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PERFECTIONNEMENTS AUX MOTEURS A TURBINE A GAZ.
La présente invention est relative à des moteurs à turbine à gaz du type désigné ci-après sous l'expression "turbines à gaz du type compound", dans lesquels un rotor de compresseur à haute pression et un rotor de compresseur à basse pression sont mus respectivement par une turbine à haute pression et par une turbine à basse pression, et dans lesquels le compresseur à haute pression et sa turbine associée sont capables de tourner indépendamment du compresseur à basse pression et de sa turbine associéeo
Dans les moteurs à turbine à gaz du type compund, il est prévu que soit l'entièreté de l'air comprimé par la section de compresseur à basse pression soit délivrée à la section de compresseur à haute pression,
soit qu'une partie seulement de l'air comprimé dans la section de compresseur à basse pression soit délivrée à la section de compresseur à haute pression, et que le restant soit alimenté dans une conduite de dérivation menant au délà de la section de compresseur à haute pression et de l'appareillage de combustion qui est alimenté en air par le système de compression à haute pression, et des systèmes de turbine qui reçoivent les produits de combustion venant dudit appareillage de combustion, conduite de dérivation reliée de telle manière que l'air soit délivré à l'atmosphère, soit en mélange avec l'échappement de turbine., soit séparément dudit échappement.
Un moteur pourvu de cette dernière disposition est désigné ci-après par l'expression "turbine à gaz du type compound à dérivation"o
La présente invention est particulièrement relative aux méthodes et moyens pour régler les turbines à gaz du type compound, dont les gaz d'échappement du système de turbine sont utilisés pour la propulsion d'avions par réaction, en étant envoyés à l'atmosphère à travers des tuyères de pro- pulsiono Lorsque la turbine à gaz est du type compound à dérivation, l'air comprimé passant par la conduite de dérivation, ou bien est mélangé avec les gaz d'échappement de turbine en amont de la tuyère de propulsion, ou passe
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par une tuyère de propulsion distincte.
Suivant la présente invention, une turbine à gaz du type com- pound comprend des moyens prévus pour régler la vitesse de rotation du ro- tor de compresseur à basse pression pour maintenir sensiblement une valeur choisie à l'avance de la fonction N/ÚT1, dans laquelle N est la vitesse de rotation réelle du rotor de compresseur, et T1 est la température d'entrée du système compresseur à basse pression.
La fonction N/ÚT1 est couramment connue comme étant la "vi- tesse de rotation corrigée", et les moyens de contrôle ou de réglage de la vitesse de rotation du rotor de compresseur à basse pression peuvent compren- dre un dispositif qui mesure physiquement ou est sensible à une valeur choi- sie à l'avance de la fonction, et qui est conçu pour réaliser une opération de réglage pour maintenir la valeur choisie à l'avance.
Par exemple, les mo- yens de réglage peuvent comprendre un dispositif hydraulique sensible à la vitesse,qui comprend une pompe hydraulique de capacité constante, entraînée à une vites @proportionnelle à la vitesse de rotation du système compresseur à basse pression, et un orifice à travers lequel passe le liquide délivré par la pompe, orifice dont la section utile est variée suivant la valeur de T d'une manière telle que la chute dépression à travers l'orifice soit sensiblement une fonction de N/ÚT1. De préférence, dans ce cas, la section d'o- rifice est variée directement avec la racine carrée de la température abso- lue.
Dans un autre exemple, les moyens de réglage peuvent comprendre un dis- positif électrique régulateur de vitesse comprenant un moyen pour compenser la valeur de T1; un tel système peut comprendre un dispositif générateur dont la puissance de sortie est alimentée à un circuit à pont, comprenant une bran- che de pont dont une caractéristique électrique varie avec T1.
Dans d'autres agencements, les moyens de réglage peuvent com- prendre des moyens sensibles à une variable, choisie à l'avance, du moteur, qui est uniquement en corrélation avec la fonction N/ÚT1. C'est ainsi qu'il est connu que, pour chaque valeur du rapport de pressions du compresseur, c'est-à-dire, le rapport de la pression absolue de sortie du compresseur à basse pression, à la pression absolue d'entrée, il y a une valeur correspon- dante et unique de N/ÚT1, la valeur de N/ÚT1 étant indépendante de la va- leur T1.
Suivant la présente invention, par conséquent, un dispositif peut être utilisé, qui est sensible à une valeur préchoisie de ce rapport de pres- sions du compresseur, valeur qui correspond à une valeur préchoisie de la fonction N/ÚT1, ledit dispositif étant utilisé pour actionner le moyen régu- lateur de vitesse, réglant la vitesse du compresseur à basse pression pour maintenir la valeur choisie de N/ÚT1.
Dans un autre agencement de réglage, il est prévu un dispositif qui mesure le rapport de pressions sur une gamme donnée des valeurs du rap- port, et qui, à un rapport préchoisi dans cette gamme, agit pour régler la vitesse du compresseur à basse pression.
Les moyens pour régler la vitesse rotative du compresseur à basse pression comprennent, de préférence, un dispositif à tuyère variable ou dispositif obturateur variable, réglant le passage des gaz à travers le moteur. Ainsi, dans une turbine à gaz compound, dans laquelle l'entièreté de la sortie d'air du compresseur à basse pression passe au compresseur à haute pression, le réglage de la vitesse rotative du compresseur à basse pression peut être effectué par variation de la section utile de la tuyère de propulsion ; encore, dans un tel moteur, la vitesse peut être réglée par variation du pas ou inclinaison des aubes directrices de la tuyère d'ad- mission du système compresseur à basse pression.
Dans un moteur à turbine à gaz du type compound à dérivation, dans lequel une partie de l'air com- primé par le système compresseur à basse pression est dérivée au delà du système compresseur à hautep7ession, le réglage de la vitesse de rotation
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du système compresseur à basse pression peut être réalisé en variant la section utile de la tuyère de décharge, à travers laquelle l'air dérivé sort à l'atmosphère ou est introduit dans la conduite d'échappement de turbine pour se mélanger avec les gaz d'échappement provenant des systèmes de turbine avant de sortir à l'atmosphère par la tuyère de propulsion.
Dans le dernier agencement où l'air dérivé se mélange avec les gaz d'échappement, il peut aussi être avantageux de prévoir la variation de la section de la tuyère finale de propulsiono
Dans les moteurs à turbine à gaz, suivant la présente invention, la vitesse de rotation du système compresseur à haute pression est, de préférence, réglée pour maintenir une vitesse de rotation réelle constante, ou pour empêcher qu'une vitesse de rotation réelle prédéterminée ne soit dépasséeo
L'adoption de l'invention dans les moteurs à turbine à gaz du type compound conçus pour la propulsion d'avions à haute vitesse, par exemple à des vitesses approchant ou dépassant la vitesse du son, et à des altitudes élevées.,
donne lieu à l'avantage suivanto
La température d'entrée est sensiblement augmentée au-dessus de la valeur de la température ambiante,lorsque l'avion vole à haute vitesse en vertu de l'élévation de la température de compression, qui se produit du fait de la vitesse d'avancemento C'est ainsi que si T1 est la température d'entrée du moteur, T0 la température ambiante, et V la vitesse dans l'air réelle de -1-'avion mesurée en miles par heure,
T1 = T0 + (V/100)2 (approximativement).
Et, comme il est bien connu, la température ambiante décroît avec l'altitu- de, entre le niveau du sol et la troposphèreo
Actuellement, il est usuel de concevoir un moteur à turbine à gaz du type compound et en particulier son compresseur à basse pression, de telle sorte qu'il fonctionne économiquement en vol et dans des conditions de haute altitude; lorsqu'un tel moteur fonctionne sous des conditions de basse altitude, par conséquent, et en particulier lorsque l'avion vole à sa vitesse maximum, il y a une tendance à ce que la poussée et le rendement du moteur soient réduits du fait de la température d'admission accrue, et le rendement du compresseur à basse pression, qui est soumis à son entrée, à la température d'entrée du moteur, est particulièrement affecté.
En réglant la vitesse de rotation du rotor de compresseur à basse pression, suivant l'invention, cependant, le rendement du compresseur à basse pression peut être gardé à une valeur acceptable durant tout le fonctionnement, et la poussée du moteur peut être accrue lorsque le moteur fonctionne sous des conditions de faible altitude, spécialement lorsqu'on utilise des vitesses d'avancement élevéeso
Un certain nombre de réalisations, suivant l'invention, seront maintenant décrites à titre d'exemples, la description se référant aux dessins annexéso
La figure 1 illustre une forme connue de moteur à turbine à gaz du type compound, et son moyen de réglage suivant l'invention.
La figure 2 illustre une autre forme de moteur à turbine à gaz du type compound, et son moyen de réglage suivant 1'invention.
La figure 3 illustre une partie de la figure 2 à une plus grande échelle.
La figure 4 est une vue suivant la flèche 4 de la figure 3.
La figure 5 illustre un agencement d'échappement, qui peut être utilisé à la place de celui illustré à la figure 2.
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La figure 6 illustre une autre forme du moyen de réglage, qui convient pour l'usage avec les agencements illustrés aux figures 1 à 5.
La figure 7 illustre une autre forme de réglage, convenant pour l'usage avec les agencements illustrés aux figures 2 à 5.
La figure 8 est une coupe, suivant la ligne 8-8 de la figure 7.
La figure 9 illustre en détails le moyen sensible à la vitesse corrigée, qui peut faire partie du dispositif de réglage des agencements il- lustrés aux figures 1 à 8.
La figure 10 illustre un réglage électrique, qui est conçu pour permettre un réglage en corrélation avec la vitesse de rotation corrigée.
La figure 11 illustre une forme de réglage hydraulique, qui fonctionne en corrélation avec une variable de fonctionnement, uniquement en rapport avec la vitesse de rotation corrigéeo
La figure 12 illustre encore une autre forme de réalisation d'un moyen de réglage, qui permet un réglage en fonction de la vitesse de ro- tation corrigée.
En se référant à la figure,1? des- dessins, on a illustré une forme connue d'un moteur à turbine à gaz du type compound, avec un dispositif de réglage sensible à la vitesse corrigée, illustrée schématiquement.
Le moteur comprend une section de compresseur à basse pression, comportant une enveloppe de stator 10 avec une admission d'air 11, dans la- quelle sont montées des entretoises 12 destinées à supporter un logement de palier avant 13 pour le palier avant 14 d'une partie de l'ensemble rotor du compresseur, et dans laquelle admission d'air 11 sont également montées des palettes de guidage d'admission 15, juste en amont du rotor 16 du compres- seur. Le rotor 16 est porté par un arbre 17, monté, à son extrémité avant, dans un palier 14 et, à son extrémité arrière, dans un palier 18.
Le moteur comprend aussi une section de compresseur à haute pression, qui reçoit l'entièreté de l'air comprimé dans la section de com- presseur à basse pression; la section de compresseur à haute pression com- prend une enveloppe 19 supportant l'aubage de stator 20, et un rotor 21 qui comprend un arbre 22 qui est supporté dans des paliers 23 et 24. L'arbre 22 est creux et coaxial à l'arbre 17, qu'il entoure, de la section de compres- seur à basse pression.
Le moteur comprend aussi un appareillage de combustion 25 qui est coaxial aux deux sections de compresseur et est disposé pour recevoir l'air quittant la section de compresseur à haute pression. Le combustible est délivré dans l'appareillage de combustion 25 par des tuyères 26, et le mécanisme de commande du combustible peut être de tout type quelconque.
Le moteur comprend encore une section de turbine qui est co- axiale au restant du moteur, et comprend une enveloppe subsidiaire 27, une section de rotor à haute pression 28, qui est fixée à un prolongement arriè- re de l'arbre 22, de sorte que la section de turbine 28 entraîne le compres- seur à haute pression, une section de rotor à basse pression 29, qui est re- liée à un prolongement arrière de l'arbre 17, de sorte que la section de turbine à basse pression 29 entraîne le rotor 16 du compresseur à basse pression.
L'extrémité arrière de l'arbre 22 est montée dans un palier 30, et l'ensemble rotor comprenant les rotors du compresseur à basse pression et de la turbine est supporté, à son extrémité arrière, dans un palier 31 qui est disposé dans un élément conique intérieur 32 faisant partie de l'en- semble du système d'é.chappemento
L'élément conique intérieur 32 est supporté, depuis la paroi extérieure 33 du système d'échappement, par des entretoises 34 et les gaz d'échappement sortant du système d'échappement passent dans une conduite à réaction 35 (jet-pipe) qui porte, à son extrémité arrière, une tuyère de pro- pulsion pourvue d'éléments de tuyère réglables 36, grâce auxquels la section utile de la sortie de la conduite à réaction 35 peut être variée.
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Les éléments de tuyère réglables 36 sont disposés pour être rétractés ou étendus au moyen de pistons 37 dont le réglage sera décrit ci.. après.
En se référant maintenant à la figure 2, on y a illustré un autre moteur du type compund, qui est conçu pour qu'une partie seulement de l'air délivré par la section de compresseur à basse pression soit délivrée à la section de compresseur à haute p ressiono
Dans 1-'agencement représenté à la figure 2, l'extrémité de sortie de la section de compresseur à basse pression communique avec une chambre 38 comportant une sortie annulaire dans sa paroi, conduisant à la conduite de dérivation annulaire 39 qui permet le passage d'une partie de l'air venant de la section de compresseur à basse pression, en aval au delà de la section de compresseur à haute pression, de l'installation de combustion et de la section de turbine, et ce vers un passage à réaction 40 (jet-passage) auxiliaire, annulaire, entourant la conduite à réaction 35.
Celle-ci, dans ce cas, est représentée comme ayant une tuyère à section fixe 41, et l'extrémité de sortie du passage auxiliaire annulaire à réaction 40 est réalisée avec section variable grâce à des éléments réglables semblables aux éléments 36 décrits ci-avanto L'extrémité de sortie de la conduite à réaction 35 et du passage auxiliaire annulaire à réaction 40 est représentée, à plus grande échelle, aux figures 3 et 4.
Comme dans la construction décrite précédemment, les éléments réglables 42 sont étendus ou rétractés au moyen de pistons 370
Au lieu de la conduite de dérivation 39 délivrant Pair dérivé dans un passage annulaire entourant la conduite à réaction 35, le conduite de dérivation 39 peut être reliée à son extrémité en aval, de manière à délivrer l'air dérivé, dans la conduite à réaction 35 ;
un tel agencement pour la conduite à réaction et la conduite de dérivation est représenté à la figure 50 Dans cette réalisation, la paroi extérieure 33 du système d'échappement du moteur se termine juste en aval de la paroi conique intérieure 32, et la conduite à réaction 35, au lieu d'être reliée à la paroi 33, est. reliée à une paroi annulaire 43 qui forme la limite extérieure du conduit de dérivation 39.
Comme dans la disposition de la figure l, l'extrémité de sortie de la conduite à réaction 35 est pourvue d'éléments de tuyère réglables 36, qui sont réglés par des pistons 370
Lorsque des moteurs, comme décrit ci-avant, sont réalisés, il est usuel de prévoir qu'ils fonctionnent économiquement lorsqu'ils sont à des altitudes élevées et, en vue d'améliorer leur rendement de fonctionnement sous d'autres conditions opératoires, il est prévu un moyen de réglage grâce auquel la section de compresseur à basse pression opère de manière à maintenir une valeur pré choisie sensiblement constante de sa vitesse de rotation corrigéeo
Ce réglage peut être réalisé d'unn certain nombre de manières et, en se référant à nouveau à la figure 1,
le réglage est réalisé en ajustant les éléments de tuyère 36 grâce à un mécanisme de commande 44, dont certaines formes de réalisation sont décrites en détails ci-après, de manière à maintenir la valeur préchoisie de la vitesse de rotation corrigéeo
La vitesse de la section à haute pression peut être maintenue constante grâce à tout type connu et convenable de régulateur de vitesse 45, qui est représenté comme étant entraîné à partir de l'arbre 22 par un moyen d'entraînement 45a.
Ou encore, la fourniture de combustible à 19 appareillage de combustion est réglée d'une manière quelconque bien connue en liaison avec un réglage à étranglement, une compensation de l'alimentation en combustible étant prévue pour les changements d'altitudeo A nouveau, d'une manière bien connue, des réglages de surpression d9alimentation, sensibles à une vitesse maximum préchoisie du rotor à haute pression et à une température de combustion préchoisie maximum ou température maximum des gaz d'échappement peuvent être prévus pour réduire l'alimentation en combustible, afin
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d'empêcher que la vitesse maximum et la température maximum ne soient chacune ou toutes deux dépasséeso
En se référant à nouveau à la figure 2,
le réglage dans ce cas est réalisé en ajustant les éléments 42 grâce à la commande d'un mécanisme 44. Dans ce cas encore, la section de compresseur à haute pression peut être réglée pour tourner, à une vitesse constante, par une mécanisme régulateur de vitesse 45. de toute forme connue et convenable, ou bien des réglages de vitesse maximum ou de température maximum, comme décrit ci-avant, peuvent être prévuso
En se référant à nouveau à la figure 5, le réglage dans ce cas peut être effectué en ajustant les éléments de tuyère 36 de la même manière que celle décrite avec référence à la figure 1.
En se référant maintenant à la figure 6, on y a représenté une autre manière de réglage de la vitesse de rotation corrigée de la section de compresseur à basse pression, et ce moyen convient pour l'utilisation, soit avec un moteur à turbine à gaz du type compound, tel qu'illustré à la figo 1, ou avec un moteur du type compound à dérivation, tel qu'illustré à la figure 2, ou tel qu'illustré à la figure 2 et modifiée par la figure 50
Dans cet agencement, les ailettes directrices d'admission 15 de la section de compresseur à basse pression sont rendues réglables en ce qui concerne leur inclinaison ou pas, et celui-ci peut être réglé par un mécanisme de commande, par exemple le mécanisme 44.
Les ailettes directrices d'admission 15 sont représentées comme comportant des axes 46, 47, à leurs extrémités extérieure et intérieure, grâce auxquels elles sont montées dans la structure du stator de la section de compresseur à basse pression. L'axe 46 d'une au moins des ailettes directrices 15 s'étend extérieurement à l'enveloppe, et comporte un bras de poussée 48 relié au piston 49 d'un dispositif à piston 50, auquel la fourniture du fluide sous pression est faite sous la commande du mécanisme 44. Les axes 47 de toutes les ailettes directrices d'admission 15 s'étendent à travers un élément annulaire 51 et présentent des bras de rappel 52,
chacun de ceuxci s'engageant par son extrémité dans un anneau à encoches 53 monté à rotation dans l'élément annulaire 51 pour tourner autour de l'axe du moteur. On verra que, lorsque l'aube directrice d'admission 15 voit son bras de poussée 48 réglé angulairement, son bras de rappel correspondant 52 forcera l'anneau 51 à tourner, en faisant pivoter les bras de rappel restants 52, en réglant ainsi les aubes directrices d9admission 15 restantes, d'une manière simultanée et identiqueo Toute autre forme convenable de moyen de réglage pour les aubes directrices d'admission peut être utiliséeo
En se référant maintenant aux figures 7 et 8, on y a illustré encore une autre manière suivant laquelle la section de compresseur à basse pression d'un moteur du type compound à dérivation peut être réglée,
de manière que la vitesse de rotation corrigée de la section de compresseur à basse pression soit maintenue constanteo Dans cet agencement, il est prévu un moyen obturateur dans le passage de dérivation 39, qui peut être réglé par la commande 44 pour faire varier la quantité d'air passant dans la dérivation par rapport à la quantité d'air passant dans la section de compresseur à haute pression et, de là, dans l'appareillage de combustion.
Le moyen obturateur peut prendre toute forme convenable, et est représenté comme comprenant une série d'éléments formant soupapes 54, réglables, montés dans les enveloppes 19 et 43 pour être réglés autour de leurs axes radiaux, entre une position dans laquelle ils se trouvent en travers du passage d'air dans le conduit de dérivation 39, et une position dans laquelle ils sont alignés dans la direction du passage de l'air à travers le conduit 39. Les éléments à soupapes 54 présentent, à leur extrémité extérieure, des engrenages coniques 55 qui sont en prise avec des engrenages 56 montés, avec leurs axes parallèles à l'axe du moteur, dans un rebord 57 fixé à la paroi extérieure 43 du conduit de dérivation 39.
Les engrenages coniques sont portés par leurs axes 58 dont les extrémités opposées portent des pignons 59
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qui engrènent tous avec un engrenage annulaire commun 60 monté sur la paroi 43 pour tourner autour de l'axe du moteur. L'engrenage annulaire 60 présente une oreille 61 qui est reliée au piston 62 d'un système à piston 63, la fourniture du fluide de fonctionnement à celui-ci étant réglée par le mécanisme 44.
Au lieu des éléments à soupapes 54, le moyen obturateur peut comprendre une série d'abattants ou volets s'étendant circonférentiellement, ou une série d'éléments à soupapes à papillons ou un obturateur à surface variable et déplagable axialement, ou un obturateur à diaphragme iris. Le moyen obturateur peut encore, lorsqu'il est employé avec un moteur à turbine à gaz du type compound à dérivation ayant un système d'échappement tel que celui représenté à la figure 5, être disposé à la jonction du conduit de dérivation 39 et du conduit à réaction 35, où il peut limiter le passage dans l'un de ces conduits ou des deux.
En se référant maintenant à la figure 9, on y a illustré une forme de mécanisme 44, sensible à la vitesse de rotation corrigée, convenant pour régler la fourniture d'un fluide sous pression au dispositif à piston, tel que 37, 50 ou 67.A la figure 9, le dispositif à piston est représenté comme comportant un piston 70, et un cylindre 71 divisé par le piston 70 en un espace cylindrique 72 qui est alimenté par le conduit 73 directement avec le servo-fluide sous pression, et en un espace 74 qui est alimenté à partir de la même source mais avec passage à travers un limitateur de passage 75.
Un ressort 76 pousse sur le piston 70 dans une direction tendant à accroi- tre le volume de l'espace 74. Une soupape à évent 77 (vent valve) règle le flux de sortie du fluide hors de l'espace 74 à travers le conduit 78, et comprend un élément de soupape mobile 77a coopérant avec un siège annulaire fixe 77bo
Le mécanisme 44, pour le réglage de la soupape à évent 77, comprend une pompe volumétrique à capacité constante 79, telle qu'une pompe à engrenages, entraînée à une vitesse proportionnelle à la vitesse de rota- tion du compresseur à basse pression, par exemple, grâce à un moyen d'en- traînement 79a, et conçue pour que l'entièreté de la sortie de la pompe 79 passe dans un conduit 80 dans lequel est disposé un moyen d'étranglement 81.
L'extrémité du conduit 80 en aval de l'orifice 83 est relié au conduit de combustible à basse pression 82 qui est aussi un tuyau d'aspiration pour la pompe 79. Un élément de soupape mobile 83 coopère avec l'orifice 81 pour faire varier la section de l'orifice, et l'élément 83 est relié à un élé- ment sensible à la température, représenté sous forme d'une capsule expan- sible 84 qui est conçue pour se détendre et se contracter suivant les chan- gements de la température (T ) dans l'entrée 11 versle compresseur à basse pression, en étant reliée, à cet effet, par une conduite 86 à un réservoir ou ballon rempli de liquide 85, disposé dans ladite entrée d'air 11 du mo- teuro On a prévu l'agencement de manière que, lors d'une augmentation de la température (T1),
la section utile de l'orifice soit augmentée de manière que la chute dépression à travers l'orifice soit réduite, et, en conformant convenablement Isolément 83,la chute dépression à travers l'orifice 81 peut être prévue pour être proportionnelle à N/ÚT1, où N est la vitesse de rota- tion du compresseur à basse pressiono De préférence,, la section utile de l'orifice varie avec la racine carrée de la température absolue d'entrée (T1) bien qu'une approximation suffisante puisse être atteinte dans beau- coup de cas en faisant varier la section de l'orifice, directement avec la température absolueo
Une chambre 87 est prévue ;
elle contient un diaphragme 88 qui divise ladite chambre en deux espaces dont l'un contient un ressort 89, agis- sant sur le diaphragmeo Une connexion 91 part du conduit 80 en un point situé en amont de l'orifice 81, et mène à l'espace ne contenant pas le ressort 89 et une connexion 90 part d'un point situé en aval de l'orifice 81 et mène à l'autre espace ;
le diaphragme 88 est relié à une tige 92 pour déplacer l'élé- ment de soupape à évent 77ao De cette manière, lors d'une augmentation de la chute dépression due à une augmentation de N/ÚT1, la soupape à évent 77 tend
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à être ouverte à 1?encontre de 19action du ressort 89, en permettant ainsi à la pression dans 19 espace d'écculement de sortie du cylindre 71 de tomber, et en forçant le piston 70 à se déplacer de manière que les parties, telles que les éléments 36 ou 42, ou les ailettes directrices 15 ou les soupapes 54, soient réglées pour provoquer une réduction de la vitesse de rotation du compresseur à basse pressiono
Dans une variante de 19 agencement qui vient d'être décrit,
la section de l'crifice 81 peut être maintenue constante, et le facteur température introduit, en faisant varier la charge exercée par le ressort 89 contre le diaphragme 880 Ceci peut être réalisé en prévoyant la butée pour l'extrémi- té du ressort 89, qui est disposée à 1-'écart du diaphragme 88, comme étant une capsule sensible à la températureo Ou encoreune capsule sensible à la température,de préférence de forme annulaire, peut être reliée pour charger le diaphragme 88 directement, en étant connectée à une tige qui est fixée au centre du diaphragme et aussi à l'élément de soupape à évent de réglage 77a.
Au lieu que l'élément de soupape à évent 77a soit réglé hydrauliquement commemontré à la figure 9, il peut être réglé électriquement en utilisant une commande, telle que celle décrite dans la demande de brevet britannique 300588/50, modifiée par la demande de brevet 1742/53.
Ainsi, en se référant à la figure 10, l'élément de soupape 77a est montré comme étant relié à l'armature 95 d'un solénoïde 96 pour se déplacer à l'encontre d'un ressort 97 lors de l'excitation de la bobine 960
Le circuit d'excitation,dans ce cas,comprend un générateur à courant alternatif 98, entraîné à une vitesse proportionnelle à la vitesse de rotation de la section de compresseur à basse pression du moteur, pour produire un courant alternatif dont la fréquence est proportionnelle à ladite vitesse de rotation.
Au générateur sont connectés, par des conducteurs 99a, 99b, deux circuits en parallèle, dont le premier comprend une résistance électrique réglable 100 et une capacité 102 reliées en série, et dont le second comprend en série trois résistances 103, 104, 94, avec une capacité 105 entre la résistance 103 et la résistance 94.
La résistance 94 est en nickel, et elle est montée dans l'entrée 11 du compresseur, de manière que sa résistance électrique varie avec la température d'entrée (T1)
Comme mis en évidence dans la demande de brevet britannique 1742/53, en choisissant convenablement les valeurs des résistances 94, 100, 103 et 106, et des capacités 102 105, il peut être agencé que la chute de tension dans la capacité 102 et la chute de tension dans la résistance 104 deviennent égales lorsqu'une valeur choisie de la vitesse de rotation corrigée est atteinteo Lorsque la vitesse de rotation corrigée a une valeur supérieure à la valeur choisie, alors la chute de tension dans la capacité 102 sera plus faible que celle dans la résistance 104, et vice versao Ce fait est utilisé pour réaliser la commande de la fourniture de courant au solénoide 96.
La chute de tension dans la capacité 102 est appliquée, par les conducteurs 106a. 106b à un pont redresseur 1079 et le courant pulsatoire du pont est envoyé à une bcbine 108a d'un relais commutateur 108 à deux bobineso L'autre bobine 108b est alimentée par le courant pulsatoire provenant d'un service pont 109 auquel la chute de tension dans la résistance 104 est appliquée par les conducteurs 106c, 106bo Les bobines 108a, 108b sont disposées pour produire des effets magnétiques opposés, de sorte que le contact de relais 108c prend une position contrele contact 108d ou 108e,
suivant que la vitesse de rotation corrigée est inférieure ou supérieure à la valeur choisie de cette vitesseo
Le contact 108a est relié par un conducteur 111 à une borne d'entrée d'un circuit de pont redresseur de puissance 110 dont l'autre borne d9entrée est reliée par un conducteur 112 entre les résistances 94 et 103.
La sortie du circuit 110 est reliée pour exciter un solénoïde 96, et comme le contact mobile 108 c est en contact avec 108e lorsque la vitesse de rota-
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tion corrigée est trop élevée, le solénoïde 96 sera disposé pour commander la soupape à évent 77 afin de provoquer une chute de la valeur instantanée de la vitesse de rotation corrigée, par exemple en réduisant la vitesse de rotation du rotor à faible pressions
On comprendra que, puisque la résistance 94 est sensible à la température d'entrée du moteur (T1), la fréquence à laquelle les deux chutes de tension deviennent égales variera dans le même sens que tout changement dans la température d'entrée T1.
Au lieu que Inaction de réglage soit effectuée par un système à piston., commandé par un solénoïdes la commande peut être effectuée directe- ment sur Isolément réglé par un moteur électrique réversible alimenté à par- tir du circuit de puissance 110.
En se référant maintenant à la figure 11, on y a illustré un autre dispositif destiné à régler une soupape à évent 77 ; le dispositif est sensible à une valeur préchoisie du rapport de pressions du compresseur à faible pressiono Le rapport est (comme c'est bien connu) une fonction unique de la valeur de N/ÚT1 du compresseuro
Ce dispositif est conçu pour commander le fonctionnement de la soupape à évent lorsqu'on atteint la valeur préchoisie de manière à provoquer le déplacement du système à piston hydraulique faisant fonctionner les éléments variables, pour régler la vitesse de rotation du compresseur à basse pression, de manière que le rapport de pressions, et par conséquent la valeur de N/ÚT1, soit maintenu constant à la valeur choisie à l'avance.
Une dérivation de pression est amenée au conduit 120, venant d'un point soumis à une pression du compresseur à basse pression, de préférence venant du conduit de sortie de ce dernier, pour être soumise à la pression de sortie du compresseur à basse pression, et ce conduit 120 est mené jusqu'à un point soumis à une pression plus basse du compresseur, par exemple la pression d'entrée. Le conduit 120 comporte intérieurement une paire d'étran glement 121, 122 disposés en série et ainsi le rapport de la pression entre les deux étranglements à la pression d'entrée est proportionnel au rapport de la pression de sortie à la pression d'entrée.
Un des étranglements, de préférence l'étranglement d'amont 121, est rendu réglable, d'une manière convenable, grâce à une soupape à pointeau 123, de manière que la section utile dudit étranglement soit variable; de cette manière, la relation entre le premier rapport susdit et le suivant rapport est réglableo
Le dispositif comprend encore un venturi 124 qui est relié de manière à recevoir de l'air du conduit 120, entre les deux étranglements 121, 122 et l'agencement est tel, par le choix des dimensions des étranglements 121, 122 et de la position de la dérivation vers la section de compresseur à basse pression, que le venturi 124 soit obstrué ou étranglé en fonctionnement.
L'élément de soupape à évent 77a est relié par une tige 134 à un ensemble comprenant deux diaphragmes 125, 126 qui sont reliés entre eux en leurs centres par la tige 1279 et qui sont disposés dans un carter 128 qui est ainsi divisé en trois chambres 129, 130 et 131o Les diaphragmes 125, 126 sont de surfaces différentes, et la chambre 129, comprise entre le plus petit diaphragme 125 et la première paroi terminale du carter 128, est reliée au conduit 120 entre les deux étranglements 121, 122;la chambre 130, comprise entre le plus grand diaphragme 126 et la seconde paroi terminale du carter 128, est reliée par un conduit 132, pour être à lapression d'entrée du moteur;
et la chambre 131, comprise entre les diaphragmes 125, 126, est reliée, par un conduit 133, à la gorge 124a du venturi 1240 La pression à la gorge d'un venturi étranglé est, comme c'est connu, une fonction uniquement de la pression d'entrée du venturio La tige 134 est reliée au centre du plus petit diaphragme 125 et passe à travers la première paroi terminale du carter 128.
Si la surface du plus grand diaphragme 126 est A1 et celle du plus petit diaphragme 125 est A2, si la pression de sortie du compresseur à basse pression est P2, si la pression entre les étranglements 121, 122 est
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Px,si la pression d'entrée du moteur est P1, et si la pression à la gorge du venturi est Px, alors pour l'équilibre de l'ensemble à diaphragmes
P1A1 +f Px A2 = f PX A1 + PX A2 ou P1 A1 = PX A2 + F PX (A1-A2).
Les surfaces des diaphragmes 125, 126 sont choisies pour que cet équilibre soit obtenu au rapport de pressions PX/P1 désiré qui correspond au rapport désiré P2/P1, et ainsi toute augmentation de P1 par rapport à Px provoque un mouvement de l'ensemble à diaphragmes dans la direction permettant la fermeture de l'élément de soupape à évent 77a vers son siège 77b, en augmentant ainsi la pression sur un des côtés du piston du système à piston et en forçant la partie réglée par ledit système à se déplacer dans le sens voulu pour augmenter la vitesse de rotation (N) du rotor 16 du compresseur à basse pression, et de ce fait pour augmenter le rapport dépressions PX/P1.
De même, toute augmentation de Px par rapport à P1 provoque un mouvement de 1 ' ensem- ble à diaphragmes dans la direction opposée, pour diminuer la vitesse de rotation du rotor 16 du compresseur à basse pressiono De cette manière, la vitesse de rotation du rotor de compresseur à basse pression est réglée de manière que le rapport de pressions P2/P1, et par conséquent les valeurs de N/ÚT1, soit maintenu constanto
En se référant maintenant à la figure 12, une autre forme de mécanisme sensible à la vitesse de rotation corrigée y est représentée.
Le mécanisme comprend un conduit dépression 135 menant d'un point soumis à une pression du compresseur (par exemple, la pression de sortie), à un point soumis à une pression plus faible du compresseur, par exemple la pression d'entrée du moteur, et le conduit comporte intérieurement deux étranglements 136, 137, l'étranglement d'aval 137 étant de section variable dans le but de pouvoir régler la différence de pression.
L'élément de soupape à évent 77 a est relié à un ensemble comprenant deux diaphragmes 138, 139 reliés ensemble, en leurs centres, par une tige 140, et l'élément 77a est encore relié à une capsule vide d'air 141. Les diaphragmes et la capsule sont coaxiaux. L'ensemble à diaphragmes est logé dans un carter 142 qui est ainsi divisé en trois chambres 143, 144 et 145 par les deux diaphragmes 138, 1390 Les diaphragmes sont de surfaces utiles différentes, et la chambre 143, comprise entre le plus petit diaphragme 138 et l'extrémité du carter 142, contient la soupape à évent 77, et également la capsule vide d'air 141, qui est ancrée à une butée fixe à une extrémité du carter 142.
La capsule 141 est réalisée pour avoir la même surface utile que le plus petit diaphragme 138 et de cette manière, l'effet sur l'ensemble à diaphragmes, de la pression de la chambre 143., qui est reliée à une conduite de drainage convenable 146 pour la sortie du servo-fluide, est nul.
La chambre 144, comprise entre les diaphragmes 138,139, est reliée au conduit 135 en un point compris entre les deux étranglements 136, 137 et est ainsi soumise à une pression Py,telle que Py/P1 # P2/P1, où P2 et P1 sont les pressions dans le conduit 135 en amont et en aval de la paire d'étranglements 136, 1370 La chambre 145, comprise entre le plus grand diaphragme 139 et l'autre extrémité du carter 142, est reliée au conduit 135 en aval des deux étranglements 136, 137 et est ainsi soumise à la pression P1.
Un ressort 147 est prévu, pour contrebalancer l'effet de ressort de la capsule 141.
Si la surface du plus grand diaphragme 139 est A1 et si celle
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du plus petit diaphragme 138 est A2, A3 étant égal à A1 - A2, il sera visi- ble que les forces agissant sur l'ensemble à diaphragmes sont la force PyA3, qui agit dans le sens de la fermeture de la soupape à évent 77, et la force P1A1, qui agit en sens opposéo Il s'ensuit que lorsque l'ensemble est en équililibre, Py/P1 = A/Ao Les surfaces des diaphragmes 138, 139 sont choisies de manière que l'ensemble soit en équilibre à une valeur donnée de PIPI cor- respondant à une valeur donnée de P2/P1 De ce fait, si le rapport P2/P1 s'é- lève au-dessus de la valeur choisie, l'ensemble à diaphragmes est déplacé dans le sens de fermeture de la soupape à évent 77,
en forçant le dispositif à pis- ton contrôlé à déplacer l'élément contrôlé dans le sens de réduction de la vi- tesse de rotation du compresseur à basse pression, et la vitesse de rotation est ainsi réglée de manière à maintenir une valeur préchoisie de P2/P1 cor- respondant à une valeur préchoisie de N/ÚT1.
Le rapport Py/P1 pour une valeur donnée de P2/P1 peut être va- rie en réglant l'étrangleur 137 à surface variable ci-avant., et ainsi le ré- glage peut être effectué sur une gamme de valeurs de P2/P1 sans variation quel- conque des surfaces des diaphragmeso
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-avant, et tous moyens convenables et connus peuvent être utilisés pour ré- gler la vitesse de rotation du compresseur à basse p ression pour maintenir une valeur préchoisie constante de N/T1.
REVENDICATIONS.
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IMPROVEMENTS TO GAS TURBINE ENGINES.
The present invention relates to gas turbine engines of the type designated hereinafter under the expression “gas turbines of the compound type”, in which a high pressure compressor rotor and a low pressure compressor rotor are driven. respectively by a high pressure turbine and by a low pressure turbine, and in which the high pressure compressor and its associated turbine are capable of rotating independently of the low pressure compressor and its associated turbine.
In gas turbine engines of the compund type, it is expected that either all of the air compressed by the low pressure compressor section is delivered to the high pressure compressor section,
either that only part of the compressed air in the low pressure compressor section is supplied to the high pressure compressor section, and the remainder is supplied to a bypass line leading beyond the high pressure compressor section. high pressure and combustion equipment which is supplied with air by the high pressure compression system, and turbine systems which receive combustion products from said combustion equipment, bypass line connected in such a way that the air either delivered to the atmosphere, or mixed with the turbine exhaust, or separately from said exhaust.
An engine provided with the latter arrangement is hereinafter designated by the expression "gas turbine of the bypass compound type" o
The present invention relates particularly to the methods and means for adjusting gas turbines of the compound type, the exhaust gases of the turbine system of which are used for the propulsion of airplanes by reaction, being sent to the atmosphere through propulsion nozzles o When the gas turbine is of the bypass compound type, the compressed air passing through the bypass pipe, or is mixed with the turbine exhaust gases upstream of the propulsion nozzle, or past
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by a separate propulsion nozzle.
According to the present invention, a gas turbine of the compound type comprises means provided for adjusting the speed of rotation of the low pressure compressor rotor to substantially maintain a value chosen in advance of the function N / ÚT1, where N is the actual rotational speed of the compressor rotor, and T1 is the inlet temperature of the low pressure compressor system.
The N / ÚT1 function is commonly known as the "corrected rotational speed", and the means for controlling or adjusting the rotational speed of the low pressure compressor rotor may include a device which physically measures or is responsive to a pre-selected value of the function, and which is designed to perform an adjustment operation to maintain the pre-selected value.
For example, the control means may include a speed sensitive hydraulic device, which includes a hydraulic pump of constant capacity, driven at a speed proportional to the rotational speed of the low pressure compressor system, and an orifice at. through which passes the liquid delivered by the pump, orifice whose useful section is varied according to the value of T in such a way that the drop in depression through the orifice is substantially a function of N / ÚT1. Preferably, in this case, the orifice section is varied directly with the square root of the absolute temperature.
In another example, the adjustment means may comprise an electrical speed regulator device comprising means for compensating the value of T1; such a system can comprise a generator device, the output power of which is supplied to a bridge circuit, comprising a bridge branch whose electrical characteristic varies with T1.
In other arrangements, the adjustment means can comprise means sensitive to a variable, chosen in advance, of the motor, which is only correlated with the function N / ÚT1. Thus it is known that, for each value of the compressor pressure ratio, that is to say, the ratio of the absolute pressure at the outlet of the compressor at low pressure, to the absolute pressure at the inlet , there is a corresponding and unique value of N / ÚT1, the value of N / ÚT1 being independent of the value T1.
According to the present invention, therefore, a device may be used which is sensitive to a pre-selected value of this compressor pressure ratio, which value corresponds to a pre-selected value of the function N / ÚT1, said device being used for activate the speed regulator, regulating the speed of the compressor at low pressure to maintain the selected value of N / ÚT1.
In another control arrangement, there is provided a device which measures the pressure ratio over a given range of ratio values, and which, at a pre-selected ratio within that range, acts to control the speed of the low pressure compressor. .
The means for adjusting the rotational speed of the low pressure compressor preferably comprise a variable nozzle device or variable shutter device, regulating the passage of gases through the engine. Thus, in a compound gas turbine, in which the entire air outlet of the low-pressure compressor passes to the high-pressure compressor, the adjustment of the rotary speed of the low-pressure compressor can be carried out by varying the useful section of the propulsion nozzle; again, in such an engine, the speed can be adjusted by varying the pitch or inclination of the guide vanes of the inlet nozzle of the low pressure compressor system.
In a bypass compound type gas turbine engine, in which a portion of the air compressed by the low pressure compressor system is bypassed past the high pressure compressor system, the rotational speed adjustment
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of the low pressure compressor system can be achieved by varying the useful section of the discharge nozzle, through which the bypassed air leaves to the atmosphere or is introduced into the turbine exhaust pipe to mix with the gases of 'exhaust from turbine systems before exiting to atmosphere through the propulsion nozzle.
In the last arrangement where the derived air mixes with the exhaust gases, it may also be advantageous to provide for the variation of the section of the final propulsion nozzle.
In gas turbine engines, according to the present invention, the rotational speed of the high pressure compressor system is preferably adjusted to maintain a constant actual rotational speed, or to prevent a predetermined actual rotational speed from occurring. be outdated
The adoption of the invention in gas turbine engines of the compound type designed for the propulsion of high speed airplanes, for example at speeds approaching or exceeding the speed of sound, and at high altitudes.
gives rise to the following benefit
The inlet temperature is significantly increased above the value of the ambient temperature, when the aircraft flies at high speed by virtue of the rise in the compression temperature, which occurs due to the forward speed. Thus, if T1 is the engine inlet temperature, T0 the ambient temperature, and V the actual airspeed of -1-'plane measured in miles per hour,
T1 = T0 + (V / 100) 2 (approximately).
And, as it is well known, the ambient temperature decreases with the altitu- de, between the ground level and the troposphereo
Currently, it is customary to design a gas turbine engine of the compound type and in particular its low pressure compressor, so that it operates economically in flight and in high altitude conditions; when such an engine is operating under low altitude conditions, therefore, and particularly when the aircraft is flying at its maximum speed, there is a tendency that engine thrust and efficiency will be reduced due to the increased intake temperature, and the efficiency of the low-pressure compressor, which is subjected to its input, to the engine input temperature, is particularly affected.
By adjusting the rotational speed of the low pressure compressor rotor, according to the invention, however, the efficiency of the low pressure compressor can be kept at an acceptable value throughout operation, and the engine thrust can be increased when engine operates under low altitude conditions, especially when using high forward speeds o
A certain number of embodiments, according to the invention, will now be described by way of examples, the description referring to the appended drawings.
FIG. 1 illustrates a known form of gas turbine engine of the compound type, and its adjustment means according to the invention.
FIG. 2 illustrates another form of gas turbine engine of the compound type, and its adjustment means according to the invention.
Figure 3 illustrates part of Figure 2 on a larger scale.
Figure 4 is a view along arrow 4 of Figure 3.
Figure 5 illustrates an exhaust arrangement, which can be used in place of that shown in Figure 2.
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Figure 6 illustrates another form of the adjustment means, which is suitable for use with the arrangements illustrated in Figures 1 to 5.
Figure 7 illustrates another form of adjustment, suitable for use with the arrangements illustrated in Figures 2 to 5.
Figure 8 is a section taken on line 8-8 of Figure 7.
FIG. 9 illustrates in detail the means sensitive to the corrected speed, which may form part of the adjustment device of the arrangements illustrated in FIGS. 1 to 8.
Fig. 10 illustrates an electrical adjustment, which is designed to allow adjustment in correlation with the corrected rotational speed.
Figure 11 illustrates a form of hydraulic adjustment, which operates in correlation with an operating variable, only in relation to the corrected rotational speed.
Fig. 12 illustrates yet another embodiment of an adjustment means, which allows adjustment as a function of the corrected rotational speed.
Referring to the figure, 1? in the drawings, there is illustrated a known form of a gas turbine engine of the compound type, with an adjustment device sensitive to the corrected speed, illustrated schematically.
The engine comprises a low pressure compressor section, having a stator shell 10 with an air inlet 11, in which are mounted spacers 12 for supporting a front bearing housing 13 for the front bearing 14 of the motor. a part of the rotor assembly of the compressor, and in which the air intake 11 are also mounted intake guide vanes 15, just upstream of the rotor 16 of the compressor. The rotor 16 is carried by a shaft 17, mounted, at its front end, in a bearing 14 and, at its rear end, in a bearing 18.
The engine also includes a high pressure compressor section, which receives all of the compressed air in the low pressure compressor section; the high pressure compressor section comprises a casing 19 supporting the stator blade 20, and a rotor 21 which includes a shaft 22 which is supported in bearings 23 and 24. The shaft 22 is hollow and coaxial with the shaft. The shaft 17, which it surrounds, of the low pressure compressor section.
The engine also includes combustion apparatus 25 which is coaxial with the two compressor sections and is arranged to receive air leaving the high pressure compressor section. The fuel is delivered to the combustion apparatus 25 through nozzles 26, and the fuel control mechanism can be of any type.
The engine further includes a turbine section which is co-axial with the remainder of the engine, and includes a subsidiary casing 27, a high pressure rotor section 28, which is attached to a rear extension of shaft 22, so that the turbine section 28 drives the high pressure compressor, a low pressure rotor section 29, which is connected to a rear extension of the shaft 17, so that the low pressure turbine section 29 drives the rotor 16 of the low pressure compressor.
The rear end of the shaft 22 is mounted in a bearing 30, and the rotor assembly comprising the rotors of the low pressure compressor and the turbine is supported, at its rear end, in a bearing 31 which is disposed in a internal conical element 32 forming part of the entire exhaust system
The inner conical element 32 is supported from the outer wall 33 of the exhaust system by spacers 34 and the exhaust gases exiting the exhaust system pass through a reaction pipe 35 (jet pipe) which carries , at its rear end, a propulsion nozzle provided with adjustable nozzle elements 36, by virtue of which the useful section of the outlet of the reaction pipe 35 can be varied.
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The adjustable nozzle elements 36 are arranged to be retracted or extended by means of pistons 37 the adjustment of which will be described hereinafter.
Referring now to Fig. 2, there is illustrated another compund-type motor, which is designed so that only part of the air supplied by the low pressure compressor section is supplied to the high pressure compressor section. high p ressiono
In the arrangement shown in Figure 2, the outlet end of the low pressure compressor section communicates with a chamber 38 having an annular outlet in its wall, leading to the annular bypass duct 39 which allows the passage of '' part of the air coming from the low pressure compressor section, downstream beyond the high pressure compressor section, the combustion plant and the turbine section, to a reaction passage 40 (jet-passage) auxiliary, annular, surrounding the reaction line 35.
The latter, in this case, is shown as having a fixed section nozzle 41, and the outlet end of the annular auxiliary reaction passage 40 is produced with a variable section thanks to adjustable elements similar to the elements 36 described above. The outlet end of reaction line 35 and annular auxiliary reaction passage 40 is shown, on a larger scale, in Figures 3 and 4.
As in the construction described above, the adjustable elements 42 are extended or retracted by means of pistons 370
Instead of the bypass line 39 delivering the branched air into an annular passage surrounding the reaction line 35, the bypass line 39 can be connected at its downstream end, so as to deliver the bypassed air, into the reaction line. 35;
such an arrangement for the reaction pipe and the bypass pipe is shown in Figure 50. In this embodiment, the outer wall 33 of the engine exhaust system terminates just downstream of the inner conical wall 32, and the pipe to reaction 35, instead of being connected to the wall 33, is. connected to an annular wall 43 which forms the outer limit of the bypass duct 39.
As in the arrangement of Figure 1, the outlet end of the reaction line 35 is provided with adjustable nozzle elements 36, which are regulated by pistons 370.
When engines, as described above, are produced, it is customary to provide that they operate economically when they are at high altitudes and, in order to improve their operating efficiency under other operating conditions, it is necessary to provide an adjustment means is provided by which the low pressure compressor section operates to maintain a preselected substantially constant value of its corrected rotational speed.
This adjustment can be made in a number of ways and, again referring to Figure 1,
the adjustment is carried out by adjusting the nozzle elements 36 by means of a control mechanism 44, some embodiments of which are described in detail below, so as to maintain the pre-selected value of the corrected rotational speed.
The speed of the high pressure section can be kept constant by any known and suitable type of speed controller 45, which is shown as being driven from shaft 22 by drive means 45a.
Alternatively, the supply of fuel to the combustion apparatus is adjusted in some well-known manner in connection with throttle adjustment, fuel supply compensation being provided for changes in altitude. In a well known manner, feed boost settings, responsive to a pre-selected maximum high pressure rotor speed and a pre-selected maximum combustion temperature or maximum exhaust gas temperature can be provided to reduce the fuel supply, in order to
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prevent both maximum speed and maximum temperature from being exceeded o
Referring again to Figure 2,
the adjustment in this case is made by adjusting the elements 42 through the control of a mechanism 44. In this case again, the high pressure compressor section can be adjusted to rotate, at a constant speed, by a regulating mechanism. speed 45. of any known and suitable form, or maximum speed or maximum temperature settings, as described above, may be provided.
Referring again to Figure 5, the adjustment in this case can be made by adjusting the nozzle elements 36 in the same manner as described with reference to Figure 1.
Referring now to Figure 6, there is shown another way of adjusting the corrected rotational speed of the low pressure compressor section, and this means is suitable for use either with a gas turbine engine. of the compound type, as illustrated in FIG. 1, or with a motor of the compound type with bypass, as illustrated in FIG. 2, or as illustrated in FIG. 2 and modified by FIG. 50
In this arrangement, the inlet guide vanes 15 of the low pressure compressor section are made adjustable as to their inclination or not, and this can be adjusted by a control mechanism, for example the mechanism 44.
The intake guide vanes 15 are shown as having pins 46, 47, at their outer and inner ends, by which they are mounted in the stator structure of the low pressure compressor section. The axis 46 of at least one of the guide vanes 15 extends outside the casing, and comprises a thrust arm 48 connected to the piston 49 of a piston device 50, to which the supply of the pressurized fluid is made. under the control of the mechanism 44. The axes 47 of all the intake guide vanes 15 extend through an annular element 51 and have return arms 52,
each of these engaging at its end in a notched ring 53 rotatably mounted in the annular member 51 to rotate about the axis of the motor. It will be seen that when the intake guide vane 15 sees its pusher arm 48 adjusted angularly, its corresponding return arm 52 will force the ring 51 to rotate, rotating the remaining return arms 52, thereby adjusting the Intake guide vanes 15 remaining, simultaneously and identicallyo Any other suitable form of adjustment means for the inlet guide vanes may be used o
Referring now to Figures 7 and 8, there is illustrated yet another way in which the low pressure compressor section of a bypass compound type engine can be adjusted,
so that the corrected rotational speed of the low pressure compressor section is kept constant. In this arrangement, a shutter means is provided in the bypass passage 39, which can be adjusted by the control 44 to vary the amount of air passing through the bypass relative to the amount of air passing through the high pressure compressor section and hence into the combustion apparatus.
The shutter means may take any suitable form, and is shown as comprising a series of adjustable valve members 54 mounted in shells 19 and 43 to be adjusted about their radial axes, between a position in which they lie in position. through the air passage in the bypass duct 39, and a position in which they are aligned in the direction of the passage of air through the duct 39. The valve elements 54 have, at their outer end, gears conical 55 which are engaged with gears 56 mounted, with their axes parallel to the axis of the motor, in a flange 57 fixed to the outer wall 43 of the bypass duct 39.
The bevel gears are carried by their axes 58 whose opposite ends carry pinions 59
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which all mesh with a common annular gear 60 mounted on the wall 43 to rotate around the axis of the motor. The annular gear 60 has a lug 61 which is connected to the piston 62 of a piston system 63, the supply of operating fluid thereto being regulated by the mechanism 44.
Instead of the valve elements 54, the shutter means may comprise a series of flaps or flaps extending circumferentially, or a series of butterfly valve elements or a shutter with variable and axially movable surface, or a diaphragm shutter. iris. The shutter means can also, when it is used with a gas turbine engine of the bypass compound type having an exhaust system such as that shown in FIG. 5, be disposed at the junction of the bypass duct 39 and the reaction conduit 35, where it can restrict passage through one or both of these conduits.
Referring now to Figure 9, there is illustrated one form of mechanism 44, responsive to the corrected rotational speed, suitable for controlling the supply of a pressurized fluid to the piston device, such as 37, 50 or 67 In FIG. 9, the piston device is shown as comprising a piston 70, and a cylinder 71 divided by the piston 70 into a cylindrical space 72 which is supplied by the duct 73 directly with the servo-fluid under pressure, and in a space 74 which is supplied from the same source but with passage through a passage limiter 75.
A spring 76 urges on the piston 70 in a direction tending to increase the volume of the space 74. A vent valve 77 (vent valve) regulates the outflow of fluid out of the space 74 through the conduit. 78, and includes a movable valve member 77a cooperating with a fixed annular seat 77bo
The mechanism 44, for adjusting the vent valve 77, comprises a constant capacity positive displacement pump 79, such as a gear pump, driven at a speed proportional to the rotational speed of the low pressure compressor, by example, thanks to a drive means 79a, and designed so that the entire outlet of the pump 79 passes into a duct 80 in which a throttling means 81 is arranged.
The end of the conduit 80 downstream of the orifice 83 is connected to the low pressure fuel conduit 82 which is also a suction pipe for the pump 79. A movable valve member 83 cooperates with the orifice 81 to effect. vary the cross section of the orifice, and element 83 is connected to a temperature sensitive element, shown as an expandable capsule 84 which is designed to expand and contract with changes. of the temperature (T) in the inlet 11 to the low-pressure compressor, being connected, for this purpose, by a pipe 86 to a reservoir or balloon filled with liquid 85, disposed in said air inlet 11 of the mo- teuro The arrangement has been made so that, when the temperature (T1) increases,
the useful section of the orifice is increased so that the depression drop across the orifice is reduced, and, by suitably conforming Insulation 83, the depression drop through the orifice 81 can be made to be proportional to N / ÚT1 , where N is the rotational speed of the low pressure compressor o Preferably, the useful cross section of the orifice varies with the square root of the absolute inlet temperature (T1) although a sufficient approximation can be reached in many cases by varying the orifice section, directly with the absolute temperature
A room 87 is planned;
it contains a diaphragm 88 which divides said chamber into two spaces, one of which contains a spring 89, acting on the diaphragm. A connection 91 starts from the conduit 80 at a point situated upstream of the orifice 81, and leads to the the space not containing the spring 89 and a connection 90 starts from a point located downstream of the orifice 81 and leads to the other space;
diaphragm 88 is connected to a rod 92 for moving the vent valve element 77ao In this way, upon an increase in the vacuum drop due to an increase in N / ÚT1, the vent valve 77 tends
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to be opened against the action of the spring 89, thereby allowing the pressure in the outlet discharge space of the cylinder 71 to drop, and forcing the piston 70 to move so that the parts, such as the elements 36 or 42, or the guide vanes 15 or the valves 54, are adjusted to cause a reduction in the speed of rotation of the low pressure compressor.
In a variant of the arrangement which has just been described,
the cross section of the opening 81 can be kept constant, and the temperature factor introduced, by varying the load exerted by the spring 89 against the diaphragm 880 This can be achieved by providing the stop for the end of the spring 89, which is disposed 1-'away from the diaphragm 88, as being a temperature sensitive capsule o Or a temperature sensitive capsule, preferably of annular shape, can be connected to load the diaphragm 88 directly, by being connected to a rod which is attached to the center of the diaphragm and also to the adjustment vent valve member 77a.
Instead of the vented valve member 77a being hydraulically adjusted as shown in Figure 9, it can be electrically adjusted using a control, such as that described in UK patent application 300588/50, as amended by the patent application. 1742/53.
Thus, referring to Figure 10, the valve member 77a is shown to be connected to the armature 95 of a solenoid 96 to move against a spring 97 upon energization of the valve. coil 960
The excitation circuit, in this case, comprises an AC generator 98, driven at a speed proportional to the rotational speed of the low pressure compressor section of the engine, to produce an AC current whose frequency is proportional to said speed of rotation.
To the generator are connected, by conductors 99a, 99b, two circuits in parallel, the first of which comprises an adjustable electrical resistance 100 and a capacitor 102 connected in series, and of which the second comprises in series three resistors 103, 104, 94, with a capacitor 105 between resistance 103 and resistance 94.
The resistance 94 is made of nickel, and it is mounted in the inlet 11 of the compressor, so that its electrical resistance varies with the inlet temperature (T1)
As demonstrated in British patent application 1742/53, by suitably choosing the values of resistors 94, 100, 103 and 106, and of capacitors 102,105, it can be arranged that the voltage drop in capacitor 102 and the voltage drop in resistor 104 become equal when a chosen value of the corrected rotational speed is reached o When the corrected rotational speed has a value greater than the chosen value, then the voltage drop in capacitor 102 will be lower than that in resistor 104, and vice versa This fact is used to realize the control of the supply of current to the solenoid 96.
The voltage drop across capacitor 102 is applied, through conductors 106a. 106b to a rectifier bridge 1079 and the pulsating current of the bridge is sent to a bcbine 108a of a switching relay 108 with two coils o The other coil 108b is supplied by the pulsating current coming from a service bridge 109 at which the voltage drop in resistance 104 is applied by conductors 106c, 106bo Coils 108a, 108b are arranged to produce opposing magnetic effects, so that relay contact 108c takes a position against contact 108d or 108e,
depending on whether the corrected rotation speed is lower or higher than the chosen value of this speed
Contact 108a is connected by a conductor 111 to an input terminal of a power rectifier bridge circuit 110, the other input terminal of which is connected by a conductor 112 between resistors 94 and 103.
The output of circuit 110 is connected to energize a solenoid 96, and as the movable contact 108c is in contact with 108th when the rotational speed.
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corrected tion is too high, the solenoid 96 will be arranged to control the vent valve 77 to cause a drop in the instantaneous value of the corrected rotational speed, for example by reducing the rotational speed of the rotor at low pressures
It will be appreciated that since resistor 94 is sensitive to the motor input temperature (T1), the frequency at which the two voltage drops become equal will vary in the same direction as any change in the input temperature T1.
Instead of the control inaction being carried out by a piston system, controlled by a solenoids, the control can be carried out directly on Isolation regulated by a reversible electric motor supplied from the power circuit 110.
Referring now to Figure 11, there is illustrated another device for adjusting a vent valve 77; the device is sensitive to a pre-selected value of the pressure ratio of the compressor at low pressure o The ratio is (as is well known) a unique function of the value of N / ÚT1 of the compressor o
This device is designed to control the operation of the vent valve when the pre-selected value is reached so as to cause the displacement of the hydraulic piston system operating the variable elements, to adjust the speed of rotation of the compressor at low pressure, from so that the pressure ratio, and consequently the value of N / ÚT1, is kept constant at the value chosen in advance.
A pressure bypass is brought to the duct 120, coming from a point subjected to a pressure of the low pressure compressor, preferably coming from the outlet duct of the latter, to be subjected to the outlet pressure of the low pressure compressor, and this conduit 120 is led to a point subjected to a lower pressure of the compressor, for example the inlet pressure. The duct 120 internally has a pair of restrictors 121, 122 arranged in series and thus the ratio of the pressure between the two constrictions to the inlet pressure is proportional to the ratio of the outlet pressure to the inlet pressure.
One of the constrictions, preferably the upstream constriction 121, is made adjustable, in a suitable manner, by means of a needle valve 123, so that the useful section of said constriction is variable; in this way, the relation between the aforementioned first report and the following report is adjustable.
The device also comprises a venturi 124 which is connected so as to receive air from the duct 120, between the two constrictions 121, 122 and the arrangement is such, by the choice of the dimensions of the constrictions 121, 122 and of the position bypass to the low pressure compressor section, whether the venturi 124 is clogged or choked in operation.
The vented valve element 77a is connected by a rod 134 to an assembly comprising two diaphragms 125, 126 which are interconnected at their centers by the rod 1279 and which are arranged in a housing 128 which is thus divided into three chambers. 129, 130 and 131o The diaphragms 125, 126 are of different surfaces, and the chamber 129, between the smallest diaphragm 125 and the first end wall of the housing 128, is connected to the duct 120 between the two constrictions 121, 122; the chamber 130, between the largest diaphragm 126 and the second end wall of the housing 128, is connected by a duct 132, to be at the inlet pressure of the engine;
and the chamber 131, included between the diaphragms 125, 126, is connected, by a duct 133, to the throat 124a of the venturi 1240 The pressure at the throat of a throttled venturi is, as is known, a function only of the inlet pressure of the venturio Rod 134 is connected to the center of the smaller diaphragm 125 and passes through the first end wall of housing 128.
If the area of the largest diaphragm 126 is A1 and that of the smallest diaphragm 125 is A2, if the output pressure of the low-pressure compressor is P2, if the pressure between the constrictions 121, 122 is
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Px, if the motor inlet pressure is P1, and if the pressure at the venturi throat is Px, then for the equilibrium of the diaphragm assembly
P1A1 + f Px A2 = f PX A1 + PX A2 or P1 A1 = PX A2 + F PX (A1-A2).
The surfaces of the diaphragms 125, 126 are chosen so that this equilibrium is obtained at the desired pressure ratio PX / P1 which corresponds to the desired ratio P2 / P1, and thus any increase in P1 with respect to Px causes movement of the assembly to diaphragms in the direction allowing the vented valve member 77a to close to its seat 77b, thereby increasing the pressure on one side of the piston of the piston system and forcing the part regulated by said system to move into the direction desired to increase the speed of rotation (N) of the rotor 16 of the low pressure compressor, and therefore to increase the depression ratio PX / P1.
Likewise, any increase in Px over P1 causes movement of the diaphragm assembly in the opposite direction, to decrease the rotational speed of the rotor 16 of the low pressure compressor. In this way, the rotational speed of the low pressure compressor. low pressure compressor rotor is adjusted so that the pressure ratio P2 / P1, and therefore the values of N / ÚT1, is kept constant.
Referring now to Figure 12, another form of corrected rotational speed responsive mechanism is shown therein.
The mechanism includes a vacuum duct 135 leading from a point subject to compressor pressure (eg, the outlet pressure), to a point subject to lower compressor pressure, eg, the inlet pressure of the engine, and the duct internally comprises two constrictions 136, 137, the downstream constriction 137 being of variable section in order to be able to adjust the pressure difference.
The vented valve element 77a is connected to an assembly comprising two diaphragms 138, 139 connected together at their centers by a rod 140, and the element 77a is further connected to an empty air capsule 141. diaphragms and capsule are coaxial. The diaphragm assembly is housed in a housing 142 which is thus divided into three chambers 143, 144 and 145 by the two diaphragms 138, 1390 The diaphragms have different useful surfaces, and the chamber 143, between the smallest diaphragm 138 and the end of the housing 142, contains the vent valve 77, and also the vacuum air capsule 141, which is anchored to a fixed stopper at one end of the housing 142.
The capsule 141 is made to have the same useful area as the smaller diaphragm 138 and in this way the effect on the diaphragm assembly of the pressure of the chamber 143, which is connected to a suitable drainage line. 146 for the output of the servo-fluid, is zero.
The chamber 144, included between the diaphragms 138, 139, is connected to the duct 135 at a point between the two constrictions 136, 137 and is thus subjected to a pressure Py, such as Py / P1 # P2 / P1, where P2 and P1 are the pressures in the duct 135 upstream and downstream of the pair of constrictions 136, 1370 The chamber 145, between the largest diaphragm 139 and the other end of the casing 142, is connected to the duct 135 downstream of the two constrictions 136, 137 and is thus subjected to the pressure P1.
A spring 147 is provided, to counterbalance the spring effect of the capsule 141.
If the area of the largest diaphragm 139 is A1 and if that
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of the smallest diaphragm 138 is A2, A3 being equal to A1 - A2, it will be visible that the forces acting on the diaphragm assembly are the force PyA3, which acts in the direction of the closing of the vent valve 77 , and the force P1A1, which acts in the opposite directiono It follows that when the assembly is in equilibrium, Py / P1 = A / Ao The surfaces of the diaphragms 138, 139 are chosen so that the assembly is in equilibrium at a given value of PIPI corresponding to a given value of P2 / P1 Therefore, if the ratio P2 / P1 rises above the chosen value, the diaphragm assembly is moved in the direction of closing the vent valve 77,
by forcing the controlled piston device to move the controlled element in the direction of reducing the speed of rotation of the low pressure compressor, and the speed of rotation is thus adjusted so as to maintain a pre-selected value of P2 / P1 corresponding to a pre-selected value of N / ÚT1.
The Py / P1 ratio for a given value of P2 / P1 can be varied by adjusting the variable area throttle 137 above., And thus the adjustment can be made over a range of values of P2 / P1. without any variation in diaphragm surfaces
The invention is not limited to the embodiments described above, and any suitable and known means can be used to adjust the speed of rotation of the compressor at low pressure to maintain a constant pre-selected value of N / T1. .
CLAIMS.