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PERFECTIONNEMENTS APPORTES . AUX . TUTBINES A GAZ.
Linvention est relative à des turbines à gaz.
Elle a pour but, surtout, de rendre ces machines telles que l'on obtienne un refroidissement plus efficace des aubes.
Elle consiste, principalement à établir des gicleurs débitant des jets dun liquide refroidisseur à proximité et en amont des aubes de turbine, ces gicleurs ayant un emplacement tel que lesdits jets soient dirigés direc- tement vers et sur les bords d9attaque des aubes pour refroidir celles-ci.
On peut loger les gicleurs, débitant le liquide refroidisseur., dans des ailettes de guidage du stator, ces gicleurs débouchant dans les bords de fuite de ces ailettes en étant orientés vers les bords d'attaque des aubes du rotor de la turbine.
On peut utiliser de l'eau comme liquide refroidisseur. Si l'on se sert, pour:le refroidissement, d'un combustible liquide une autre caracté- ristique de l'invention consiste à établir, en aval de la turbine, des moy- ens pour enflammer le mélange combustible obtenu.
Les dessins ci-annexés montrent., à titre d'exemple.!' un mode de
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réalisation de 12invention.
La fig. 1 montre., en coupe axiale, une turbine et le conduit dé- bitant le jet propulseur d'un turbo-réacteur établi conformément à l'inven= tion.
La fig. 2 montre, en perspective, une partie dune ailette de sta- tor telle qu'elle se présente au cours d'une phase de sa fabrication.
La fig.3 montre,, semblablement, cette même ailette quand la fa- brication est terminée.
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Les figs. 4 et 5 montrent;, à plus grande échelle et en coupe selon IV-IV fig. 1, une partie de ce turbo-réacteur avec les organes en deux posi- tions caractéristiques différentes.
La fig. 6 montre, en perspective (parties en coupe), certains des jets débités par les gicleurs sur les aubes du rotor de la turbine.
Sur la fig. 1 le rotor 1 de la turbine à gaz d'un réacteur est monté sur un arbre 2 supporté par un palier 23 ce rotor portant les aubes 3.
Les gaz de combustion, après avoir entraîné le rotor 1, traversent un con- duit 4 qui est prolongé par une partie évasée 5 et dans lequel est logé un corps profilé ou conique 6, établi en aval de la turbine la
A proximité des aubes 3 et en amont de celles-ci se trouve la couronne annulaire usuelle formée par les ailettes de guidage 9 montées sur le stator. Du liquide refroidisseur est fourni par le conduit annulaire 7 et les passages 8 à certaines des ailettes 9 agencées de manière à former des gicleurs propres à débiter de ce liquide.
On voit sur la fige 2. que chacune de ces ailettes 9 comporte un passage intérieur 9a qui communique avec des fentes 9b et qui est établi le long du bord de fuite de l'ailette. Si l'on ne dispose pas de suffisamment de place pour former les fentes 9b qui com- muniquent avec le passage 9a par des trous percés dans lesquels on peut en- gager des tubes, on forme les fentes 9b comme montré sur la fig. 2 et on fixe dans celles-ci des pièces rapportées 10 dans lesquelles on ménage des passa- ges internes terminés par des trous ou gicleurs 11.
Le métal de soudure, qui maintient ces pièces en place, sert à remplir tous les intervalles qui subsis- tent dans les fentes 9b afin que l'on obtienne, en finale, une ailette à faces lisses et dont le bord de fuite comporte plusieurs gicleurs échelonnés 11.
Ces derniers sont orientés vers les bords d'attaque des aubes 3 de la turbine pour diriger les jets du liquide refroidisseur directement vers les bords d' attaque des aubes (figs. 1 et 6). De plus les orifices ont des dimensions et des débits tels que l'on obtienne un effet refroidisseur efficace, par rap- port à la répartition de la température et des sollicitations des aubes mo- biles. A cet effet, la section et l'écartement des gicleurs diminuent vers le bout de l'ailette afin que le débit du liquide refroidisseur diminue depuis un maximum en regard des embases des aubes vers un minimum au voisinage' des sommets de celles-ci.
Le liquide refroidisseur est puisé par une pompe 2 hors d'un ré- servoir 25 à l'aide d'un robinet de réglage 27 et du conduit 'la, la pompe comportant la soupape de décharge usuelle 26.
On peut se servir d'eau pour le refroidissement mais le dispositif tel que montré, est destiné à l'usage d'un combustible comme liquide refroi- disseur. Le corps conique 6 est supporté par 4 béquilles profilées et creu- ses 13 dont les parois sont formées par des volets mobiles 14 articulés à des pivots 12 établis à proximité d'un arbre 15 qui peut tourner autour de son axe. Cet arbre est relié par un bras 16 et des biellettes 16a et 16b aux vo- lets susdits et, quand il est déplacé angulairement, il provoque l'écartement de ces volets depuis la position montrée sur la fige 4 jusqu'à la position de la fig. 5.
Un déplacement angulaire de l'arbre 15 en sens inverse permet de ramener les volets à leur position de fermeture. Quand les volets sont ouverts (fig. 5) ils forment des chicanes stabilisatrices de la flamme produite par la combustion du combustible.
Le combustible est allumé par une bougie 19 dont les électrodes 20 se trouvent dans l'espace délimité par les volets 14. Sur les figs. 4 et 5 la bougie 19 n'est pas montrée pour des raisons de clarté, surtout qu' elle est constituée comme à 1-'ordinaire. Le logement pour la bougie peut être vu sur les figs. 4 et 5 dans la béquille 13 à l'arrière dès volets 14.D'au- tres volets mobiles 18, articulés à des axes 40, peuvent faire.partie de l'ex- trémité aval du corps conique 6, comme montré sur la fige 1.
Ces volets 18 peuvent être manoeuvres à cause du contact radial de doigts 18a, en forme de fourches,avec des ergots radiaux 42 établis sur l'extrémité libre d'une biel- lette 43 commandée par un bras 44 fixé sur l'arbre 15. Le bras 44 est visible sur la fige 5.
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Une serve-commande, hydraulique -30 agissant sur les organes 17, par lesquels on fait tourner l'arbre 15, provoque l'écartement des volets et l'in- jection de combustible additionnel par les orifices 11. Ceci est obtenu en re- liant la manette 28 au robinet 27 par la tringle 29 et au distributeur 31 par la tringle 31a.
De préférence on a recours à une tuyère à section variable. Pour l'exemple montré sur la fige 1 on a adopté une disposition qui est analogue à celle faisant l'objet du brevet belge n 462.135 et qui comporte deux bran- ches de compas 33 articulées à un pivot 34 commun et commandées par des ensem- bles articulés 35 à 1?aide de la serve-commande hydraulique 36 qui est égale- ment reliée au distributeur 31 afin que les deux branches puissent être manoeu- vrées simultanément avec injection de combustible additionnel pendant que 1' on déplace les volets 14 et 18.
Les serve-commandes 30 et 36 sont alimentées par le distributeur 31 à l'aide des tubes 32, le distributeur recevant le liquide par les con- duits d'alimentation principaux 38. La bougie 19 est reliée par des fils 39 au circuit de'alimentation 40.
Sur la face interne de la partie évasée 5 du conduit 4 débitant le jet est établi un revêtement 21 maintenu en place par une plaque 22. Le revê- tement est constitué en une matière céramique ou en un matériau poreux en for- me de treillis afin que de l'air puisse être admis, d'une manière non-turbulen- te, dans ce revêtement pour former une couche froide sur la face interne sus- dite. Le revêtement peut également recevoir une quantité réduite d'eau par le conduit 37 dans un but de refroidissement, cette eau pénétrant dans le con- duit 4 et la vapeur produite étant évacuée à l'air libre en même temps que les gaz de combustion.
Comme les volets 14,qui forment des chicanes stabilisatrices, sont solidaires des entretoises 13 et comme les volets 18 font partie du corps conique 6, les pertes de poussée sont réduites à un minimum quand ces volets sont fermés puisque le corps conique 6 et les entretoises 13 sont de toute façon nécessaires.
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IMPROVEMENTS PROVIDED. TO THE . GAS TUTBINES.
The invention relates to gas turbines.
Its main aim is to make these machines such that more efficient cooling of the blades is obtained.
It mainly consists in establishing nozzles delivering jets of a cooling liquid near and upstream of the turbine blades, these nozzles having a location such that said jets are directed directly towards and on the leading edges of the blades to cool them. this.
The jets, delivering the coolant liquid, can be housed in stator guide fins, these jets opening into the trailing edges of these fins while being oriented towards the leading edges of the blades of the rotor of the turbine.
Water can be used as a coolant. If a liquid fuel is used for: cooling, another characteristic of the invention consists in establishing, downstream of the turbine, means for igniting the fuel mixture obtained.
The accompanying drawings show., By way of example.! ' a mode of
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realization of the invention.
Fig. 1 shows, in axial section, a turbine and the duct discharging the propellant jet of a turbo-reactor established in accordance with the invention.
Fig. 2 shows, in perspective, part of a stator fin as it appears during a phase of its manufacture.
Fig. 3 shows, similarly, this same fin when the fabrication is finished.
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Figs. 4 and 5 show;, on a larger scale and in section according to IV-IV fig. 1, part of this turbo-reactor with the components in two different characteristic positions.
Fig. 6 shows, in perspective (parts in section), some of the jets delivered by the jets on the blades of the rotor of the turbine.
In fig. 1 the rotor 1 of the gas turbine of a reactor is mounted on a shaft 2 supported by a bearing 23, this rotor carrying the blades 3.
The combustion gases, after having driven the rotor 1, pass through a duct 4 which is extended by a flared part 5 and in which is housed a profiled or conical body 6, established downstream of the turbine.
Close to the vanes 3 and upstream thereof is the usual annular ring formed by the guide vanes 9 mounted on the stator. Cooling liquid is supplied by the annular duct 7 and the passages 8 to some of the fins 9 arranged so as to form nozzles suitable for delivering this liquid.
It can be seen in fig 2. that each of these fins 9 has an internal passage 9a which communicates with slots 9b and which is established along the trailing edge of the fin. If there is not enough room to form the slits 9b which communicate with the passage 9a through drilled holes in which tubes can be inserted, the slots 9b are formed as shown in FIG. 2 and therein attached parts 10 in which are provided internal passages terminated by holes or nozzles 11.
The weld metal, which holds these parts in place, serves to fill all the gaps that remain in the slots 9b so that, in the end, a fin with smooth faces is obtained, the trailing edge of which has several jets. staggered 11.
The latter are oriented towards the leading edges of the blades 3 of the turbine to direct the jets of the cooling liquid directly towards the leading edges of the blades (figs. 1 and 6). In addition, the orifices have dimensions and flow rates such that an effective cooling effect is obtained, with respect to the temperature distribution and the stresses of the moving blades. To this end, the section and the spacing of the nozzles decrease towards the end of the fin so that the flow rate of the cooling liquid decreases from a maximum opposite the bases of the blades to a minimum in the vicinity of the tops thereof.
The coolant liquid is drawn by a pump 2 from a tank 25 by means of a regulating valve 27 and the line 1a, the pump having the usual relief valve 26.
Water can be used for cooling, but the device as shown is intended for the use of fuel as a coolant. The conical body 6 is supported by 4 profiled and hollow legs 13, the walls of which are formed by movable flaps 14 articulated to pivots 12 established near a shaft 15 which can rotate about its axis. This shaft is connected by an arm 16 and rods 16a and 16b to the aforementioned flaps and, when it is angularly displaced, it causes the separation of these flaps from the position shown on the pin 4 to the position of the fig. 5.
Angular displacement of the shaft 15 in the opposite direction makes it possible to return the shutters to their closed position. When the shutters are open (fig. 5) they form baffles that stabilize the flame produced by the combustion of the fuel.
The fuel is ignited by a candle 19, the electrodes 20 of which are located in the space delimited by the flaps 14. In FIGS. 4 and 5 the spark plug 19 is not shown for the sake of clarity, especially since it is constructed as usual. The housing for the candle can be seen in figs. 4 and 5 in the crutch 13 at the rear from the flaps 14. Other movable flaps 18, articulated to axes 40, may form part of the downstream end of the conical body 6, as shown in the figure. freeze 1.
These flaps 18 can be operated because of the radial contact of fingers 18a, in the form of forks, with radial lugs 42 established on the free end of a rod 43 controlled by an arm 44 fixed on the shaft 15. The arm 44 is visible in fig 5.
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A hydraulic servo-control -30 acting on the members 17, by which the shaft 15 is rotated, causes the separation of the flaps and the injection of additional fuel through the orifices 11. This is obtained by re- connecting the handle 28 to the valve 27 by the rod 29 and to the distributor 31 by the rod 31a.
Preferably, a variable section nozzle is used. For the example shown in fig 1, an arrangement has been adopted which is similar to that which is the subject of Belgian patent No. 462.135 and which comprises two compass branches 33 articulated to a common pivot 34 and controlled by assemblies. articulated blocks 35 with the aid of the hydraulic servo-drive 36 which is also connected to the distributor 31 so that the two branches can be operated simultaneously with injection of additional fuel while the flaps 14 and 18 are moved. .
The servo-controls 30 and 36 are supplied by the distributor 31 by means of the tubes 32, the distributor receiving the liquid through the main supply lines 38. The spark plug 19 is connected by wires 39 to the circuit. power supply 40.
On the internal face of the flared part 5 of the duct 4 delivering the jet is established a coating 21 held in place by a plate 22. The coating is made of a ceramic material or of a porous material in the form of a mesh in order to that air can be admitted, in a non-turbulent manner, into this coating to form a cold layer on the said internal face. The coating can also receive a reduced quantity of water through line 37 for cooling purposes, this water entering line 4 and the vapor produced being discharged into the open air at the same time as the combustion gases.
As the flaps 14, which form stabilizing baffles, are integral with the spacers 13 and as the flaps 18 form part of the conical body 6, the thrust losses are reduced to a minimum when these flaps are closed since the conical body 6 and the spacers 13 are necessary anyway.