Dispositif pour le graissage, la régulation et la sécurité d'une turbine à gaz La présente invention a pour objet un dispositif pour le graissage, la régulation et .la sécurité d'une turbine à gaz.
On sait que les turbines à gaz comportent un ou plu sieurs arbres susceptibles de tourner à très grande vitesse. Par ailleurs, les conditions thermiques de fonc tionnement de la turbine sont très sévères et elles néces sitent un contrôle permanent.
Les problèmes de régu lation, de graissage et de sécurité qui en résultent sont particulièrement importants dans le cas d'une turbine à gaz comportant deux arbres distincts, à savoir un arbre primaire sur lequel sont calées la roue d'un compres seur centrifuge et celle d'une turbine à haute pression, puis un .arbre secondaire portant une roue de turbine à basse pression qui fournit la puissance mécanique du groupe. Une turbine de ce genre a déjà été décrite dans le brevet No 511366.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une pompe mécanique de graissage et une électropompe auxiliaire de graissage montée en pa rallèle pour les périodes de démarrage et d'arrêt, une pompe mécanique pour le combustible, une pompe mé canique pour l'huile motrice d'un circuit régulateur, dans lequel :
la canalisation d'alimentation principale se divise en une canalisation d'huile à pression régulée par un détecteur tachymétrique, et en une autre canalisation contenant une huile à pression modulée, ces deux cana lisations actionnant un régulateur qui provoque l'ouver ture ou la fermeture d'un obturateur intercalé sur 1e cir cuit de combustible.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, illustre une fourme d'exécution du dispositif objet de l'invention La fig. 1 est un schéma d'ensemble du dispositif. La fig. 2 est une coupe axiale du régulateur sur lequel on a affiché une vitesse faible, par exemple la vitesse de ralenti. La fig. 3 est une coupe analogue où le régulateur affiche la pleine vitesse.
La fig. 4 est une coupe axiale de la pompe triple qu'on utilise pour alimenter, d'une part le circuit de combustible, d'autre part le circuit d'huile motrice du régulateur, et enfin le circuit d'huile de graissage.
Lu, fig. 5 est une coupe axiale de la soupape de décharge du circuit d'huile de graissage.
La fig. 6 est une coupe axiale de la soupape de décharge du circuit d'huile motrice.
La fig. 7 est une coupe axiale de la soupape de décharge du circuit de combustible.
A la fig. 1, un dispositif de régulation de graissage et de sécurité équipe une turbine à gaz qui comprend l'ambre primaire 1 d'un générateur à gaz 2, et l'arbre secondaire 3 d'un étage de puissance 4. Sur l'arbre pri maire 1 sont calées la roue 5 d'un compresseur centri- fuge et la roue 6 d'une turbine à haute pression. La roue 7 d'une turbine basse pression est calée au contraire sur l'arbre de puissance 3.
A l'avant, l'arbre primaire 1 entraîne un boîtier de mécanismes 6 qui commande notamment la rotation d'un ventilateur 9 et celle des trois pompes des diffé rents circuits.
Le circuit de graissage alimente les paliers 10, 11, 12, 13 de la turbine en parallèle à partir d'une canalisa- tion principale 14. Cette canalisation principale reçoit l'huile à travers un filtre 15.
En aval des paliers 10, 11, 12, 13, l'huile de grais sage retourne à un bac 16.A travers une crépine 17, l'huile est prélevée dans ce bac 16 par trois pompes 18, 19 et 20 montées en parallèle. Les pompes 18 et 19 sont entraînées mécaniquement par le boîtier de mécanismes 8, alors qu'au contraire la pompe 20 est entraînée par un moteur électrique indépendant 21.
Cette électro- pompe 20 est prévue pour assurer le graissage pendant la phase de démarrage de la turbine, c'est-à-dire avant que la pompe 19 ne débite suffisamment.
La pompe 19 est pourvue au refoulement d'un cla pet anti-retour 22 et elle envoie l'huile dans une canali sation 23, éventuellement équipée d'un filtre 24. De même, la pompe 20 refoule dans le filtre 24 à travers un clapet anti-retour 25.
Sur le refoulement de la pompe 19, en amont du clapet anti-retour 22, on monte un manostat 26 taré de façon à provoquer automatiquement l'arrêt du moteur 21 de la pompe 20 dès que la pression d'huile refoulée par la pompe 19 devient suffisante.
En aval du filtre 24, on monte en dérivation sur la canalisation 23, une !soupape de surpression 27 dont le détail a été représenté sur la fig. 5. Cette soupape 27 (fig. 1) s'ouvre dès que la pression d'huile dans la cana lisation 23 dépasse une valeur prédéterminée, le surplus d'huile étant alors renvoyé au bac 16 par une canalisa tion 28.
La canalisation 23 envoie l'huile dans un radiateur 29 à travers lequel la circulation d'air est provoquée par le ventilateur 9. L'huile ainsi refroidie est dirigée sur le filtre 15, puis sur la canalisation de graissage 14.
Cette canalisation 14 est enfin équipée de manostats de graissage 30, et de sécurité 31, montés en parallèle sur les paliers 10, 11, 12, 13.
Pendant le début de la phase<B>de</B> lancement de la tur bine, la rampe de graissage 14 est alimentée par l'élec- tropompe 20, 21 qui s'arrête dès que la pompe 19 en traînée par la machine, délivre une pression d'huile suf fisante.
L'électropompe 20, 21 est également prévue pour reprendre en charge l'alimentation du circuit 23, 14 pen dant le temps d'arrêt de la machine, lors d'une défail lance éventuelle de la pompe 19 (ce défaut entraîne l'arrêt du groupe). L'électropompe 20, 21 permet égale ment d'assurer pendant un -arrêt normal de la turbine, le graissage correct de la ligne d'ambre basse pression 12, 13 laquelle, dans de nombreuses applications, peut avoir un temps d'arrêt plus prolongé que la ligne haute pression 10, 11.
Le principe de régulation représenté .sur la fig. 1 assure un fonctionnement de la turbine à vitesse cons tante, ce qui convient à l'entraînement d'un alternateur ou au montage sur certains véhicules spéciaux.
La régulation est assurée à partir d'un circuit d'huile motrice et d'un circuit de carburant.
Dans le circuit d'huile motrice la pompe 18 refoule l'huile dans une canalisation 32 sur laquelle est monté en parallèle un clapet limiteur de pression 33. Le détail de ce clapet a été représenté sur la fig. 6.
La canalisation 32 alimente en parallèle deux cana lisations 34 et 35 dont chacune est pourvue d'un étran glement calibré 36 ou 37. A son tour, la canalisation 35 se partage en deux canalisations 38 et 39. La canalisa tion 39 alimente un détecteur tachymétrique 40 monté sur la turbine motrice 3, 7.
Ce détecteur tachymébrique 40 délivre une pression sensiblement proportionnelle au carré de la vitesse de rotation de la turbine matrice 7. Cette pression s'établit ainsi dans les canalisations 38 et 39. Le débit d'huile du détecteur, fonction de la vitesse, est renvoyé au bac par une canalisation 41.
La canalisation 38 aboutit à son tour à un régulateur dont le détail est représenté sur les fig. 2 et 3. D'autre part, la canalisation 34, alimentée par l'orifice calibré 36 et également reliée à ce régulateur, renferme une huile dite modulée dont la pression est réglée, par mise à la décharge par le régulateur, au niveau de la cham bre 44. Ce débit excédentaire est renvoyé au bac 16 par la canalisation 43.
Dans le circuit de carburant le fuel est contenu dans une caisse à carburant 44. A travers une crépine 45, il est aspiré pair une pompe 46 qui refoule dans un filtre 47.
A la sortie de ce filtre 47 sont montés en parallèle: - un clapet limiteur de pression 48 dont le détail a été représenté sur la fig. 7 et qui renvoie à la crépine 45 le surplus de carburant fourni par la pompe 46, - une vanne 49 qui distribue le combustible aux gi cleurs 50 et 51 des chambres de combustion,
ces gicleurs étant montés tous deux en parallèle et équipés chacun d'une électrovanne à trois voies 52 ou 53 susceptible de renvoyer l'excédent de fuel à la caisse 44, par une canalisation commune 54 ; ces électrovannes à trois voies permettent, par le jeu de leurs deux positions, d'éliminer le matelas d'air en amont du gicleur pendant le début de la phase de lancement;
- un obturateur 55 qui, commandé par le régulateur 42, provoque sur le circuit de combustible une fuite de débit réglé qui retourne à la crépine 45 par une canali sation 56.
La vanne 49 peut être commandée à la main ou par des moyens électriques. Elle est destinée à assurer un arrêt d'urgence ode la turbine, en cals de mauvais fonc- tionnement des vannes 53 et 52.
On monte en dérivation sur la canalisation 38, un manostat 57 destiné à assurer la sécurité de survitesse, c'est-à-dire qu'il se déclenche si la vitesse de rotation de la turbine basse ,pression 7 dépasse une valeur déter- minée. Enfin, on monte dans le col eoteur d'échappe ment 58 de la turbine,
un détecteur de surtempéra- ture 59.
Le régulateur 42 et l'obturateur 55 sont incorporés dans un seul et même appareil (fig. 2 et 3). Un corps 58 est muni à son sommet d'un couvercle 59 sur lequel on visse une douille filetée 60 d'un bouton d'affichage de vitesse 61.
En vissant plus ou moins ce bouton, on fait varier la compression d'un ressort 62 qui, par l'inter- médiaire d'une bille centrale 63 et d'une coupelle 64, agit sur un tiroir cylindrique 65.
Celui-ci est muni de quatre fentes longitudinales 66 qui permettent de démasquer .une fuite plus ou moins importante suivant @la position axiale !de ce tiroir 65 par rapport à un siège fixe 67 au centre duquel il coulisse. L'amplitude des déplacements du tiroir 65 reste très faible. Deux embouts latéraux as surent le
raccordement de la canalisation d'huile régulée 38 avec la chambre supérieure 68 du régulateur, et de la canalisation d'huile modulée 34 avec la chambre 44.
A la partie inférieure de la chambre 44 coulisse<B>de</B> façon étanche un piston 69 qu'un ressort de compres- sion 70 tend à repousser à l'encontre de la pression mo- duilée régnant dans cette chambre 44. Le ressort 70 prend :appui sur une cloison transversale fixe 71. La chambre 72 dans laquelle il se trouve est reliée, ainsi qu'une chambire 132, à lia canalisation de retour 43.
La communication s'effectue par des perçages latéraux 73 et 74.
Par l'intermédiaire d'une bielle de centrage 75, la tige 76 du piston 69 agit sur une autre tige coulissante 77 solidaire d'une coupelle de poussée 78.
La tige 77 cou lisse dans une douille 79 dont l'extrémité inférieure est à sonRTI ID="0002.0195" WI="7" HE="4" LX="1255" LY="2643"> toua solidaire d'une coupelle 80.
Entre les cou pelles 78 et 80, sont logés deux ressorts de compression concentriques 81 et 82 ayant des fiexibilités différentes, ces ressorts 81 et 82 prenant appui l'un sur l'autre par une coupelle intermédiaire 83.
A sa base, au centre de la coupelle 80, la douille 79 agit par une bille de poussée 84 sur un petit piston dis tributeur 85. Celui-ci comporte une jupe cylindrique 86 percée de petits orifices 87 capables de créer une fuite réglable suivant que le coulissement du piston 69 les amène plus ou moins au-dessus d'un siège fixe 88. Au- dessus de ce siège 88 est située une chambre 89 qui com munique avec la canalisation de fuite 56.
Par contre, on raccorde au corps 58 sous le siège 88, la canalisation 90 qui reçoit le fuel de la pompe à combustible 46 (fig. 1 et 2).
La mise en pression du circuit de carburant alimen tant les gicleurs 50 et 51 des chambres à combustion est réalisée dès le démarrage de la turbine, par la pompe 46. Afin d'obtenir une bonne pulvérisation, les gicleurs 50 et 51 sont d'un type dit simple<B> .</B> De ce fait, le ré glage du débit de carburant dans les gicleurs 50 et 51 est obtenu par la variation directe de la pression d'alimen tation.
Cette variation de pression est réalisée par l'in termédiaire du régulateur 42 et de l'obturateur variable 55. Cet appareil (fig. 2 et 3) est réglé de façon à limiter au démarrage la pression du circuit à une valeur d'envi ron 7 bars, qui est la valeur minima nécessaire à une inflammation correcte de carburant dans les chambres de combustion.
La régulation illustrée sur les dessins permet de maintenir une vitesse constante sur la ligne d'arbre mo trice 3, dans les limites d'un statisme donné, quelles que soient les variations de charge. Le point d'affichage de cette vitesse constante peut être déplacé à volonté.
L'élément fournissant le paramètre vitesse est le détecteur tachymétrique 40 qui fournit dans la canaJlisa- tion 38 une pression d'huile régulée sensiblement pro portionnelle au carré de la vitesse de la turbine 7.
La montée en vitesse de la turbine haute pression 6 et, par conséquent, celle de la turbine basse pression 7, est réalisée par action sur le régulateur de pression de carburant 42. Cette action se traduit par la compression progressive du ressort 62 si l'on visse davantage le bou ton 61 (fig. 3).
On limite ainsi la mise à la décharge de l'huile modulée de la chambre 44 qui provient de l'écou- lement à travers le trou calibré 36. Cette limitation de l'écoulement à travers les fentes 66 du Miroir 65 pro voque une augmentation de pression dans la chambre 44 et un abaissement du piston 69 (flèches 91) qui, à son tour, comprime successivement l'un des deux couples de ressorts 70 et 81, puis 70 et 82.
La tension de ces res sorts provoque sur le piston 85, un effort qui s'oppose à la pression du carburant dans la canalisation 90 (flè che 92). Cette action a pour effet de limiter l'écoulement de carburant à travers les orifices 87, c'est-à-dire de puis la canalisation 90 jusqu'à la canalisation de retour 36.
On observe finalement une augmentation de la pres sion alimentant les gicleurs 50 et 51, et, parallèlement, un accroissement de la vitesse des deux arbres 1 et 3.
Au cours de la montée en vitesse, le ressort 62 doit équilibrer d'une part l'action de la pression d'huile mo dulée sur le bouton du tiroir 65, d'autre part l'action de la pression d'huile régulée sur la section 93 de base de ce même tiroir 65. Dès que l'arbre basse pression 3 atteint la vitesse choisie, l'action sur le ressort 62 est stoppée, le groupe se trouvant au régime charge nulle .
Si la charge vient à augmenter, l'arbre basse pres sion 3 chute très légèrement de vitesse: la variation de régime se traduit par une diminution de la pression régulée dans la canalisation 38, cette diminution provo quant le déséquilibre du tiroir 65 et entraînant une aug mentation de la pression d'huile modulée dans la cham bre 44 ainsi que, par conséquent, un accroissement du débit de combustible dans les gicleurs 50 et 51.
Lors d'une diminution de charge, le régulateur 42 réagit en sens inverse.
Les limites dans lesquelles varie la vitesse de rotation fixent la valeur du statisme.
L'ensemble de régulation selon la fig. 4 groupe en un seul appareil la pompe à fuel 46, la pompe à huile motrice 18, et la pompe de graissage 19. Pour cela, on utilise une pompe à huile 18 comportant deux engre nages 94 et 95 calés sur deux arbres 96 et 97. Deux autres engrenages 133 et 134 portés par ces mêmes arbres constituent la pompe de graissage 19. L'arbre me nant 96 comporte des cannelures d'entraînement 137 sur son extrémité qui dépasse hors du carter 98.
A son extrémité opposée, l'arbre 96 se termine par une douille 99 sur les cannelures intérieures 100 de laquelle vient s'adapter l'extrémité cannelée<B>101</B> d'un arbre 102. Celui- ci constitue l'arbre menant de la pompe à fuel 46 et il entraîne un engrenage 103, lequel engrène sur un autre engrenage 104 que porte un arbre fou 105. Les deux arbres menants 96 et 102 sont ainsi disposés dans le pro longement l'un de l'autre. L'ensemble des trois pompes 18, 19 et 46 se trouve groupé sous la forme d'un appa reil compact et peu encombrant.
Dans la soupape de surpression 27 du circuit d'huile de graissage selon la fig. 5, la canalisation d'arrivée d'huile 106 est raccordée à l'une des extrémités du corps 107 de cet appareil, tandis qu'à l'autre extrémité on branche la canalisation de retour 28.
Près du raccord de la canalisation 106 se trouve un siège cylindrique fixe 108 dans lequel coulisse de façon étanche la jupe cylin drique creuse 109 d'un clapet 110. Cette jupe est munie d'une large ouverture 111 qui reste masquée par la paroi cylindrique interne du siège 108 lorsque le clapet 110 est fermé (cas de l'exemple illustré sur la fig. 5).
Un ressort de compression 112 tend à maintenir le clapet 110 en appui sur son siège<B>108.</B> A l'opposé, ce ressort 112 est supporté par une cloison transversale fixe 113 solidaire d'une douille centrale creuse 114. La face terminale plane 113 de cette douille 114 sert de butée à la face supérieure <B>116</B> du clapet 110 pour limiter l'amplitude de soulèvement de celui-ci par rapport à son siège 108.
Des encoches 117 sont découpées sur la douille 114, au voisi nage de la face 115. Enfin, des perçages longitudinaux 116 traversent la cloison 113 autour de la douille 114.
On comprend que, tant que la pression dans la cana lisation 106 ne dépasse pas un seuil fixé par le tarage du ressort 112, le clapet 110 reste fermé (fig. 5) et l'ouver ture 111 obturée. Par conséquent, aucun débit d'huile ne s'échappe vers la canalisation 28.
Par contre, si la pression dans la canalisation 106 dépasse le seuil choisi, elle devient suffisante pour com primer le ressort 112 et soulever le clapet 110. La jupe 109 de celui-ci se comporte comme un tiroir de distri buteur qui démasque plus ou moins complètement l'ou- verture latérale 111. L'huile s'échappe par l'intérieur de la douille 114 et pair les perçages 118, en direction de la canalisation 28. Dès que la pression s'abaisse au-des sous du seuil en question, le clapet 110 se referme.
Le clapet limiteur de pression 33 selon la fig. 6 qui équipe le circuit de l'huile motrice du régulateur, reçoit l'huile par une canalisation 119 et il la renvoie au bac 16 par une canalisation 120. Son mode de construction est analogue à celui de la soupape de surpression 27. Les différences résultent uniquement du tarage choisi pour son ressert 121 et du dimensionnement de son cla pet mobile 122, notamment en ce qui concerne le dia mètre de l'ouverture latérale 123 de sa jupe cylindri que 124.
Le limiteur de pression 48 de la fig. 7 équipant le circuit de combustible est analogue à celui des appareils illustrés sur les fig. 5 et 6. Il reçoit par une canalisation 125 le combustible provenant du filtre 47, et il laisse le trop-plein refluer vers la crépine 45 à travers une cana lisation de retour 126.
La différence provient du dimen- sionnement beaucoup plus faible des organes de ce limi teur de pression, étant donné que les débits de combusti- ble à son niveau sont beaucoup plus faibles que les débits d'huile traversant les organes 27 ou 33. En particulier, on choisit un faible diamètre pour la jupe 127 de son clapet 128, ainsi que pour l'ouverture latérale 129 de cette jupe 127. Le rappel du clapet 128 sur son siège fixe 130 est assuré par un ressort 131.