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Etre
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Est-a
(7)
[8][_]
DANS
(6)
[9][_]
Appa
(2)
[10][_]
Ppk
(1)
[11][_]
Dega
(1)
[12][_]
Physical
(8/ 15)
[13][_]
100 % de
(8)
[14][_]
98 N
(1)
[15][_]
rt
(1)
[16][_]
de 7 % de
(1)
[17][_]
75 % de
(1)
[18][_]
107 % de
(1)
[19][_]
25 % de
(1)
[20][_]
12 bits
(1)
[21][_]
Molecule
(3/ 4)
[22][_]
DES
(2)
[23][_]
concep
(1)
[24][_]
minee
(1)
[25][_]
Organism
(2/ 2)
[26][_]
precis
(1)
[27][_]
propor
(1)
[28][_]
Disease
(2/ 2)
[29][_]
Rupture
(1)
[30][_]
Pus
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2510188A1
Family ID 1894930
Probable Assignee General Electric Co
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title METHODE ET DISPOSITIF POUR ETABLIR UN " REGIME DE POMPAGE "
DANS UN MOTEUR A TURBINE A GAZ DECROCHE
Abstract
_________________________________________________________________
METHODE ET DISPOSITIF VISANT A ETABLIR UN "REGIME DE POMPAGE " DANS UN
MOTEUR DECROCHE DE MANIERE A ELIMINER RAPIDEMENT LA CAUSE DU
DECROCHAGE.
CETTE METHODE ET DE DISPOSITIF COMPRENNENT UN MOYEN 42 POUR CONTROLER
LA PRESSION DANS LA SECTION DE COMBUSTION 24 DU MOTEUR A TURBINE A GAZ
20, DES MOYENS 43, 47 POUR DETERMINER L'APPARITION D'UN DECROCHAGE
DANS LE MOTEUR 20 ET DES MOYENS 52, 53, 54, 58 POUR MODULER UNE
COMPOSANTE VARIANT EN FONCTION DU TEMPS D'UN PREMIER PARAMETRE
VARIABLE AVEC UNE COMPOSANTE VARIABLE DANS LE TEMPS DE LA PRESSION DE
LA SECTION DE COMBUSTION 24 APRES L'APPARITION D'UN DECROCHAGE, CREANT
AINSI UN "REGIME DE POMPAGE" DANS LE MOTEUR 20.
APPLICATION AUX MOTEURS A TURBINE A GAZ.
Description
_________________________________________________________________
251018 G
La presente invention concerne le retour a la normale
apres decrochage d'un moteur a turbine a gaz, et, plus preci-
sement, une methode et un dispositif favorisant dans un moteur
decroche un "regime de pompage" pendant leauel on peut eliminer la
cause du decrochage et permettre ainsi au moteur
de reprendre son fonctionnement normal.
Une turbine a gaz classique comporte une section d'admis-
sion pour aspirer l'air ambiant Cet air est ensuite comprime par un
compresseur a flux axial et dirige vers les etages suivants du moteur
a turbine a gaz Pendant que l'air est comprime dans le compresseur, il
presente normalement un ecoulement continu tout le long du compresseur
Differentes causes de decrochage, telles une augmentation brutale du
debit de combustible dans la chambre de combustion, peuvent cependant
avoir pour resultat la rupture physique de cet ecoulement continu
creant ainsi un ecoulement discontinu
caracterise par un niveau eleve de turbulence Le fonctionne-
ment d'un tel moteur a turbine a aaz soumis a un agent causant un
decrochage est appele "mode decroche" Dans ces conditions la puissance
utile du moteur diminue considerablement On peut caracteriser le
fonctionnement du moteur apres decrochage soit par un "regime de
pompage", soit par un "regime sans
pompage" Un "regime de pompage" est une reponse apres decro-
chage selon laquelle le moteur oscille continuellement entre
un fonctionnement normal et un fonctionnement en mode decroche.
D'autre part, un "regime sans pompage" est un etat dans lequel
le moteur tend a fonctionner en mode de decrochage rotatif.
Des difficultes peuvent survenir quand un moteur a turbine
a gaz decroche et fonctionne uniquement en "regime sans pompage".
Un premier inconvenient tient a ce au'il faut attendre pour que le
moteur decroche retrouve sa puissance utile normale pendant qu'un
operateur fait subir au moteur des arrets et des demarrages successifs
La duree de cette attente peut etre dangereusement longue si le moteur
decroche constitue le moyen
de propulsion d'un avion.
Un autre inconvenient pour un moteur a turbine a Gaz fonctionnant en
"regime sans pompage" tient a ce qu'il peut etre surchauffe et ainsi
endommager l'etage de turbine Une telle surchauffe peut arriver parce
aue le compresseur d'un moteur a turbine a gaz decroche aspire
moins-d'air crue normalement a l'admission du moteur Pendant ce temps,
la section de combustion du moteur peut continuer d'ajouter une grande
quantite de chaleur au flux d'air maintenant reduit qui la traverse
Par consequent, une grande auantite de chaleur destructrice peut etre
imposee a l'etage de turbine
d'un moteur a turbine a gaz decroche.
On a admis dans l'art anterieur que la presence d'un "regime de
pompage" apres l'apparition d'un decrochage dans un moteur a turbine a
gaz est souhaitable parce que l'on peut eliminer la cause du
decrochage pendant ce "regime de pompage", permettant ainsi au moteur
de reprendre de maniere convenable son fonctionnement normal Pour cela
on peut se reporter par exemple a l'article d'E M Greitzer "Surge and
Rotating Stall in Axial Flow Compressors; Theoretical Compression
System Model" J Engrg for Power, Vol 98 N O 2, Avril 1976, pp 190 a
198 Cependant, l'art anterieur mentionne
ci-dessus, nous apprend que la mise en oeuvre d'un "regime-
de pompage" dans un moteur decroche est du ressort du concep-
teur du moteur Bien que la conception du moteur puisse certainement
aider a l'etablissement d'un "regime de pompage" dans un moteur
decroche, il est neanmoins souhaitable de realiser une methode et un
dispositif permettant la mise en oeuvre d'un "regime de pompage" dans
un moteur decroche qui soit efficace pour n'importe quel type de
moteur Une telle methode et un tel dispositif pourraient etre
incorpores dans
les moteurs a turbine a gaz existants par rattrapage.
En consequence, l'invention a pour but de fournir une methode et un
dispositif pour favoriser un "regime de pompage" dans un moteur a
turbine a gaz decroche; fournir-une methode et un dispositif pour
favoriser un "regime de pompage" dans un moteur a turbine a gaz
decroche, cette methode et ce dispositif pouvant etre incorpores aux
moteurs a turbine a gaz existants par rattrapage; fournir une methode
et un dispositif pour favoriser un "regime de pompage" dans un moteur
a turbine a gaz decroche, cette methode et ce dispositif etant
calcules de maniere a rendre minimales les contraintes structurelles
imposees au
moteur par le "regime de pompage".
Pour atteindre les buts de la presente invention, on a mis au point
une methode favorisant un "regime de pompage" dans un moteur a turbine
a gaz decroche qui consiste a controler
la pression de la section de combustion; determiner l'appari-
tion d'un decrochage dans un moteur a turbine a gaz; et moduler une
composante variant en fonction du temps d'un premier parametre
variable du moteur en phase avec une composante variable en fonction
du temps de la pression de la section de combustion pour ainsi creer
un "regime de
pompage" dans le moteur a turbine a gaz.
Selon une realisation recommandee de la methode, les amplitudes des
composantes variant en fonction du temps du premier parametre variable
et de la pression de la section de combustion sont liees par
une-relation predeterminee choisie pour rendre minimales les
contraintes structurelles imposees au moteur du fait de la modulation
du premier parametre variable. De plus, un dispositif favorisant "un
regime de pompage" dans un moteur a turbine a gaz comporte un moyen de
controle de la pression de la section de combustion du moteur a
turbine a gaz; un moyen de determination de l'apparition d'un
decrochage dans le moteur; et un moyen de modulation d'une composante
variant en fonction du temps d'un premier parametre variable du moteur
a turbine a gaz en phase avec une composante variant en fonction du
temrs de la Dression de la section de combustion, favorisant un
"regime de pompage" dans
le moteur a turbine a gaz.
Selon une realisation recommandee du dispositif, les amplitudes des
composantes variant en fonction du temps du premier parametre variable
et de la pression de la section de combustion sont liees par une
relation predeterminee, choisie pour rendre minimales les contraintes
structurelles imposees par le moteur du fait de la modulation du
premier
parametre variable.
La description qui va suivre se refere aux figures
annexees qui representent respectivement:
figure 1, une vue en perspective, simplifiee, partielle-
ment eclatee d'un moteur a turbine a gaz avec un schema synoptique
d'un moyen de mise en oeuvre de la presente invention; figure 2, une
representation schematique d'un moteur a turbine a gaz; figures 3 a 5,
des courbes de differents parametres -d'un moteur a turbine a gaz qui
n'utilise pas la presente invention et par consequent o s'etablit a un
"regime sans pompage" apres l'apparition d'un decrochage; figures 6 a
8, des courbes de differents parametres d'un moteur a turbine a gaz
qui decroche et pour lequel on favorise un "regime de pompage" selon
la presente invention; figure 9, une vue en perspective, simplifiee,
partiellement eclatee d'une realisation d'un moteur a turbine a gaz
avec un schema synoptique d'un autre moyen de mise en oeuvre de la
presente invention; figures 10 et 11, des vues detaillees d'un
ensemble d'aubes directrices de turbine a calage variable du moteur a
turbine-a gaz de la figure 9; figures 12 a 14, des courbes
representant differents parametres d'un moteur a turbine a gaz
n'utilisant pas la presente invention et qui par consequent s'etablit
a un "regime sans pompage" apres l'apparition d'un decrochage; figures
15 a 17, des courbes representant differents parametres d'un moteur a
turbine a gaz qui decroche et pour lequel on favorise un "regime de
pompage" suivant la presente invention;
figure 18, un schema synoptique representant un amplifi-
cateur different de celui de la figure 9 pour mettre en oeuvre une
version affinee de-la presente invention figure 19, un schema
synoptique representant une mise en oeuvre recommandee des differents
moyens des figures 1 et 9; et figure 20, un schema synoptique
representant une serie de registres qui peuvent remplacer le registre
de la figure 19 et ainsi mettre en oeuvre plusieurs autres moyens des
figures
1 et 9 -
La figure 1 represente une vue simplifiee d'une realisa-
tion d'un moteur a turbine a gaz 20 avec un schema synoptique d'un
moyen de mise en oeuvre de la presente invention Le moteur a turbine a
gaz 20 possede une admission 21 qui aspire l'air ambiant Un
compresseur axial 22 comprime l'air aspire
par l'entree 21 et l'envoie vers une section de combustion 24.
La section de combustion 24 comporte une chambre de combustion 25 dans
laquelle on brule le combustible comme indique par
les flammes 26 et 27 On fournit le combustible a des injec-
teurs 30 au moyen d'une conduite 28 d'alimentation en combus-
tible et de conduites de raccordement 31.
Le carburant enflamme 26 et 27 sert a accroitre la temperature des gaz
dans la section de combustion, ce gaz etant ensuite envoye dans un
ensemble 32 d'aubes directrices de turbine On realise l'ensemble 32
d'aubes directrices de turbine sous la forme d'une couronne fixe par
rapport a l'axe longitudinal du moteur a turbine a gaz 20 On relie des
grilles d'aubes tournantes de turbine 34 et 35 a un arbre 37 qui, a
son tour, est relie a l'element tournant central du compresseur
22 pour assurer son fonctionnement.
Le schema synoptique de la figure 1 represente un moyen de
mise en oeuvre de la presente invention Un moyen 38 d'alimen-
tation en combustible fournit du combustible a des injecteurs par des
conduites d'alimentation 28 et 31 Le moyen 38 d'alimentation en
combustible comprend, par exemple, une pompe commandee par un signal
electrique et qui peut etre un
dispositif classique En l'absence d'une condition de decrocha-
ge du moteur a turbine a gaz 20, le moyen 38 d'alimentation en
combustible est commande de maniere classique pour fournir du
carburant aux injecteurs 30 Cependant, apres l'apparition d'un
decrochage dans le moteur 20, le moyen 38 d'alimentation
est commande par un signal electrique de modulation, fourni.
par un moyen 59 de limitation de debit de carburant, signal de
modulation qui s'impose au moyen de commande classique du carburant
fourni aux injecteurs 30 Un capteur de debit de de carburant 41
controle le debit du carburant fourni aux
injecteurs 30.
La pression dans la section de combustion 24 est contro-
lee par un capteur de pression 42 qui est situe de maniere convenable
dans le moteur 20 immediatement en aval du com- presseur 22 Le capteur
de pression 42 doit avoir une reponse en frequence allant
jusqu'a-environ 10 k Hz, au moins pour les moteurs d'avions
classiques, tels que celui specifiquement decrit ici, et doit resister
aux temperatures rencontrees Le capteur de pression 42 est de maniere
avantageuse un capteur de serie Kulite STE-1-190 fabrique par Kulite
Semiconductor Products, Inc of Ridgefield, New Jersey De maniere a
detecter
l'apparition d'un decrochage, on prevoit un detecteur de decro-
chage 43 qui produit un signal electrique de sortie apres une chute
soudaine de la pression de la section de combustion detectee par le
capteur de pression 42 Les detecteurs de decrochage sont bien connus
de la technique et determinent l'apparition d'un decrochage en
detectant soit une chute brusque de la pression de la section de
combustion, soit un accroissement de la temperature de la turbine a
gaz On trouve une discussion sur les moyens precedents de
determination de l'apparition d'un decrochage dans S Drabek, "Stal
Control" pages 23 a 26, Symposium on Compressor Stall, Surge and
System Response, presente a la Conference de l'ASME Gas Turbine Power
and Hydraulic Divisions, qui a eu lieu a Houston, Texas, du 6
au 9 Mars 1960 Pour la presente invention, le mode de deter-
mination de l'apparition d'un decrochage n'est pas critique, du moment
que le decrochage est determine Pour les moteurs a turbine a gaz
particuliers envisages ci-apres, un critere convenable possible de
determination de l'apparition d'un decrochage est une chute brutale de
la pression de la section de combustion constituee par une chute de 10
pour cent de sa valeur en 5 millisecondes Un signal electrique
representant une composante variant en fonction du temps de la
pression de la section de combustion est produit par un moyen de
sommation 50 Ce signal variant en fonction temps provient de la sortie
du capteur de pression 42 et de la sortie d'un moyen 47 Le signal
electrique provenant du moyen 47 comporte une composante variant en
fonction du temps et une composante constante dans le temps.
Telle qu'on l'utilise ici, une composante ou un signai "variant dans
le temps" comprend toutes les fluctuations dans le temps de ce signal
ou de sa valeur Une composante
ou un signal "variant dans le temps" peut, en plus, compren-
dre encore une composante constante dans le temps de ce signal ou de
sa valeur Le moyen 47 pendant le decrochage stocke et fournit
continuellement a l'entree negative du moyen de sommation 50 un signal
constant dans le temps representant la valeur de la pression de la
section de combustion a l'apparition d'un decrochage Le moyen 47
produit son signal de sortie en reponse a un signal provenant de la
sortie du detecteur 43 de decrochage Le moyen de sommation 50 sert a
supprimer une composante constante dans le temps du signal produit par
le capteur de pression 42 en en soustrayant le signal constant dans le
temps produit par le moyen 47 Le signal desortie du moyen de sommation
50 constitue ainsi un signal representant une composante
variant dans le temps de la pression de la section de com-
bustion. Le signal electrique, que l'on utilise a la fin pour moduler
le debit de carburant quand la commande classique du moyen 38
d'alimentation en combustible est outrepassee apres l'apparition d'un
decrochage, provient du signal de
sortie constant dans le temps d'un moyen 53 qui est addition-
ne au signal de sortie variant dans le temps d'un amplificateur a gain
variable 52 par un moyen de sommation 54 Le moyen 53 controle le
signal de sortie du capteur de debit 41 et soumet
ce signal de sortie a un retard qui est superieur a l'inter-
valle de temps entre le moment de l'apparition d'une cause de
decrochage et l'apparition d'un decrochage Quand un decrochage est
determine selon le critere donne ci-dessus,
le retard approprie est superieur a environ 25 millisecondes.
A l'apparition d'un decrochage, tel qu'il est detecte par le
moyen 53 au moyen du signal de sortie du detecteur de decro-
chage 43, le moyen 53 stocke la valeur retardee ou valeur "avant
decrochage" du debit de carburant et produit un signal
de sortie constant dans le temps representant cette valeur.
L'amplificateur 52 a gain variable amplifie le signal variant en
fonction du temps issu du moyen de sommation 50
d'un gain determine par le signal de sortie d'un amplifica-
teur 55, relie a une entree de commande de gain de l'amplifi- cateur
52 Le signal de sortie de l'amplificateur 55 est proportionnel au
signal de sortie du moyen 53, representant la valeur avant decrochage
du debit de carburant, et sert de signal de commande de gain pour
l'amplificateur a gain variable 52 Ainsi, le signal variant en
fonction du temps produit par l'amplificateur 52 est lie par une
relation predeterminee de proportionnalite au signal de sortie variant
dans le temps du moyen de sommation 55 representant la pression de la
section de combustion, et a la valeur avant
decrochage du debit de carburant Le gain, G, de l'amplifi-
cateur 55 determine le degre de proportionnalite entre le signal de
sortie de l'amplificateur 52 (et, en finale, l'amplitude de la
composante variant en fonction du temps du debit module de carburant)
et la valeur avant decrochage du debit de carburant On etudiera
ci-dessous de maniere approfondie une procedure permettant de choisir
une valeur
appropriee de G La caracteristique de gain de l'amplifica-
teur 52 a gain variable est choisie de maniere convenable une fois
connue la valeur de G de l'amplificateur 55,
pour fournir un signal a partir de l'amplificateur 52 repre-
sentant le debit de carburant au lieu de la pression de la section de
combustion telle que representee par le signal
de sortie du moyen de sommation 50.
Le signal de sortie d'un moyen de sommation 54 que l'on utilise a la
fin pour moduler le debit de carburant apres l'apparition d'un
decrochage peut etre a nouveau traite par un moyen 58 de compensation
de phase et, en plus, par un moyen 59 de limitation de debit Le moyen
58 de compensation de phase comporte un circuit de dephasage qui
produit un signal de sortie ayant une phase effectivement avancee dans
le temps par rapport a son signal d'entree Une telle phase
"effectivement avancee dans le temps" signifie qu'elle comprend a la
fois une avance et un retard de phase quelque peu inferieur a un cycle
complet de la frequence fondamentale de son signal d'entree L'avance
reelle dans le temps est choisie de preference egale au retard entre
le debit de combustible et le degagement de chaleur subsequent dans la
chambre de combustion 24 (appelee ensuite simplement "degagement de
chaleur") On utilise de maniere avantageuse le moyen 58 de
compensation de phase quand un tel retard est relativement grand par
rapport a un cycle de la frequence fondamentale du signal de sortie du
moyen de sommation 54 Par "retard relativement grand" on entend un
retard de plus de 20 pour cent environ d'un cycle de la
frequence fondamentale du signal de sortie du moyen de somma-
tion 54 Quand ce retard est faible, l'utilisation du moyen 58 de
compensation de phase est facultative Cependant, quand ce retard n'est
pas negligeable (par exemple, plus de 5 pour cent environ d'un cycle
de la frequence fondamentale du signal de sortie du moyen de sommation
54), il est souhaitable d'utiliser le moyen 58 pour permettre la
reduction du gain G de l'amplificateur 55 (on etudiera son importance
ci-dessous). Le moyen 59 de limitation de debit sert a limiter le
debit de carburant a une valeur qui, de preference, est la meme ou
pratiquement la meme que le debit maximal nominal du moteur a turbine
a gaz 20 Le but de la limitation du debit a une valeur nominale
maximale est d'empecher la surchauffe du moteur 20 Le moyen 59 de
limitation de debit peut, de maniere appropriee, comporter un circuit
hacheur de cretes En variante, on peut aussi incorporer le moyen 59 au
moyen 38
d'alimentation en carburant, comme cela s'est fait quelque-
fois. On utilise le signal electrique de sortie produit par le moyen
59 de limitation de debit, apres l'apparition d'un decrochage dans le
moteur 20, pour moduler l'un des parametres variables du moteur 20,
soit le debit de carburant, soit, en variante, le degagement de
chaleur dans la section de combustion 24 En particulier, on module
pratiquement en phase la composante variant avec le temps du debit et
la composante variant avec le temps du signal de sortie du moyen 59 de
limitation de debit Tel qu'on l'utilise ici, un premier signal variant
avec le temps est "pratiquement en phase" avec un deuxieme signal
variant avec le temps quand une partie de la frequence fondamentale du
premier signal est exactement en phase a l'interieur d'un domaine
de plus ou moins 900 avec une partie de la frequence fonda-
mentale du deuxieme signal variant avec le temps Si on n'utilise pas
le moyen 58 de compensation de phase, on peut admettre que la
composante variant en fonction du temps du debit est modulee
pratiquement en phase avec la composante
variant dans le temps de la pression de la section de combus-
tion, puisque le signal de sortie du moyen 59 de limitation de debit
represente la pression de la section de combustion (excepte que dans
une certaine mesure sa valeur est limitee par le moyen de limitation
de debit 59) Si on utilise le moyen 58 de compensation de phase pour
compenser le retard entre le debit de combustible et le degagement de
chaleur, ou si ce retard n'est pas important (comme defini ci-dessus),
on peut dire que la composante variant en fonction du temps du
degagement de chaleur est modulee pratiquement en phase avec la
composante variant en fonction du temps de la pression de la section
de combustion puisque le signal de sortie du moyen 59 de limitation de
debit represente la pression de la section de combustion (excepte que
dans une certaine mesure sa valeur est limitee par le moyen 59 et que
sa phase est modifiee par le moyen 58 de compensation de phase) La
valeur du gain predetermine, G, de l'amplificateur est determinee de
maniere appropriee avec un degre eleve d'exactitude a partir de
l'analyse suivante du fonctionnement du moteur 20 a turbine a gaz En
liaison avec la figure 2, on a represente un diagramme schematique
d'un modele simplifie
ou ideal d'un moteur a turbine a gaz ayant des volumes-
"grossierement"determines pour le compresseur, la section de
combustion et la turbine Dans le modele aux volumes "grossiers" de la
figure 2, on a represente le compresseur place dans un canal de
longueur Lc et d'aire de section droite Ac, suivi par une section de
combustion de volume Vp La section de il combustion est suivie d'une
turbine ayant une section droite d'etranglement d'un ensemble d'aubes
directrices de turbine d'aire At Les references de la figure 2 dont on
vient de parler et celles que l'on utilisera ensuite sont definies
comme suit Ac = aire de la section droite du compresseur At = aire de
la section d'etranglement de l'ensemble d'aubes directrices de turbine
B = grandeur sans dimensions definie par Mt t
T ACLC
C = augmentation instantanee de la pression produite par le
compresseur Css (WC) = augmentation de pression en regime constant
produite par le compresseur pour les deux etats decroche et non
decroche Cp = chaleur massique a pression constante du gaz traversant
le moteur F = grandeur sans dimensions definie par Lt Ac Ac Lc H(t) =
degagement instantane de chaleur dans la section de combustion par la
combustion du carburant K = constante sans dimensions qui tient compte
de la chute de pression due au frottement occasionne par la chemise de
la section de combustion Lc = longueur du canal du compresseur Lt =
longueur du canal de la turbine Mt = nombre de Mach en bout de roue du
compresseur Pa = pression de l'atmosphere ambiante Pp(t) = pression
instantanee dans la section de combustion Pp(o) = pression dans la
section de combustion avant l'apparition d'une cause de decrochage Q =
rapport de pression critique R = constante des gaz parfaits Ta =
temperature ambiante T T 1 j c = temperature a la sortie du
compresseur
c(o) = temperature a la sortie du compresseur avant l'appa-
rition d'une cause de decrochage rt(t) = temperature instantanee a
l'entree de la turbine p = volume de la section de combustion ic(t) =
debit massique instantane dans le compresseur Tt(t) = debit massique
instantane dans la turbine = rapport des chaleurs massiques du gaz
traversant le moteur ec = masse volumique des gaz a la sortie du
compresseur
0th = masse volumique des gaz dans la section d'etrangle-
ment de l'ensemble d'aubes directrices de turbine -T = une constante
de temps; pour le fonctionnement en mode non decroche T= o, et pour le
fonctionnement
en mode decroche T est determine experimentalement.
Indices: a = ambiant c = compresseur ss = valeur en regime constant
quand le moteur n'est pas en decrochage t = turbine th = etranglement
On peut caracteriser l'etat dynamique instantane du moteur a turbine a
gaz represente a la figure 2 par cinq grandeurs "dependantes", Wc(t),
C(t), Pp(t), Tt(t), et Wt(t) On determine les valeurs de ces cinq
grandeurs en resolvant simultanement cinq equations differentielles
qui
expriment differentes relations entre ces cinq grandeurs.
On a indique ci-dessous cinq equations differentielles appro-
priees dont on a simplifie l'ecriture en utilisant les relations de
definition suivantes: ( - c c) Ta /.p *\ k P y -1 y J Pa y-1 y pc = /
(R Tc)) La premiere equation est une equation de quantite de mouvement
pour le conduit de compresseur et peut s'ecrire comme suit: P= a+ +C c
dt /pp _pa + KW 2 &#x003E; Ac dt 2 c AC La deuxieme equation est une
equation semiempirique de retard concernant l'augmentation de la
pression et s'ecrit comme suit: d C(W T dqt + C = Css (WC) dt ss c La
troisieme equation est une equation d'equilibre energetique pour la
section de combustion et s'ecrit comme suit: V d P p = Wc Cp T Wt Tt
Cp + H(t) y-1 dt cpc ttp
La quatrieme equation prend en compte la continuite ou l'equi-
libre des masses de la section de combustion et aussi l'equilibre
energetique de la section de combustion et s'ecrit comme suit: V P i i
d Tt c_ __ + (t W + dt, = 1-2 +%c S 2 2 y 1-2 Cp(Y-_) c T S + yM + cc
c t La cinquieme equation est une equation energetique pour le canal
de turbine avec l'ensemble d'aubes directrices de turbine en regime
sonique (c'est-a-dire que la vitesse de
l'ecoulement d'air dans la section d'etranglement de l'en-
semble des aubes directrices de turbine est superieure a la vitesse du
son) et s'ecrit comme suit: 2/ rp P. ( 1) Cp T\ 2 Wt 2 2 t l y N V y 1
Ppk ) Y ( Q) Pour resoudre ces cinq equations differentielles, on
considere en premier lieu que le moteur a turbine a gaz fonctionne en
regime constant Dans ce cas, les grandeurs geometriques Lc, Ac, Vp, At
et Lt doivent etre specifiees. On peut faire dependre du temps ces
grandeurs et utiliser ce fait en rapport avec une autre realisation de
la presente invention comme on le verra ci-dessous En regime constant,
les valeurs initiales de Wc(t), C(t), Pp(t), Tt(t) et Wt(t) qui
correspondent a un point de fonctionnement du systeme anterieur a
l'apparition d'une cause de decrochage doivent etre specifiees De
plus, en regime constant, il faut specifier les parametres suivants du
moteur a turbine a gaz: a 100 % de la vitesse, la vitesse de la roue
de la turbine (qui determine Wc); a 100 % de la vitesse, le rapport en
regime constant entre la-temperature de refoulement du compresseur (T
en K) et la temperature ambiante (Ta en K); a 100 % de la vitesse, le
rapport en regime constant entre la temperature d'entree de la turbine
(Tc en K) et la temperature ambiante (Ta en K) les caracteristiques en
regime constant du compresseur (rapport des pressions en fonction du
debit massique) a la fois pour le fonctionnement en decrochage et en
non decrochage (Css (Wc))
degagement instantane de chaleur dans la section de combus-
tion H(t)) l'amplitude et la duree d'une cause de decrochage dans le
pire cas pertinent, c'est-a-dire une perte de la marge
de decrochage du fait de distorsions a l'entree (c'est-a-
dire (Css(Wc)) changes en valeur) Tels qu'utilises ici "pertinent"
signifie la cause de decrochage la plus vraisemblable et "pire" les
effets desastreux maximum de la cause de decrochage Ces parametres
sont en general
specifies par l'utilisateur car ils dependent de l'utilisa-
tion prevue du moteur a turbine a gaz. La correspondance entre les
parametres ci-dessus et les cinq equations
precedentes sera evidente pour l'homme de l'art On peut rendre chacun
de ces parametres dependant du temps, et selon une premiere
realisation de l'invention, faire de meme
pour le degagement de chaleur instantane H(t).
Avec les grandeurs geometriques et les parametres du moteur specifies,
on peut resoudre aisement les cinq equations
differentielles en utilisant la methode de prediction-
correction d'Adams Les figures 3 a 8 sont des courbes repre-
sentant des parametres choisis du moteur a turbine a gaz de la figure
2 Ces courbes sont basees sur la resolution simultanee des cinq
equations differentielles pour un moteur a turbine a gaz ayant les
parametres suivants: a 100 % de la vitesse, une vitesse de turbine
correspondant a une vitesse en bout de roue (Mt) de Mach 1 a 100 % de
la vitesse, un rapport en regime constant entre la temperature de
refoulement (Tc en ) et la temperature ambiante (Ta en ) egal a 1,93 A
100 % de la vitesse, un rapport en regime constant entre la
temperature d'entree de la turbine (Tt en O) et la temperature
ambiante (T en O), egal a 6 a a 100 % de la vitesse, un rapport de
pression globale de decrochage du compresseur de 8, 441
caracteristiques du compresseur en regime constant (rapport de
pression en fonction du debit massique) en modes de decrochage et de
non decrochage: les courbes en traits
interrompus 60 et 61 de la figure 5.
l'amplitude et la duree de la cause de decrochage dans le pire cas
Pertinent: diminution de 7 % de l'aire de la section d'etranglement du
diffuseur de la turbine (ceci suppose, bien sur, que le moteur a
turbine a gaz dont il s'agit, a une section variable d'etranglement de
diffuseur de turbine comme on l'etudiera de maniere approfondie en
liaison avec le moteur de la figure 9).
les grandeurs geometriques Lc, Ac, Vp At et Lt sont telles que les
grandeurs sans dimensions ont pour valeur B= Mt V
\-/-A = 0,4
2 Cc FLA F =Lt Ac 0,36 At Lc Une etude de ces courbes indiquera
comment choisir une valeur
appropriee pour le gain predetermine, G, de l'amplificateur 55.
Pour bien mettre en valeur le fonctionnement de la presente invention,
les figures 3 a 5 representent les resultats pour un moteur a turbine
a gaz decroche n'utilisant pas la
presente invention.
La figure 3 represente la grandeur P (t) P, soit Pres-
pa sion dans la section de combustion moins pression ambiante (appelee
ciapres simplement "Pression"), en fonction du
temps&#x003E;apres l'apparition au temps " O " d'une cause de
decrochage.
Ceci fait apparattre un decrochage, en utilisant le critere defini
auparavant, au bout-d'environ 10 millisecondes On peut voir que la
Pression passe par plusieurs oscillations fortement amorties puis
prend une valeur pratiquement
constante apres environ 60 millisecondes Un tel comporte-
ment de la Pression indique que le moteur fonctionne en regime sans
pompage, en decrochage rotatif Ce type de decrochage
constitue souvent un decrochage non rattrapable.
La figure 4 represente la grandeur Degagement de
chaleur de la combustion (appelee ensuite simplement Degage-
ment de chaleur) H(t), en fonction du temps apres l'apparition au
temps " O " d'une cause de decrochage Apres le temps " O ",
le degagement de chaleur a chute a 75 % de sa valeur ante-
rieure C'est une action de correction classique (non etudiee
ici) qui a pour but de compenser un etat de decrochage.
Cependant, le moteur se trouve en etat de decrochage non-
rattrapable nonobstant cette action corrective.
La figure 5 represente la grandeur Pp (t) Pa ("Pression") en fonction
du debit massique dans le compresseur WC(t) (appelee ensuite
simplement debit massique) et correspond au fonctionnement du moteur
selon les figures 3 et 4 La courbe en traits interrompus 60 represente
la caracteristique en regime constant, non decroche du compresseur,
Css (Wc), et la courbe en traits interrompus 61 la caracteristique, C
ss(Wc), du compresseur en regime constant, decroche La courbe de
fonctionnement du compresseur au depart est la meme que la courbe 60
du compresseur en regime constant, non decroche, mais la cause de
decrochage lui fait decrire des cercles en sens inverse des aiguilles
d'une montre jusqu'a ce qu'elle se stabilise sur la courbe 61 du
compresseur en regime constant decroche Ce type de courbe de
fonctionnement pour le compresseur est une autre maniere de
representer le fonctionnement du moteur en "regime sans pompage" ou
non
recuperable de decrochage.
Les courbes des figures 6 a 8 representent le fonction-
nement d'une premiere realisation de l'invention qui est mise en
oeuvre par les moyens representes sur le diagramme synoptique de la
figure 1 On peut voir figure 6 que la pression de la section de
combustion P p(t) moins la pression ambiante (Pp(t) Pa), appelee
simplement Pression, chute en valeur au debut dans un intervalle de
temps compris entre O et 5 millisecondes L'apparition du decrochage se
produit dans cet intervalle de temps, si on utilise le critere de
decrochage defini ci-dessus Selon la presente invention, la composante
variant en fonction du temps du degagement de chaleur dans la section
de combustion H(t) ("Degagement de Chaleur") de la figure 7 est
modulee pratiquement en phase avec la composante variant en fonction
du temps de la Pression de la figure 6, ou de maniere equivalente avec
la composante variant en fonction du temps de la pression de la
section de combustion puisque la pression ambiante Pa est constante
par definition Pour le moteur a turbine a gaz
particulier defini par les parametres ci-dessus, le degage-
ment de chaleur est module de maniere a varier entre 82 et 107 % de sa
valeur avant l'apparition d'une cause de decrochage provoquant le
decrochage du moteur Le degagement de chaleur comprend une composante
variant en fonction temps et une composante constante dans le temps On
choisit la composante constante de maniere appropriee pour etre egale
A 100 % de la valeur du degagement de chaleur avant l'appari-
tion de la cause de decrochage Cependant, la composante constante peut
avoir d'autres valeurs qui se trouvent de preference dans l'intervalle
d'environ 25 % de sa valeur
avant l'apparition d'une cause de decrochage Cette limita-
tion de la valeur de la composante constante du degagement de chaleur
est concue pour empecher un changement important dans le degagement de
chaleur d'agir comme une cause de decrochage. On peut voir figure 6
que la Pression continue d'osciller plutot que de decroitre tres vite
comme c'etait le cas a la figure 3 La figure 8 represente la Pression
(Pression de la section de combustion moins Pression ambiante (soit P
p(t)-P a) en fonction du debit massique dans le compresseur-("Debit
massique") Wc(t)0 La courbe en trait continu de la figure 8
representant le fonctionnement du compresseur, debutea partir
de la courbe 60 du compresseur non decroche en regime cons-
tant et puis tourne en sens inverse des aiguilles d'une -
montre pour effectuer plusieurs tours complets ou cycles.
Pendant chacun de ces cycles, la courbe en trait continu coincide
pendant un certain temps avec la courbe 60 du compresseur non
decroche, en regime constant, dans la partie 62 de cette derniere En
d'autres mots, le moteur a turbine a gaz de la figure 2 fonctionne de
maniere cyclique
avec pour chaque cycle une partie en fonctionnement normal.
On connait ce phenomene sous le nom de "regime de pompage" ou
alternance entre un fonctionnement decroche et un fonctionnement
normal Il est tres souhaitable d'avoir un "regime de pompage" pendant
le decrochage du moteur parce qu'ainsi le moteur peut reprendre
aisement un fonctionnement
normal simplement par elimination de la cause du decrochage.
Pour atteindre les objectifs de la presente invention, il n'est pas
necessaire que la courbe de fonctionnement du compresseur a la figure
8 (courbe en trait continu) coincide a chaque cycle avec la courbe 60
du compresseur non decroche
en regime constant afin de definir un "regime de pompage".
Ce qui est necessaire, c'est que la courbe de fonctionnement coincide
eventuellement, pendant certains cycles, avec la courbe 60 grace a
quoi on peut obtenir, en fin de compte,
un "regime de pompage" Bien sur, il est souhaitable d'attein-
dre aussi vite que possible un "regime de pompage" mais il faut aussi
eviter d'avoir une trop grande modulation du degagement de chaleur de
peur de soumettre le moteur a des
contraintes structurelles excessives.
Pour parvenir a un gain predetermine, G, approprie, pour
l'amplificateur 55 de la figure 1, on doit utiliser une
premiere equation en fonction du temps pour H(t) correspon-
dant a une premiere valeur du gain predetermine, G, dans la
resolution simultanee des cinq equations differentielles.
On doit utiliser une deuxieme equation en fonction du temps et plus si
necessaire pour H (t) pour determiner une valeur appropriee du gain,
G, pour etre sur qu'a la fin un "regime
de pompage" s'etablisse.
Il est souhaitable de reduire au minimum le gain predetermine, G, de
maniere a reduire substantiellement les contraintes structurelles
imposees au moteur En consequence, il faut utiliser des valeurs
differentes de H(t) dans la resolution des equations pour atteindre la
valeur la plus
faible du gain predetermine, G, compatible avec l'etablisse-
ment d'un "regime de pompage" final.
En se referant a la figure 9, on a represente une vue simplifiee d'une
realisation d'un moteur a turbine a gaz 70 avec un schema synoptique
d'un nouveau moyen de mise en oeuvre de la presente invention Le
moteur a turbine a gaz est semblable au moteur 20, decrit ci-dessus,
et il possede un ensemble 71 d'aubes directrices de turbine concu avec
un col de diffuseur de turbine a section variable (appele ensuite C D
T S V) Les ensembles d'aubes directrices de turbine ayant des C D T S
V sont bien connus de l'homme de l'art Dans une mise en oeuvre
possible, on realise l'ensemble
71 d'aubes directrices de turbine avec un dispositif permet-
tant de faire tourner chaque aube individuellement On a
represente, de maniere simplifiee, a la figure 10, un dispo-
sitif approprie pour faire tourner ces aubes.
En liaison avec la figure 10, chaque aube 72 de l'ensemble 71 des
aubes directrices de turbine peut tourner autour de son axe vertical
On commande cette rotation par un anneau rotatif 74 qui roule sur un
galet 75 L'anneau 74 imprime un mouvement aux biellettes 77 et 78, qui
a leur tour donnent un mouvement -de rotation a chaque aube au moyen
de leurs axes respectifs tels que l'axe 80 La position de l'anneau
rotatif 74 par rapport a chaque aube directrice 72 est commandee par
un moyen de reglage 81 du C D T S V represente dans le schema
synoptique de la figure 9.
On peut avoir une meilleure appreciation des possibilites
de variation du C D T S V de l'ensemble 71 des aubes direc-
trices de turbine en considerant le diagramme "d'etage" de la figure
11 Les aubes directrices a gauche de la figure il representent
l'ensemble 71 des aubes directrices, et les aubes de turbine a droite
de la figure representent un ensemble 82 d'aubes de rotor qui est
contigu et en aval de l'ensemble 71 Quand les aubes directrices de
l'ensemble 71 se trouvent dans la position indiqueepar le diagramme en
trait continu, on realise une section de passage ayant la largeur
indiquee par la fleche 84 Quand les aubes directrices de l'ensemble
71 occupent la position representee par les traits interrom-
-pus de la figure 11, on realise une section de passage comme indique
par la fleche 85 On peut remarquer que la fleche 85 est plus petite
que la fleche 84 Puisque la section du C.D T S V des-aubes directrices
depend de la distance separant des aubes directrices adjacentes de
l'ensemble 71, on peut se rendre compte que la section du C D T S V
est un parametre variable -du moteur a turbine a gaz 70 Il est bien
connu-que lorsqu'un compresseur fonctionne en mode non decroche, une
diminution de la section du C D T S V. reduit le debit massique dans
le compresseur accroissant ainsi son rapport de pression et augmentant
la puissance
utile globale du moteur 70.
On met en oeuvre classiquement de maniere appropriee le moyen de
commande 81 de la section du C D T S V pour un fonctionnement sans
decrochage Quand il y a decrochage, le moyen de-commande 81 de la
section du C D T S V module les variations de cette derniere
pratiquement en phase avec un signal electrique de modulation
provenant d'un moyen de sommation 101 Le moyen de commande 81 produit
aussi un signal electrique de sortie indiquant le reglage de la
section de passage du C D T S V Un detecteur de decrochage determine
l'apparition d'un decrochage et produit en reponse un signal de sortie
Pour le moteur a turbine a gaz
70 conforme aux parametres specifiques de turbine a gaz de-
finis ci-dessus, le critere de determination de l'apparition d'un
decrochage est le meme que celui defini pour le detecteur de
decrochage 43 de la figure 1 Un moyen 91 controle le reglage de la
section du C D T S V en reponse au signal de sortie du moyen de
commande 81 des variations de la section du C D T S V, retarde ce
signal d'environ 25 millisecondes et delivre le signal retarde
resultant apres l'apparition d'un decrochage, detecte par le moyen 91,
en reponse au signal de sortie du detecteur de decrochage 90 Ce signal
retarde de sortie du moyen 91 represente une valeur avant decrochage
de la section du C D T S V avant l'apparition d'une cause de
decrochage A l'apparition d'un decrochage tel qu'il est indique par un
signal de sortie provenant du detecteur de decrochage 90, le moyen 92
enregistre et fournit de maniere continue a une entree negative d'un
moyen de sommation 94 un signal representant la section du C D T S V.
a leaomarition-du decrochage Le moven de sommation 94 soustrait le
signal de sortie du moyen 92 representant la valeur de la section du C
D T S V a l'apparition du decrochage du signal de sortie du moyen 91
representant la
valeur avant decrochage de la section du C D T S V et four-
nit un signal de sortie constant dans le temps utilisable pour
determiner la section du C D T S V apres l'apparition d'un decrochage
On "soustrait" la valeur de la section du C D T S V a l'apparition
d'un decrochage de la valeur du C.D T S V en regime constant pour
pouvoir inclure une action correctrice de l'art anterieur cherchant a
compenser un etat de decrochage dans un moteur pour lequel la cause de
decrochage est constituee par un changement brusque de la section du C
D T S V Cette action correctrice de l'art
anterieur, en d'autres termes, est constituee par l'augmenta-
tion de la section du C D T S V apres l'apparition d'un decrochage par
rapport a sa valeur en regime constant, si la cause du decrochage est
une reduction de la section du
C.D T S V, ou vice versa La valeur de correction de l'aug-
mentation ou de la reduction de la section du C D T S V est en general
la meme que celle de l'augmentation ou de la reduction de la section
du C D T S V qui constitue la cause
du decrochage.
Un capteur de pression 95 mesure la pression de la section de
combustion du moteur a turbine a gaz 70 Ce capteur de pression 95
comprend les memes dispositifs que le capteur de pression 42 de la
figure 1 Le capteur de pression 95 produit un signal de sortie
representant la pression de la section de combustion En reponse a ce
signal de sortie, un moyen 97 stocke pendant le decrochage un signal
representant la valeur de la pression de la section de com-
bustion a l'apparition d'un decrochage et envoie ce signal constant
dans le temps a l'entree negative d'un moyen de
sommation 98.
Le moyen de sommation 98 soustrait le signal constant dans le temps
provenant du moyen 97 du signal provenant du capteur de pression 95 et
envoie un signal de sortie variant dans le temps a un amplificateur
100 Ce signal variant dans le temps represente la composante variable
dans le temps de la pression de la section de combustion Ce signal
variant dans le temps est amplifie par l'amplificateur 100 ayant un
gain predetermine, G, et qui envoie un signal de sortie amplifie
a l'entree negative d'un moyen de sommation 101.
Le moyen de sommation 101 soustrait le signal amplifie provenant de
l'amplificateur 100, representant la composante variant en fonction du
temps de la pression de la section de combustion, du signal de sortie
du moyen de sommation 94, representant une composante constante dans
le temps de la
section du C D T S V Le signal de sortie du moyen de somma-
tion 101 constitue un signal de modulation utilise par le moyen de
commande 81 de la section du C D T S V pour moduler
la section du C D T S V apres l'apparition d'un decrochage.
Ainsi, on peut dire que la composante variant en fonction du temps du
parametre variable comportant une reduction de la section du C D T S V
est modulee pratiquement en phase avec la composante variant en
fonction du temps de la pression de
la section de combustion De plus, on peut dire que l'ampli-
tude de la composante variant en fonction du temps de la reduction de
la 9 ection du C D T S V est en relation de proportionnalite
predeterminee avec la composante variant en fonction du temps de la
pression de la section de combustion. Les figures 12 a 17 sont des
courbes representant des
parametres choisis du moteur a turbine a gaz de la figure 2.
Ces courbes sont basees sur la resolution simultanee des cinq
equations differentielles enoncees precedemment pour un moteur
particulier ayant les memes parametres que ceux utilises pour les
figures 3 a 8 Une etude des courbes des figures 12 a 17 indiquera
comment choisir une valeur appropriee du gain
predetermine, G, de l'amplificateur 100 de la figure 9.
Pour bien-mettre en valeur le fonctionnement de la presente invention,
les figures 12 a 14 representent les differents parametres d'un moteur
a turbine a gaz qui "decroche" du fait d'une reduction brutale de la
section du C.D T S V du moteur au temps " O " et o on utilise
seulement
l'action correctrice de l'art anterieur, c'est-a-dire l'aug-
mentation de la section du C D T S V. Si on se reporte a la figure 12,
on remarque que la Pression (Pression = Pression dans la section de
combustion
moins la pression ambiante, soit P p(t) Pa) chute brutale-
ment dans les premieres millisecondes apres le temps " O ".
L'apparition d'un decrochage selon le critere defini auparavant a lieu
au bout d'environ 4 millisecondes La figure 13 represente la cause de
decrochage, c'est-a-dire la reduction de la section du C D T S V de 7
pour cent
probablement lors d'un essai d'acceleration rapide du moteur.
Au bout d'environ 22 millisecondes, on met en oeuvre l'action
correctrice de l'art anterieur, c'est-a-dire qu'on augmente la section
du C D T S V de la valeur de la reduction cause du decrochage On peut
cependant observer figure 12 que la
Pression continue d'osciller de maniere rapidement d&crois-
sante, ce qui est caracteristique d'un regime de decrochage.
sans pompage.
* L'existence d'un regime de decrochage sans pompage est clairement
represente figure 14 La courbe de fonctionnement du compresseur (en
trait continu) se trouve au depart sur la
courbe 60 du compresseur non decroche en regime constant.
Ensuite la courbe de fonctionnement du compresseur se deplace
rapidement vers la gauche de la partie superieure de la courbe 60 et
se met a tourner en spirale en sens inverse des aiguilles d'une montre
jusqu'a ce qu'elle atteigne la courbe
61 du compresseur decroche en regime constant On peut remar-
quer que la courbe de fonctionnement du compresseur ne revient jamais
sur la courbe 60 de non decrochage et ainsi ne reussit
pas a determiner un "regime de pompage".
En incorporant la presente invention dans le moteur a turbine a gaz 70
de la figure 9, ce dernier est en "regime de pompage" apres un
decrochage comme represente par les courbes des figures 15 a 17 Les
deux courbes 15 et 16 sont
les memes que les courbes 12 et 13 jusqu'a 22 millisecondes.
Apres ce point, on module la section du C D T S V comme indique a la
figure 16 C'est-a-dire que l'on module la composante variant avec le
temps de la reduction de la
section du C D T S V pratiquement en phase avec la compo-
sante variant en fonction du temps de la pression de la section de
combustion telle qu'elle est representee par la
courbe Pression de la figure 15.
En comparant les figures 13 et 16, on peut remarquer que la presente
invention a utilise l'action correctrice de l'art anterieur pour
compenser le decrochage (voir figure 13 et discussion ci-dessus) (Le
choix de la composante constante dans le temps de la section de
passage au bout de 22 millisecondes se fait par les moyens 91, 92, 94
du schema synoptique de la figure 9) Cependant, la presente invention
n'a pas besoin d'incorporer l'action correctrice de l'art anterieur On
peut plutot choisir la composante constante dans le temps de la
section du C D T S V egale, par exemple, a la valeur de la section du
C D T S V avant que ne se produise une cause de decrochage (Ceci
exigerait que les moyens 91, 92 et 94 de la figure 9 soient remplaces
par un moyen analogue au moyen 53 de la figure 1, lequel produit une
valeur avant decrochage du parametre variable debit de combustible).
On peut remarquer figure 16 que l'invention devient efficace un petit
peu apres l'apparition d'un decrochage selon le critere defini
ci-dessus Si l'on se reporte au schema synoptique de la figure 9 cela
signifie que le signal de modulation produit par le moyen de sommation
101 ne controle de maniere efficace le moyen 81 de reglage
de la section du C D T S V qu'au bout d'environ 22 milli-
secondes pour cet exemple particulier, decrit par la courbe de la
figure 6 Le moteur 70 neanmoins se trouve finalement en "regime de
pompage" Cette situation souligne le fait que la determination
dumoment precis de l'apparition
d'un decrochage n'est pas critique pour la presente inven-
tion Il est seulement critique de detecter ou de determiner
un decrochage.
Figure 17)apparait clairement le fait que le moteur decrit par les
courbes precedentes 15 et 16 se trouve en fin de compte en "regime de
pompage" La courbe de fonctionnement du compresseur (en trait continu)
debute sur la courbe 60 du compresseur non decroche en regime
permanent, ensuite elle se deplace rapidement vers la gauche de la
partie superieure de la courbe 60 puis tourne en spirale pendant
plusieurs cycles en sens inverse des aiguilles d'une montre jusqu'a ce
qu'enfin elle coincide a nouveau avec la courbe 60 de regime permanent
non decroche La coincidence de la courbe de fonctionnement du
compresseur et de la courbe 60
definit l'apparition d'un "regime de pompage".
Pour obtenir un gain predetermine, G, approprie pour l'amplificateur
100 de la figure 9, on doit utiliser une premiere equation fonction du
temps de variation de la section du C D T S V correspondant a une
premiere valeur du gain predetermine, G, dans la resolution simultanee
des cinq equations differentielles definies ci-dessus On utilise
ensuite une deuxieme equation en fonction du temps de la variation de
la section du C D T S V, et d'autres si necessaire, pour determiner
une valeur appropriee du gain predetermine, G, pour etre sur qu'a la
fin un "regime
de pompage" s'etablisse.
Il est souhaitable de reduire au minimum le gain pre-
determine, G, de maniere a reduire substantiellement les contraintes
structurelles imposees au moteur En consequence, il faut utiliser des
valeurs differentes de la section du C.D T S V pour la resolution des
equations ci-dessus de
maniere a atteindre la valeur la plus faible du gain prede-
termine, G, compatible avec l'etablissement d'un "regime de
pompage" final.
Dans une autre realisationide la presente invention, l'amplificateur
100 est remplace par l'amplificateur a gain
variable 100 ' de la figure 18 Sur cette figure, l'amplifi-
cateur 100 ' a gain variable possede, a la difference de
l'amplificateur 100 de la figure 9, une entree de commande de gain Un
detecteur de vitesse de turbine 102 detecte la vitesse de rotation de
la turbine du moteur 70 et envoie
cette information a un moyen de resolution d'equation 104.
Le moyen 104 comporte un ordinateur avec lequel on peut
resoudre les cinq equations differentielles definies ci-
dessus et comprend un moyen pour fournir un signal de
commande de gain a l'entree de commande de gain de l'ampli-
ficateur a gain variable 100 ' En consequence, on peut rendre minimal
le gain de l'amplificateur a gain variable ' de maniere compatible
avec l'etablissement d'un "regime de pompage" final dans le moteur 70
quand il est decroche La reduction du gain de l'amplificateur 100 '
permet de reduire l'amplitude de la composante variant en
10188
fonction du temps qui comporte la reduction de la section du C.D T S V
grace a quoi on reduit de meme les contraintes
structurelles imposees au moteur 70.
A partir de la description qui precede de la presente
invention, on remarquera que celle-ci atteint plusieurs objectifs
importants Par exemple, on realise une methode et un dispositif pour
favoriser un "regime de pompage" dans un moteur a turbine a gaz
decroche On peut aussi inclure cette methode et ce dispositif dans les
moteurs existantss par rattrapage De plus, la methode et le dispositif
sont calcules pour reduire au minimum les contraintes structurelles
imposees a un moteur a turbine a gaz quand on y favorise un
"regime de pompage".
La figure 19 est un schema synoptique representant une realisation
souhaitee des moyens suivants: le moyen 47 de la figure 1, les moyens
92 et 97 de la figure 9 Chacun de
ces moyens recoit un signal de sortie provenant respective-
ment du detecteur de decrochage 43 ou 90 indiquant l'apparition d'un
decrochage; ce signal de sortie peut ainsi constituer un signal de
temporisation indiquant l'apparition d'un decrochage Chacun de ces
moyens recoit aussi un signal d'entree (par exemple, le moyen 47
recoit un signal d'entree provenant du capteur de pression 42) et
envoie un signal de sortie vers un autre dispositif (par exemple, le
moyen 47 envoie un signal de sortie vers le moyen de sommation ) En
consequence, sur le diaaramme du circuit 110 de la figure 19 on a
represente ce circuit recevant un signal d'entree et un signal de
temporisation provenant d'lun
detecteur de decrochage et fournissant un signal de sortie.
Un circuit d'echantillonnage analogique-numerique 111 recoit le signal
d'entree qui est un signal analogique et l'echantillonne
periodiquement Pour le moteur a turbine a gaz particulier decrit
ci-dessus, un cycle convenable d'echantillonnage est de 0,5
millisecondes En general, plus un moteur a turbine a gaz est petit,
plus les frequences interessantes sont elevees et donc plus court est
le cycle d'echantillonnage Le circuit analogique-numerique 111 envoie
un signal de sortie numerique representantla valeur echantillonnee du
signal d'entree apres chaque echantillonnage, vers un registre 112 par
une porte ET 114 La porte ET 114 combinee a une porte d'inversion 115
valide la transmission de donnees provenant du circuit
d'echantillonnage 111 analogique-numerique vers le registre 112
seulement avant l'apparition d'un decrochage pendant que le signal de
temporisation provenant du detecteur de decrochage a une valeur
logique "zero" Ainsi les donnees contenues dans le
registre 112 sont mises a jour a chaque periode d'echantillon-
nage avant l'apparition d'un decrochage.
Une porte ET 117 bloque ou empeche la transmission de donnees
provenant du registre 112 vers un convertisseur
-numerique-analogique 118 avant l'apparition d'un decrochage.
A l'apparition d'un decrochage quand le signal de temporisation
provenant du detecteur de decrochage prend la valeur logique "un", la
porte ET 117 valide latransmission de donnees
provenant du registre 112 vers le convertisseur numerique-
analogique 118 En meme temps, la porte ET 114 empeche la transmission
de donnees provenant du circuit d'echantillonnage analogique-numerique
111 vers le registre 112, obligeant ainsi le registre 112 a stocker
les donnees representant le signal d'entree a l'apparition d'un
decrochage; en consequence, le convertisseur numerique-analogique
recoit une donnee constante dans le temps provenant du registre 112
apres l'apparition d'un decrochage et envoie un signal de sortie
constant dans le temps equivalent au signal d'entree a
l'apparition d'un decrochage.
Le registre 112 comporte, de maniere appropriee, pour le moteur
particulier decrit ci-dessus, un registre a 12 bits On realise de
preference la transmission en parallele des donnees numeriques avec le
circuit 110 bien que l'on
n'ait seulement represente qu'une transmission en ligne.
En remplacant le registre unique 112 du circuit 110 de la figure 19
par la serie de registres 200 representes a la figure 20, le circuit
modifie 110 met en oeuvre de maniere appropriee les moyens suivants:
le moyen 53 de la figure 1 et le moyen 91 de la figure 9 Les registres
200, au nombre de 50, de la figure 20, ne contiennent pas de donnees
au depart Puis le registre 200 a recoit des donnees representant une
valeur echantillonnee du signal d'entree du circuit d'echantillonnage
analogique-numerique 111 Apres le nouveau cycle d'echantillonnage, la
donnee se trouvant dans le registre 200 a est decalee vers le registre
200 b, et le registre 200 a recoit les nouvelles donnees provenant du
circuit d'echantillonnage analogique-numerique 111.
Apres qu'il se soit ecoule 50 cycles d'echantillonnage ( 25
millisecondes pour le circuit decrit), le registre 200 y contient une
donnee qui est retardee de 25 millisecondes
par rapport a une donnee contenue dans le registre 200 a.
Ainsi, apres le fonctionnement initial de 25 millisecondes du circuit
modifie 110, a n'importe quel moment donne t = "eto", la donnee
contenue dans le registre 200 y represente une valeur echantillonnee
du signal d'entree retarde de millisecondes ou en d'autres mots une
valeur echantillonnee au temps t = to -25 millisecondes En
consequence, apres l'apparition de decrochage,le circuit modifie 110
fournit un signal de sortie constant dans le temps representant une
valeur retardee de 25 millisecondes du signal d'entree, ou,
autrement dit, une valeur avant decrochage de ce signal.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Methode de mise en oeuvre d'un "regime de pompage" dans un moteur a
turbine a gaz decroche ( 20, 70) comportant une section de combustion
( 24) placee entre un compresseur ( 22) et une turbine ( 32),
caracterisee en ce qu'elle consiste a:
a) controler la pression dans la section de combus-
tion ( 24) du moteur a turbine a gaz ( 20); b) determiner l'apparition
d'un decrochage dans le moteur ( 20); et c) moduler une composante
variant en fonction du
temps d'un premier parametre variable du moteur ( 20) prati-
quement en phase avec une composante variant en fonction du temps de
la pression de la section de combustion ( 24) apres l'apparition du
decrochage, creant ainsi un "regime
de pompage" dans le moteur a turbine a gaz ( 20).
2 Methode selon la revendication 1, caracterisee en ce que l'amplitude
de la composante variant en fonction du temps du premier parametre
variable est liee par une relation predeterminee avec l'amplitude de
la pression de la section
de combustion.
3 Methode selon la revendication 1, caracterisee en ce qu'elle
comporte en outre les etapes suivantes a) controler le premier
parametre variable et en determiner une valeur avant decrochage; et b)
donner a ce premier parametre variable une premiere composante
constante dans le temps apres l'apparition d'un decrochage, cette
composante constante dans le temps ayant une valeur qui se trouve dans
l'intervalle d'environ
pour cent de sa valeur avant decrochage.
4 Methode selon la revendication 3, caracterisee en ce que la valeur
avant decrochage du premier parametre constitue une valeur existant
avant l'apparition d'une cause de
decrochage qui provoque ledit decrochage.
Methode selon la revendication 1, caracterisee en ce que le premier
parametre variable est constitue par le debit de combustible de la
section de combustion ( 24) du moteur a
turbine a gaz ( 20).
6 Methode selon la revendication 1, caracterisee en ce
que le premier parametre variable est constitue par le dega-
gement de chaleur dans la section de combustion ( 24) du moteur
( 20).
7 Methode selon la revendication 6, caracterisee en ce que la
modulation d'une composante variant en fonction du temps du degagement
de chaleur comporte la modulation d'une
composante variant en fonction du temps du debit de combus-
tible de la section de combustion ( 24).
8 Methode selon la revendition 7, caracterisee en ce que la modulation
d'une composante variant en fonction du temps du debit de combustible
comporte une compensation importante du retard entre le debit de
combustible et le
degagement de chaleur.
9 Methode selon l'une quelconque des revendications
a 7, caracterisee en ce qu'elle comprend une limitation du debit de
combustible au debit maximal nominal de combustible du moteur a
turbine a gaz ( 20) apres l'apparition
du decrochage.
10 Methode selon l'une quelconque des revendications
a 6, caracterisee en ce que l'amplitude de la composante variant en
fonction du temps du premier parametre variable est liee par une
relation predeterminee avec l'amplitude de la pression de la section
de combustion ( 24), cette relation predeterminee etant une relation
de proportionnalite entre l'amplitude de la composante variant en
fonction du temps du premier parametre variable et l'amplitude de la
composante variant en fonction du temps de la pression de
la section de combustion ( 24).
11 Methode selon la revendication 10, caracterisee en ce que
l'amplitude de la composante variant en fonction du temps du premier
parametre variable est aussi proportionnelle a une
valeur avant decrochage de ce premier parametre variable.
12 Methode selon la revendication 11, caracterisee en ce que la valeur
avant decrochage du premier parametre variable constitue une valeur
existant avant l'apparition d'une cause
de decrochage provoquant le decrochage.
13 Methode selon la revendication 1, caracterisee en ce que: a) le
moteur a turbine a gaz ( 70) comporte un col de diffuseur de turbine a
section variable ( 71); et b) que le premier parametre variable est
constitue par une reduction de la section du colde diffuseur de
turbine
a section variable ( 71).
14 Methode selon la revendication 13, caracterisee en ce l'amplitude
de la composante variant en fonction du temps du
premier parametre variable est liee par une relation predeter-
minee avec l'amplitude de la pression de la section de combustion (
24), cette relation predeterminee etant une relation de
proportionnalite entre l'amplitude de la composante variant en
fonction du temps du premier parametre variable et l'amplitude de la
composante variant en fonction du temps de
la pression de la section de combustion ( 24).
Methode selon la revendication 14, caracterisee en ce que l'amplitude
de la composante variant en fonction du temps du premier parametre
depend d'un second parametre variable
du moteur a turbine a gaz ( 70).
16 Methode selon la revendication 15, caracterisee en ce que le second
parametre variable est constitue par la vitesse
de la turbine ( 32) du moteur a turbine a gaz VO).
17 Methode selon la revendication 2, caracterisee en ce que la
relation predeterminee est choisie de maniere a reduire
substantiellement les contraintes structurelles imposees au moteur a
turbine a gaz ( 70) du fait de la modulation du
premier parametre variable.
18 Methode selon la revendication 17, caracterisee en ce que la
relation predeterminee depend d'un deuxieme parametre variable du
moteur a turbine a gaz ( 70) 19 Methode selon la revendication 18,
caracterisee en ce que le deuxieme parametre variable est constitue
par la vitesse
de la turbine ( 32) du moteur a turbine a gaz h 70).
20 Dispositif pour favoriser un "regime de pompage" dans un moteur a
turbine a gaz ( 20, 70) decroche comportant une section de combustion
( 24) placee entre un compresseur ( 22) et une turbine ( 32),
caracterise en ce qu'il comprend a)-un moyen ( 42) pour controler la
pression dans la section de combustion ( 24) du moteur a turbine a gaz
( 20)
b) des moyens ( 43, 47) de determination de l'appari-
tion d'un decrochage dans le moteur a turbine a gaz ( 20); et c) des
moyens ( 52, 53, 54, 58) pour moduler une composante variant en
fonction du temps d'un premier parametre variable du moteur ( 20)
pratiquement en phase avec une composante variant en fonction du temps
de la pression de la section de combustion apres l'apparition du
decrochage, creant ainsi un "regime de pompage" dans le moteur a
turbine
a gaz ( 20).
21 Dispositif selon la revendication 20, caracterise en ce que
l'amplitude de la composante variant en fonction du temps du premier
parametre variable est liee par une relation predeterminee avec
l'amplitude de la pression de la section
de combustion.
22 Dispositif selon la revendication 20, caracterise en en ce qu'il
comprend en outre: a) un moyen ( 41) pour controler le premier
parametre variable et en determiner une valeur avant decrochage; et b)
un moyen ( 53) pour fournir au premier parametre
variable une composante constante dans le temps apres l'appa-
rition d'un decrochage, cette composante constante dans le temps ayant
une valeur qui se trouve dans l'intervalle
d'environ 25 pour cent de sa valeur avant decrochage.
23 Dispositif selon la revendication 22, caracterise en ce que la
valeur avant decrochage du premier parametre constitue une valeur
existant avant l'apparition d'une cause
de decrochage provoquant le decrochage.
24 Dispositif selon la revendication 20, caracterise en ce que le
premier parametre variable est constitue par le debit de combustible
de la section de combustion ( 24) du
moteur a turbine a gaz ( 20).
Dispositif selon la revendication 20, caracterise en ce que le premier
parametre variable est constitue par le degagement de chaleur dans la
section de combustion ( 24) du
moteur a turbine a gaz ( 20).
26 Dispositif selon la revendication 25, caracterise en ce que le
moyen de modulation d'une composante variant en fonction du temps du
degagement de chaleur comporte un moyen ( 52) pour moduler une
composante variant en fonction du
temps du debit de combustible de la section de combustion ( 24).
27 Dispositif selon la revendication 26, caracterise en ce que le
moyen ( 52) pour moduler une composante variant en fonction du temps
du debit de combustible comporte un moyen ( 58) pour compenser
substantiellement le retard entre le debit
de combustible et le degagement de chaleur.
28 Dispositif selon l'une quelconque des revendications
24 A 26, caracterise en ce qu'il comprend en outre un moyen ( 59) de
limitation de debit de combustible au debit maximal nominal du moteur
a turbine a gaz ( 20) apres le debut d'un decrochage.
29 Dispositif selon l'une quelconque des revendications
24 A 26, caracterise en ce que l'amplitude de la composante variant en
fonction du temps du premier parametre variable est liee par une
relation predeterminee avec l'amplitude de la pression de la section
de combustion ( 24), cette relation predeterminee etant une relation
de proportionnalite entre l'amplitude de la composante variant en
fonction du temps du premier parametre variable et l'amplitude de la
composante variant en fonction du temps de la pression de
la section de combustion ( 24).
Dispositif selon la revendication 29, caracterise en ce que
l'amplitude de la composante variant en fonction
du temps du premier parametre variable est aussi propor-
tionnelle a une valeur avant decrochage de ce premier
parametre variable.
31 Dispositif selon la revendication 30, caracterise en ce que la
valeur avant decrochage du premier parametre variable constitue une
valeur existant avant l'apparition
d'une cause de decrochage qui provoque ce decrochage.
32 Dispositif selon la revendication 20, caracterise
251018 '
en ce que a) le moteur a turbine a gaz ( 70) comprend un col de
diffuseur de turbine a gaz a section variable ( 71); et b) le premier
parametre variable est constitue par une reduction de la section du
col de diffuseur de turbine
a section variable ( 71).
33 Dispositif selon la revendication 32, caracterise en que
l'amplitude de la composante variant en fonction du temps du premier
parametre variable est liee par une relation predeterminee avec
l'amplitude de la pression de la section de combustion ( 24), cette
relation predeterminee etant une relation de proportionnalite entre
l'amplitude de la composante variant en fonction du temps du premier
parametre variable et l'amplitude de la composante variant en fonction
du temps de la pression de la section de combustion ( 24).
34 Dispositif selon la revendication 33, caracterise en ce l'amplitude
de la composante variant en fonction du temps du premier parametre
depend d'un second parametre
variable du moteur a turbine a gaz ( 70).
35 Dispositif selon la revendication 34, caracterise en ce que le
second parametre variable est constitue par
la vitesse de la turbine ( 32) du moteur a turbine a gaz ( 70).
36 Dispositif selon la revendication 21, caracterise en ce que la
relation predeterminee est choisie de maniere a reduire
substantiellement les contraintes structurelles imposees au moteur a
turbine a gaz e O) du fait de la
modulation du premier parametre variable.
37 Dispositif selon la revendication 36, caracterise en ce que la
relation predeterminee depend d'un deuxieme
parametre variable du moteur a turbine a gaz ( 70).
38 Dispositif selon la revendication 37, caracterise en ce que le
deuxieme parametre variable est constitue par
la vitesse de la turbine ( 32) du moteur a turbine a gaz ( 70).
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