Dispositif d'alimentation en comburant d'une turbine à gaz

Description

[0001] Les turbines à gaz connues sont munies de dispositifs d'alimentation en comburant dont le débit est réglable au moyen de diaphragmes pivotants. FR-A-2 572 463 décrit et représente de tels diaphragmes.

[0002] La présente invention est relative à un dispositif d'alimentation en comburant, tel que de l'air, d'une chambre de combustion d'une turbine à gaz, comprenant notamment une pluralité de diaphragmes de réglage de la quantité de comburant admis dans la chambre de combustion, chaque diaphragme comportant une couronne, qui est montée pivotante par rapport au carter de la turbine à gaz, dont le pivotement constitue le moyen de réglage de la section de passage d'admission du comburant dans la chambre de combustion, et qui est attelée à un dispositif de commande de son pivotement.

[0003] Dans un tel dispositif d'alimentation en comburant, l'invention à pour objet l'adoption des dispositions selon lesquelles certains diaphragmes au moins sont regroupés en deux diaphragmes adjacents, les deux couronnes des diaphragmes d'un groupe de deux diaphragmes comportent, chacune, un organe de réglage du pivotement de ladite couronne ; et, enfin, les organes de réglage du pivotement des deux couronnes des deux dits diaphragmes sont attelés à un organe de commande unique appartenant audit dispositif de commande du pivotement.

[0004] Les avantageuses dispositions suivantes sont en outre préférées :

• chaque organe de réglage du pivotement comprend une lumière, qui s'étend radialement par rapport à l'axe du pivotement de la couronne correspondante, cependant que ledit organe de commande unique comprend un arbre introduit concomitamment dans les deux lumières des organes de réglage du pivotement des deux couronnes d'un groupe de deux diaphragmes et comprend également un vérin linéaire comportant une tige de commande à laquelle est attelé ledit arbre ;
• ladite tige de commande est sensiblement alignée avec la bissectrice de l'angle formé par les deux rayons passant par ledit arbre et par l'axe de pivotement de chacune des deux dites couronnes ;
• ledit vérin est un vérin à fluide comprenant un cylindre fixé sur le carter de la turbine à gaz ; un piston, qui est monté coulissant à l'intérieur dudit cylindre et qui y délimite une chambre de travail ; et une tige de piston qui est solidaire dudit piston, et qui fait saillie à l'extérieur du cylindre et constitue ladite tige de commande à laquelle est attelé ledit arbre, la chambre de travail communiquant avec l'enceinte du carter de la chambre de combustion, de sorte que le fluide sous pression susceptible d'être contenu dans l'enceinte du carter de la chambre de combustion a un effet de poussée dans un premier sens sur le piston et sur la tige de piston qui en est solidaire ;
• une autre tige de piston est solidaire du piston dudit vérin à fluide et présente une extrémité qui coopère avec la face active d'une came de commande, l'effet de ladite came de commande sur ladite autre tige de piston étant antagoniste de celui du fluide sous pression susceptible d'être contenu dans la chambre de travail du vérin ;
• ladite came de commande est montée pivotante par rapport au carter de la turbine à gaz autour d'un axe et est attelée à un dispositif de réglage de son pivotement ;
• le dispositif de réglage du pivotement de la came est du type à pignon et vis sans fin ;
• les vis sans fin des dispositifs de réglage du pivotement des cames des divers groupes de deux diaphragmes sont reliées les unes aux autres par une liaison flexible, cependant qu'un dispositif d'entraînement unique est attelé à ladite liaison flexible en vue de l'entraînement simultané de l'ensemble des dispositifs du réglage du pivotement des diverses cames.

[0005] L'avantage principal d'un dispositif d'alimentation conforme à l'invention réside dans sa simplicité et sa compacité, et par suite dans l'économie de poids et de prix de revient réalisée.

[0006] L'invention sera mieux comprise, et des caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description d'une réalisation donnée ci-dessous à titre d'exemple.

[0007] Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif.

[0008] Il sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels :

• la figure 1 est une coupe transversale partielle d'une turbine à gaz munie d'un dispositif d'alimentation en comburant conforme à l'invention ;
• la figure 2 est une coupe transversale de ladite turbine à gaz montrant des détails de réalisation du dispositif d'alimentation en comburant conforme à l'invention ;
• la figure 3 est une coupe suivant III-III de la figure 2 ; et
• la figure 4 est une coupe suivant IV-IV de la figure 2.

[0009] La turbine à gaz dont la chambre de combustion est représentée, en coupe transversale, par une couronne circulaire 1, est munie de dispositifs d'alimentation en comburant 2, ici en nombre pair (16 dispositifs), groupés par paires.

[0010] Chaque dispositif 2 d'alimentation en comburant, en air dans la réalisation représentée, comporte une couronne cylindrique fixe 3, munie de passages d'admission 4 du comburant à l'intérieur de la chambre de combustion 5, et une couronne 6, qui est montée pivotante autour de l'axe 7 de la couronne fixe 3 qui entoure ladite couronne fixe 3 et qui est munie de passages 8 susceptibles d'être disposés en regard des passages d'admission 4 de la couronne fixe et ainsi de permettre l'admission du comburant dans la chambre de combustion 5 ou, au contraire, en fonction de la position relative de couronnes 3 et 6, de n'être plus disposés en regard desdits passages d'admission 4, et alors de supprimer, ou de réduire, l'admission du comburant dans la chambre de combustion. L'ensemble d'une couronne fixe 3 et de la couronne pivotante associée 6 est souvent également appelé "diaphragme". La réalisation représentée ne l'est qu'à titre d'exemple.

[0011] Chaque couronne pivotante 6 est munie d'un bras 9, qui constitue un organe de réglage de son pivotement et qui est muni d'une lumière oblongue 10. Une première tige 11 de piston, solidaire d'un piston 12, est associée aux deux bras 9 de chaque groupe de deux dispositifs 2 d'alimentation en comburant, au moyen d'un arbre 13 introduit concomitamment dans les lumières 10 des deux dits bras 9 et dans un alésage 14, dont est munie l'extrémité libre de la première tige de piston 11.

[0012] Les deux rayons passant par l'axe de pivotement 7 et par l'axe de l'arbre 13 d'un groupe de deux dispositifs 2 d'alimentation en comburant forment entre eux un angle 2A, et forment chacun, avec l'axe 15 de la première tige de piston 11, un angle A, de sorte que ledit axe 15 de cette première tige de piston 11 constitue la bissectrice de l'angle desdits deux rayons.

[0013] Chaque piston 12 est monté coulissant dans un cylindre 16, selon une direction sensiblement radiale par rapport à la paroi 1 de la chambre de combustion et parallèle à l'axe 15 de la première tige de piston 11, celle-ci traversant sans étanchéité, avec un léger jeu J, la paroi 1 et le cylindre 16 étant par ailleurs fixé sur la paroi 1 par des vis 17. Un soufflet déformable 18 est contenu dans la chambre 19 délimitée à l'intérieur du cylindre 16, entoure la première tige de piston 11 et, assujetti avec étanchéité au piston 12 et au fond 20 du cylindre qui est fixé sur la paroi 1, délimite lui-même, à l'intérieur au cylindre 16, une chambre de travail 21, qui est en communication permanente, par l'intermédiaire du jeu J, avec la chambre de combustion 5.

[0014] Une deuxième tige de piston 22, coaxiale à la première tige de piston 11, solidaire également du piston 12, traverse le fond 23 du cylindre 16, opposé au fond 20, et a son extrémité 22A en appui sur la face 24 d'une came 25. Cette came 25 est solidaire d'un support 29 qui est monté pivotant par rapport au cylindre 16 autour d'un axe 26 parallèle à l'axe 15 commun des deux tiges de piston 11 et 22, au moyen d'un palier de pivotement 27 fixé sur le corps du cylindre 16 par une vis 28. Un pignon 30 est également solidaire du support 29 de la came et coopère avec une vis sans fin 31. L'ensemble du vérin constitué par le cylindre 16 et le piston, les deux tiges de piston 11 et 22, la came 25, son support 29, et les pignons 30 et vis sans fin 31, constitue le dispositif de commande 32 des pivotements des deux couronnes pivotantes 6 d'un groupe de deux dispositifs d'alimentation 2 en comburant.

[0015] Les vis sans fin 31 des divers dispositifs de commande 32 sont en outre reliées les unes aux autres par des liaisons flexibles 33, ainsi qu'à un dispositif d'entraînement unique 34, comprenant un moteur d'entraînement en rotation de l'une, et par conséquent de chacune des vis sans fin 31.

[0016] La réalisation qui vient d'être décrite est compacte puisqu'un seul dispositif de commande 32 commande le pivotement des deux couronnes pivotantes 6 de deux dispositifs d'alimentation en comburant ou diaphragmes 2. En outre, un seul dispositif d'entraînement 34 permet le réglage des positions de toutes les cames 25. Cette réalisation compacte est donc en outre légère et a un prix de revient relativement modéré. Il aura été noté que le gaz sous pression contenu dans l'enceinte du carter de la chambre de combustion parvient dans la chambre de travail 21 de chaque vérin par l'intermédiaire du jeu J et met en appui l'extrémité 22A de chaque deuxième tige de piston 22 sur la face 24 de la came 25, en ayant ainsi un effet antagoniste de celui de ladite came.

[0017] L'invention n'est pas limitée à la réalisation décrite, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui être apportées sans sortir de son cadre.

Revendications

1. Dispositif d'alimentation en comburant, tel que de l'air, d'une chambre de combustion d'une turbine à gaz, dispositif d'alimentation comprenant notamment une pluralité de diaphragmes de réglage (2) de la quantité de comburant admis dans ladite chambre de combustion (5), chaque diaphragme comportant une couronne (6), qui est montée pivotante par rapport au carter de la turbine à gaz, dont le pivotement constitue le moyen de réglage de la section de passage d'admission du comburant dans la chambre de combustion, et qui est attelée à un dispositif (32) de commande de son pivotement,
caractérisé en ce que :

a) certains diaphragmes (2) au moins sont regroupés en deux diaphragmes adjacents ;

b) les deux couronnes (6) des diaphragmes (2) d'un groupe de deux diaphragmes comportent, chacune, un organe (9) de réglage du pivotement de ladite couronne ; et,

c) les organes (9) de réglage du pivotement des deux couronnes (6) des deux dits diaphragmes sont attelés à un organe de commande unique (11) appartenant audit dispositif de commande du pivotement (32).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque organe (9) de réglage du pivotement comprend une lumière (10), qui s'étend radialement par rapport à l'axe (7) du pivotement de la couronne correspondante, cependant que ledit organe de commande unique (11) comprend un arbre (13) introduit concomitamment dans les deux lumières (10) des organes de réglage du pivotement des deux couronnes d'un groupe de deux diaphragmes et comprend également un vérin linéaire (12-16) comportant une tige de commande (11) à laquelle est attelé ledit arbre (13).

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite tige de commande (11) est sensiblement alignée avec la bissectrice (15) de l'angle (2A) formé par les deux rayons (7-13, 7-13) passant par ledit arbre (13) et par l'axe (7) de pivotement de chacune des deux dites couronnes.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit vérin est un vérin à fluide comportant un cylindre (16) fixé (17) sur le carter (1) de la turbine à gaz ; un piston (12), qui est monté coulissant à l'intérieur dudit cylindre et qui y délimite une chambre de travail (21) ; et une tige de piston (11) qui est solidaire dudit piston, et qui fait saillie à l'extérieur du cylindre et constitue ladite tige de commande (11) à laquelle est attelé ledit arbre (13), la chambre de travail (21) communiquant (J) avec l'enceinte du carter de la chambre de combustion (5), de sorte que le fluide sous pression susceptible d'être contenu dans l'enceinte du carter de la chambre de combustion a un effet de poussée dans un premier sens sur le piston et sur la tige de piston qui en est solidaire.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en en qu'une autre tige de piston (22) est solidaire du piston (12) dudit vérin à fluide et présente une extrémité (22A) qui coopère avec la face active (24) d'une came de commande (25), l'effet de ladite came de commande (25) sur ladite autre tige de piston (22) étant antagoniste de celui du fluide sous pression susceptible d'être contenu dans la chambre de travail (21) du vérin.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite came de commande (25) est montée pivotante par rapport au carter (1) de la turbine à gaz autour d'un axe (26) et est attelée à un dispositif (29-30-31) de réglage de son pivotement.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de réglage du pivotement de la came est du type à pignon (30) et vis sans fin (31).

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les vis sans fin (31) des dispositifs (29-30-31) de réglage du pivotement des cames (25) des divers groupes de deux diaphragmes (2) sont reliées les unes aux autres par une liaison flexible (33), cependant qu'un dispositif d'entraînement unique (34) est attelé à ladite liaison flexible (33) en vue de l'entraînement simultané de l'ensemble des dispositifs du réglage du pivotement des diverses cames.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Einspeisung eines Sauerstoffträgers, z.B. von Luft, in eine Brennkammer einer Gasturbine mit mehreren Drosseln (23) zur Regulierung der der Brennkammer (5) zuzuführenden Menge des Sauerstoffträgers, wobei jede dieser Drosseln einen Kranz (6) aufweist, der so montiert ist, daß er relativ zu dem Gehäuse der Gasturbine verschwenkt werden kann, und dessen Schwenkbewegung das Mittel zur Regulierung des Durchgangsquerschnitts für die Zuführung des Sauerstoffträgers in die Brennkammer darstellt, und wobei der Kranz (6) mit einer Vorrichtung (32) zur Steuerung seiner Schwenkbewegung gekuppelt ist,
   dadurch gekennzeichnet, daß

a) zumindest gewisse Drosseln (2) in Gruppen zu jeweils zwei einander benachbarten Drosseln angeordnet sind,

b) die beiden Kränze (6) der Drosseln (2) einer Gruppe jeweils ein Organ (9) zur Regelung der Schwenkbewegung des betreffenden Kranzes aufweisen, und

c) die Organe (9) zur Regelung der Schwenkbewegung der beiden Kränze (6) der genannten zwei Drosseln (2) mit einem einzelnen Betätigungsorgan (11) gekuppelt sind, das der genannten Vorrichtung (32) zur Steuerung der Schwenkbewegung angehört.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Organe (9) zur Regelung der Schwenkbewegung eine radial zur Achse (7) der Schwenkbewegung des betreffenden Kranzes verlaufende Öffnung (10) aufweist, und daß das einzelne Betätigungsorgan (11) eine Welle (13) umfaßt, die gleichzeitig in die beiden Öffnungen (10) der Organe zur Regelung der Schwenkbewegung der beiden Kränze einer Gruppe von zwei Drosseln eingeführt ist, sowie eine lineare Winde (12 bis 16) mit einer Betätigungsstange (11), mit der die genannte Welle (13) gekuppelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (11) annähernd mit der Winkelhalbierenden (15) des Winkels (2A) fluchtet, den die beiden Radien (7-13, 7-13) bilden, die durch die Welle (13) und die Schwenkachse (7) jedes der beiden Kränze verlaufen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winde eine Fluidwinde ist, die einen an dem Gehäuse der Gasturbine befestigten (17) Zylinder (16), ferner einen in diesem Zylinder gleitend angeordneten und dort eine Arbeitskammer (21) begrenzenden Kolben (12) sowie eine mit dem Kolben fest verbundene Kolbenstange (11) aufweist, die in den Außenraum des Zylinders ragt und die genannte Betätigungsstange (11) bildet, mit der die Welle (13)gekuppelt ist, wobei die Arbeitskammer (21) mit der Hülle des Gehäuses der Brennkammer (5) derart verbunden (J) ist, daß ein in der Hülle des Gehäuses der Brennkammer enthaltenes Druckfluid eine Schubwirkung in einer ersten Richtung auf den Kolben und auf die mit diesem fest verbundene Kolbenstange ausübt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) der Fluidwinde mit einer weiteren Kolbenstange (22) fest verbunden ist, die einen Endbereich (22A) aufweist, der mit der aktiven Fläche (24) eines Steuernockens (25) zusammenwirkt, wobei die Wirkung des Steuernockens (25) auf diese weitere Kolbenstange (22) der Wirkung des in der Arbeitskammer (21) der Winde enthaltenen Druckfluids entgegengesetzt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuernocken (25) relativ zu dem Gehäuse (1) der Gasturbine um eine Achse (26) drehbar montiert und mit einer Vorrichtung (29-30-31) zur Regelung seiner Drehbewegung gekuppelt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Steuerung der Drehbewegung des Nockens eine Anordnung mit Ritzel (30) und Schnekke (31) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (31) der Vorrichtungen (29-30-31) zur Steuerung der Drehbewegungen der Nocken (25) der einzelnen Gruppen mit jeweils zwei Drosseln (2) durch ein flexibles Verbindungsorgan (33) miteinander verbunden sind, wobei eine einzige Antriebsvorrichtung (34) für den gleichzeitigen Antrieb aller Vorrichtungen zur Regelung der Drehbewegung der einzelnen Nokken mit diesem flexiblen Verbindungsorgan (33) gekuppelt ist.

Claims

1. Device for supplying comburent, such as air, to a combustion chamber of a gas turbine, the supply device comprising notably a plurality of diaphragms (2) regulating the quantity of comburent admitted to the said combustion chamber (5), each diaphragm comprising a ring (6) which is fitted to swivel in relation to the casing of the gas turbine, the swivelling of which constitutes the means of regulating the area of the passage admitting the comburent to the combustion chamber, and which is coupled to a device (32) controlling its swivelling,
characterised in that:

a) at least some diaphragms (2) are grouped together as two adjacent diaphragms;

b) the two rings (6) of the diaphragms (2) of a group of two diaphragms each comprise an organ (9) controlling the swivelling of the said ring; and

c) the organs (9) controlling the swivelling of the two rings (6) of the said two diaphragms are coupled to a single controlling organ (11) belonging to the said swivelling control device

(32).

2. Device in accordance with Claim 1, characterised in that each swivelling control organ (9) comprises an opening (10), which extends radially in relation to the swivelling axis (7) of the corresponding ring, whilst the said single controlling organ (11) comprises a pin (13) introduced concomitantly into the two openings (10) in the organs controlling the swivelling of the two rings of a group of two diaphragms and also comprises a linear ram (12-16) comprising a control rod (11) to which is coupled the said pin (13).

3. Device in accordance with Claim 2, characterised in that the said control rod (11) is substantially aligned with the bisector (1 5) of the angle (2A) formed by the two radii (7-13, 7-13) passing through the said pin (13) and through the swivelling axis (7) of each of the said two rings.

4. Device in accordance with either of Claims 2 and 3, characterised in that the said ram is a fluid ram comprising a cylinder (16) fixed (17) to the gas turbine casing (1); a piston (12) which is fitted so as to slide inside the said cylinder and which within it defines a working chamber (21), and a piston rod (11) which forms part of the said piston and which projects outside of the cylinder and constitutes the said control rod (11) to which is coupled the said pin (13), the working chamber (21) communicating (J) with the enclosure within the casing of the combustion chamber (5), so that the fluid under pressure able to be contained within the casing of the combustion chamber has a pushing effect in a first direction on the piston and on the piston rod which forms part of it.

5. Device in accordance with Claim 4, characterised in that another piston rod (22) forms part of the piston (12) of the said fluid ram and presents an end (22A) which works in conjunction with the active face (24) of a control cam (25), the effect of the said control cam (25) on said other piston rod (22) being opposed to that of the fluid under pressure liable to be contained within the working chamber (21) of the ram

6. Device in accordance with Claim 5, characterised in that the said control cam (25) is mounted to swivel in relation to the casing (1) of the gas turbine, about an axis (26) and is coupled to a device (29-30-31) controlling its swivelling.

7. Device in accordance with Claim 6, characterised in that the device controlling the swivelling of the cam is of the type of a pinion (30) and worm gear (31).

8. Device in accordance with Claim 7, characterised in that the worm gears (31) of the devices (29-30-31) controlling the swivelling of the cams (25) of the various groups of two diaphragms (2) are interconnected by a flexible drive (33), whilst a single drive device (34) is coupled to the said flexible drive (33) with a view to driving simultaneously all the devices controlling the swivelling of the various cams.

Dessins