FR2931193A1

FR2931193A1 - Systemes et procedes pour refroidir des organes chauffes d'une turbine.

Info

Publication number: FR2931193A1
Application number: FR0953105A
Authority: FR
Inventors: Stuart Samuel Collins; Paul Jeffrey Meyer; Paul Stephen Dimascio
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2009-11-20
Also published as: CN101586496A; DE102009025803A1; JP2009281383A; US20090285677A1

Abstract

Systèmes et procédés pour refroidir des organes chauffés dans une turbine. Selon une forme de réalisation, un système pour refroidir une turbine peut comprendre au moins une source (116) de liquide qui peut contenir un liquide de refroidissement. Le système peut aussi comprendre au moins un injecteur (118) de liquide en communication fluidique avec la/les sources (116) de liquide et servir à fournir le liquide de refroidissement sous une forme pulvérisée au voisinage immédiat du/des organes de turbine chauffés. Au moment de la fourniture du liquide de refroidissement pulvérisé au voisinage immédiat du/des organes de turbine chauffés, au moins une partie du liquide de refroidissement passe sensiblement en phase gazeuse.

Description

B09-1492FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Systèmes et procédés pour refroidir des organes chauffés d'une turbine Invention de : COLLINS Stuart Samuel MEYER Paul Jeffrey DIMASCIO Paul Stephen Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 19 mai 2008 sous le n° 12/123.093

Systèmes et procédés pour refroidir des organes chauffés d'une turbine L'invention concerne de façon générale les turbines et, plus particulièrement, concerne des systèmes et procédés pour refroidir des organes chauffés dans des turbines. Dans une turbine telle qu'une turbine à gaz, certains organes tels que les distributeurs, les turbines, les ailettes ou l'anneau de renforcement sont placés dans la veine de gaz chauds et sont exposés à des gaz chauds qui peuvent être à une température supérieure au point de fusion d'un ou de plusieurs des organes. Dans certaines turbines à gaz de production de courant, la température des gaz chauds peut atteindre 1600°C. Par conséquent, dans bien des circonstances, les organes placés dans la veine de gaz chauds sont refroidis pendant le fonctionnement de la turbine. Dans des exemples de systèmes selon la technique antérieure, l'air soutiré dans un compresseur de la turbine à gaz sert à refroidir les organes. Cependant, cet air a déjà dépensé beaucoup de travail ou d'énergie à contourner la chambre de combustion de la turbine à gaz. L'air entre ensuite dans les organes comme les ailettes ou les distributeurs de turbines pour les refroidir afin qu'ils puissent survivre dans la veine de gaz chauds. Ensuite, l'air est renvoyé dans la veine de gaz chauds. Puisque l'air contourne la chambre de combustion, il ne contribue pas à brûler du combustible et il n'acquiert pas de quantité de mouvement supplémentaire. Par conséquent, cet air ne peut pas faire un travail utile dans d'autres étages d'une turbine. De ce fait, le rendement de la turbine à gaz diminue. Dans d'autres exemples de systèmes selon la technique antérieure, les organes chauffés peut être refroidis par de la vapeur plutôt que par de l'air pris dans le compresseur. La vapeur peut être extraite d'une turbine à vapeur et acheminée dans un tuyau jusque dans l'organe de turbine chauffé placé dans la veine de gaz chauds. La vapeur a généralement un plus grand coefficient de transfert thermique et absorbe donc plus de chaleur provenant de l'organe de turbine dans la veine de gaz chauds. De la sorte, le refroidissement par la vapeur peut constituer une meilleure solution que le refroidissement par l'air. La vapeur peut être prélevée dans la veine de gaz et réintroduite dans la turbine à vapeur. Une partie de l'énergie thermique que la vapeur tire de la veine de gaz chauds peut par conséquent être récupérée dans la turbine à vapeur pour produire un travail utile supplémentaire. Ainsi, dans des exemples de cas, le rendement de turbines à gaz à refroidissement par la vapeur peut être plus grand que celui de turbines à gaz à refroidissement par l'air. Cependant, les systèmes de refroidissement par la vapeur selon la technique antérieure peuvent être très complexes. Par exemple, la vapeur est prélevée dans des tuyaux fixes et doit être acheminée jusqu'à des ailettes rotatives. Le système de fourniture et de récupération de vapeur doit être maintenu bien étanche, car la vapeur se trouve à une très haute pression et, sinon créerait une fuite dans le circuit de vapeur. De plus, puisque la vapeur revient à la turbine à vapeur, le circuit de vapeur doit également être rendu étanche pour que la vapeur reste pure.

On a donc besoin de systèmes et de procédés pour refroidir des organes de turbines chauffés. Les formes de réalisation de l'invention peuvent répondre à certains ou à la totalité des besoins décrits plus haut. Les formes de réalisation de l'invention portent globalement sur des systèmes et des procédés pour refroidir des organes de turbine chauffés dans un moteur à turbine. Selon un premier exemple de forme de réalisation de l'invention, il est proposé un système pour refroidir des organes chauffés dans une veine de gaz chauds d'une turbine. L'exemple de système peut comprendre au moins une source de liquide pouvant contenir un liquide de refroidissement. Le système peut aussi comprendre au moins un injecteur de liquide en communication fluidique avec la source/les sources de liquide et servir à fournir le liquide de refroidissement sous une forme pulvérisée aux abords immédiats d'au moins un organe de turbine chauffé placé dans une veine de gaz chauds de la turbine. Selon l'exemple de forme de réalisation, au moment de la fourniture du liquide de refroidissement pulvérisé aux abords immédiats du/des organes de turbine chauffés, au moins une partie du liquide de refroidissement passe sensiblement en phase gazeuse. Selon un autre exemple de forme de réalisation de l'invention, il est proposé un procédé pour refroidir des organes chauffés dans une veine de gaz chauds d'une turbine. Cet exemple de procédé peut comprendre la réalisation d'au moins une source de liquide contenant un liquide de refroidissement en communication fluidique avec au moins un injecteur de liquide, l'injecteur/les injecteurs de liquide étant placés au voisinage immédiat d'au moins un organe de turbine chauffé disposé dans une veine de gaz chauds de la turbine. Le procédé peut comprendre en outre la pulvérisation du liquide de refroidissement depuis la source/les sources de liquide et la fourniture du liquide de refroidissement pulvérisé au voisinage immédiat du/des organes de turbine chauffés. Selon le présent exemple de forme de réalisation, au moment de la fourniture du liquide de refroidissement pulvérisé au voisinage immédiat du/des organes de turbine chauffés, au moins une partie du liquide de refroidissement passe sensiblement en phase gazeuse. Selon encore un autre exemple de forme de réalisation de l'invention, il est proposé un procédé pour faire fonctionner une turbine. Cet exemple de procédé peut comprendre le démarrage de la turbine, l'accélération de la turbine jusqu'à un fonctionnement à une charge prédéterminée, et la pulvérisation d'un liquide de refroidissement. Le procédé peut comprendre en outre la fourniture du liquide de refroidissement pulvérisé au voisinage immédiat d'au moins un organe de turbine chauffé placé dans une veine de gaz chauds de la turbine après d'augmentation de la vitesse de turbine pour son fonctionnement à la charge prédéterminée, procédé dans lequel, à l'instant où est fourni le liquide de refroidissement, au moins une partie du liquide de refroidissement passe sensiblement en phase gazeuse. Le procédé peut comprendre en outre la réduction de la vitesse de turbine sous la charge prédéterminée et la purge de l'excédent de liquide depuis la veine de gaz chauds après la réduction de la vitesse de turbine au-dessous de la charge prédéterminée.

L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés, qui ne sont pas réalisés à l'échelle, et sur lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'un exemple de système pour refroidir un organe de turbine chauffé, selon une forme de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue d'une ailette de turbine représentant un exemple d'organe de turbine chauffé selon une forme de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est un organigramme illustrant un exemple de procédé de refroidissement d'organe de turbine chauffé selon une forme de réalisation de l'invention ; et - la figure 4 est un organigramme illustrant un exemple de fonctionnement de la turbine selon une forme de réalisation de l'invention. Des exemples de formes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits plus en détail en référence aux dessins annexés, sur lesquels sont représentées quelques formes de réalisation, mais pas toutes. I1 est entendu que l'invention peut être mise en oeuvre sous de nombreuses formes différentes et ne doit pas être interprétée comme se limitant aux formes de réalisation présentées ici ; en fait, ces formes de réalisation sont proposées de façon que la présente description satisfasse les obligations juridiques en vigueur. Les mêmes repères désignent partout les mêmes éléments.

Le démarrage et l'accélération d'une turbine provoquent une combustion dans une chambre de combustion de la turbine. Pendant la combustion, la température des gaz chauds produits peut être nettement supérieure au point de fusion de divers organes de la turbine situés dans la veine de gaz chauds. Ainsi, pour refroidir les organes chauffés d'une turbine dans la veine de gaz chauds de la turbine, un liquide de refroidissement peut être pulvérisé et fourni sur ou près des organes chauffés de la turbine. Du fait de la plus grande énergie absorbée par le liquide de refroidissement, tel que de l'eau par exemple, pendant son passage d'une phase liquide à une phase gazeuse, fournir le liquide de refroidissement pulvérisé sur ou près des organes chauffés d'une turbine refroidit plus efficacement les organes que dans des turbines refroidies uniquement par de la vapeur ou refroidies uniquement par de l'air. Par ailleurs, mélanger le liquide de refroidissement avec de l'air constitue en outre un mécanisme de refroidissement pour l'air avant que le mélange d'air et de gaz ne soit fourni aux organes chauffés de la turbine. La figure 1 est un schéma de principe d'un système 100 pour refroidir un organe de turbine chauffé, selon une forme de réalisation de l'invention. Dans un exemple de forme de réalisation, l'organe de turbine chauffé peut être une ailette 102 de turbine, par exemple une ailette 102 de turbine de premier étage. On notera cependant que d'autres organes d'une turbine, comme une roue de turbine, un distributeur de turbine, un anneau de renforcement de turbine ou n'importe quelle combinaison de ceux-ci peuvent aussi être refroidis par les systèmes et procédés décrits ici. Dans une turbine à gaz, des gaz chauds sont produits à l'intérieur d'une chambre de combustion, créant des températures de gaz chauds allant d'environ 1000°C à environ 1600°C. Après être sortis de la chambre de combustion, les gaz chauds peuvent passer initialement par un distributeur 104 de turbine de premier étage de la turbine à gaz, qui communique avec l'organe de turbine chauffé tel que l'ailette 102 de turbine. On notera qu'un seul distributeur 104 de turbine de premier étage est représenté à titre d'illustration sur la figure 1 et que d'autres exemples de turbines peuvent comprendre de multiples distributeurs, ailettes et autres. Ainsi, le distributeur 104 de turbine et l'ailette 102 de turbine, ou d'autres organes de turbine, sont exposés aux gaz chauds à très hautes températures. De la sorte, ces organes de turbine peuvent subir des températures nettement supérieures aux températures de fusion des matières constituant les organes. Pour refroidir l'ailette 102 de turbine, de l'air est fourni depuis un compresseur 106 de la turbine à gaz. L'air peut passer tout d'abord par un espace intérieur 108 du distributeur 104 de la turbine. Après être sorti du distributeur 104 de la turbine, l'air passe par un aubage d'entrée 110 qui libère en outre l'air au voisinage immédiat d'un pied 112 de l'ailette de turbine. Le pied 112 est la partie radialement la plus interne de l'ailette 102 de turbine. Habituellement, le pied 112 a une partie de fixation (comme illustré sur la figure 2) usinée de façon que l'ailette 102 de turbine puise être fixée à une roue de turbine. Par ailleurs, l'aubage d'entrée 110 libère l'air de façon que l'air soit dirigé et canalisé pour entrer dans l'ailette 102 de turbine par le pied 112. La figure 1 représente aussi un tuyau 114 faisant circuler un liquide de refroidissement par le distributeur 104 de turbine. Dans un exemple de forme de réalisation, le liquide de refroidissement peut être sensiblement composé d'eau ; néanmoins, on notera que dans d'autres formes de réalisation la source 116 de liquide peut fournir des liquides de refroidissement autres que de l'eau. Après être passé par le tuyau 114, le liquide de refroidissement passe par un injecteur 118 de liquide. L'injecteur 118 de liquide fournit le liquide de refroidissement sur ou près de l'organe de turbine chauffé. Par exemple, comme illustré sur la figure 1, l'injecteur de liquide peut fournir le liquide de refroidissement au voisinage immédiat du pied 112 de l'ailette 102 de turbine. On notera que dans d'autres exemples de formes de réalisation l'injecteur 118 de liquide peut fournir le liquide de refroidissement à d'autres organes d'une turbine, tels que, par exemple, une roue de turbine, un distributeur de turbine, un anneau de renforcement de turbine ou n'importe quelle combinaison de ceux-ci. Dans divers exemples de formes de réalisation, l'injecteur 118 de liquide peut être situé à l'intérieur d'une roue de turbine ou à l'extérieur d'un anneau de renforcement de turbine. L'emplacement de l'injecteur 118 de liquide détermine l'emplacement pour la libération du liquide de refroidissement sur ou près de l'organe de turbine chauffé 102. Dans divers exemples de formes de réalisation, l'injecteur 118 de liquide peut être d'un type à injection, d'un type à venturi ou autre.

Si le liquide de refroidissement fourni depuis l'injecteur 118 de liquide touche directement un organe de turbine chauffé tel que l'ailette 102 de turbine, le liquide de refroidissement peut provoquer une forte baisse de température dans une zone locale au contact de laquelle arrive le liquide de refroidissement. Cela peut créer un fort gradient de température dans la matière de l'organe, provoquant éventuellement un fort gradient de contraintes dans la matière de l'organe chauffé, aussi une fissuration peut-elle survenir au point touché par le liquide de refroidissement. Pour éviter un tel endommagement de l'organe de turbine chauffé, dans un exemple de forme de réalisation, le liquide de refroidissement est libéré dans l'air sous une forme pulvérisée et au moins une partie du liquide de refroidissement passe d'une phase liquide à une phase gazeuse à l'instant où il se mélange à l'air et où il est exposé à de hautes températures. Un passage en phase gazeuse évite un contact direct par le liquide de refroidissement sous une forme liquide en un point de l'organe chauffé. Dans certaines situations, le liquide de refroidissement sortant de la source 116 de liquide peut être à une pression inférieure à la pression de l'air sortant du compresseur 106. Dans ce cas, le liquide de refroidissement ne peut pas être libéré sous une forme atomisée dans l'air et ne peut donc pas être réparti uniformément dans le milieu composé d'air. De la sorte, le liquide de refroidissement peut être mis sous pression avant d'être libéré dans le milieu composé d'air. Ainsi, dans un exemple de forme de réalisation, une pompe de mise sous pression peut être employée pour mettre sous pression le liquide de refroidissement afin que le liquide de refroidissement puisse sortir sous une forme sensiblement pulvérisée dans le milieu composé d'air et soit réparti uniformément dans le milieu composé d'air sur ou près de l'organe de turbine chauffé. Par exemple, le liquide de refroidissement peut être mis sous pression à une pression d'environ 2,8 x 106 N/m2 (400 psi) ou plus. Mélanger le liquide de refroidissement avec l'air avant l'introduction d'air au voisinage immédiat de l'organe de turbine chauffé, tel que l'ailette 102 de turbine, peut aussi favoriser le refroidissement de l'organe de turbine chauffé, car la chaleur latente de vaporisation du liquide de refroidissement est très forte en comparaison de la chaleur spécifique du liquide de refroidissement et de la forme gazeuse du liquide de refroidissement et de l'air. Par exemple, si le liquide de refroidissement est de l'eau, la chaleur latente de vaporisation de l'eau, la chaleur spécifique de l'eau et la chaleur spécifique de la vapeur sont respectivement d'environ 2,26 x 102 J/kg, 4,184 J/kg-°C et 2 J/kg-°C. Ainsi, dans une turbine à refroidissement par vapeur, 2 joules de chaleur peuvent être absorbés au moment d'une augmentation d'environ 1°C pour chaque kilogramme de vapeur et, dans une turbine à refroidissement par eau, 4,184 joules de chaleur peuvent être absorbés au moment d'une augmentation d'environ 1°C pour chaque kilogramme d'eau. Cependant, dans un système tel que le système 100 où de l'eau est convertie en vapeur, 2,26 x 102 joules de chaleur peuvent être absorbés par chaque kilogramme d'eau au moment de la conversion en vapeur. En outre, cela se produit à une température constante approximativement égale au point d'ébullition de l'eau. L'eau absorbe la chaleur à 2,26 x 102 J/kg-°C jusqu'à ce que sensiblement toute l'eau soit convertie en vapeur. Cela assure une grande capacité d'extraction de chaleur pour le liquide de refroidissement. Par ailleurs, le mélange du liquide de refroidissement avec l'air et sa conversion ultérieure en gaz constitue un mécanisme de refroidissement pour l'air avant que le mélange d'air et de gaz ne soit fourni au voisinage immédiat de l'organe de turbine chauffé tel que l'ailette 102 de turbine. Dans l'exemple de forme de réalisation où au moins une ailette 102 de turbine est à refroidir, une fois que le liquide de refroidissement passe en phase gazeuse, le mélange de gaz et d'air peut entrer dans un espace intérieur 120 de l'ailette 102 de turbine par le pied 112.

Dans un exemple de forme de réalisation, un système de tuyau 122 peut éventuellement être prévu pour relier la source 116 de liquide à l'injecteur 118 de liquide et pour assurer une fourniture adéquate du liquide de refroidissement depuis la source 116 de liquide et l'injecteur 118 de liquide. Par ailleurs, le système de tuyau 122 pourrait être dans un environnement où les températures soient tellement élevées que le liquide de refroidissement passe en phase gazeuse. Cela amène le liquide de refroidissement à perdre une partie de la capacité d'extraction de chaleur, qui est mieux réservée pour l'organe de turbine chauffé 102. Pour éviter que le liquide de refroidissement ne passe en phase gazeuse, le système de tuyau 122 peut être thermiquement isolé de son environnement. De plus, le système de tuyau 122 risque de se corroder en raison de la corrosivité du liquide de refroidissement. De la sorte, dans un exemple de forme de réalisation, le système de tuyau peut être pourvu d'un revêtement de protection contre la corrosion. Dans certaines situations pendant le fonctionnement du système 100, la vitesse de la turbine à gaz est réduite de façon que la turbine à gaz ne fonctionne plus à une charge prédéterminée. La turbine à gaz peut nécessiter que l'excédent de liquide de refroidissement non converti sous une forme gazeuse soit purgé depuis la veine de gaz chauds. Ainsi, dans un exemple de forme de réalisation, un dispositif de purge 124 est éventuellement disposé dans la turbine à gaz. Cependant, des exemples de turbines à gaz peuvent ordinairement comprendre un système d'évacuation pour évacuer le combustible imbrûlé depuis l'intérieur de la turbine à gaz. De la sorte, dans un exemple de forme de réalisation, le système d'évacuation de combustible peut être prolongé sous la forme du dispositif de purge 124 afin de purger tout excédent de liquide de refroidissement restant dans la veine. La figure 2 est une vue d'un exemple d'ailette 202 de turbine, représentant un exemple du/des organes de turbine chauffés dans une veine 216 de gaz chauds de la turbine, selon une forme de réalisation de l'invention. L'ailette 202 de turbine a une première face 218A et une seconde face 218B, qui sont des parois opposées de l'ailette 202 de turbine et forment un espace intérieur 208 dans l'ailette 202 de turbine. L'ailette 202 de turbine peut comporter une pluralité d'orifices 204 et une plate-forme 206 d'ailette. Les orifices 204 traversent la première face 218A et la seconde face 218B de l'ailette 202 de turbine. Un mélange 210 d'un liquide de refroidissement et d'air peut être fourni sur ou près du pied 212 de l'ailette 202 de turbine, endroit où le mélange 210 entre dans l'ailette 202 de turbine à travers la plate-forme 206 d'ailette. Le mélange 210 passe en outre dans l'espace intérieur 208. Comme l'air est déjà à une température élevée d'environ 750°C et que le liquide de refroidissement est réparti uniformément sous la forme pulvérisée dans tout l'air, le liquide de refroidissement absorbe de la chaleur de l'air et passe sensiblement en phase gazeuse. Puisque le liquide de refroidissement du mélange 210 est converti en gaz, il se forme un mélange gazeux 214. Le mélange gazeux 214 peut ensuite au moins partiellement sortir par les orifices 204 pour entrer dans la veine 216 de gaz chauds. I1 est entendu que l'ailette 202 de turbine n'est présentée qu'à des fins d'illustration et que d'autres organes de turbine chauffés dans une veine 216 de gaz chauds peuvent être refroidis d'une manière semblable à celle décrite ici. Dans divers exemples différents de formes de réalisation, l'organe de turbine chauffé peut être, mais d'une manière nullement limitative, un distributeur de turbine, une ailette de turbine, une roue de turbine, un anneau de renforcement de turbine ou une combinaison de ceux-ci. La figure 3 illustre un exemple de procédé par lequel peut fonctionner une forme de réalisation de l'invention. I1 est présenté un organigramme 300 illustrant un exemple de procédé pour refroidir l'organe de turbine chauffé placé dans une veine de gaz chauds d'une turbine, selon une forme de réalisation de l'invention. L'exemple de procédé commence au bloc 302. Au bloc 302, au moins une source de liquide est prévue pour fournir un liquide de refroidissement sur, au voisinage immédiat ou près d'un ou de plusieurs organes de turbine chauffés. Dans divers exemples différents de formes de réalisation, l'organe de turbine chauffé peut être, mais de manière nullement limitative, un distributeur de turbine, une ailette de turbine, une roue de turbine, un anneau de renforcement de turbine ou une combinaison de ceux-ci. Dans un exemple de forme de réalisation, le liquide de refroidissement peut être de l'eau, quoique d'autres liquides de refroidissement puissent être fournis. La source de liquide est en communication fluidique avec au moins un injecteur de liquide placé au voisinage immédiat ou près de l'organe/des organes de turbine chauffés. De la sorte, le/les injecteurs de liquide servent à fournir le liquide de refroidissement depuis la source de liquide sur ou près de l'organe/des organes de turbine chauffés. L'injecteur/les injecteurs de liquide peuvent être du type à injection, du type à venturi ou autre. Dans un exemple, un système de tuyau allant de la source de liquide à l'injecteur de liquide peut assurer la communication fluidique entre eux. Dans des exemples de formes de réalisation, le système de tuyau peut être soumis à des températures très élevées, notamment pendant le fonctionnement de la turbine, ce qui peut amener le liquide de refroidissement à changer au moins partiellement de phase dans le système de tuyau. Ainsi, dans un exemple de forme de réalisation, le procédé peut comprendre en outre l'isolation thermique du système de tuyau afin d'éviter un transfert de chaleur vers le liquide de refroidissement à l'intérieur du système de tuyau depuis son environnement.

Au bloc 302 succède le bloc 304, dans lequel le liquide de refroidissement venant de la source de liquide est sensiblement pulvérisé. L'injecteur de liquide peut servir à sensiblement pulvériser le liquide de refroidissement. Par ailleurs, dans d'autres exemples de formes de réalisation, la turbine peut comprendre une pompe de mise sous pression pour mettre sous pression le liquide de refroidissement reçu de la source de liquide, ainsi que pour faciliter la pulvérisation du liquide de refroidissement. Au bloc 304 succède le bloc 306, dans lequel l'injecteur de liquide fournit le liquide de refroidissement pulvérisé dans l'air au voisinage immédiat ou près de l'organe/des organes de turbine chauffés. Fournir le liquide de refroidissement pulvérisé d'une manière sensiblement uniforme dans l'air issu du compresseur permet au liquide de refroidissement mélangé à l'air de passer sensiblement en phase gazeuse lorsqu'il est exposé aux températures les plus élevées dans la veine de gaz chauds. Dans un exemple de forme de réalisation, le procédé peut comprendre l'installation d'un dispositif de purge pour évacuer le liquide de refroidissement de la veine de gaz chauds si la vitesse de la turbine est réduite au-dessous d'une charge prédéterminée. Dans un exemple, la purge du liquide de refroidissement depuis la veine de gaz chauds peut être effectuée avant un prochain démarrage de la turbine. Dans un autre exemple, le liquide de refroidissement peut être évacué au moment de l'arrêt de la turbine.

La figure 4 illustre un autre exemple de procédé par lequel peut fonctionner une forme de réalisation de l'invention. I1 est présenté un organigramme 400 illustrant un exemple de procédé pour faire fonctionner une turbine selon une forme de réalisation de l'invention.

L'exemple de procédé commence au bloc 402. Au bloc 402, la turbine est mise en marche. Au bloc 402 succède le bloc 404, dans lequel la vitesse de la turbine est accrue pour faire fonctionner la turbine à une charge prédéterminée. La mise en marche et l'augmentation de la vitesse de la turbine à gaz conduisent à un processus de combustion dans une chambre de combustion de la turbine à gaz. Dans un exemple de forme de réalisation, la température des gaz chauds produits peut être nettement supérieure au point de fusion de divers organes de la turbine placés dans la veine de gaz chauds.

Au bloc 404 succède le bloc 406, dans lequel est pulvérisé un liquide de refroidissement reçu de la source de liquide, qui peut servir à refroidir le/les organes de turbine chauffés dans la veine de gaz chauds de la turbine. Dans un exemple de procédé, un injecteur de liquide en communication fluidique avec la source de liquide pulvérise sensiblement le liquide de refroidissement. Dans des exemples de formes de réalisation, le liquide de refroidissement peut être de l'eau, quoique d'autres liquides de refroidissement puissent être fournis. Au bloc 406 succède le bloc 408, dans lequel le liquide de refroidissement pulvérisé est fourni au voisinage immédiat ou près de l'organe/des organes de turbine chauffés. Dans cet exemple de procédé, puisque le liquide de refroidissement est fourni sous une forme pulvérisée et dans l'air présent dans la veine de gaz chauds, qui a une température supérieure à un point d'ébullition du liquide de refroidissement, au moins une partie du liquide de refroidissement subit un changement de phase et passe en phase gazeuse. Dans des exemples de formes de réalisation, l'organe/les organes de turbine chauffés peuvent être constitués par une ailette de turbine, un distributeur de turbine, une roue de turbine, un anneau de renforcement de turbine ou autre. Au bloc 408 succède le bloc 410, dans lequel la vitesse de la turbine est réduite de façon que la turbine fonctionne au-dessous de la charge prédéterminée, notamment pendant un ralentissement ou un arrêt. I1 peut arriver que, pendant la réduction de la charge ou l'arrêt momentané du fonctionnement de la turbine, une partie du liquide de refroidissement ne puisse pas subir de changement de phase. Le liquide restant dans la turbine risque de provoquer une corrosion des organes de turbine et risque d'aboutir finalement à la formation de fissures dans les organes de la turbine en raison du facteur de contraintes élevé. De la sorte, au bloc 410 succède le bloc 412, dans lequel tout excédent de ce liquide de refroidissement est purgé pour être évacué de la veine de gaz chauds. Dans un exemple, l'évacuation du liquide de refroidissement depuis la veine de gaz chauds peut être effectuée avant une prochaine mise en marche de la turbine. Dans un autre exemple, le liquide de refroidissement peut être purgé au moment d'un arrêt de la turbine. Dans diverses turbines, le rendement de la turbine peut être affecté par l'introduction de l'air dans la veine de gaz chauds du fait que l'air subit un gros travail pendant l'étape de compression.

L'introduction d'un liquide de refroidissement dans l'air, comme celui décrit plus haut, accroît l'efficacité du refroidissement et contribue par conséquent à réduire la quantité d'air servant à refroidir l'organe de turbine chauffé.

LISTE DES REPERES 102 Ailette de turbine 104 Distributeur de turbine 106 Compresseur 108 Espace intérieur (dans le distributeur de turbine) 110 Aubage d'entrée 112 Pied 114 Tuyau 116 Source de liquide 118 Injecteur de liquide 120 Espace intérieur (dans l'ailette de turbine) 122 Système de tuyau 124 Dispositif de purge 202 Ailette de turbine 204 Orifices 206 Plate-forme d'ailette 208 Espace intérieur 210 Mélange 212 Pied 214 Mélange gazeux 216 Veine de gaz chauds 218A Première face 218B Seconde face 300 Procédé 302 Bloc 304 Bloc 306 Bloc 400 Procédé 402 Bloc 404 Bloc 406 Bloc

Claims

REVENDICATIONS1. Système (100) pour refroidir des organes chauffés dans une veine (216) de gaz chauds d'une turbine (102), comprenant : au moins une source (116) de liquide un liquide de refroidissement ; et au moins un injecteur (118) de liquide en communication fluidique avec la source ou les sources (116) de liquide et servant à fournir le liquide de refroidissement sous une forme pulvérisée aux abords immédiats d'au moins un organe de turbine chauffé placé dans une veine (216) de gaz chauds de la turbine ; au moment de la fourniture du liquide de refroidissement pulvérisé aux abords immédiats de l'organe ou des organes de turbine chauffés, au moins une partie du liquide de refroidissement passant sensiblement en phase gazeuse.
2. Système selon la revendication 1, comprenant en outre au moins une pompe pour mettre sous pression le liquide de refroidissement issu de la/des sources (116) de liquide.
3. Système selon la revendication 1, comprenant en outre un système de tuyau (122) reliant la/les sources (116) de liquide et le/les injecteurs (118) de liquide.
4. Système selon la revendication 3, dans lequel le système de tuyau (122) comporte une isolation thermique.
5. Système selon la revendication 1, dans lequel le liquide de refroidissement est constitué d'eau.
6. Système selon la revendication 1, dans lequel l'organe/les organes de turbine chauffés sont constitués par une ailette (102) de turbine et/ou une roue de turbine et/ou un distributeur (104) de turbine et/ou un anneau de renforcement de turbine.
7. Système selon la revendication 1, dans lequel l'organe/les organes de turbine chauffés sont constitués par une ailette (102) de turbine comportant une première face (218A) et une seconde face (218B) créant un espace (120) dans celle-ci et comportant une pluralité d'orifices (204) traversant au moins une des première face(218A) et seconde face (218B), et dans lequel, au moment de la fourniture du liquide de refroidissement pulvérisé au voisinage immédiat de l'ailette (102) de turbine, au moins une partie du gaz passe dans l'espace intérieur (120) et sort de l'espace intérieur (120) pour entrer dans la veine (216) de gaz chauds par au moins une partie de la pluralité d'orifices (204).
8. Système selon la revendication 1, comprenant en outre un dispositif de purge (124) pour évacuer de la veine (216) de gaz chauds un excédent du liquide de refroidissement.
9. Procédé pour refroidir des organes chauffés dans une veine (216) de gaz chauds d'une turbine, comprenant : la réalisation (302) d'au moins une source (116) de liquide contenant un liquide de refroidissement en communication fluidique avec au moins un injecteur (118) de liquide, l'injecteur/les injecteurs (118) de liquide étant placés au voisinage immédiat d'au moins un organe de turbine chauffé disposé dans une veine (216) de gaz chauds de la turbine ; la pulvérisation (304) du liquide de refroidissement depuis la source/les sources (116) de liquide ; et la fourniture (306) du liquide de refroidissement pulvérisé au voisinage immédiat du/des organes de turbine chauffés ; au moment de la fourniture du liquide de refroidissement pulvérisé au voisinage immédiat du/des organes de turbine chauffés, au moins une partie du liquide de refroidissement passant sensiblement en phase gazeuse.
10. Procédé selon la revendication 9, comprenant en outre la mise sous pression, à l'aide d'au moins une pompe, du liquide de refroidissement issu de la/des sources (116).