FR2548267A1

FR2548267A1 - Turbine fournissant des variations rapides de la puissance delivree

Info

Publication number: FR2548267A1
Application number: FR8409644A
Authority: FR
Inventors: Kenneth Odell Johnson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-06-20
Filing date: 1984-06-20
Publication date: 1985-01-04
Also published as: GB8413004D0; GB2141785B; US4529887A; JPS6045734A; DE3422210A1; IT8421300A0; FR2548267B1; GB2141785A; IT1178486B; IT8421300A1; JPH0468455B2; CA1210447A

Abstract

TURBINE FOURNISSANT DES VARIATIONS RAPIDES DE LA PUISSANCE DELIVREE SANS MODIFICATION NOTABLE DE LA VITESSE DU GENERATEUR DE GAZ. ELLE COMPORTE UN DISPOSITIF DE COMMANDE QUI COMPREND: A.UN MOYEN 45 POUR DETECTER DES VARIATIONS DE LA PUISSANCE ELECTRIQUE DEMANDEE A LA GENERATRICE; B.UN MOYEN 51 PERMETTANT DE MODIFIER LE DEBIT DU CARBURANT FOURNI AU MOTEUR EN FONCTION DES VARIATIONS DE A, ET C.DES MOYENS 57, 61 PERMETTANT DE MAINTENIR LE RAPPORT AIR-CARBURANT DE LA CHAMBRE DE COMBUSTION A UNE VALEUR SENSIBLEMENT CONSTANTE. APPLICATION AUX MOTEURS A TURBINE A GAZ.

Description

i La présente invention concerne les turbo-moteurs capables de provoquer

des changements rapides de la puissance développée et, plus particulièrement, des moteurs de ce type à double rotor qui permettent ces changements rapides sans 5 entraîner une variation importante de la vitesse du générateur de gaz La présente invention peut trouver des applications importantes dans les systèmes de production d'énergie électrique. Dans un réseau électrique alimenté par un alterna10 teur, il est généralement important que la fréquence de l'alternateur soit stable, c'est-à-dire qu'elle soit maintenue dans une fourchette, par exemple de 5 %, par rapport à la fréquence fixée de 60 Hz L'obtention de cette stabilité pose un problème lorsqu'on utilise pour entraîner l'alternateur un 15 moteur à turbine à gaz à double rotor (un moteur à double rotor comporte un premier rotor à haute pression produisant un courant gazeux de grande vitesse, que l'on appelle par conséquent étage générateur de gaz Un second rotor de puissance extrait l'énergie mécanique du courant gazeux au moyen 20 d'une turbine motrice L'énergie mécanique ainsi extraite

sert à entraîner l'alternateur).

Les changements de charge de l'alternateur posent des problèmes, par exemple au moment o une charge électrique importante est branchée au réseau, ou en est débranchée Le 25 changement de charge provoque une variation de l'énergie mécanique absorbée par l'alternateur, d'o l'obligation de modifier l'énergie renfermée par le courant gazeux fourni

par le générateur de gaz.

En général, l'énergie fournie par le générateur de gaz ne peut changer instantanément, car l'énergie du courant gazeux est fonction de la vitesse de rotation des composants tournants de ce générateur Il faut à ces composants un certain temps pour que leur vitesse soit modifiée Ainsi, il se produit un certain retard entre le changement de la charge électrique demandée et la variation, en réponse, de la vitesse du générateur de gaz Pendant ce retard, la fré10 quence de l'alternateur s'écarte de la fréquence fixée Le plus souvent, le réseau électrique ne peut tolérer cet écart, car soit l'amplitude, soit la durée, soit les deux sont trop importantes. De plus, les gaz d'éjection produits par le gêné15 rateur de gaz sont généralement récupérés par un échangeur de

chaleur après avoir fourni de l'énergie à la turbine motrice.

On sait que l'efficacité d'un échangeur de chaleur est d'autant plus élevée que le gradient de température entre son entrée et sa sortie est plus grand Mais on sait aussi 20 que la variation de la vitesse du générateur de gaz dans un moteur à double rotor provoque un changement de la température des gaz d'éjection, et que ce changement a une valeur moins grande que le changement correspondant rencontré dans un moteur à rotor unique lorsqu'il y a modification de sa 25 puissance de sortie Par exemple, alors que la puissance de sortie d'un moteur à rotor unique diminue de façon à fournir l'énergie dont a besoin la turbine motrice, la température des gaz d'éjection décroît notablement car le débit d'air reste essentiellement constant alors que le débit de carbu30 rant diminue Dans cet exemple, l'efficacité de l'échangeur de chaleur diminue de manière correspondante, mais d'une façon plus importante que dans le cas d'un moteur à double rotor Par conséquent, même si le temps de réponse du moteur à rotor unique estsatisfaisant pour maintenir la fréquence du réseau à sa valeur correcte, il se produit une diminution

du rendement de la récupération de chaleur 'Par conséquent, alors qu'on peut maintenir la fréquence à une valeur constante, il y a réduction du rendement du système.

En outre, la puissance fournie par un moteur à géométrie non variable décroît approximativement comme la puissance quatre de la vitesse Une décélération due à une augmentation de la charge peut donc facilement ralentir le moteur au point o toute récupération est impossible à cause de la réduction importante de la puissance de sortie pour la vitesse nouvelle, plus faible Classiquement, une centrale électrique fait appel à de multiples moteurs Dans un système utilisant de multiples moteurs à rotor unique, la réponse à un problème de surcharge consiste à déconnecter l'équipement qu'alimentent les génératrices (c'est-à-dire 15 à procéder à un délestage) rapidement et, idéalement, dans

un laps de temps très court, de l'ordre de 30 millisecondes.

Etant donné qu'il est difficile de détecter une surcharge, puis de faire un délestage dans un laps de temps aussi court, la présence de surcharge peut provoquer le ralentissement des moteurs jusqu'à un point de fonctionnement o il ne peut

y avoir espoir de rétablissement.

La présente invention a pour buts de: réaliser un moteur à turbine à gaz perfectionné permettant une réponse rapide en puissance; réaliser un moteur à turbine à gaz perfectionné du type à double rotor dont le générateur de gaz et la turbine motrice fonctionnent à vitesse sensiblement constante en dépit des variations de la puissance fournie par la turbine à une charge extérieure; réaliser un moteur à turbine à gaz perfectionné du type double rotors dont les gaz d'éjection ont une

température sensiblement constante pour des valeurs diffé-

rentes de la puissance de sortie; réaliser une génératrice d'électricité perfectionnée fournissant une plus grande marge de temps pour délester

en cas de surcharge.

Dans un mode de réalisation de l'invention, on prévoit des moyens permettant de détecter les variations de la puissance électrique fournie par une génératrice électrique entraînée par un moteur à turbine à gaz En réponse à la détection, d'autres moyens modifient le débit d'alimen10 tation en carburant et en air du moteur en fonction des variations de la demande de puissance et maintiennent le

rapport air-carburant dans la chambre de combustion pratiquement constant.

La description qui va suivre se réfère aux figures 15 annexées qui représentent respectivement:

figure 1, un mode de réalisation de la présente invention; figur E 2 A, 2 H, 3 A-3 E, 4 et 5, le comportement

de divers paramètres du moteur impliqués dans la présente 20 invention.

La figure 1 représente un moteur à turbine à gaz 2 à double rotor constitué d'un premier rotor 5 et d'un second rotor 8 Le premier rotor 5 renferme les étages 10 du compresseur procédant à la compression de l'air d'admis25 sion 13 qui est mélangé à du carburant (non représenté) fourni par un injecteur 13 et allumé dans une chambre de combustion 16 Les gaz de combustion 19 se déchargent dans une turbine 21 qui est accouplée mécaniquement par un arbre 24 aux étages 10 du compresseur pour qu'il y ait compression 30 de l'air 13 dont l'admission se poursuit et maintien du processus de combustion Les gaz de combustion 19, après passage dans l'étage 21 formé par la turbine du premier rotor 5, sont dirigés vers une turbine motrice 27 qui entraîne un second arbre 30 tournant dans le sens de la flèche 33, ainsi qu'une génératrice électrique 36 Les gaz de combustion 19 sont canalisés vers un échangeur de chaleur

36 Aqui procède à une nouvelle extraction de leur énergie.

L'échangeur de chaleur 36 peut servir de source de chaleur pour un circuit d'eau chaude(utilisé par exemple pour des bains) lorsque le système de la figure 1 est installé à bord d'un

navire pour alimenter l'équipement électrique.

La génératrice électrique 36 alimente en énergie

électrique un réseau 37 représenté par des résistances 38.

L'addition d'une charge au réseau électrique est schématisée 10 par la fermeture d'un interrupteur 40 qui branche unerésistance supplémentaire 42 au réseau 37 Cette addition a pour effet d'augmenter la charge à laquelle la génératrice 36 est soumise, de sorte que la génératrice et la turbine 27 qui lui est directement accouplée ont tendance à ralentir. 15 C'est-à-dire que l'énergie cinétique emmagasinée dans la génératrice tournante 36 étant transformée en énergie électrique, on assiste à une décélération de la génératrice De façon à combattre cette décélération, les gaz de combustion 19 doivent fournir davantage de puissance à la turbine 27. 20 La puissance fournie à la turbine 27 est fonction de l'énergie des gaz de combustion 19 Cette énergie E est donnée par la relation E = 1/2 MV 2, o M est la masse des gaz entrant dans la turbine 27 et V 2 le carré de la vitesse des gaz de masse M En réponse à la décélération de la 25 génératrice 36, on cherche à augmenter la quantité E. La nécessité de procéder à cette augmentation est détectée par un compteur de fréquence 45 qui contrôle la fréquence de l'énergie électrique fournie aux câbles de sortie 48 de la génératrice 36 Ainsi, le compteur de fré30 quence 45 a pour fonction de détecter l'augmentation de la demande en puissance électrique, laquelle se manifeste par une décélération de la génératrice 36 En réponse à la diminution de la fréquence, un circuit de commande 51 couplé au compteur de fréquence 45 produit des signaux qui sont

reçus par un organe 53 d'actionnement de stator et un dis-

positif 55 de commande de carburant L'organe d'actionnement 53 fait tourner des stators variables 57 de manière à augmenter le courant d'air d'admission 13; c'est-à-dire que l'angle des stators diminue Le dispositif 55 de commande de carburant augmente, en réponse au circuit de commande 51, le débit de carburant vers l'étage 16 formé par la chambre de combustion en augmentant la sortie d'une soupape de carburant 61 Les effets combinés de l'augmentation du courant d'air 13 entrant dans le compresseur 10 et de l'ac10 croissement du volume de carburant fourni à la chambre de combustion 16 sont synchronisés de sorte que le rapport air/carburant du mélange introduit dans le chambre 16 reste sensiblement constant avec l'augmentation de la puissance de sortie du moteur Ceci provoque une augmentation de l'énergie libérée dans le générateur de gaz, c'est-à-dire des gaz de combustion 19 (en kg parseconde), de sorte que cette énergie supplémentaire est presque immédaitement fournie à la turbine 27 Les détails concernant la réalisation du circuit de commande 51 n'entrent pas dans le domaine de la présente invention, mais sont connus de l'homme de l'art En outre, la valeur du réglage des stators permettant d'obtenir dans un moteur à turbine à gaz particulier un courant d'air donné à une certaine vitesse du compresseur constitue une caractéristique connue du moteur La méthode particulière de maintien d'un rapport constant entre l'air et le carburant du mélange ne fait pas non plus partie de la présente invention On discutera plus amplement les principes généraux de commande des mélanges air-carburant en liaison avec les figures 2 A 2 H. Les figures 2 A 2 H représentent des courbes, avec le temps en abscisses et divers paramètres defonctionnement du moteur en ordonnées La figure 2 A représente la courbe de l'augmentation de la demande de puissance électrique à la suite de la fermeture de l'interruption 40 de la figure 1. 35 Cette courbe montre que la puissance demandée passe presque immédiatement d'une valeur voisine de zéro (ou marche à vide) à 100 % de la puissance nominale Cette augmentation provoque une décélération immédiate de la génératrice 36, d'o la chute de fréquence représentée en figure 2 B La chute de la fréquence est détectée par le compteur de fréquence 45 (figure 1) qui déclenche le circuit de commande 51 Le circuit 51 provoque alors la variation du débit du carburant et la modification de la position des stators comme représenté en figures 2 C et 2 D Le débit du carburant 10 passe de la valeur nominale pour lamarche à vide de 30 % du débit nominal à une valeur de 100 % du débit nominal Le réglage des stators se traduit par le passage d'une valeur nominale de 18 pour la marche à vide à une valeur de -1 l

pour fournir 100 % de la puissance nominale.

En réponse aux changements du débit du carburant et de la position des stators, le débit de l'air entrant dans le générateur de gaz augmente comme l'indique la figure 2 E (c'est-à-dire que l'énergie des gaz de combustion 19, figure 1, croit) Les variations du débit du carburant 20 et de la position des stators sont coordonnées de sorte que le rapport air/carburant reste sensiblement constant comme le montre la figure 2 F Comme représenté en figure 2 G, la vitesse du générateur de gaz reste également sensiblement constante Par conséquent, l'augmentation du débit d'air du 25 générateur de gaz fourni à la turbine 27 (figure 1) est due non à une vitesse plus grande du-générateur de gaz, mais à la production de gaz d'éjection plus chauds qui se propagent à une vitesse plus élevée En outre, il y a également combustion d'une plus grande quantité de carburant et d'air, 30 comme indiqué en figures 2 C et 2 F, de sorte que la masse

des gaz d'éjection augmente aussi.

Pour résumer, le débit du carburant et la position des stators sont ajustés pour provoquer une augmentation de la masse des gaz de combustion ainsi que de leur vitesse,

pour fournir davantage de puissance à la turbine motrice 27.

Ces opérations, si elles sont correctement exécutées, auront pour effet de maintenir la vitesse de la turbine motrice dans des limites acceptables, à savoir 5 %, comme représenté en figure 2 H Cette bonne exécution dépendra des caractéris5 tiques de fonctionnement du moteur particulier utilisé De plus, comme le rapport air-carburant est maintenu à une valeur constante, la température des gaz de combustion 19 (Figure 1) reste elle-même constante, puisqu'elle est largement fonction de ce rapport Ainsi l'efficacité de l'échan10 geur de chaleur 36 A n'est pas diminuée, par une réduction de la température des gaz d'éjection Une autre conception du comportement des paramètres du moteur fait l'objet des figures 3 A 3 E. Dans ces figures, certains paramètres du moteur 15 sont représentés en fonction de la position des stators du générateur de gaz lorsque celui-ci fonctionne à 100 % de sa vitesse nominale En figure 3 A, on peut voir que le débit du carburant (appelé parfois consommation spécifique de carburant) diminue avec l'angle des stators; le rapport entre 20 les pressions de sortie et d'entrée du compresseur (c'est-àdire le rapport du compresseur), figure 3 B, diminue lorsque l'angle des stators augmente; la vitesse du générateur de gaz, figure 3 C, reste constante en fonction de l'angle des stators; la température à l'entrée du générateur de gaz, figure 3 D, reste constante en fonction de l'angle des stators; mais le débit d'air du générateur de gaz en kg/s, figure 3 E,

diminue avec l'angle des stators.

Le fonctionnement particulier du moteur venant d'être décrit est en outre illustré en figures 4 et 5 La figure 4 30 est un diagramme généralisé du rapport entre pressions du compresseur en fonction du débit d'air (masse par unité de temps) par le générateur de gaz de la figure 1 Les lignes concaves 10 l A 101 I représentent différents débits de carburant La ligne 103 indique une limite de décrochage 35 au-dessus de laquelle (comme par exemple, le point 105),

le moteur ne peut fonctionner car il se trouve en décrochage.

Si le moteur fonctionnait dans les conditions représentées, par exemple, par le point 107, de manière à augmenter le débit d'air du générateur de gaz en fournis5 sant davantage de carburant, on peut passer du point 107 à un point tel que 108 situé sur la ligne 101 E représentant un débit de carburant fourni plus grand Mais ce passage rapproche le point de fonctionnement de la limite de décrochage 103, ce qui n'est pas souhaitable En outre, le passa10 ge du point 107 au point 108 implique une augmentation du rapport entre les pressions, comme l'indique l'axe des ordonnées Cependant, comme cela est le cas d'un mode de réalisation de la présente invention, si le passage initial 107 à un point de fonctionnement 110 se produit généralement 15 dans le sens horizontal le long d'une ligne 109, on peut alors tolérer une augmentation beaucoup plus grande du débit

du carburant et être encore au-dessous de la limite 103.

C'est-à-dire que si l'on maintient constant le rapport entre les pressions ou si on ne le fait croître que légèrement 20 avec l'augmentation du débit du carburant, on peut alors obtenir un passage rapide à des conditions o le débit du carburant et le débit d'air sont tous deux élevés Ce surpassement du rapport entre pressions s'obtient en manipulant les stators de la manière décrite en liaison avec la figure 25 3 B Le rapport entre pressions de la figure 4 est fonction de l'angle des stators (figure 3 B) La diminution de l'angle des stators dans la partie 114 de la figure 3 B ne provoque aucune variation appréciable du rapport entre pressions

mais, comme représenté en figure 3 E, entraîne une augmenta30 tion du débit d'air du générateur de gaz.

Sous une optique différente, le débit du carburant croît lorsqu'on passe du point 107 au point 110; le débit d'air du compresseur augmente avec la diminution de l'angle des stators, mais cette diminution se traduit par un chan35 gement minimal du rapport entre pressions, comme représenté lo

en figure 3 B, et le rapport air-carburant reste constant.

Ainsi on peut considérer qu'à un passage entre points effectué dans le sens horizontal (figure 4) correspond un rapport entre pressions de valeur constante Le passage entre les points 107 et 110 n'a été donné qu'à titre d'exemple. Pour des raisons diverses dont le rendement du moteur, le trajet du passage entre points à retenir de préférence serait celui qui est représenté par les tirets 109 A, lequel est généralement parallèle à la limite de décrochage 103, car, 10 d'une manière générale, les trajets correspondant à un rendement de fonctionnement constant sont en gros parallèles à la limite de décrochage représentée dans les figures,

telles que la figure 4.

En figure 5, on a indiqué une autre façon de décrire 15 le comportement du -système de la présente invention, la courbe de cette figure représentant la position des stators en fonction de la vitesse du générateur de gaz La ligne 117 est la limite de décrochage Les lignes incurvées 121 A121 E représentent différents débits d'air du générateur de 20 gaz, la valeur du débit allant en croissant des lignes supérieures (par exemple, 121 A) vers les lignes inférieures (par exemple, 121 E) C'est ainsi que si l'on suit le trajet allant du point 125 au point 129, un fonctionnement correspondant à un faible débit de carburant et un angle important des stators (point 125) se transforme en fonctionnement o le débit de carburant est élevé et l'angle des

stators faible (point 129), alors que la vitesse du générateur de gaz reste constante.

La discussion précédente a porté sur un premier changement de la demande de puissance lorsqu'on passe de la marche à vide à un fonctionnement correspondant à 100 % de la puissance nominale On considérera maintenant le cas o la puissance consommée passe de 100 % à 150 % de la valeur nominale, et ce second changement fait l'objet de la figure 35 2 A Contrairement au premier cas, le second changement n'est que temporaire et est la conséquence d'un mauvais fonctionnement, par exemple d'une panne de génératrice dans un groupe comportant plusieurs génératrices Une panne de cette nature provoque une surcharge transitoire des génératrices restant en fonctionnement jusqu'au moment o l'on peut déconnecter l'équipement électrique (en général, cette opération s'effectue automatiquement) du réseau de manière à réduire la puissance totale demandée Pendant cette période, les génératrices restant en marche, selon la 10 présente invention, fournissent une puissance supérieure à la valeur nominale, mais dans une fourchette permise de la fréquence fixée, de sorte qu'un équipement sensible à la fréquence ne se trouvera pas perturbé pendant la période

de déclenchement automatique.

Comme représenté en figure 2 B, la surcharge provoque la décélération de la génératrice 36 (Figure 1), d'o une baisse de la fréquence La baisse de la fréquence dans ces conditions de surcharge peut atteindre sept pour cent, comme le montre la figure 2 B, sans que cela perturbe l'ali20 mentation d'équipements électroniques de types divers Le compteur de fréquence 45 (figure 1) détecte la diminution de la fréquence et transmet le signal de détection au circuit de commande 51 Ce dernier déclenche le fonctionnement de l'organe 53 d'actionnement de stator de manière à provoquer, 25 respectivement, une augmentation du débit du carburant jusqu'à 150 % du débit nominal, comme représenté en figure 2 C, et une diminution de l'angle des stators jusqu'à une valeur d'environ -8 , comme indiqué en figure 2 D Ces changements se traduisent par une augmentation de la vitesse 30 du générateur de gaz qui se trouve portée à 108 % de sa valeur nominale, comme représenté en figure 2 G La figure 2 F montre que le rapport air-carburant croit brièvement pendant la surcharge momentanée du système représenté en figure 1 Les changements venant d'être décrits en liaison 35 avec les figures 2 C 2 G se traduisent par l'augmentation 1 % de la vitesse de la turbine motrice à 107 % de la valeur correspondant à la fréquence fixée de 60 Hz Ainsi, le réglage du débit du carburant et de la position des stators permet au moteur à double rotor de répondre à une charge 5 électrique brève égale à 150 % de sa valeur normale Les principes généraux décrits en liaison avec les courbes de la variation de certains paramètres du moteur en fonction de l'angle des stators s'appliquent au cas de surcharge

venant d'être exposé.

On vient de procéder à la description d'une invention o un moteur à turbine à gaz à double rotor entraîne

une génératrice électrique alimentant un réseau électrique.

En réponse à un accroissement de la charge du réseau, le système de la présente invention provoque l'augmentation 15 de la fourniture de carburant ainsi que du débit de l'air

entrant dans le compresseur en ouvrant les aubes du stator.

Ces changements, lorsqu'ils sont synchronisés pour faire en sorte que le rapport air-carburant de la chambre de combustion reste constant, se traduisent par une augmentation de la 20 puissance fournie par le générateur de gaz à la turbine motrice tout en maintenant la vitesse de ce générateur à une

valeur sensiblement constante Le moteur a un meilleur rendement car il peut être réglé pour la valeur optimum correspondant à une seule vitesse de fonctionnement.

En cas de surcharge s'élevant approximativement à 15 % de la charge normale, il y a augmentation du débit du carburant, accroissement du débit d'air, mais le rapport air-carburant augmente, la vitesse du générateur de gaz croît, et la fréquence de la génératrice diminue, et cela 30 pendant quelques secondes seulement jusqu'au moment o il y a réduction de la surcharge par élimination de la charge électrique. Vu sous un autre angle, l'énergie appliquée à la turbine motrice est une fonction sensiblement linéaire 35 de la quantité de carburant fournie, en partie parce qu'il

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ne faut aucune énergie pour accélérer le générateur de gaz jusqu'à 100 % de la puissance nominale, puisque sa vitesse

est maintenue presque constante à ce régime de marche.

En outre, la température des gaz d'éjection reste à peu près constante car, comme cela est connu de la technique, cette température est pratiquement fonction du rapport air-carburant, lequel reste approximativement le même jusqu'à 100 % de la puissance nominale D'autre part, selon la présente invention, le débit de l'air entrant dans la tur10 bine motrice est fonction de l'angle des stators et, comme l'accélération des composants ne requiert aucune énergie (dans la marche jusqu'à 100 % de la puissance nominale), l'énergie est presque instantanément fournie à la turbine

en fonction de cet angle.

La discussion précédente a porté sur la réponse du système de la présente invention à des augmentations de la puissance demandée Néanmoins, le système de la présente invention répond également à une diminution des besoins en

puissance Une telle réponse est couverte par cette même 20 description, dans la mesure o le lecteur considère l'axe

du temps des courbes 2 A 2 H de droite à gauche et non de

gauche à droite comme on vient de le faire.

La discussion précédente a décrit la réponse de la présente invention dans le cas de variations brutales de la 25 demande en énergie électrique On n'a choisi ce cas que pour faciliter l'explication du système En pratique, les variations seront vraisemblablement progressives et continues,

bien que pouvant être rapides.

Dans la discussion précédente, on a décrit l'uti30 lisation de ce qu'on a appelé un moteur à turbine à gaz à double rotor On a employé cette expression pour simplifier,

et celle-ci recouvre l'emploi d'un moteur à multiples rotors.

De même, on a indiqué que les angles des stators avaient des valeurs discrètes, par exemple 18 Ces valeurs 35 n'ont été données qu'à titre d'illustration, car on sait

dans la technique que les moteurs à stators variables com-

portent en général de nombreux étages de stators, chaque étage pouvant présenter un angle qui lui est propre Cependant, la manière de maintenir le rapport air-carburant approprié par manipulation des stators apparaîtra à l'homme de l'art 5 dès qu'il aura compris le fonctionnement du système de la

présente invention.

Le terme "constant" qu'on a employé pour le rapport air-carburant s'entend au sens mécanique, et non au sens propre du mot C'est ainsi qu'un dépassement momentané et de 10 petits écarts d'une variable par rapport à une valeur de

base n'empêcheront pas de la considérer comme constante.

De nombreuses substitutions et modifications peuvent être apportées à la présente invention sans sortir de son esprit et son domaine En particulier, il n'eÉt pas nécessaire 15 d'employer un compteur de fréquence pour détecter les variations de la fréquence du réseau électrique, car n'importe lequel de nombreux dispositifs connus peut assurer cette fonction Par exemple, comme le compteur de fréquence dont le fonctionnement a été décrit ci-dessus provoque la commande du débit du carburant en fonction de la puissance électrique fournie, on peut le remplacer par un wattmètre A cet égard, on peut caractériser la présente invention par la commande du débit de carburant en proportion directe avec les besoins

en puissance, tout en maintenant pratiquement constant le 25 rapport aircarburant dans la chambre de combustion.

De plus, les courbes représentant en figures 2, 3 et 4 la variation de certains paramètres du moteur ne sont

que des descriptions généralisées du comportement de celui-ci.

Les variations spécifiques du débit du carburant et de la position des stators dont il a été question seront différentes d'un moteur à l'autre Cependant, l'homme de l'art saura modifier le débit de carburant etl'angle des stators dans le but de maintenir le rapport air-carburant à une valeur constante Par exemple, on peut monter une tringler Je mécani35 que entre une vanne de commande de carburant et une soupape d'admission d'air dans la chambre de combustion pour maintenir un rapport constant entre les débits des fluides dans ces deux organes A titre d'autre exemple, on peut employer un circuit de réaction connu de l'homme de l'art5 pour détecter le rapport air-carburant et régler le débit de carburant et la position des stators afin de maintenir

ce rapport à une valeur constante.

De plus, le procédé de commande utilisé lorsque la puissance demandée est supérieure à la valeur nominale 10 peut être l'un de ceux qu'on emploie dans l'art, c'est-àdire un procédé standard de commande des débits d'air et de carburant L'une des raisons de cette utilisation est que le débit d'air fourni à la turbine motrice est généralement fonction du carré de la vitesse du générateur de gaz Ainsi, 15 l'accélération de la vitesse du générateur de gaz pour la porter de la valeur correspondant au régime nominal à 110 % de cette valeur a pour effet de fournir un débit d'air supérieur à celui qui serait dû à une augmentation similaire de la vitesse, mais à partir d'une vitesse plus faible Par conséquent, le temps de réponse est plus rapide aux vitesses élevées du générateur de gaz et la nécessité de faire appel aux caractéristiques de réponse rapide de la présente invention est moins grande On peut donc utiliser le système de la présente invention pour des régimes de marche allant 25 jusqu'à 100 % de la puissance nominale, avec retour aux

systèmes de commande de l'art antérieur au-delà de 100 %.

La discussion précédente a porté sur le rapport air-carburant d'un moteur La demanderesse souligne que la connaissance de la température d'entrée à la turbine motrice 30 (appelée parfois T 44) ainsi que du débit du carburant permet le calcul du rapport air-carburant Ce fait peut être employé dans la présente invention En outre, il apporte une méthode permettant de maintenir le rapport air-carburant à une valeur constante: on mesure le rapport de cette manière; on utilise un dispositif de commande connu de la technique pour détecter un écart par rapport à la valeur constante et en cas de détection d'écart, le dispositif de commande modifie soit le débit de carburant, soit le débit d'air, comme décrit précédemment, de manière à maintenir5 constant le rapport air- carburant Cette modification s'effectue simultanément à toute autre modification dictée par des variations de la fréquence; c'est-à-dire que dans ce mode de réalisation, la fréquence est renvoyée au dispositif de commande de carburant pour régler le débit, et l'informa10 tion relative à la température (représentative du rapport air-carburant) est renvoyée de manière à contrôler le

débit d'air, par exemple par modulation des aubes du stator.

Claims

REVENDICATIONS

1 Dispositif de commande d'un moteur à turbine à gaz entraînant une génératrice électrique ( 36) caractérisé en ce qu'il comprend: a) un moyen ( 45) pour détecter des variations de la puissance électrique demandée à la génératrice, b) un moyen ( 51) permettant de modifier le débit du carburant fourni au moteur en fonction des variations de (a), et c) des moyens ( 57, 61) permettant de maintenir le

rapport air-carburant de la chambre de combustion à une valeur sensiblement constante.

2 Dispositif de commande d'un moteur à turbine à gaz ( 2) comprenant un étage formé par un générateur de gaz ( 16) fournissant des gaz d'éjection à un étage constitué d'une turbine motrice ( 27) qui entraîne une génératrice électrique ( 36), l'étage formé par le générateur de gaz comprenant plusieurs stators variables ( 57), caractérisé en ce qu'il comporte: a) un moyen de détection ( 45) permettant de détecter la fréquence de l'énergie développée par la génératrice électrique ( 36) et de produire un signal de fréquence représentatif de celle-ci; b) un moyen de commande ( 51) recevant le signal de fréquence et, en réponse, modulant le débit du carburant fourni au moteur ainsi que les stators variables ( 57) du moteur afin de maintenir le rapport air-carburant à une valeur sensiblement constante dans la chambre de 30 combustion ( 16) dans le but: i) de maintenir sensiblement constante la vitesse du générateur de gaz, et ii)de maintenir sensiblement constante la vitesse de la

génératrice électrique ( 36).

3 Dispositif de commande d'un moteur à turbine à gaz ( 2) comprenant un étage générateur de gaz ( 16) fournissant séquentiellement des gaz d'éjection à un étage constitué d'une turbine motrice ( 27) qui entraîne une génératrice électrique ( 36), puis à un échangeur de chaleur ( 36 A), carac5 térisé en ce qu'il comprend: a) un moyen de détection ( 45) permettant de détecter la fréquence de l'énergie développée par la génératrice électrique ( 36) et de produire un signal de fréquence représentatif de celle-ci; b) un moyen de commande ( 51) recevant le signal-de fréquence et, en réponse, modulant le débit du carburant fourni au moteur tout en maintenant le rapport air-carburant dans la chambre de combustion à une valeur sensiblement constante dans le but:

15 i) de maintenir sensiblement constante la vitesse du générateur de gaz, ii) de maintenir sensiblement constante la vitesse de la génératrice électrique, et,

iii) de maintenir sensiblement constante la température 20 des gaz d'éjection ( 19).

4 Procédé de commande d'un moteur à tumbine à gaz ( 2) entraînant une génératrice électrique ( 36), caractérisé en ce qu'il consiste à: a) fournir du carburant au moteur en fonction de l'éner25 gie électrique demandée, et b) maintenir à une valeur sensiblement constante le rapport air-carburant dans la chambre de combustion

( 16).

Procédé de commande d'un moteur à turbine à gaz ( 2) 30 comportant un étage générateur de gaz ( 16) constitué de plusieurs stators variables ( 57) et fournissant des gaz d'éjection ( 19) à un étage formé d'une turbine motrice ( 27) entraînant une génératrice électrique ( 36), caractérisé en ce qu'il consiste à: a) détecter la vitesse de la génératrice électrique ( 36) 1 i 3 b) établir un écart de la vitesse obtenue dans l'étape (a) par rapport à une vitesse prédéterminée; c) à moduler en réponse à l'écart obtenu dans l'étape (b), des stators variables ( 57) et le carburant four5 ni au moteur de sorte que: i) le rapport air-carburant reste sensiblement constant dans la chambre de combustion, ii) la vitesse de l'étage générateur de gaz reste sensiblement constante, et

iii) l'écart obtenu dans l'étape (b) soit réduit.