Ensemble comprenant une chambre de combustion pour turbine à gaz et un dispositif de guidage d'air de combustion La présente invention a pour objet un en semble comportant une chambre de combus tion de turbine à gaz et un dispositif de gui dage à aubes donnant un mouvement rotatif à l'air de combustion, ce dispositif étant monté autour d'un injecteur de combustible.
Une difficulté bien connue dans le fonc tionnement d'une installation de turbine à gaz comprenant un compresseur, une chambre de combustion et une turbine est que, pour une charge inférieure à celle pour laquelle l'en semble a été calculé, le rendement de la cham bre de combustion tend à baisser. La princi pale cause de cette chute de rendement est l'augmentation du rapport air/combustible qui intervient aux faibles charges. Une cause se condaire est la diminution de l'écoulement de l'air à travers le dispositif de guidage à aubes qui se produit habituellement en même temps et qui entraîne une diminution dans la vitesse de tourbillonnement de l'air primaire entrant dans la chambre.
Pour améliorer le rapport air primaire/combustible, il a été proposé de disposer des moyens en amont du dispositif de guidage à aubes pour étrangler l'arrivée d'air primaire jusqu'à un point variant avec la charge sur la chambre.
Cet expédient, cependant, a comme résul- tat de réduire encore plus la vitesse de tourbil- lonnement de l'air primaire dans le dispositif de guidage, aux faibles charges, ce qui annule en partie l'amélioration dans le rendement de combustion dû au réglage du rapport air/com- bustible, en développant en outre une perte de rendement due- à une perte de charge au dispositif d'étranglement.
L'ensemble selon l'invention est caracté risé en ce qu'il comprend des moyens pour régler le débit d'air à travers une buse d'in jection dans laquelle est monté l'injecteur et des moyens de commande pour faire varier les sections des orifices de sortie du dispositif à aubes.
Au lieu d'utiliser un dispositif obturateur pour faire varier les sections des orifices de sortie du dispositif de guidage à aubes, cette variation peut être réalisée en déplaçant les aubes de ce dispositif les unes par rapport aux autres. Pour cela, les aubes peuvent être pi votées, par exemple autour d'axes radiaux par rapport à l'axe du dispositif de guidage, de façon que l'angle que fait chaque aube avec le flux d'air entrant puisse varier.
Les moyens de contrôle du dispositif de guidage à aubes peuvent être actionnés ma nuellement ou automatiquement, en fonction du dosage suivant lequel le combustible est fourni à l'injecteur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, une forme d'exécution de l'objet de l'in vention.
La fig. 1 est une vue en perspective d'un détail de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en coupe développée d'une partie de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe longitudinale sché matique de cette forme d'exécution.
Les fig. 1 et 2 montrent un dispositif de guidage à aubes destiné à donner un@ mouve ment rotatif à l'air de combustion, comme il sera décrit plus loin. Ce dispositif comprend des aubes hélicoïdales 1, fixées sur un moyeu creux 2. Un déflecteur 3 est fixé, par exemple par soudure, au bord aval (c'est-à-dire le bord par lequel l'air abandonne le dispositif) sur chacune des aubes. Ces déflecteurs sont tous dans un même plan normal à l'axe du dispo sitif. Un orifice de sortie pour l'air passant à travers le dispositif d'aubes dans la direction de la flèche A est défini par les bords opposés de chaque paire de déflecteurs voisins.
Un dispositif obturateur comprenant une série de secteurs 4 d'obturation est monté, près des déflecteurs 3, de telle façon que chaque secteur 4 soit placé contre un déflecteur 3. Les secteurs 4 qui peuvent tourner par rapport aux aubes 1 sont fixés sur un manchon qui est semblable et coaxial au moyeu 2, ils présentent un bord aval en biseau dirigé vers l'extérieur du dispositif de guidage par rapport au sens de circulation de l'air.
Les fig. 1 et 2 montrent les secteurs 4 dans une position dans laquelle ils ferment en viron les trois quarts de la section de chaque orifice de sortie. Par rotation, dans l'un ou l'autre sens, l'obturateur peut être actionné pour fermer ou ouvrir complètement tous les orifices. Le mouvement de fermeture relatif se fait dans un sens déterminé par rapport au bord aval de chaque secteur, c'est-à-dire que les déflecteurs 3 se déplacent vers la droite par rapport aux secteurs 4. Le dispositif de guidage à aubes est muni d'un anneau extérieur 20 comme représenté à la fig. 3, sur lequel sont fixées les aubes 1 et le tout est placé dans la chambre de combus tion 6 entourée d'une enveloppe extérieure 5.
Le dispositif de guidage entoure un injecteur de combustible 7 monté à l'intérieur d'une buse 8 présentant une partie conique 8' anté rieure, adjacente à l'extrémité de l'injecteur 7. Cette buse 8 laisse passer entre sa partie co nique et l'extrémité de l'injecteur 7, par exem ple, environ un quart de l'air primaire, par dés passages 19 et des orifices correspondants. mé nagés dans le moyeu 2, la buse étant fermée à l'arrière.
Cette buse 8 est montée sur un tube 9 qui peut coulisser longitudinalement sur l'injecteur 7. Le moyeu 2 du dispositif de guidage peut glisser sur la buse 8 et est muni de fentes héli coïdales 10 dans lesquelles sont engagés des doigts 11 solidaires de la buse 8.
La partie arrière du moyeu 2 sert à régler le degré d'ouverture des passages 19 de la buse 8.
Les secteurs 4 sont munis à leur périphérie externe d'un manchon 12 qui est fixé à la paroi de la chambre de combustion 6. Le bord ar rière de l'anneau extérieur 20 du dispositif de guidage d'air bute contre une pièce de retenue 13 fixée à l'intérieur du manchon 12. Le dis positif de guidage d'air est ainsi empêché de se déplacer longitudinalement, d'une part, par les secteurs 4 et, d'autre part, par la pièce 13.
Un bras 14 est fixé au manchon 9 et porte l'extrémité d'une tige filetée 15 sur laquelle est monté un volant de commande 18. La tige 15 se visse dans une pièce 16 formant écrou à travers une plaque de fermeture arrière 17 de l'enveloppe 5. En faisant tourner le volant 18, le manchon 9 est déplacé axialement et celui- ci à son tour entraîne le moyeu 2 en rotation grâce à la coopération des doigts 1l dans les fentes 10.
Comme les secteurs 4 restent fixes, la ro tation du dispositif de guidage d'air entraîne une modification dans les sections des orifices de sortie. Simultanément, la quantité d'air ad mis par la buse 8 est modifiée, d'une part, du fait de la variation de l'espace entre la partie 8' de la buse et l'extrémité de l'injecteur et, d'autre part, du fait de la variation de l'aire des passages 19 découverts par les ouvertures du moyeu 2 du dispositif de guidage d'air.
La réduction des sections des orifices de sortie de ce dispositif de guidage par les sec teurs 4, n'entraîne pas de perte d'énergie en amont de la sortie dudit dispositif. L'énergie est ainsi tout entière disponible pour d6velop- per la vitesse de tourbillonnement dans toutes les positions de l'obturateur. Simultanément aux variations de section des orifices du dis positif de guidage d'air, il apparaît une réduc tion correspondante de l'air admis par la buse 8.
La vis 15 peut être actionnée manuelle ment, ou automatiquement, en fonction de l'importance de l'alimentation en combustible de l'injecteur 7.
Bien que la fig. 1 montre un dispositif de guidage d'air dans lequel les bords de sortie des aubes sont dans un même plan., on pour rait prévoir toute autre disposition. Par exem ple, les bords de sortie des aubes pourraient être disposés sur une surface conique, étant entendu que les déflecteurs 3 qui leur sont fixés et les secteurs 4 seraient disposés suivant la même surface.
Assembly comprising a combustion chamber for a gas turbine and a device for guiding combustion air The present invention relates to a unit comprising a combustion chamber for a gas turbine and a blade guide device giving movement. rotary with combustion air, this device being mounted around a fuel injector.
A well-known difficulty in the operation of a gas turbine installation comprising a compressor, a combustion chamber and a turbine is that, for a load lower than that for which the total has been calculated, the efficiency of the gas turbine. combustion chamber tends to decrease. The main cause of this drop in efficiency is the increase in the air / fuel ratio which occurs at low loads. One cause is the decrease in air flow through the vane guide which usually occurs at the same time and which results in a decrease in the vortex velocity of the primary air entering the chamber.
To improve the primary air / fuel ratio, it has been proposed to have means upstream of the vane guide device to throttle the primary air inlet to a point varying with the load on the chamber.
This expedient, however, results in an even further reduction in the vortex rate of the primary air in the guide device at low loads, which in part negates the improvement in combustion efficiency due to the combustion efficiency. adjustment of the air / fuel ratio, further developing a loss of efficiency due to a pressure drop at the throttle device.
The assembly according to the invention is characterized in that it comprises means for adjusting the air flow through an injection nozzle in which the injector is mounted and control means for varying the sections. outlet orifices of the vane device.
Instead of using a shutter device to vary the sections of the outlet orifices of the vane guide device, this variation can be achieved by moving the vanes of this device relative to one another. For this, the blades can be pi voted, for example around radial axes with respect to the axis of the guide device, so that the angle which each blade makes with the incoming air flow can vary.
The control means of the vane guide device can be actuated manually or automatically, depending on the dosage according to which the fuel is supplied to the injector.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.
Fig. 1 is a perspective view of a detail of this embodiment.
Fig. 2 is a developed sectional view of part of FIG. 1. FIG. 3 is a schematic longitudinal section of this embodiment.
Figs. 1 and 2 show a vane guide device for imparting rotary movement to the combustion air, as will be described later. This device comprises helical vanes 1, fixed on a hollow hub 2. A deflector 3 is fixed, for example by welding, to the downstream edge (that is to say the edge through which the air leaves the device) on each blades. These deflectors are all in the same plane normal to the axis of the device. An outlet for air passing through the vane device in the direction of arrow A is defined by the opposite edges of each pair of neighboring baffles.
A shutter device comprising a series of shutter sectors 4 is mounted, close to the deflectors 3, so that each sector 4 is placed against a deflector 3. The sectors 4 which can rotate with respect to the vanes 1 are fixed on a sleeve which is similar and coaxial to the hub 2, they have a bevelled downstream edge directed towards the outside of the guide device relative to the direction of air flow.
Figs. 1 and 2 show the sectors 4 in a position in which they close approximately three quarters of the section of each outlet port. By rotation, in either direction, the shutter can be operated to close or fully open all of the ports. The relative closing movement takes place in a direction determined with respect to the downstream edge of each sector, that is to say that the deflectors 3 move to the right with respect to the sectors 4. The vane guide device is provided with an outer ring 20 as shown in FIG. 3, on which the blades 1 are fixed and the whole is placed in the combustion chamber 6 surrounded by an outer casing 5.
The guide device surrounds a fuel injector 7 mounted inside a nozzle 8 having an anterior conical part 8 ', adjacent to the end of the injector 7. This nozzle 8 allows its conical part to pass between and the end of the injector 7, for example, about a quarter of the primary air, through passages 19 and corresponding orifices. housed in the hub 2, the nozzle being closed at the rear.
This nozzle 8 is mounted on a tube 9 which can slide longitudinally on the injector 7. The hub 2 of the guide device can slide on the nozzle 8 and is provided with helical slots 10 in which are engaged fingers 11 integral with the nozzle 8.
The rear part of the hub 2 is used to adjust the degree of opening of the passages 19 of the nozzle 8.
The sectors 4 are provided at their outer periphery with a sleeve 12 which is fixed to the wall of the combustion chamber 6. The rear edge of the outer ring 20 of the air guide device abuts against a retaining piece. 13 fixed inside the sleeve 12. The positive air guide device is thus prevented from moving longitudinally, on the one hand, by the sectors 4 and, on the other hand, by the part 13.
An arm 14 is fixed to the sleeve 9 and carries the end of a threaded rod 15 on which is mounted a handwheel 18. The rod 15 is screwed into a part 16 forming a nut through a rear closing plate 17 of the The casing 5. By rotating the flywheel 18, the sleeve 9 is displaced axially and the latter in turn drives the hub 2 in rotation thanks to the cooperation of the fingers 11 in the slots 10.
As the sectors 4 remain fixed, the rotation of the air guiding device causes a modification in the sections of the outlet openings. Simultaneously, the amount of air ad put through the nozzle 8 is modified, on the one hand, due to the variation of the space between the part 8 'of the nozzle and the end of the injector and, of on the other hand, due to the variation in the area of the passages 19 discovered by the openings of the hub 2 of the air guide device.
The reduction of the sections of the outlet orifices of this guiding device by the sectors 4 does not lead to a loss of energy upstream of the outlet of said device. The entire energy is thus available to develop the swirl speed in all the positions of the shutter. Simultaneously with the variations in the section of the orifices of the air guiding device, a corresponding reduction appears in the air admitted by the nozzle 8.
The screw 15 can be actuated manually, or automatically, depending on the size of the fuel supply to the injector 7.
Although fig. 1 shows an air guiding device in which the outlet edges of the blades are in the same plane. One could provide any other arrangement. For example, the outlet edges of the blades could be arranged on a conical surface, it being understood that the deflectors 3 which are attached to them and the sectors 4 would be arranged along the same surface.