Installation <B>à turbine à gaz montée sur un véhicule</B> La présente invention a pour objet une installation à turbine à gaz montée sur un véhicule, dans laquelle les gaz d'échappement de la turbine sont déchargés à travers une tuyère réglable. Cette installation pourrait par exemple être une installation de propulsion d'un avion, dont la turbine actionne une hélice et dont la tuyère constitue une tuyère de propulsion.
L'installation selon l'invention est carac térisée par des moyens de commande auto matiques fonctionnant en dépendance des pressions d'admission et d'échappement de la turbine, lesquels pour certains régimes au moins, agissent pour régler la tuyère de façon à maintenir une relation. prédéterminée entre les pressions d'admission et d'échappement de la turbine.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention et une variante.
La fig. 1 montre une installation suivant cette forme d'exécution, dont certaines parties sont dessinées à une échelle plus grande.
La fig. 2 montre, d'une manière similaire, la variante, et la fig. 3 montre, à une échelle plus grande, un détail en coupe de cette variante. L'installation suivant la fig. 1 est montée sur un avion et comprend une turbine 10, entraînant une hélice et pourvue d'un conduit d'admission 12 et d'un conduit d'échappement 14, ce dernier se terminant en une tuyère de propulsion 16. La turbine 10 est mue par un gaz chaud, sous pression, fourni par une source non représentée.
Le réglage de la section de passage de la tuyère 16 est effectué au moyen d'un cône 18, qui est monté dans un carter 20 situé dans le conduit d'échappement, de façon à pouvoir être déplacé en sens axial. Le déplacement de ce cône, qui est pressé vers la droite au moyen d'un ressort 26,a lieu au moyen d'un piston 22, lié au cône et coulissant dans un cylindre 24, disposé à l'intérieur du carter 20. Le piston 22 est actionné par un fluide qui est admis à l'extrémité postérieure du cylindre, à l'encontre de l'action du ressort 26, pour faire mouvoir le cône dans la direction qui correspond à l'ouverture de la tuyère.
Une conduite d'entrée 28 admet le fluide sous pression à l'extrémité postérieure du cylindre, et une conduite 30 permet aux fuites de fluide de s'échapper de l'autre extrémité du cylindre.
Les déplacements du cône 18 de la tuyère dépendent de deux dispositifs de commande automatiques 32 et 34, montés en série.
Le dispositif de commande 32 comprend une chambre 36, qui est reliée au conduit d'échappement 14 par une conduite 38. Dans cette chambre se trouve un soufflet 40, dont l'in térieur est relié à un tube de Pitot 42 dont l'extrémité ouverte 44 est dirigée vers l'avant du véhicule sur lequel est montée l'installation, de façon qu'à l'intérieur du soufflet règne une pression égale à la pression atmosphérique aug mentée de la pression dynamique due à la vitesse du véhicule. Le soufflet 40 est relié à un piston-tiroir 46 coulissant dans un cylindre 48 solidaire d'une paroi de la chambre 36.
Le tiroir 46 met, suivant sa position, une lumière de sortie 50 en communication avec une lumière d'admission 52 (reliée à une source de fluide sous pression) ou avec une lumière d'échappe ment 54.
Le dispositif de commande 34 comprend une chambre 56, qui est reliée, par une conduite 58, au conduit d'échappement 14 de la turbine. Cette chambre contient un double soumet 60, dont le soufflet intérieur 61 est relié, par une conduite 62, au conduit d'admission 12 de la turbine. Le soufflet intérieur 61 du dispositif 34 est entouré d'un soufflet concentrique 61', et l'espace entre ces deux soufflets est rempli par un gaz sous pression de telle sorte que la position de la plaque terminal du soumet 60, soit fonc tion des pressions au conduit d'admission et au conduit d'échappement. Un piston-tiroir 64 est lié au soufflet 60, et coulisse dans un cylindre _66.
Le tiroir est destiné à mettre, suivant le cas, une lumière de sortie 68 en communication avec une lumière d'admission 70 ou avec une lumière d'échappement 72. Cette dernière est reliée, par une conduite 74,à une autre conduite 76, venant de la lumière d'échappement 54. La lumière d'admission 70 est reliée, par une con duite 78, à la lumière de sortie 50 du cylindre 48, et la lumière de sortie 68 est réunie, par une conduite 28, à l'extrémité arrière du cylindre 24.
Pour les régimes de marche normaux de l'installation à turbine à gaz, montrée à la fig. 1, la pression d'échappement de- la turbine est supérieure à la somme des pressions statique et dynamique, et par conséquent, le dispositif de commande 32 se trouve dans sa position extrême à gauche, dans laquelle le piston-tiroir 46 admet le fluide sous pression venant par la lumière d'admission de fluide 52 à la lumière de sortie 50 et passant par la conduite 78 au dispositif de commande 34.
Les pressions d'admission et d'échappement de la turbine qui agissent sur le soufflet 60 du dispositif 34, tiennent ce dispositif et le piston-tiroir 64 dans une position moyenne dans laquelle chaque communication entre la conduite 28 et les con duites 74 et 78 est interrompue.
Le piston 22 et le cône 18 de la tuyère connecté mécanique ment avec le piston 22 se trouvent aussi dans une position moyenne comme c'est nécessaire pour maintenir la valeur de la pression d'échap pement de la turbine, la relation entre la pression dans le conduit d'entrée et ladite pression dans le conduit d'échappement étant prédéterminée. Une variation quelconque de la pression d'é chappement ou de la pression d'admission a pour résultat un mouvement du piston-tiroir 64 soit pour admettre le fluide à partir de la droite du piston 22 par la conduite 28 soit pour laisser sortir du fluide sous pression de la lumière d'ad mission 70 et lui donner accès à la lumière de sortie 68,
pour ajuster ainsi le cône 18 dans la position apte pour maintenir la relation détermi née entre la pression d'admission et la pression d'échappement de la turbine. Le dispositif de commande 34 est normalement en position de réglage. Au cas, cependant, où la pression d'admission de la turbine devient inférieure à la valeur nécessaire pour maintenir la relation prédéterminée entre la pression d'admission et la pression d'échappement, le piston-tiroir 64 se déplace jusqu'à la position extrême de gauche représentée à la fig. 1 et y reste, et le dispositif 34 devient ainsi inopérant.
Le dispo sitif 32 commence alors sa fonction et maintient la pression dans la conduite d'échappement 14 à une valeur égale à la somme de la pression atmosphérique statique et de la pression dyna mique dans la conduite 42. Lorsque le dispositif 32, est en fonction, le piston-tiroir 46 se trouve normalement dans la position médiane repré sentée dans laquelle il ferme les lumières d'ad mission 52 et d'échappement 54.
Dans la variante des fig. 2 et 3, également montée sur un avion, la turbine 10' entraînant l'hélice a un conduit d'admission 12' et un conduit d'échappement 14' se terminant en une tuyère 16'.
La tuyère comporte deux plaques mobiles opposées formant des volets 18' et 20' articulées à la fin du conduit 14' lequel présente en ce point une section droite de forme rectangulaire. Ces volets mobiles se déplacent entre deux pla ques fixes formant les deux autres parois de la tuyère 16'. Les extrémités externes libres des volets sont déplacées l'une par rapport à l'autre par un piston 22', lié à un des volets, et un cylindre 24', lié à l'autre volet. Un ressort 26', logé dans le cylindre, tend à rapprocher les volets l'un de l'autre.
Une conduite d'entrée 28' amène le fluide sous pression à une extrémité du cylindre, pour écar ter les volets, à l'encontre du ressort 26'. Une autre conduite 30' permet au fluide de s'échap per de l'autre extrémité du cylindre. Une lu mière 31' ménagée dans le piston permet une fuite du fluide au-delà du piston.
L'agencement et le fonctionnement des dispositifs de commande automatiques 32' et 34' des fig. 2 et 3 est rigoureusement le même ,que celui des dispositifs analogues dans la forme d'exécution que montrent la fig. 1, les organes correspondants étant désignés par les mêmes signes de référence munis de l'indice prime.
Il est évident que dans cette installation l'écoulement de fluide pour ouvrir la tuyère doit être plus grand que l'écoulement dans l'installation suivant la fig. 1 pour surmonter l'écoulement à travers la lumière 31'. Toutefois, le dispositif lui-même tiendra compte de cette fuite, et on remarquera au dessin que les sec tions de passage des conduites 28' et 78' sont considérablement plus grandes que la section de passage de la lumière 31', de sorte que le dispositif 'pourra admettre une quantité de fluide suffisamment grande pour compenser le fluide qui s'échappe par la lumière.
Ainsi, en maintenant la tuyère à une position de réglage déterminée, le piston-tiroir 64' doit rester ouvert dans une mesure suffisante pour laisser passer la quantité de fluide s'échappant par la lumière. En fonctionnement normal le piston 22' ne peut pas dépasser la position pour laquelle il atteint une lumière 80, reliant le cylindre 24' à la conduite de retour 30' et s'ouvrant à une certaine distance de l'extrémité du cylindre. Cette position correspond à la position de pleine ouverture des volets dans laquelle ils sont parallèles.
En plus du réglage de la tuyère commandé par les dispositifs automatiques 32' et 34' et pour lequel la position d'ouverture maximum des volets est celle représentée, l'installation comprend un dispositif permettant d'écarter encore davantage les volets pour supprimer toute résistance à la sortie des gaz et obtenir toute la puissance possible sur la turbine.
A cet effet, une autre lumière 82, tout à fait à l'extrémité du cylindre _ 24', communique avec une chambre 84, et, de cette chambre, par un passage 86, avec le passage 80. Une soupape 88 ferme le passage 86.
Pour faire écarter davantage les volets, lorsqu'on veut supprimer tout étranglement sur l'échappement de la turbine, et obtenir- un effet de diffusion,' la soupape 88 est ouverte, au moyen d'un solénoïde 90, entourant la tige de cette soupape. Ce solénoïde fait partie d'un circuit 93, comprenant une source d'électricité 94, une plaque 96, et une pièce mobile de contact 98, susceptible de venir toucher ladite plaque. Quand la pièce 98 et la plaque 96 sont en contact, le solénoïde 90 est excité et la soupape 88 est ouverte, pour permettre à la pression du fluide à l'intérieur du cylindre 24' de faire mouvoir le piston jusqu'à l'extrémité du cylindre.
La pièce de contact 98 est montée sur une tige 100, reliée à un levier de commande 102, servant à régler l'arrivée du combustible au générateur de gaz moteurs alimentant la turbine 10'. Lorsque le levier 102 est amené dans la position correspondant à la puissance maximum, la pièce 98 vient en contact avec la plaque 96 et provoque le mouvement des volets 18' et 20' jusqu'à leur position divergente.
Il est avantageux de ne maintenir les volets divergents que lors de l'envol, et de revenir au réglage automatique par les dispositifs 32' et 34', pour lequel la position de pleine ouverture est celle représentée, lorsque l'avion atteint une vitesse donnée. A cette fin, la plaque 96 forme la plaque mobile d'un soufflet 104, consistant en éléments concentriques 106 et 108, l'espace entre ces éléments étant clos. De l'air est dirigé vers cet espace par un tube 110, dont l'extrémité ouverte 112 est orientée dans la direction du mouvement de l'avion.
Quand la pression dynamique augmente, en raison de l'accroissement de la vitesse de l'avion, la plaque 96 est écartée de la pièce de contact 98, ce qui permet à la soupape 88 de se fermer et de ramener la tuyère sous la dépen dance normale des dispositifs 32' et 34'.
Grâce à cette -disposition, l'ouverture diver gente de la tuyère pour la marche à pleine puissance est sous la commande du mécanicien ou du pilote, , et- le réglage automatique de la tuyère entre en jeu lorsque l'avion atteint une vitesse donnée.
Afin d'assurer l'arrivée du fluide lors de l'ouverture divergente de la tuyère, un circuit 112 est disposé en parallèle avec le circuit 93 et commande un solénoïde 114, qui agit sur le piston-tiroir 46', de façon que lorsque la sou pape 88 est ouverte par suite de la fermeture du circuit 93, le piston-tiroir 46' soit maintenu par le solénoïde 114 dans sa position extrême de gauche, pour laquelle la lumière d'admission 52' communique avec la lumière de sortie 50'.
<B> Vehicle-mounted gas turbine installation </B> The present invention relates to a vehicle-mounted gas turbine installation, in which the turbine exhaust gases are discharged through an adjustable nozzle . This installation could for example be a propulsion installation for an airplane, the turbine of which drives a propeller and the nozzle of which constitutes a propulsion nozzle.
The installation according to the invention is characterized by automatic control means operating in dependence on the intake and exhaust pressures of the turbine, which for certain speeds at least, act to adjust the nozzle so as to maintain a relationship. predetermined between the inlet and outlet pressures of the turbine.
The drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention and a variant.
Fig. 1 shows an installation according to this embodiment, certain parts of which are drawn on a larger scale.
Fig. 2 shows, in a similar manner, the variant, and FIG. 3 shows, on a larger scale, a detail in section of this variant. The installation according to fig. 1 is mounted on an airplane and comprises a turbine 10, driving a propeller and provided with an intake duct 12 and an exhaust duct 14, the latter terminating in a propulsion nozzle 16. The turbine 10 is driven by a hot gas, under pressure, supplied by a source not shown.
The adjustment of the passage section of the nozzle 16 is effected by means of a cone 18, which is mounted in a housing 20 located in the exhaust duct, so as to be able to be displaced in the axial direction. The movement of this cone, which is pressed to the right by means of a spring 26, takes place by means of a piston 22, connected to the cone and sliding in a cylinder 24, arranged inside the housing 20. The piston 22 is actuated by a fluid which is admitted at the rear end of the cylinder, against the action of spring 26, to move the cone in the direction which corresponds to the opening of the nozzle.
An inlet line 28 admits pressurized fluid to the rear end of the cylinder, and a line 30 allows fluid leaks to escape from the other end of the cylinder.
The movements of the cone 18 of the nozzle depend on two automatic control devices 32 and 34, mounted in series.
The control device 32 comprises a chamber 36, which is connected to the exhaust pipe 14 by a pipe 38. In this chamber is a bellows 40, the interior of which is connected to a Pitot tube 42, the end of which is open 44 is directed towards the front of the vehicle on which the installation is mounted, so that inside the bellows there is a pressure equal to atmospheric pressure increased by the dynamic pressure due to the speed of the vehicle. The bellows 40 is connected to a slide piston 46 sliding in a cylinder 48 integral with a wall of the chamber 36.
The spool 46 places, depending on its position, an outlet lumen 50 in communication with an inlet lumen 52 (connected to a source of pressurized fluid) or with an exhaust lumen 54.
The control device 34 comprises a chamber 56, which is connected, by a pipe 58, to the exhaust pipe 14 of the turbine. This chamber contains a double subject 60, the inner bellows 61 of which is connected, by a pipe 62, to the inlet pipe 12 of the turbine. The inner bellows 61 of the device 34 is surrounded by a concentric bellows 61 ', and the space between these two bellows is filled with a pressurized gas so that the position of the terminal plate of the subject 60, is a function of pressures at the intake and exhaust ducts. A piston-slide 64 is linked to the bellows 60, and slides in a cylinder 66.
The drawer is intended to put, as the case may be, an outlet port 68 in communication with an intake port 70 or with an exhaust port 72. The latter is connected, by a pipe 74, to another pipe 76, from exhaust port 54. Intake port 70 is connected, by conduit 78, to outlet port 50 of cylinder 48, and outlet port 68 is joined, by conduit 28, to outlet port. rear end of cylinder 24.
For normal operating speeds of the gas turbine installation, shown in fig. 1, the exhaust pressure of the turbine is greater than the sum of the static and dynamic pressures, and therefore the control device 32 is in its extreme left position, in which the piston-slide 46 admits the fluid under pressure coming through the fluid inlet port 52 to the outlet port 50 and passing through the line 78 to the controller 34.
The intake and exhaust pressures of the turbine which act on the bellows 60 of the device 34, keep this device and the piston-slide 64 in an average position in which each communication between the pipe 28 and the pipes 74 and 78 is interrupted.
The piston 22 and the cone 18 of the nozzle mechanically connected with the piston 22 are also in an average position as is necessary to maintain the value of the exhaust pressure of the turbine, the relation between the pressure in the inlet duct and said pressure in the exhaust duct being predetermined. Any change in exhaust pressure or inlet pressure results in movement of slide piston 64 either to admit fluid from the right side of piston 22 through line 28 or to release fluid. under pressure from the inlet light 70 and give it access to the outlet light 68,
to thereby adjust the cone 18 in the position suitable for maintaining the determined relationship between the inlet pressure and the exhaust pressure of the turbine. The control device 34 is normally in the adjustment position. In the event, however, that the inlet pressure of the turbine becomes lower than the value necessary to maintain the predetermined relationship between the inlet pressure and the exhaust pressure, the piston-slide 64 moves to the position far left shown in fig. 1 and remains there, and the device 34 thus becomes inoperative.
The device 32 then begins its function and maintains the pressure in the exhaust pipe 14 at a value equal to the sum of the static atmospheric pressure and the dynamic pressure in the pipe 42. When the device 32 is in operation , the piston-slide 46 is normally in the middle position shown in which it closes the inlet 52 and exhaust 54 ports.
In the variant of FIGS. 2 and 3, also mounted on an airplane, the turbine 10 'driving the propeller has an intake duct 12' and an exhaust duct 14 'terminating in a nozzle 16'.
The nozzle comprises two opposing movable plates forming flaps 18 'and 20' articulated at the end of the duct 14 'which at this point has a rectangular cross section. These movable flaps move between two fixed plates forming the other two walls of the nozzle 16 '. The free outer ends of the flaps are moved relative to each other by a piston 22 ', linked to one of the flaps, and a cylinder 24', linked to the other flap. A spring 26 ', housed in the cylinder, tends to bring the flaps closer to one another.
An inlet pipe 28 'brings the pressurized fluid to one end of the cylinder, to separate the flaps, against the spring 26'. Another line 30 'allows fluid to escape through the other end of the cylinder. A light 31 'provided in the piston allows fluid to leak beyond the piston.
The arrangement and operation of the automatic control devices 32 'and 34' of FIGS. 2 and 3 is strictly the same as that of similar devices in the embodiment shown in FIG. 1, the corresponding units being designated by the same reference signs provided with the prime index.
It is obvious that in this installation the flow of fluid to open the nozzle must be greater than the flow in the installation according to fig. 1 to overcome the flow through the lumen 31 '. However, the device itself will take this leakage into account, and it will be noted in the drawing that the passage sections of the pipes 28 'and 78' are considerably larger than the passage section of the lumen 31 ', so that the device 'will be able to admit a quantity of fluid large enough to compensate for the fluid which escapes through the lumen.
Thus, by maintaining the nozzle at a determined adjustment position, the slide piston 64 'must remain open to a sufficient extent to allow the quantity of fluid escaping through the port to pass. In normal operation the piston 22 'cannot exceed the position for which it reaches a lumen 80, connecting the cylinder 24' to the return line 30 'and opening at a certain distance from the end of the cylinder. This position corresponds to the fully open position of the shutters in which they are parallel.
In addition to the adjustment of the nozzle controlled by the automatic devices 32 'and 34' and for which the maximum opening position of the flaps is that shown, the installation includes a device allowing the flaps to be moved further apart to eliminate any resistance. at the gas outlet and obtain all the power possible on the turbine.
For this purpose, another port 82, at the very end of the cylinder 24 ', communicates with a chamber 84, and, from this chamber, through a passage 86, with the passage 80. A valve 88 closes the passage. 86.
To spread the flaps further, when it is desired to remove any constriction on the turbine exhaust, and obtain a diffusion effect, the valve 88 is opened, by means of a solenoid 90, surrounding the stem of this valve. valve. This solenoid is part of a circuit 93, comprising a source of electricity 94, a plate 96, and a movable contact part 98, capable of coming into contact with said plate. When part 98 and plate 96 contact, solenoid 90 is energized and valve 88 is opened, to allow fluid pressure inside cylinder 24 'to move the piston to the end. of the cylinder.
The contact piece 98 is mounted on a rod 100, connected to a control lever 102, serving to regulate the arrival of fuel to the engine gas generator supplying the turbine 10 '. When the lever 102 is brought into the position corresponding to the maximum power, the part 98 comes into contact with the plate 96 and causes the movement of the flaps 18 'and 20' to their divergent position.
It is advantageous to keep the divergent flaps only during take-off, and to return to automatic adjustment by devices 32 'and 34', for which the fully open position is that shown, when the aircraft reaches a given speed. . To this end, the plate 96 forms the movable plate of a bellows 104, consisting of concentric elements 106 and 108, the space between these elements being closed. Air is directed to this space through a tube 110, the open end 112 of which is oriented in the direction of movement of the aircraft.
As the dynamic pressure increases, due to the increased speed of the aircraft, the plate 96 is moved away from the contact piece 98, which allows the valve 88 to close and bring the nozzle back under pressure. normal dance of the 32 'and 34' devices.
Thanks to this arrangement, the different opening of the nozzle for running at full power is under the control of the mechanic or the pilot, and the automatic adjustment of the nozzle comes into play when the airplane reaches a given speed .
In order to ensure the arrival of the fluid during the divergent opening of the nozzle, a circuit 112 is arranged in parallel with the circuit 93 and controls a solenoid 114, which acts on the piston-slide 46 ', so that when the valve 88 is opened following the closing of the circuit 93, the piston-slide 46 'is maintained by the solenoid 114 in its extreme left position, for which the inlet port 52' communicates with the outlet port 50 '.