échappement, ce qui permet de fortes inclinaisons, par rapport à un axe de rotation des aubes mobiles, pour la paroi extérieure du diffuseur d'échappement. Autrement dit, le flux de fuite au dessus des extrémités accroît la vitesse d'écoulement dans la couche limite, ce qui réduit ou empêche la séparation du flux d'avec la paroi extérieure du diffuseur d'échappement, laquelle se produit normalement lorsque de grandes inclinaisons par rapport à l'axe de rotation des aubes mobiles sont utilisées, tout en conservant la récupération de pression due au diffuseur d'échappement. Le flux de fuite au dessus des extrémités, tout en permettant une augmentation de l'inclinaison de paroi du diffuseur d'échappement, peut également permettre de réduire la longueur du diffuseur, et donc la longueur globale du système de turbine.

La figure 1 est une vue latérale en coupe d'une forme de réalisation d'un moteur 118 à turbine à gaz, suivant un axe longitudinal 119. Comme on le comprendra, le flux de fuite au dessus des extrémités peut être utilisé dans n'importe quel système de turbine, par exemple des systèmes de turbines à gaz et des systèmes de turbines à vapeur. Comme décrit plus en détail par la suite, le flux de fuite au dessus des extrémités peut être employé dans le moteur 118 à turbine à gaz pour renforcer une couche limite sur une paroi extérieure d'un diffuseur d'échappement afin que les gaz d'échappement ne puissent pas ou puissent moins s'écarter de la paroi extérieure. Le flux de fuite au dessus des extrémités prend son origine à l'endroit de l'intervalle entre les aubes mobiles en rotation et l'enveloppe fixe qui les entoure dans un étage aval ou final de turbine du moteur 118 à turbine à gaz. Ainsi, l'intervalle peut être agrandi pour accroître le flux de fuite, ou l'intervalle peut être réduit pour réduire le flux de fuite. La couche limite renforcée permet à la paroi extérieure de présenter une grande inclinaison par rapport à l'axe de rotation des aubes mobiles de turbine, ce qui permet une forte réduction de la longueur du diffuseur d'échappement. De la sorte, le flux de fuite permet au diffuseur d'échappement d'assurer une récupération de pression similaire ou meilleure avec un encombrement réduit. Le moteur 118 à turbine à gaz comprend un ou plusieurs injecteurs 160 de combustible situés dans une section de combustion 162. Dans certaines formes de réalisation, le moteur 118 à turbine à gaz peut comprendre de multiples dispositifs de combustion 120 disposés suivant une configuration annulaire dans la section de combustion 162. En outre, chaque dispositif de combustion 120 peut comporter de multiples injecteurs 160 de combustible fixés à l'extrémité avant ou prés de l'extrémité avant de chaque dispositif de combustion 120, par exemple suivant une disposition annulaire. De l'air entre par la section d'admission d'air 163 et est comprimé par le compresseur 132. L'air comprimé provenant du compresseur 132 est ensuite acheminé jusque dans la section de combustion 162 où l'air comprimé se mélange à un combustible. Le mélange d'air comprimé et de combustible est brûlé dans la section de combustion 162 pour produire des gaz de combustion à température et pression élevées, qui servent à produire un couple dans la section turbine 130. Comme indiqué plus haut, de multiples dispositifs de combustion 120 peuvent être disposés de manière annulaire dans la section de combustion 162. Chaque dispositif de combustion 120 comporte une pièce de transition 172 qui fait passer les gaz de combustion chauds du dispositif de combustion 120 à la section turbine 130. Chaque pièce de transition 172 définit globalement une veine de gaz chauds depuis le dispositif de combustion 120 jusqu'à un ensemble d'injecteur de la section turbine 130, installé dans un premier étage 174 de la turbine 130. Comme illustré, la section turbine 130 comprend trois étages séparés 174, 176 et 178. Chaque étage 174, 176 et 178 comprend une pluralité d'aubes mobiles 180 montées sur une roue 182 de rotor qui est fixée à un arbre rotatif 184. Chaque étage 174, 176 et 178 comprend également un ensemble de tuyères 186 disposé juste en amont de chaque ensemble d'aubes mobiles 180. Les ensembles de tuyères 186 dirigent les gaz de combustion chauds vers les aubes mobiles 180, où les gaz de combustion chauds exercent des forces motrices sur les aubes mobiles 180 pour faire tourner les aubes 180, ce qui fait donc tourner l'arbre 184. Les gaz de combustion chauds traversent chacun des étages 174, 176 et 78 en exerçant des forces motrices sur les aubes 180 dans chaque étage 174, 176 et 178.

Ensuite, les gaz de combustion peuvent sortir de la section turbine à gaz 130 par une section diffuseur d'échappement 188. La section diffuseur d'échappement 188 réduit la vitesse d'écoulement du fluide tout en accroissant la pression statique afin d'accroître le travail produit par le moteur 118 à turbine à gaz. Comme illustré, la section diffuseur d'échappement 188 a une longueur 190, qui est une partie d'une longueur globale 192 du moteur 118 à turbine à gaz. Le moteur décrit 118 présente un flux de fuite au dessus des extrémités s'écoulant depuis la section turbine 130 jusque dans la section diffuseur d'échappement 188 afin de renforcer la couche limite dans la section diffuseur d'échappement 188, ce qui permet une réduction de la longueur 190. Dans la forme de réalisation illustrée, le dernier étage 178 comporte un intervalle 194 entre les extrémités des aubes mobiles 180 et une enveloppe fixe 196 disposée autour de la pluralité d'aubes 180. L'intervalle 194 permet à un flux de fuite au dessus des extrémités de solliciter la couche limite entre une paroi extérieure 198 de la section diffuseur d'échappement 188 et le flux des gaz de combustion chauds, ce qui permet donc d'utiliser de grandes inclinaisons dans la section diffuseur 188 et de raccourcir la longueur 190 de la section diffuseur 188 par rapport à la longueur totale 192 du moteur 118 à turbine à gaz. Dans certaines formes de réalisation utilisant un tel flux de fuite au dessus des extrémités, la longueur 190 de la section diffuseur peut aller d'environ 25 à 50 pour cent, 30 à 45 pour cent, ou 35 à 40 pour cent de la longueur totale 192 du moteur 118 à turbine à gaz. Par exemple, la longueur 190 de la section diffuseur 188 peut représenter 30, 35, 40, 45 ou 50 pour cent, (ou tout pourcentage intermédiaire entre ces valeurs), de la longueur totale 192 du moteur 118 à turbine à gaz. La figure 2 est une vue partielle en coupe du moteur 118 à turbine à gaz de la figure 1, illustrant l'intervalle 194 dans la section turbine 130 et les grandes inclinaisons de la section diffuseur 188. Le moteur 118 à turbine à gaz comprend une section turbine 130 couplée à la section diffuseur 188, comme décrit plus haut. La section turbine 130 comprend l'enveloppe fixe 196 disposée autour de la pluralité d'aubes mobiles 180 du dernier étage 178. Chaque aube mobile 180 comporte une portion extérieure d'aube 204. Dans certaines formes de réalisation, la portion extérieure d'aube 204 peut comporter une extrémité radiale 204. Dans d'autres formes de réalisation, la portion extérieure 204 peut être fixée sur une enveloppe rotative (cf. figures 9 et 10). Un intervalle 194 existe entre chaque portion extérieure d'aube 204 des aubes mobiles 180 et l'enveloppe fixe 196 pour permettre à un flux de fuite au dessus des extrémités de renforcer la couche limite le long de la section diffuseur 188. Dans certaines formes de réalisation, la valeur 206 de l'intervalle 194 peut aller d'environ 2,5 mm à 3,8 mm (90 à 150 mils), 2,5 à 3,55 mm (100 à 140 mils) ou 2,8 à 3,3 mm (110 à 130 mils). Selon un autre exemple, la valeur 206 de l'intervalle 194 peut être d'environ 2,9 ; 3,05 ; 3,18 ; 3,3 ; 3,43 ou 3,55 mm (115, 120, 125, 130, 135 ou 150 mils) (ou toute autre valeur intermédiaire). Les gaz de combustion chauds circulent dans la direction 208 à travers l'étage 178 et exercent une force motrice sur la pluralité d'aubes 180 pour faire tourner les aubes 180 autour d'un axe de rotation 210. Une partie des gaz de combustion chauds passe par les intervalles 194, ce qui crée un flux de fuite au dessus des extrémités, indiqué par la flèche 212. La section diffuseur 188 présente de.plus grandes inclinaisons pour bénéficier du flux de fuite 212. La section diffuseur 188 comprend la paroi extérieure 198 et une entretoise 200 disposée radialement en travers de la section diffuseur 188. La paroi extérieure 1.98 définit un trajet de flux de détente en aval de la pluralité d'aubes 180. La paroi extérieure 198 comprend une première partie 214 de paroi et une seconde partie 2.16 de paroi en aval de la première partie 214 de paroi.. La première partie 214 de paroi comporte une première inclinaison 2.18 par rapport à l'axe de rotation 210 de la. pluralité d'aubes 180, comme indiqué par le trait 211 parallèle à l'axe 210. Dans certaines formes de réalisation, la. première inclinaison .218 peut être d`environ 16 à 40 degrés, 20 à. 40 degrés, 20 à 30 degrés, 18 à 28 degrés ou 2.1 à 23 degrés. Par exemple, la première inclinaison 218 peut être d'environ 16, 18, 20, 22 ou. 2.4 degrés (ou toute valeur intermédiaire). Le flux de fuite 212 passant par l'intervalle 194 permet l'augmentation de la première inclinaison 218 en maintenant la couche limite. le long de la paroi extérieure 198.. De même, 1a seconde partie 216 de paroi comporte une seconde inclinaison 220 par rapport à l'axe de rotation 210 de la pluralité d'aubes 1.80,. comme indiqué par le trait 211 parallèle à l'axe 210. Dans certaines formes de réalisation, la seconde inclinaison 220 peut être d'environ 7 à 9 degrés, eu d'environ 6 à 15 degrés, et de préférence alors comprise entre 6 à.. 12 degrés. Par exemple, la seconde inclinaison 220 peut être d'environ. 6, 8 ou 10 degrés (ou toute valeur intermédiaire). Dans certaines formes de réalisation., la première inclinaison 218 peut être d'environ. 20 à 30

degrés, et de préférence 20 à 24 degrés, et la seconde inclinaison peut être d'environ 6 à 15 degrés et de préférence 6 â 12 degrés. Le flux de fuite 212 permet de renforcer la couche limite principalement le long de la première partie 214 de paroi suivant l'inclinaison 218, ou également le long de la seconde partie 216 de paroi suivant l'inclinaison 220. Dans l'un ou l'autre cas, le flux de fuite permet une augmentation de l'inclinaison moyenne de la section diffuseur 188, en autorisant de la sorte une diffusion plus agressive sur une distance plus courte grâce à la couche limite ainsi sollicitée. L'inclusion de la première inclinaison 218 avec les mesures ci-dessus a normalement tendance à créer un gradient de pression défavorable excessif dans la section diffuseur 188, ce qui provoque une séparation précoce du flux d'avec la paroi extérieure 198, occasionnant une dégradation des performances de la section diffuseur 188. Cependant, le flux de fuite 212 renforce la couche limite et réduit ou empêche la séparation précoce du flux d'avec la paroi extérieure 198, au moins le long de la première partie 214 de paroi. Le flux de fuite 212 permet l'utilisation d'une première inclinaison 218 importante dans la section diffuseur 188 et un raccourcissement de la longueur 190 de la section diffuseur 188 par rapport à la longueur totale 192 du moteur 118 â turbine â gaz, tout en conservant les diamètres 222 et 224 respectifs de l'entrée et de la sortie de la section diffuseur. De plus, le raccourcissement de la longueur 190 de la section diffuseur 188 crée un plus grand rapport de section de diffusion par unité de longueur de la section diffuseur 188 tout en préservant une section totale de diffusion pour la récupération de pression. De la sorte, la première inclinaison 218 importante, associée au flux de fuite 212 permet, dans une plus courte section diffuseur 188, une récupération de pression et des performances du diffuseur identiques ou même améliorées. Dans certaines formes de réalisation, la réduction de la longueur 190 de la section diffuseur 188 peut être de 30 à 60 pour cent. De la sorte, la longueur 190 de la section diffuseur 188 peut être au moins inférieure à environ 15 pour cent de la longueur totale 192 du moteur 118 à turbine à gaz. Les figures 3 à 5 sont des vues partielles en coupe du moteur 118 à turbine à gaz de la figure 1, prises suivant la ligne 3-3, illustrant la manière dont l'intervalle 194 affecte la couche limite le long de la paroi extérieure 198 de la section diffuseur 188. Le moteur 118 à turbine à gaz des figures 3 à 5 comprend la section turbine 130 couplée à la section diffuseur 188, comme décrit plus haut. La section turbine 130 comprend l'enveloppe fixe 196 disposée autour de la pluralité d'aubes mobiles 180 du dernier étage 178. La section diffuseur 188 comprend la paroi extérieure 198 et les inclinaisons importantes décrites plus haut, ainsi que l'entretoise 200 disposée radialement dans la section diffuseur 188. La figure 3 illustre une forme de réalisation du moteur 118 à turbine à gaz sans aucun intervalle 194 entre chaque portion extérieure d'aube 204 et l'enveloppe fixe 196. Les gaz de combustion chauds circulent dans la direction axiale 234 à travers l'étage 178 et exercent une force motrice sur la pluralité d'aubes 180 pour faire tourner les aubes 180. Le flux des gaz de combustion chauds se détend à la fois dans une direction radiale et dans une direction axiale le long de la section diffuseur 188. Cependant, les grandes inclinaisons à l'entrée de la section diffuseur 188 prés de la section turbine 130 ont une incidence négative sur le gradient de pression et réduisent également les vitesses axiale et radiale du flux de gaz dans la section diffuseur 188. Le manque d'impulsion axiale et radiale dans le flux de gaz provoque un arrêt du flux et une séparation précoce importante notée 236 le long de la couche limite entre le flux des gaz de combustion et la paroi extérieure 198 de la section diffuseur 188. La présence d'un certain intervalle 194 réduit l'ampleur de la séparation le long de la couche limite. La figure 4 illustre une forme de réalisation du moteur 118 à turbine à gaz avec un premier intervalle 238 d'extrémité entre les portions extérieures d'aubes 204 et l'enveloppe fixe 196. Le premier intervalle 238 permet un certain flux de fuite 212 au dessus des extrémités sur les portions extérieures d'aubes 204. Le flux de fuite 212 est un flux à forte impulsion et haute énergie qui communique une impulsion supplémentaire pour diriger le flux d'échappement 240 directement le long de la paroi extérieure 198. Le flux de fuite 212 communique un tourbillonnement et une impulsion radiale au flux d'échappement 240, ce qui renforce la couche limite. La couche limite renforcée entraîne une moindre séparation 242 entre le flux des gaz de combustion et la paroi extérieure 198 de la section diffuseur 188. L'agrandissement de l'intervalle 194 communique une impulsion et une énergie encore plus grandes au flux d'échappement 240 (par exemple, un tourbillonnement et une impulsion radiale) des gaz de combustion. La figure 5 illustre une forme de réalisation du moteur 118 à turbine à gaz avec un second intervalle 244 plus grand que le premier intervalle 238 de la figure 4. Le second intervalle 244 permet un plus grand flux de fuite 212 au dessus des extrémités des portions extérieures d'aubes 204. Le flux de fuite 212 passant par le second intervalle 244 produit un flux 240 à grande impulsion et haute énergie supérieures à ce que permettait le premier intervalle 238. Ce flux de fuite 212 communique au flux d'échappement 240 des gaz de combustion une impulsion supplémentaire suffisante pour renforcer la couche limite le long de la paroi extérieure 198 de la section diffuseur 188 et pour sensiblement empêcher la survenance de toute séparation le long de la couche limite. Ainsi, le flux de fuite 212 s'oppose à la séparation normalement provoquée par de grandes inclinaisons dans la section diffuseur 188.

La figure 6 est un graphique 250 représentant la récupération de pression sur la longueur axiale 190 de formes de réalisation de la section diffuseur 188 qui comportent les grandes inclinaisons décrites plus haut. Sur le graphique 250, l'axe y 252 représente la récupération de pression de la section diffuseur 188 et l'axe x 254 représente la longueur axiale 190 de la section diffuseur 188. La récupération de pression augmente de bas en haut sur l'axe y 252. La longueur axiale 190 de la section diffuseur 188 augmente de gauche à droite sur l'axe x 254. La courbe 256 représente la récupération de pression sur la longueur axiale 190 d'une forme de réalisation de la section diffuseur 188 où la section turbine 130 n'a aucun intervalle 194 entre les portions extérieures d'aubes 204 et l'enveloppe fixe 196. La courbe 258 représente la récupération de pression sur la longueur axiale 190 d'une forme de réalisation de la section diffuseur 188 où la section turbine 130 comporte un intervalle 194 entre les portions extérieures d'aubes 204 et l'enveloppe fixe 196. Les traits discontinus 260 et 262 représentent l'emplacement de l'entretoise 200 sur la longueur axiale 190 de la section diffuseur 188. Plus spécifiquement, les traits discontinus 260 et 262 représentent respectivement les bords d'attaque et de fuite de l'entretoise 200. La courbe 256 illustre, en l'absence d'un intervalle 194, une augmentation progressive de la récupération de pression initialement sur la longueur axiale 190 de la section diffuseur 188. Lorsque le flux des gaz de combustion rencontre le bord d'attaque de l'entretoise 200, ce qui est représenté par le trait discontinu 260, l'ampleur de la récupération de pression diminue nettement du fait de l'interaction du flux avec l'entretoise 200, mais se reprend et augmente progressivement à mesure que le flux s'approche du bord de fuite de l'entretoise 200, ce qui est représenté par le trait discontinu 262, ainsi que le montre la courbe 256. Après l'entretoise 200, la récupération de pression augmente progressivement sur le reste de la longueur axiale 190 de la section diffuseur 188. La courbe 258 illustre, en présence de l'intervalle 194, d'une manière similaire à la courbe 256, une augmentation de la récupération de pression, mais un rythme plus rapide, initialement sur la longueur axiale 190 de la section diffuseur 188. En outre, de la même manière, lorsque le flux des gaz de combustion rencontre le bord d'attaque 260 de l'entretoise 200, l'ampleur de la récupération de pression diminue du fait de l'interaction du flux avec l'entretoise 200, mais de manière seulement légère, puis se reprend et atteint un niveau supérieur de récupération de pression à mesure que le flux s'approche du bord de fuite 262 de l'entretoise 200, comme représenté sur la courbe 258. Après l'entretoise 200, la récupération de pression reste au niveau supérieur de récupération de pression sur le reste de la longueur axiale 190 de la section diffuseur 188. Le graphique 250 illustre le fait qu'avec l'intervalle 194, comme représenté sur la courbe 258, la récupération de pression s'effectue plus rapidement et atteint la récupération maximale possible de pression plus tôt sur la longueur axiale 190 de la section diffuseur 188 en l'absence de l'intervalle 194, comme représenté sur la courbe 256. Du fait de cette récupération plus précoce et plus grande de pression en raison de l'intervalle 194, qui permet un plus grand flux de fuite 212 au dessus des extrémités, de grandes inclinaisons peuvent être employées dans la section diffuseur 188, permettant le raccourcissement de la section diffuseur 188. Les figures 7 et 8 illustrent l'incidence du flux de fuite 212 sur l'impulsion axiale et radiale du flux des gaz de combustion en aval de l'entrée de la section diffuseur 188, mais avant de rencontrer l'entretoise 200, dans des formes de réalisation de la section diffuseur 188 à grandes inclinaisons. La figure 7 est un graphique 272 représentant la vitesse axiale du flux des gaz de combustion avec une distance dans une direction radiale (c'est-à-dire la détente dans une direction radiale sur la longueur 190 de la section diffuseur 188). Sur le graphique 272, l'axe x 274 représente la vitesse axiale et l'axe y 276 représente la distance dans la direction radiale. La distance dans la direction radiale augmente de bas en haut sur l'axe y 276. La vitesse axiale du flux des gaz de combustion augmente de gauche à droite sur l'axe x 274. La courbe 278 représente la vitesse axiale du flux de gaz de combustion à mesure que le flux se détend dans la direction radiale à l'intérieur de la section diffuseur 188, là où la section turbine 130 n'a aucun intervalle 194 entre les extrémités d'aubes de la pluralité d'aubes mobiles 180 et l'enveloppe fixe 196. La courbe 280 représente la vitesse axiale du flux de gaz de combustion à mesure que le flux se détend dans la direction radiale, là où la section turbine 130 a un intervalle 194 entre les extrémités d'aubes de la pluralité d'aubes mobiles 180 et l'enveloppe fixe 196.

La courbe 278 illustre le fait que, en l'absence de l'intervalle 194, la vitesse axiale diminue légèrement à mesure que le flux des gaz de combustion se détend dans la direction radiale vers la paroi extérieure 198 jusqu'à ce que la détente du flux atteigne un point 277 où la détente provoque une brusque et grande perte de vitesse axiale dans le flux des gaz de combustion. La brusque perte de vitesse axiale survient du fait de l'arrêt du flux des gaz de combustion, par suite des grandes inclinaisons dans la section diffuseur 188. La zone 279 de faible vitesse prés de la paroi extérieure 198 représente une forte séparation d'avec la paroi extérieure 198. La courbe 280 illustre, en présence de l'intervalle 194, une légère baisse de vitesse axiale lorsque le flux des gaz de combustion se détend dans la direction radiale. Cependant, comme représenté sur la courbe 280, le flux des gaz de combustion conserve sa vitesse axiale, en présence du flux de fuite 212 au dessus des extrémités du fait de l'intervalle 194, à mesure que le flux se détend dans la direction radiale vers la paroi extérieure 218. Ainsi, la courbe 280 ne présente pas la zone 279 de faible vitesse. La courbe 280 illustre la communication d'impulsion et d'énergie au flux des gaz de combustion afin de maintenir la couche limite (par exemple d'empêcher l'arrêt du flux et la séparation le long de la couche limite) le long de la paroi extérieure 198 de la section diffuseur 188. Ainsi, le flux de fuite 212 permet une plus grande inclinaison de la paroi extérieure 198 tout en empêchant sensiblement la séparation du flux.

La figure 8 illustre plus en détail le renforcement du flux des gaz de combustion par le flux de fuite 212. La figure 8 est un graphique 290 représentant la vitesse radiale du flux des gaz de combustion avec une distance dans une direction radiale (c'est-à-dire la détente dans une direction radiale sur la longueur 190 de la section diffuseur 188). Sur le graphique 290, l'axe x 292 représente la vitesse radiale et l'axe y 294 représente la distance dans la direction radiale. La distance dans la direction radiale augmente de bas en haut sur l'axe y 294. La vitesse radiale du flux des gaz de combustion augmente de gauche à droite sur l'axe x 292. La courbe 296 représente la vitesse radiale du flux des gaz de combustion à mesure que le flux se détend dans la direction radiale à l'intérieur de la section diffuseur 188, là où la section turbine 130 n'a aucun intervalle 194 entre les extrémités d'aubes de la pluralité d'aubes mobiles 180 et l'enveloppe fixe 196. La courbe 298 représente la vitesse radiale du flux des gaz de combustion à mesure que le flux se détend dans la direction radiale, là où la section turbine 130 comporte l'intervalle 194 entre les extrémités d'aubes de la pluralité d'aubes mobiles 180 et l'enveloppe fixe 196. La courbe 296 illustre le fait que, en l'absence de l'intervalle 194, la vitesse radiale augmente légèrement à mesure que le flux des gaz de combustion se détend dans la direction radiale vers la paroi extérieure 198 jusqu'à ce que la détente du flux atteigne un point 297 où la détente provoque la perte régulière de vitesse radiale dans le flux des gaz de combustion. La perte de vitesse radiale, tout comme la perte de vitesse axiale, survient du fait de l'arrêt du flux des gaz de combustion, par suite des grandes inclinaisons à l'intérieur de la section diffuseur 188. La courbe 298 illustre, en présence du flux de fuite 212 à partir de l'intervalle 194, une brusque et forte augmentation de la vitesse radiale, qui survient à mesure que le flux des gaz de combustion se détend vers la paroi extérieure 198. La vitesse radiale continue même à augmenter pendant la détente, comme représenté sur la courbe 298, au-delà du point 297 de la détente où, sur la courbe 296, la vitesse radiale a diminué. La courbe 298 illustre le fait que le flux de fuite 212 communique beaucoup d'énergie et une forte impulsion au flux des gaz de combustion au point d'accroître la vitesse radiale du flux pour sensiblement réduire ou supprimer la séparation du flux le long de la paroi extérieure 198 de la section diffuseur 188 en présence de grandes inclinaisons.

Comme indiqué plus haut, les portions extérieures d'aubes 204 de la pluralité d'aubes mobiles 180 peuvent comporter des portions extérieures 204 à enveloppe. La figure 9 est une vue en coupe d'une forme de réalisation du moteur 118 à turbine à gaz, transversalement par rapport à l'axe longitudinal 119 avec un intervalle 300 entre les portions extérieures 204 à enveloppe des aubes 180 et l'enveloppe fixe 196. Comme illustré, les portions extérieures d'aubes 204 des aubes adjacentes 180, par exemple dans l'étage 178, comportent des portions extérieures 204 à enveloppe qui forment une enveloppe annulaire 302 qui entoure le pourtour des aubes 180. Un flux de fuite 212 au dessus des extrémités peut être généré de la manière décrite plus haut à l'aide de l'intervalle 300 entre l'enveloppe fixe 196 et l'enveloppe annulaire 302, comme décrit dans les formes de réalisation précédentes.

La figure 10 est une vue latérale partielle en coupe d'une forme de réalisation du moteur 118 à turbine à gaz, prise suivant la ligne 10-10 de la figure 9, illustrant encore l'intervalle 300 entre les portions extérieures 204 à enveloppe de la pluralité d'aubes 180 et l'enveloppe fixe 196. Chaque portion extérieure 204 à enveloppe comporte un capot 304. L'intervalle 300 permet un flux de fuite 212 au dessus des extrémités des portions extérieures 204 à enveloppe de la pluralité d'aubes 180. Le flux de fuite 212 traversant l'intervalle 300 produit un flux à forte impulsion et haute énergie 240. Ce flux de fuite 212 donne au flux d'échappement 240 des gaz de combustion une impulsion supplémentaire suffisante pour renforcer la couche limite le long de la paroi extérieure 198 de la section diffuseur 188 et pour empêcher sensiblement la survenance de toute séparation le long de la couche limite. Ainsi, le flux de fuite 212 s'oppose à la séparation normalement provoquée par de grandes inclinaisons dans la section diffuseur 188.

Comme indiqué plus haut, le flux de fuite 212 peut être utilisé dans un système de turbine à vapeur. La figure 11 est une vue latérale partielle en coupe d'un moteur 306 à turbine à vapeur. Comme le moteur 118 à turbine à gaz, le flux de fuite 212 peut être employé avec le moteur 306 à turbine à vapeur pour renforcer une couche limite le long de la paroi extérieure 310 du diffuseur d'échappement 312 afin que la séparation de la vapeur d'avec la paroi extérieure 310 soit empêchée ou réduite. Comme illustré, le moteur 306 à turbine à vapeur est un moteur 306 à turbine à vapeur à échappement axial. Le moteur 306 à turbine à vapeur comprend une section turbine 314 qui comporte de multiples étages 316. Chaque étage 316 comprend une pluralité d'aubes mobiles 180 disposées en rangées, qui s'étendent sur le pourtour d'un arbre 318. Chaque aube 180 comporte une portion extérieure d'aube 204. Dans certaines formes de réalisation, les portions extérieures d'aubes 204 peuvent comporter des extrémités 304. Dans d'autres formes de réalisation, les portions extérieures d'aubes 204 peuvent être fixées sur une enveloppe. Chaque étage 314 comprend également un ensemble d'injecteur disposé en amont de chaque ensemble d'aubes 180. La vapeur entre par une entrée 320 du moteur 306 à turbine à vapeur et est amenée à passer par les ensembles de tuyères. Les ensembles de tuyères dirigent la vapeur vers les aubes 180, où la vapeur exerce des forces motrices sur les aubes 180 pour faire tourner les aubes 180, ce qui fait donc tourner l'arbre 316. La vapeur passe par chaque étage 316 en exerçant des forces motrices sur les aubes 180 dans chaque étage 318. Ensuite, la vapeur sort de la section turbine 314 par la section diffuseur d'échappement 312. Dans la forme de réalisation illustrée, un dernier étage 322 comporte un intervalle, désigné globalement par la flèche 324, entre les portions extérieures d'aubes 204 de la pluralité d'aubes mobiles 180 et une enveloppe 326 disposée autour de la pluralité d'aubes mobiles 180. Dans certaines formes de réalisation, la distance de l'intervalle 324 peut être d'environ 2,55 mm à 6,35 mm (100 à 250 mils). L'intervalle permet un flux de fuite 212, comme décrit plus haut, ce qui permet l'utilisation de grandes inclinaisons dans la section diffuseur 312 et le raccourcissement de la section diffuseur 312 par rapport à la longueur totale du moteur 306 à turbine à vapeur. La longueur de la section diffuseur 312 peut être d'environ 20 à 60 pour cent, (ou de n'importe quel pourcentage intermédiaire entre ces deux valeurs), de la longueur totale du moteur 306 à turbine à vapeur. Selon un aspect de l'invention, un procédé pour faire fonctionner un système de turbine peut comprendre la création d'un flux de fuite 212 au dessus des extrémités afin de renforcer une couche limite et d'empêcher une séparation du flux en aval d'une turbine, par exemple dans une section diffuseur 188. Par exemple, le procédé peut comprendre la création d'un flux de fuite 212 au dessus des extrémités qui passe entre l'enveloppe fixe 196 et la pluralité d'aubes 180 de turbine de l'étage 178 de turbine. Le procédé comprend également le renforcement de la couche limite le long de la paroi 198 du diffuseur 188 de turbine avec le flux de fuite 212 au dessus des extrémités. Le procédé peut comprendre en outre la détente radiale du flux depuis la pluralité d'aubes 180 de turbine vers l'aval à travers la première partie 214 de la paroi 198 ayant une inclinaison au moins égale ou supérieure à environ 16 degrés, la couche limite étant maintenue le long de la première partie 214. Dans certaines formes de réalisation, l'inclinaison peut être au moins égale ou supérieure à environ 20 degrés. En outre, le procédé peut comprendre la détente radiale du flux depuis la première partie 214 de la paroi 198 jusqu'à la seconde partie 216 de la paroi 198 ayant une inclinaison au moins égale ou supérieure à environ 6 degrés. Par ailleurs, le procédé peut comprendre la diffusion d'un flux d'échappement depuis l'étage de turbine via le diffuseur 188 de turbine sur la longueur 190 qui représente au minimum moins d'environ 15 pour cent de la longueur totale 192 du moteur 118 à turbine ayant l'étage 178 de turbine et le diffuseur 188 de turbine. Les effets techniques des formes de réalisation décrites comprennent la création de grandes inclinaisons dans la section diffuseur 188 d'un système de turbine. Par ailleurs, la présence de l'intervalle 194 permet au flux de fuite 212 de rendre le flux plus énergique et de lui fournir une impulsion pendant la détente radiale dans la section diffuseur 188 afin d'empêcher le flux de se séparer de la paroi 198, ce qui arrive normalement avec de grandes inclinaisons. Le fait d'utiliser de grandes inclinaisons, associé au flux de fuite 212, permet à la longueur de la section diffuseur 188, ainsi qu'à la longueur totale du système de turbine, d'être réduite tout en maintenant ou même en améliorant les performances. Le raccourcissement des longueurs de la section diffuseur 188 et du système de turbine permet de réduire l'encombrement de chacun d'eux.

Liste des repères 118 moteur à turbine à gaz 119 axe longitudinal 120 dispositif de combustion 130 t turbine 132 compresseur 160 injecteurs de combustible 162 section de combustion 163 section d'admission d'air 172 pièce de transition 174 premier étage 176 étage 178 dernier étage 180 aubes mobiles 182 roue de rotor 184 arbre 186 ensembles de tuyères 188 section diffuseur d'échappement 190 longueur de la section diffuseur 192 longueur totale du moteur à turbine à gaz 194 intervalle 196 enveloppe fixe 198 paroi extérieure 200 entretoise 204 portion extérieure d'aube 206 valeur de l'intervalle d'extrémité 208 direction 210 axe de rotation 211 trait 212 flux de fuite au dessus des extrémités 214 première partie de paroi 216 seconde partie de paroi 218 première inclinaison 220 seconde inclinaison 222 diamètre d'entrée 224 diamètre de sortie 234 direction axiale 236 grande séparation 238 premier intervalle d'extrémité 240 flux d'échappement 242 moindre séparation 244 second intervalle d'extrémité 250 graphique 252 axe y 254 axe x 256 courbe 258 courbe 260 bord d'attaque d'entretoise 262 bord de fuite d'entretoise 272 graphique 274 axe x 276 axe y 277 point 278 courbe 279 zone de faible vitesse 280 courbe 290 graphique 292 axe x 294 axe y 296 courbe 297 point 298 courbe 300 intervalle 302 enveloppe annulaire 304 capot 306 moteur à turbine à vapeur 310 paroi extérieure 312 diffuseur d'échappement 314 section turbine 316 multiples étages 318 arbre 320 entrée 322 dernier étage 324 flèche 326 enveloppe 2966879 B l 1-4770FR 1 Système et procédé de diffusion d'échappement pour turbine

La présente invention porte sur la diffusion d'échappement pour des systèmes de turbines. 5 Un système de turbine à gaz peut comprendre un diffuseur d'échappement monté sur un moteur à turbine à gaz. Le moteur à turbine à gaz brûle un combustible pour produire des gaz de combustion chauds, lesquels passent dans une turbine pour entraîner une charge et/ou un compresseur. Le diffuseur d'échappement reçoit 10 les gaz sortant de la turbine et réduit progressivement la pression et la vitesse. Malheureusement, les diffuseurs d'échappement occupent souvent énormément de place. Par exemple, le diffuseur d'échappement peut être aussi long que le moteur à turbine à gaz. Par conséquent, il peut s'avérer avantageux de mettre en oeuvre des 15 stratégies de conception pour réduire l'encombrement du diffuseur d'échappement et donc l'encombrement global du système de turbine à gaz. Selon une première forme de réalisation de l'invention, un système comprend un moteur à turbine à gaz comportant une section de combustion et une section turbine couplée à la section de combustion. La section turbine comprend un étage de turbine ayant de multiples aubes mobiles de turbine montées sur un rotor, une enveloppe fixe disposée autour des multiples aubes mobiles de turbine, et un intervalle entre l'enveloppe fixe et les extrémités des aubes de turbine. Les aubes mobiles de turbine peuvent avoir ou non une enveloppe rotative fixée à leurs extrémités. Le moteur à turbine à gaz comprend une section diffuseur couplée à la section turbine. La section diffuseur comprend une paroi extérieure définissant un trajet de flux de détente en aval des aubes mobiles de turbine. La paroi extérieure comporte une première partie de paroi ayant une première inclinaison par rapport à un axe de rotation des aubes mobiles de turbine, et l'intervalle est conçu pour permettre un flux de fuite par-dessus les extrémités pour renforcer une couche limite le long de la paroi extérieure. Selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, un système comprend une section rotative comportant de multiples aubes mobiles montées sur un rotor, une enveloppe fixe disposée autour des aubes mobiles et un intervalle entre l'enveloppe fixe et chaque extrémité des aubes mobiles, l'intervalle étant conçu pour permettre un flux de fuite par-dessus les extrémités. Les aubes mobiles de turbine peuvent avoir ou non une enveloppe rotative fixée à leurs extrémités. Le système comprend également une section diffuseur qui comporte une paroi extérieure définissant un trajet de flux de détente en aval des multiples aubes mobiles. La paroi extérieure comporte une première partie de paroi ayant une première inclinaison par rapport à un axe de rotation des multiples aubes mobiles, et l'intervalle est conçu pour permettre l'augmentation de la première inclinaison en maintenant la couche limite le long de la paroi extérieure avec le flux de fuite s'écoulant au dessus des extrémités précitées. Selon un autre aspect, l'invention propose également un procédé dans lequel on génère un flux de fuite par-dessus les extrémités entre une enveloppe fixe et de multiples aubes mobiles de turbine d'un étage de turbine. Le procédé comprend également le renforcement d'une couche limite le long d'une paroi d'un diffuseur de turbine au moyen du flux de fuite précité. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue latérale en coupe d'un moteur à turbine à gaz, prise suivant un axe longitudinal ; - la figure 2 est une vue latérale partielle en coupe du moteur à turbine à gaz de la figure 1, représentant un intervalle d'extrémité dans une section turbine avec des aubes mobiles de turbine sans enveloppe et de grandes inclinaisons dans une section diffuseur ; - la figure 3 est une vue latérale partielle en coupe d'une forme de réalisation du moteur à turbine à gaz sans intervalle ; - la figure 4 est une vue latérale partielle en coupe d'une forme de réalisation du moteur à turbine à gaz avec un premier intervalle ; - la figure 5 est une vue latérale partielle en coupe d'une forme de réalisation du moteur à turbine à gaz avec un deuxième intervalle ; - la figure 6 est un graphique illustrant la récupération de pression sur une longueur axiale de la section diffuseur avec de grandes inclinaisons selon une forme de réalisation ; - la figure 7 est un graphique illustrant la vitesse axiale en fonction de la position radiale dans la section diffuseur avec de grandes inclinaisons selon une forme de réalisation ; - la figure 8 est un graphique illustrant la vitesse radiale en fonction de la position radiale dans la section diffuseur avec de grandes inclinaisons selon une autre forme de réalisation ; - la figure 9 est une vue en coupe d'une forme de réalisation du moteur à turbine à gaz transversalement par rapport à l'axe longitudinal avec un intervalle entre les extrémités à enveloppe rotative des aubes mobiles et l'enveloppe fixe ; - la figure 10 est une vue latérale partielle en coupe d'une forme de réalisation du moteur à turbine à gaz avec un intervalle, prise suivant la ligne 10-10 de la figure 9 ; et - la figure 11 est une vue latérale partielle en coupe d'un moteur à turbine à vapeur. Les exemples illustrés concernent un flux de fuite par-dessus les extrémités dans une turbine, telle qu'une turbine à gaz ou une turbine à vapeur, afin de permettre qu'un flux s'écarte le moins possible d'une paroi extérieure d'un diffuseur d'échappement.

Globalement, il peut être souhaitable de limiter le plus possible l'intervalle entre les extrémités d'aubes mobiles en rotation et l'enveloppe fixe qui les entoure, en portant de la sorte à son maximum le travail du fluide (par exemple, de la vapeur ou des gaz chauds) sur les aubes mobiles en rotation. Cependant, un intervalle d'une certaine valeur peut être ménagé pour réduire le risque de frottement entre les aubes mobiles et l'enveloppe fixe. Cette considération portant sur l'intervalle n'est pas liée à l'écoulement du fluide en aval des aubes en rotation. Comme expliqué plus loin, une séparation du flux et d'autres écoulements de fluides indésirables risque de survenir en aval des aubes en rotation. L'invention permet d'ajuster de manière spécifique l'intervalle pour réguler un flux de fluide au dessus des extrémités, en régulant de la sorte l'écoulement du fluide en aval des aubes. Le flux de fuite au dessus des extrémités qui passe entre les extrémités des aubes mobiles et une enveloppe fixe disposée autour des aubes mobiles, sollicite une couche limite sur une paroi extérieure d'un diffuseur d'échappement, ce qui permet de fortes inclinaisons, par rapport à un axe de rotation des aubes mobiles, pour la paroi extérieure du diffuseur d'échappement. Autrement dit, le flux de fuite au dessus des extrémités accroît la vitesse d'écoulement dans la couche limite, ce qui réduit ou empêche la séparation du flux d'avec la paroi extérieure du diffuseur d'échappement, laquelle se produit normalement lorsque de grandes inclinaisons par rapport à l'axe de rotation des aubes mobiles sont utilisées, tout en conservant la récupération de pression due au diffuseur d'échappement. Le flux de fuite au dessus des extrémités, tout en permettant une augmentation de l'inclinaison de paroi du diffuseur d'échappement, peut également permettre de réduire la longueur du diffuseur, et donc la longueur globale du système de turbine.

La figure 1 est une vue latérale en coupe d'une forme de réalisation d'un moteur 118 à turbine à gaz, suivant un axe longitudinal 119. Comme on le comprendra, le flux de fuite au dessus des extrémités peut être utilisé dans n'importe quel système de turbine, par exemple des systèmes de turbines à gaz et des systèmes de turbines à vapeur. Comme décrit plus en détail par la suite, le flux de fuite au dessus des extrémités peut être employé dans le moteur 118 à turbine à gaz pour renforcer une couche limite sur une paroi extérieure d'un diffuseur d'échappement afin que les gaz d'échappement ne puissent pas ou puissent moins s'écarter de la paroi extérieure. Le flux de fuite au dessus des extrémités prend son origine à l'endroit de l'intervalle entre les aubes mobiles en rotation et l'enveloppe fixe qui les entoure dans un étage aval ou final de turbine du moteur 118 à turbine à gaz. Ainsi, l'intervalle peut être agrandi pour accroître le flux de fuite, ou l'intervalle peut être réduit pour réduire le flux de fuite. La couche limite renforcée permet à la paroi extérieure de présenter une grande inclinaison par rapport à l'axe de rotation des aubes mobiles de turbine, ce qui permet une forte réduction de la longueur du diffuseur d'échappement. De la sorte, le flux de fuite permet au diffuseur d'échappement d'assurer une récupération de pression similaire ou meilleure avec un encombrement réduit. Le moteur 118 à turbine à gaz comprend un ou plusieurs injecteurs 160 de combustible situés dans une section de combustion 162. Dans certaines formes de réalisation, le moteur 118 à turbine à gaz peut comprendre de multiples dispositifs de combustion 120 disposés suivant une configuration annulaire dans la section de combustion 162. En outre, chaque dispositif de combustion 120 peut comporter de multiples injecteurs 160 de combustible fixés à l'extrémité avant ou prés de l'extrémité avant de chaque dispositif de combustion 120, par exemple suivant une disposition annulaire. De l'air entre par la section d'admission d'air 163 et est comprimé par le compresseur 132. L'air comprimé provenant du compresseur 132 est ensuite acheminé jusque dans la section de combustion 162 où l'air comprimé se mélange à un combustible. Le mélange d'air comprimé et de combustible est brûlé dans la section de combustion 162 pour produire des gaz de combustion à température et pression élevées, qui servent à produire un couple dans la section turbine 130. Comme indiqué plus haut, de multiples dispositifs de combustion 120 peuvent être disposés de manière annulaire dans la section de combustion 162. Chaque dispositif de combustion 120 comporte une pièce de transition 172 qui fait passer les gaz de combustion chauds du dispositif de combustion 120 à la section turbine 130. Chaque pièce de transition 172 définit globalement une veine de gaz chauds depuis le dispositif de combustion 120 jusqu'à un ensemble d'injecteur de la section turbine 130, installé dans un premier étage 174 de la turbine 130. Comme illustré, la section turbine 130 comprend trois étages séparés 174, 176 et 178. Chaque étage 174, 176 et 178 comprend une pluralité d'aubes mobiles 180 montées sur une roue 182 de rotor qui est fixée à un arbre rotatif 184. Chaque étage 174, 176 et 178 comprend également un ensemble de tuyères 186 disposé juste en amont de chaque ensemble d'aubes mobiles 180. Les ensembles de tuyères 186 dirigent les gaz de combustion chauds vers les aubes mobiles 180, où les gaz de combustion chauds exercent des forces motrices sur les aubes mobiles 180 pour faire tourner les aubes 180, ce qui fait donc tourner l'arbre 184. Les gaz de combustion chauds traversent chacun des étages 174, 176 et 78 en exerçant des forces motrices sur les aubes 180 dans chaque étage 174, 176 et 178.

Ensuite, les gaz de combustion peuvent sortir de la section turbine à gaz 130 par une section diffuseur d'échappement 188. La section diffuseur d'échappement 188 réduit la vitesse d'écoulement du fluide tout en accroissant la pression statique afin d'accroître le travail produit par le moteur 118 à turbine à gaz. Comme illustré, la section diffuseur d'échappement 188 a une longueur 190, qui est une partie d'une longueur globale 192 du moteur 118 à turbine à gaz. Le moteur décrit 118 présente un flux de fuite au dessus des extrémités s'écoulant depuis la section turbine 130 jusque dans la section diffuseur d'échappement 188 afin de renforcer la couche limite dans la section diffuseur d'échappement 188, ce qui permet une réduction de la longueur 190. Dans la forme de réalisation illustrée, le dernier étage 178 comporte un intervalle 194 entre les extrémités des aubes mobiles 180 et une enveloppe fixe 196 disposée autour de la pluralité d'aubes 180. L'intervalle 194 permet à un flux de fuite au dessus des extrémités de solliciter la couche limite entre une paroi extérieure 198 de la section diffuseur d'échappement 188 et le flux des gaz de combustion chauds, ce qui permet donc d'utiliser de grandes inclinaisons dans la section diffuseur 188 et de raccourcir la longueur 190 de la section diffuseur 188 par rapport à la longueur totale 192 du moteur 118 à turbine à gaz. Dans certaines formes de réalisation utilisant un tel flux de fuite au dessus des extrémités, la longueur 190 de la section diffuseur peut aller d'environ 25 à 50 pour cent, 30 à 45 pour cent, ou 35 à 40 pour cent de la longueur totale 192 du moteur 118 à turbine à gaz. Par exemple, la longueur 190 de la section diffuseur 188 peut représenter 30, 35, 40, 45 ou 50 pour cent, (ou tout pourcentage intermédiaire entre ces valeurs), de la longueur totale 192 du moteur 118 à turbine à gaz. La figure 2 est une vue partielle en coupe du moteur 118 à turbine à gaz de la figure 1, illustrant l'intervalle 194 dans la section turbine 130 et les grandes inclinaisons de la section diffuseur 188. Le moteur 118 à turbine à gaz comprend une section turbine 130 couplée à la section diffuseur 188, comme décrit plus haut. La section turbine 130 comprend l'enveloppe fixe 196 disposée autour de la pluralité d'aubes mobiles 180 du dernier étage 178. Chaque aube mobile 180 comporte une portion extérieure d'aube 204. Dans certaines formes de réalisation, la portion extérieure d'aube 204 peut comporter une extrémité radiale 204. Dans d'autres formes de réalisation, la portion extérieure 204 peut être fixée sur une enveloppe rotative (cf. figures 9 et 10). Un intervalle 194 existe entre chaque portion extérieure d'aube 204 des aubes mobiles 180 et l'enveloppe fixe 196 pour permettre à un flux de fuite au dessus des extrémités de renforcer la couche limite le long de la section diffuseur 188. Dans certaines formes de réalisation, la valeur 206 de l'intervalle 194 peut aller d'environ 2,5 mm à 3,8 mm (90 à 150 mils), 2,5 à 3,55 mm (100 à 140 mils) ou 2,8 à 3,3 mm (110 à 130 mils). Selon un autre exemple, la valeur 206 de l'intervalle 194 peut être d'environ 2,9 ; 3,05 ; 3,18 ; 3,3 ; 3,43 ou 3,55 mm (115, 120, 125, 130, 135 ou 150 mils) (ou toute autre valeur intermédiaire). Les gaz de combustion chauds circulent dans la direction 208 à travers l'étage 178 et exercent une force motrice sur la pluralité d'aubes 180 pour faire tourner les aubes 180 autour d'un axe de rotation 210. Une partie des gaz de combustion chauds passe par les intervalles 194, ce qui crée un flux de fuite au dessus des extrémités, indiqué par la flèche 212. La section diffuseur 188 présente de.plus grandes inclinaisons pour bénéficier du flux de fuite 212. La section diffuseur 188 comprend la paroi extérieure 198 et une entretoise 200 disposée radialement en travers de la section diffuseur 188. La paroi extérieure 1.98 définit un trajet de flux de détente en aval de la pluralité d'aubes 180. La paroi extérieure 198 comprend une première partie 214 de paroi et une seconde partie 2.16 de paroi en aval de la première partie 214 de paroi.. La première partie 214 de paroi comporte une première inclinaison 2.18 par rapport à l'axe de rotation 210 de la. pluralité d'aubes 180, comme indiqué par le trait 211 parallèle à l'axe 210. Dans certaines formes de réalisation, la. première inclinaison .218 peut être d`environ 16 à 40 degrés, 20 à. 40 degrés, 20 à 30 degrés, 18 à 28 degrés ou 2.1 à 23 degrés. Par exemple, la première inclinaison 218 peut être d'environ 16, 18, 20, 22 ou. 2.4 degrés (ou toute valeur intermédiaire). Le flux de fuite 212 passant par l'intervalle 194 permet l'augmentation de la première inclinaison 218 en maintenant la couche limite. le long de la paroi extérieure 198.. De même, 1a seconde partie 216 de paroi comporte une seconde inclinaison 220 par rapport à l'axe de rotation 210 de la pluralité d'aubes 1.80,. comme indiqué par le trait 211 parallèle à l'axe 210. Dans certaines formes de réalisation, la seconde inclinaison 220 peut être d'environ 7 à 9 degrés, eu d'environ 6 à 15 degrés, et de préférence alors comprise entre 6 à.. 12 degrés. Par exemple, la seconde inclinaison 220 peut être d'environ. 6, 8 ou 10 degrés (ou toute valeur intermédiaire). Dans certaines formes de réalisation., la première inclinaison 218 peut être d'environ. 20 à 30

degrés, et de préférence 20 à 24 degrés, et la seconde inclinaison peut être d'environ 6 à 15 degrés et de préférence 6 â 12 degrés. Le flux de fuite 212 permet de renforcer la couche limite principalement le long de la première partie 214 de paroi suivant l'inclinaison 218, ou également le long de la seconde partie 216 de paroi suivant l'inclinaison 220. Dans l'un ou l'autre cas, le flux de fuite permet une augmentation de l'inclinaison moyenne de la section diffuseur 188, en autorisant de la sorte une diffusion plus agressive sur une distance plus courte grâce à la couche limite ainsi sollicitée. L'inclusion de la première inclinaison 218 avec les mesures ci-dessus a normalement tendance à créer un gradient de pression défavorable excessif dans la section diffuseur 188, ce qui provoque une séparation précoce du flux d'avec la paroi extérieure 198, occasionnant une dégradation des performances de la section diffuseur 188. Cependant, le flux de fuite 212 renforce la couche limite et réduit ou empêche la séparation précoce du flux d'avec la paroi extérieure 198, au moins le long de la première partie 214 de paroi. Le flux de fuite 212 permet l'utilisation d'une première inclinaison 218 importante dans la section diffuseur 188 et un raccourcissement de la longueur 190 de la section diffuseur 188 par rapport à la longueur totale 192 du moteur 118 â turbine â gaz, tout en conservant les diamètres 222 et 224 respectifs de l'entrée et de la sortie de la section diffuseur. De plus, le raccourcissement de la longueur 190 de la section diffuseur 188 crée un plus grand rapport de section de diffusion par unité de longueur de la section diffuseur 188 tout en préservant une section totale de diffusion pour la récupération de pression. De la sorte, la première inclinaison 218 importante, associée au flux de fuite 212 permet, dans une plus courte section diffuseur 188, une récupération de pression et des performances du diffuseur identiques ou même améliorées. Dans certaines formes de réalisation, la réduction de la longueur 190 de la section diffuseur 188 peut être de 30 à 60 pour cent. De la sorte, la longueur 190 de la section diffuseur 188 peut être au moins inférieure à environ 15 pour cent de la longueur totale 192 du moteur 118 à turbine à gaz. Les figures 3 à 5 sont des vues partielles en coupe du moteur 118 à turbine à gaz de la figure 1, prises suivant la ligne 3-3, illustrant la manière dont l'intervalle 194 affecte la couche limite le long de la paroi extérieure 198 de la section diffuseur 188. Le moteur 118 à turbine à gaz des figures 3 à 5 comprend la section turbine 130 couplée à la section diffuseur 188, comme décrit plus haut. La section turbine 130 comprend l'enveloppe fixe 196 disposée autour de la pluralité d'aubes mobiles 180 du dernier étage 178. La section diffuseur 188 comprend la paroi extérieure 198 et les inclinaisons importantes décrites plus haut, ainsi que l'entretoise 200 disposée radialement dans la section diffuseur 188. La figure 3 illustre une forme de réalisation du moteur 118 à turbine à gaz sans aucun intervalle 194 entre chaque portion extérieure d'aube 204 et l'enveloppe fixe 196. Les gaz de combustion chauds circulent dans la direction axiale 234 à travers l'étage 178 et exercent une force motrice sur la pluralité d'aubes 180 pour faire tourner les aubes 180. Le flux des gaz de combustion chauds se détend à la fois dans une direction radiale et dans une direction axiale le long de la section diffuseur 188. Cependant, les grandes inclinaisons à l'entrée de la section diffuseur 188 prés de la section turbine 130 ont une incidence négative sur le gradient de pression et réduisent également les vitesses axiale et radiale du flux de gaz dans la section diffuseur 188. Le manque d'impulsion axiale et radiale dans le flux de gaz provoque un arrêt du flux et une séparation précoce importante notée 236 le long de la couche limite entre le flux des gaz de combustion et la paroi extérieure 198 de la section diffuseur 188. La présence d'un certain intervalle 194 réduit l'ampleur de la séparation le long de la couche limite. La figure 4 illustre une forme de réalisation du moteur 118 à turbine à gaz avec un premier intervalle 238 d'extrémité entre les portions extérieures d'aubes 204 et l'enveloppe fixe 196. Le premier intervalle 238 permet un certain flux de fuite 212 au dessus des extrémités sur les portions extérieures d'aubes 204. Le flux de fuite 212 est un flux à forte impulsion et haute énergie qui communique une impulsion supplémentaire pour diriger le flux d'échappement 240 directement le long de la paroi extérieure 198. Le flux de fuite 212 communique un tourbillonnement et une impulsion radiale au flux d'échappement 240, ce qui renforce la couche limite. La couche limite renforcée entraîne une moindre séparation 242 entre le flux des gaz de combustion et la paroi extérieure 198 de la section diffuseur 188. L'agrandissement de l'intervalle 194 communique une impulsion et une énergie encore plus grandes au flux d'échappement 240 (par exemple, un tourbillonnement et une impulsion radiale) des gaz de combustion. La figure 5 illustre une forme de réalisation du moteur 118 à turbine à gaz avec un second intervalle 244 plus grand que le premier intervalle 238 de la figure 4. Le second intervalle 244 permet un plus grand flux de fuite 212 au dessus des extrémités des portions extérieures d'aubes 204. Le flux de fuite 212 passant par le second intervalle 244 produit un flux 240 à grande impulsion et haute énergie supérieures à ce que permettait le premier intervalle 238. Ce flux de fuite 212 communique au flux d'échappement 240 des gaz de combustion une impulsion supplémentaire suffisante pour renforcer la couche limite le long de la paroi extérieure 198 de la section diffuseur 188 et pour sensiblement empêcher la survenance de toute séparation le long de la couche limite. Ainsi, le flux de fuite 212 s'oppose à la séparation normalement provoquée par de grandes inclinaisons dans la section diffuseur 188.

La figure 6 est un graphique 250 représentant la récupération de pression sur la longueur axiale 190 de formes de réalisation de la section diffuseur 188 qui comportent les grandes inclinaisons décrites plus haut. Sur le graphique 250, l'axe y 252 représente la récupération de pression de la section diffuseur 188 et l'axe x 254 représente la longueur axiale 190 de la section diffuseur 188. La récupération de pression augmente de bas en haut sur l'axe y 252. La longueur axiale 190 de la section diffuseur 188 augmente de gauche à droite sur l'axe x 254. La courbe 256 représente la récupération de pression sur la longueur axiale 190 d'une forme de réalisation de la section diffuseur 188 où la section turbine 130 n'a aucun intervalle 194 entre les portions extérieures d'aubes 204 et l'enveloppe fixe 196. La courbe 258 représente la récupération de pression sur la longueur axiale 190 d'une forme de réalisation de la section diffuseur 188 où la section turbine 130 comporte un intervalle 194 entre les portions extérieures d'aubes 204 et l'enveloppe fixe 196. Les traits discontinus 260 et 262 représentent l'emplacement de l'entretoise 200 sur la longueur axiale 190 de la section diffuseur 188. Plus spécifiquement, les traits discontinus 260 et 262 représentent respectivement les bords d'attaque et de fuite de l'entretoise 200. La courbe 256 illustre, en l'absence d'un intervalle 194, une augmentation progressive de la récupération de pression initialement sur la longueur axiale 190 de la section diffuseur 188. Lorsque le flux des gaz de combustion rencontre le bord d'attaque de l'entretoise 200, ce qui est représenté par le trait discontinu 260, l'ampleur de la récupération de pression diminue nettement du fait de l'interaction du flux avec l'entretoise 200, mais se reprend et augmente progressivement à mesure que le flux s'approche du bord de fuite de l'entretoise 200, ce qui est représenté par le trait discontinu 262, ainsi que le montre la courbe 256. Après l'entretoise 200, la récupération de pression augmente progressivement sur le reste de la longueur axiale 190 de la section diffuseur 188. La courbe 258 illustre, en présence de l'intervalle 194, d'une manière similaire à la courbe 256, une augmentation de la récupération de pression, mais un rythme plus rapide, initialement sur la longueur axiale 190 de la section diffuseur 188. En outre, de la même manière, lorsque le flux des gaz de combustion rencontre le bord d'attaque 260 de l'entretoise 200, l'ampleur de la récupération de pression diminue du fait de l'interaction du flux avec l'entretoise 200, mais de manière seulement légère, puis se reprend et atteint un niveau supérieur de récupération de pression à mesure que le flux s'approche du bord de fuite 262 de l'entretoise 200, comme représenté sur la courbe 258. Après l'entretoise 200, la récupération de pression reste au niveau supérieur de récupération de pression sur le reste de la longueur axiale 190 de la section diffuseur 188. Le graphique 250 illustre le fait qu'avec l'intervalle 194, comme représenté sur la courbe 258, la récupération de pression s'effectue plus rapidement et atteint la récupération maximale possible de pression plus tôt sur la longueur axiale 190 de la section diffuseur 188 en l'absence de l'intervalle 194, comme représenté sur la courbe 256. Du fait de cette récupération plus précoce et plus grande de pression en raison de l'intervalle 194, qui permet un plus grand flux de fuite 212 au dessus des extrémités, de grandes inclinaisons peuvent être employées dans la section diffuseur 188, permettant le raccourcissement de la section diffuseur 188. Les figures 7 et 8 illustrent l'incidence du flux de fuite 212 sur l'impulsion axiale et radiale du flux des gaz de combustion en aval de l'entrée de la section diffuseur 188, mais avant de rencontrer l'entretoise 200, dans des formes de réalisation de la section diffuseur 188 à grandes inclinaisons. La figure 7 est un graphique 272 représentant la vitesse axiale du flux des gaz de combustion avec une distance dans une direction radiale (c'est-à-dire la détente dans une direction radiale sur la longueur 190 de la section diffuseur 188). Sur le graphique 272, l'axe x 274 représente la vitesse axiale et l'axe y 276 représente la distance dans la direction radiale. La distance dans la direction radiale augmente de bas en haut sur l'axe y 276. La vitesse axiale du flux des gaz de combustion augmente de gauche à droite sur l'axe x 274. La courbe 278 représente la vitesse axiale du flux de gaz de combustion à mesure que le flux se détend dans la direction radiale à l'intérieur de la section diffuseur 188, là où la section turbine 130 n'a aucun intervalle 194 entre les extrémités d'aubes de la pluralité d'aubes mobiles 180 et l'enveloppe fixe 196. La courbe 280 représente la vitesse axiale du flux de gaz de combustion à mesure que le flux se détend dans la direction radiale, là où la section turbine 130 a un intervalle 194 entre les extrémités d'aubes de la pluralité d'aubes mobiles 180 et l'enveloppe fixe 196.

La courbe 278 illustre le fait que, en l'absence de l'intervalle 194, la vitesse axiale diminue légèrement à mesure que le flux des gaz de combustion se détend dans la direction radiale vers la paroi extérieure 198 jusqu'à ce que la détente du flux atteigne un point 277 où la détente provoque une brusque et grande perte de vitesse axiale dans le flux des gaz de combustion. La brusque perte de vitesse axiale survient du fait de l'arrêt du flux des gaz de combustion, par suite des grandes inclinaisons dans la section diffuseur 188. La zone 279 de faible vitesse prés de la paroi extérieure 198 représente une forte séparation d'avec la paroi extérieure 198. La courbe 280 illustre, en présence de l'intervalle 194, une légère baisse de vitesse axiale lorsque le flux des gaz de combustion se détend dans la direction radiale. Cependant, comme représenté sur la courbe 280, le flux des gaz de combustion conserve sa vitesse axiale, en présence du flux de fuite 212 au dessus des extrémités du fait de l'intervalle 194, à mesure que le flux se détend dans la direction radiale vers la paroi extérieure 218. Ainsi, la courbe 280 ne présente pas la zone 279 de faible vitesse. La courbe 280 illustre la communication d'impulsion et d'énergie au flux des gaz de combustion afin de maintenir la couche limite (par exemple d'empêcher l'arrêt du flux et la séparation le long de la couche limite) le long de la paroi extérieure 198 de la section diffuseur 188. Ainsi, le flux de fuite 212 permet une plus grande inclinaison de la paroi extérieure 198 tout en empêchant sensiblement la séparation du flux.

La figure 8 illustre plus en détail le renforcement du flux des gaz de combustion par le flux de fuite 212. La figure 8 est un graphique 290 représentant la vitesse radiale du flux des gaz de combustion avec une distance dans une direction radiale (c'est-à-dire la détente dans une direction radiale sur la longueur 190 de la section diffuseur 188). Sur le graphique 290, l'axe x 292 représente la vitesse radiale et l'axe y 294 représente la distance dans la direction radiale. La distance dans la direction radiale augmente de bas en haut sur l'axe y 294. La vitesse radiale du flux des gaz de combustion augmente de gauche à droite sur l'axe x 292. La courbe 296 représente la vitesse radiale du flux des gaz de combustion à mesure que le flux se détend dans la direction radiale à l'intérieur de la section diffuseur 188, là où la section turbine 130 n'a aucun intervalle 194 entre les extrémités d'aubes de la pluralité d'aubes mobiles 180 et l'enveloppe fixe 196. La courbe 298 représente la vitesse radiale du flux des gaz de combustion à mesure que le flux se détend dans la direction radiale, là où la section turbine 130 comporte l'intervalle 194 entre les extrémités d'aubes de la pluralité d'aubes mobiles 180 et l'enveloppe fixe 196. La courbe 296 illustre le fait que, en l'absence de l'intervalle 194, la vitesse radiale augmente légèrement à mesure que le flux des gaz de combustion se détend dans la direction radiale vers la paroi extérieure 198 jusqu'à ce que la détente du flux atteigne un point 297 où la détente provoque la perte régulière de vitesse radiale dans le flux des gaz de combustion. La perte de vitesse radiale, tout comme la perte de vitesse axiale, survient du fait de l'arrêt du flux des gaz de combustion, par suite des grandes inclinaisons à l'intérieur de la section diffuseur 188. La courbe 298 illustre, en présence du flux de fuite 212 à partir de l'intervalle 194, une brusque et forte augmentation de la vitesse radiale, qui survient à mesure que le flux des gaz de combustion se détend vers la paroi extérieure 198. La vitesse radiale continue même à augmenter pendant la détente, comme représenté sur la courbe 298, au-delà du point 297 de la détente où, sur la courbe 296, la vitesse radiale a diminué. La courbe 298 illustre le fait que le flux de fuite 212 communique beaucoup d'énergie et une forte impulsion au flux des gaz de combustion au point d'accroître la vitesse radiale du flux pour sensiblement réduire ou supprimer la séparation du flux le long de la paroi extérieure 198 de la section diffuseur 188 en présence de grandes inclinaisons.

Comme indiqué plus haut, les portions extérieures d'aubes 204 de la pluralité d'aubes mobiles 180 peuvent comporter des portions extérieures 204 à enveloppe. La figure 9 est une vue en coupe d'une forme de réalisation du moteur 118 à turbine à gaz, transversalement par rapport à l'axe longitudinal 119 avec un intervalle 300 entre les portions extérieures 204 à enveloppe des aubes 180 et l'enveloppe fixe 196. Comme illustré, les portions extérieures d'aubes 204 des aubes adjacentes 180, par exemple dans l'étage 178, comportent des portions extérieures 204 à enveloppe qui forment une enveloppe annulaire 302 qui entoure le pourtour des aubes 180. Un flux de fuite 212 au dessus des extrémités peut être généré de la manière décrite plus haut à l'aide de l'intervalle 300 entre l'enveloppe fixe 196 et l'enveloppe annulaire 302, comme décrit dans les formes de réalisation précédentes.

La figure 10 est une vue latérale partielle en coupe d'une forme de réalisation du moteur 118 à turbine à gaz, prise suivant la ligne 10-10 de la figure 9, illustrant encore l'intervalle 300 entre les portions extérieures 204 à enveloppe de la pluralité d'aubes 180 et l'enveloppe fixe 196. Chaque portion extérieure 204 à enveloppe comporte un capot 304. L'intervalle 300 permet un flux de fuite 212 au dessus des extrémités des portions extérieures 204 à enveloppe de la pluralité d'aubes 180. Le flux de fuite 212 traversant l'intervalle 300 produit un flux à forte impulsion et haute énergie 240. Ce flux de fuite 212 donne au flux d'échappement 240 des gaz de combustion une impulsion supplémentaire suffisante pour renforcer la couche limite le long de la paroi extérieure 198 de la section diffuseur 188 et pour empêcher sensiblement la survenance de toute séparation le long de la couche limite. Ainsi, le flux de fuite 212 s'oppose à la séparation normalement provoquée par de grandes inclinaisons dans la section diffuseur 188.

Comme indiqué plus haut, le flux de fuite 212 peut être utilisé dans un système de turbine à vapeur. La figure 11 est une vue latérale partielle en coupe d'un moteur 306 à turbine à vapeur. Comme le moteur 118 à turbine à gaz, le flux de fuite 212 peut être employé avec le moteur 306 à turbine à vapeur pour renforcer une couche limite le long de la paroi extérieure 310 du diffuseur d'échappement 312 afin que la séparation de la vapeur d'avec la paroi extérieure 310 soit empêchée ou réduite. Comme illustré, le moteur 306 à turbine à vapeur est un moteur 306 à turbine à vapeur à échappement axial. Le moteur 306 à turbine à vapeur comprend une section turbine 314 qui comporte de multiples étages 316. Chaque étage 316 comprend une pluralité d'aubes mobiles 180 disposées en rangées, qui s'étendent sur le pourtour d'un arbre 318. Chaque aube 180 comporte une portion extérieure d'aube 204. Dans certaines formes de réalisation, les portions extérieures d'aubes 204 peuvent comporter des extrémités 304. Dans d'autres formes de réalisation, les portions extérieures d'aubes 204 peuvent être fixées sur une enveloppe. Chaque étage 314 comprend également un ensemble d'injecteur disposé en amont de chaque ensemble d'aubes 180. La vapeur entre par une entrée 320 du moteur 306 à turbine à vapeur et est amenée à passer par les ensembles de tuyères. Les ensembles de tuyères dirigent la vapeur vers les aubes 180, où la vapeur exerce des forces motrices sur les aubes 180 pour faire tourner les aubes 180, ce qui fait donc tourner l'arbre 316. La vapeur passe par chaque étage 316 en exerçant des forces motrices sur les aubes 180 dans chaque étage 318. Ensuite, la vapeur sort de la section turbine 314 par la section diffuseur d'échappement 312. Dans la forme de réalisation illustrée, un dernier étage 322 comporte un intervalle, désigné globalement par la flèche 324, entre les portions extérieures d'aubes 204 de la pluralité d'aubes mobiles 180 et une enveloppe 326 disposée autour de la pluralité d'aubes mobiles 180. Dans certaines formes de réalisation, la distance de l'intervalle 324 peut être d'environ 2,55 mm à 6,35 mm (100 à 250 mils). L'intervalle permet un flux de fuite 212, comme décrit plus haut, ce qui permet l'utilisation de grandes inclinaisons dans la section diffuseur 312 et le raccourcissement de la section diffuseur 312 par rapport à la longueur totale du moteur 306 à turbine à vapeur. La longueur de la section diffuseur 312 peut être d'environ 20 à 60 pour cent, (ou de n'importe quel pourcentage intermédiaire entre ces deux valeurs), de la longueur totale du moteur 306 à turbine à vapeur. Selon un aspect de l'invention, un procédé pour faire fonctionner un système de turbine peut comprendre la création d'un flux de fuite 212 au dessus des extrémités afin de renforcer une couche limite et d'empêcher une séparation du flux en aval d'une turbine, par exemple dans une section diffuseur 188. Par exemple, le procédé peut comprendre la création d'un flux de fuite 212 au dessus des extrémités qui passe entre l'enveloppe fixe 196 et la pluralité d'aubes 180 de turbine de l'étage 178 de turbine. Le procédé comprend également le renforcement de la couche limite le long de la paroi 198 du diffuseur 188 de turbine avec le flux de fuite 212 au dessus des extrémités. Le procédé peut comprendre en outre la détente radiale du flux depuis la pluralité d'aubes 180 de turbine vers l'aval à travers la première partie 214 de la paroi 198 ayant une inclinaison au moins égale ou supérieure à environ 16 degrés, la couche limite étant maintenue le long de la première partie 214. Dans certaines formes de réalisation, l'inclinaison peut être au moins égale ou supérieure à environ 20 degrés. En outre, le procédé peut comprendre la détente radiale du flux depuis la première partie 214 de la paroi 198 jusqu'à la seconde partie 216 de la paroi 198 ayant une inclinaison au moins égale ou supérieure à environ 6 degrés. Par ailleurs, le procédé peut comprendre la diffusion d'un flux d'échappement depuis l'étage de turbine via le diffuseur 188 de turbine sur la longueur 190 qui représente au minimum moins d'environ 15 pour cent de la longueur totale 192 du moteur 118 à turbine ayant l'étage 178 de turbine et le diffuseur 188 de turbine. Les effets techniques des formes de réalisation décrites comprennent la création de grandes inclinaisons dans la section diffuseur 188 d'un système de turbine. Par ailleurs, la présence de l'intervalle 194 permet au flux de fuite 212 de rendre le flux plus énergique et de lui fournir une impulsion pendant la détente radiale dans la section diffuseur 188 afin d'empêcher le flux de se séparer de la paroi 198, ce qui arrive normalement avec de grandes inclinaisons. Le fait d'utiliser de grandes inclinaisons, associé au flux de fuite 212, permet à la longueur de la section diffuseur 188, ainsi qu'à la longueur totale du système de turbine, d'être réduite tout en maintenant ou même en améliorant les performances. Le raccourcissement des longueurs de la section diffuseur 188 et du système de turbine permet de réduire l'encombrement de chacun d'eux.

Liste des repères 118 moteur à turbine à gaz 119 axe longitudinal 120 dispositif de combustion 130 t turbine 132 compresseur 160 injecteurs de combustible 162 section de combustion 163 section d'admission d'air 172 pièce de transition 174 premier étage 176 étage 178 dernier étage 180 aubes mobiles 182 roue de rotor 184 arbre 186 ensembles de tuyères 188 section diffuseur d'échappement 190 longueur de la section diffuseur 192 longueur totale du moteur à turbine à gaz 194 intervalle 196 enveloppe fixe 198 paroi extérieure 200 entretoise 204 portion extérieure d'aube 206 valeur de l'intervalle d'extrémité 208 direction 210 axe de rotation 211 trait 212 flux de fuite au dessus des extrémités 214 première partie de paroi 216 seconde partie de paroi 218 première inclinaison 220 seconde inclinaison 222 diamètre d'entrée 224 diamètre de sortie 234 direction axiale 236 grande séparation 238 premier intervalle d'extrémité 240 flux d'échappement 242 moindre séparation 244 second intervalle d'extrémité 250 graphique 252 axe y 254 axe x 256 courbe 258 courbe 260 bord d'attaque d'entretoise 262 bord de fuite d'entretoise 272 graphique 274 axe x 276 axe y 277 point 278 courbe 279 zone de faible vitesse 280 courbe 290 graphique 292 axe x 294 axe y 296 courbe 297 point 298 courbe 300 intervalle 302 enveloppe annulaire 304 capot 306 moteur à turbine à vapeur 310 paroi extérieure 312 diffuseur d'échappement 314 section turbine 316 multiples étages 318 arbre 320 entrée 322 dernier étage 324 flèche 326 enveloppe

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Système, comprenant : un moteur (118) à turbine à gaz, comprenant : une section de combustion (162) ; une section turbine (130) couplée à la section de combustion (162), la section turbine (130) comprenant un étage (178) de turbine ayant une pluralité d'aubes mobiles (180) de turbine montées sur un rotor, une enveloppe fixe (196) disposée autour de la pluralité d'aubes (180) de turbine, et un intervalle (194, 238, 244) entre l'enveloppe fixe (196) et chaque extrémité (204) d'aube de la pluralité d'aubes mobiles (180) de turbine ; et une section diffuseur (188) couplée à la section turbine (130), la section diffuseur (188) comprenant une paroi extérieure (198) définissant un trajet de flux de détente en aval de la pluralité d'aubes mobiles (180) de turbine, la paroi extérieure (198) comportant une première partie (214) de paroi ayant une première inclinaison (218) par rapport à un axe de rotation (210) de la pluralité d'aubes (180) de turbine, et l'intervalle (194, 238, 244) étant conçu pour permettre à un flux de fuite (212) au dessus des extrémités de renforcer une couche limite le long de la paroi extérieure (198).
2. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel la première inclinaison (218) est au moins égale ou supérieure à environ 16 degrés.
3. 3. Système selon la revendication 1, dans lequel la première inclinaison (218) est d'environ 20 à 40 degrés.
4. 4. Système selon la revendication 1, dans lequel la paroi extérieure (198) comporte une seconde partie (216) de paroi en aval de la première partie (214) de paroi, la seconde partie (216) de paroi a une seconde inclinaison (220) par rapport à l'axe de rotation (210) de la pluralité d'aubes (180) de turbine, et la seconde inclinaison (220) est au moins égale ou supérieure à environ 6 degrés.
5. 5. Système selon la revendication 4, dans lequel la première inclinaison (218) est d'environ 20 à 30 degrés et la seconde inclinaison (220) est d'environ 6 à 15 degrés.
6. 6. Système selon la revendication 1, dans lequel l'intervalle (194, 238, 244) est conçu pour permettre au flux de fuite (212) d'accroître une vitesse radiale du flux dans la section diffuseur (188) afin de sensiblement réduire ou supprimer la séparation (236, 242) du fluide le long de la paroi extérieure (198).
7. 7. Système selon la revendication 1, dans lequel l'intervalle (194, 238, 244) est d'environ 2,3 à 3,8 mm (90 à 150 mils).
8. 8. Système selon la revendication 1, dans lequel la section diffuseur (188) a une longueur (190) et le moteur (118) à turbine à gaz a une longueur totale (192), et l'intervalle (194, 238, 244) est conçu pour permettre au flux de fuite (212) de renforcer la couche limite au moins le long de la première partie (214) de paroi pour permettre une réduction de la longueur (190) par rapport à la longueur totale (192).
9. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel la longueur (190) est au moins inférieure à environ 15 pour cent de la longueur totale (192).
10. 10. Système, comprenant : une section rotative comprenant une pluralité d'aubes mobiles (180) montées sur un rotor, une enveloppe fixe (196, 326) disposée autour de la pluralité d'aubes (180), et un intervalle (194, 238, 244, 300, 324) entre l'enveloppe fixe (196, 326) et chaque extrémité (204) d'aube de la pluralité d'aubes mobiles (180), l'intervalle (194, 238, 244, 300, 324) d'extrémité étant conçu pour permettre un flux de fuite (212) par-dessus les bouts ; et une section diffuseur (188, 312) comprenant une paroi extérieure (198, 310) définissant un trajet d'écoulement de détente en aval de la pluralité d'aubes mobiles (180), la paroi extérieure (198, 310) comportant une première partie (214) de paroi ayant une première inclinaison (218) par rapport à un axe de rotation (210) de la pluralité d'aubes (180), et l'intervalle (194, 238, 244, 300, 324) étant conçu pour permettre une augmentation de la première inclinaison (218) en maintenant la couche limite le long de la paroi extérieure (198, 310) avec le flux de fuite (212).
11. 11. Système selon la revendication 10, dans lequel la section rotative comprend une section turbine (130, 314).
12. 12. Système selon la revendication 10, dans lequel la première inclinaison (218) est d'environ 16 à 40 degrés.
13. 13. Système selon la revendication 12, dans lequel la paroi extérieure (198, 310) comporte une seconde partie (216) de paroi en aval de la première partie (214) de paroi, la seconde partie (216) de paroi ayant une seconde inclinaison (220) par rapport à l'axe de rotation (210) de la pluralité d'aubes (180), et la seconde inclinaison (220) étant d'environ 6 à 15 degrés.
14. 14. Système selon la revendication 13, dans lequel la première inclinaison (218) est d'environ 21 à 23 degrés, la seconde inclinaison (220) est d'environ 7 à 9 degrés.
15. 15. Système selon la revendication 10, dans lequel l'intervalle (194, 238, 244, 300, 324) est conçu pour permettre au flux de fuite (212) d'accroître une vitesse radiale du flux dans la section diffuseur (188, 312) afin de sensiblement réduire ou supprimer la séparation (236, 242) du flux le long de la paroi extérieure (198, 310).