FR2967457A1 - Ensemble d'etancheite pour piece de transition - Google Patents
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Abstract
Ensemble d'étanchéité (100) destiné à servir avec une pièce de transition et une tuyère de premier étage d'un moteur à turbine à gaz. L'ensemble d'étanchéité (100) peut comprendre un élément de support (110) positionnée entre la pièce de transition et la tuyère de premier étage ; et un élément élastique primaire (160) positionné sur l'élément de support (110) et au contact avec la tuyère de premier étage. L'élément élastique primaire comprend un seul coude (180).
Description
B11-3832FR 1 Ensemble d'étanchéité pour pièce de transition La présente invention porte de façon générale sur les moteurs à turbine à gaz et, plus particulièrement, concerne des ensembles d'étanchéité perfectionnés destinés à servir entre une pièce de transition et une tuyère de turbine de premier étage et des éléments similaires de façon à empêcher des fuites d'air à haute pression. Sans entrer dans les détails, les moteurs à turbine à gaz peuvent avoir un ensemble d'étanchéité disposé entre une ou plusieurs pièces de transition et une tuyère de premier étage ou autre. L'ensemble d'étanchéité doit empêcher que de l'air à haute pression ne s'échappe et ne rejoigne le flux d'air chaud. L'ensemble d'étanchéité peut comprendre un joint extérieur, un joint intérieur et une paire de joints latéraux. Les joints intérieur et extérieur peuvent avoir un élément élastique ou une structure similaire placé sur ceux-ci afin d'assurer un bon contact avec la tuyère. D'autres types de configurations d'ensembles d'étanchéité peuvent également être connus. L'ensemble d'étanchéité peut absorber des mouvements relatifs entre la pièce de transition et la tuyère de premier étage, résultant par exemple d'impulsions dynamiques et autres. La pièce de transition et la tuyère de premier étage et/ou les éléments de support de tuyère peuvent ainsi bouger dans des directions radiale, circonférentielle et axiale les uns par rapport aux autres. De plus, la pièce de transition et la tuyère de premier étage peuvent être en matières différentes et subir des températures différentes pendant leur fonctionnement. De ce fait, la pièce de transition et la tuyère de premier étage peuvent subir différents degrés de dilatation thermique. Cette "discordance" à l'interface de la pièce de transition et de la tuyère de premier étage et/ou des éléments de support de tuyère nécessite donc un ensemble d'étanchéité efficace pour contenir les produits de combustion et la différence de pression à l'interface. Par ailleurs, l'ensemble d'étanchéité doit également empêcher que de l'air refoulé par le compresseur ne contourne la chambre de combustion.
Cependant, ces ensembles d'étanchéité selon la technique antérieure peuvent avoir une tendance à l'usure et la détérioration compte tenu du mouvement relatif et de la dilatation thermique décrits plus haut. Avec le temps, cette usure et cette détérioration peuvent inévitablement conduire à une diminution de l'efficacité de l'étanchéité. Par ailleurs, les éléments élastiques utilisés ici peuvent également avoir une tendance à la perte de mémoire ou de résilience s'ils subissent une compression excessive. Là encore, cette perte de résilience risque d'aboutir à une perte des performances et de l'efficacité globales.
On a donc besoin d'un ensemble d'étanchéité perfectionné destiné à servir avec une pièce de transition et une tuyère de premier étage ou analogue. De préférence, un tel ensemble d'étanchéité doit rendre efficacement hermétique l'intervalle entre la pièce de transition et la tuyère de premier étage tout en étant très résistant à l'usure et la détérioration de façon à favoriser une efficacité à longue échéance et une bonne durée de vie des pièces. De plus, avec le temps, les éléments élastiques utilisés doivent de préférence conserver une bonne résilience. La présente invention propose donc un ensemble d'étanchéité destiné à servir avec une pièce de transition et une tuyère de premier étage d'un moteur à turbine à gaz. L'ensemble d'étanchéité peut comprendre un élément de support disposé entre la pièce de transition et la tuyère de premier étage et un élément élastique primaire disposé sur l'élément de support et au contact de la tuyère de premier étage. L'élément élastique primaire peut comporter un seul coude. La présente invention propose en outre un ensemble d'étanchéité destiné à servir avec une pièce de transition et une tuyère de premier étage d'un moteur à turbine à gaz. L'ensemble d'étanchéité peut comprendre un certain nombre d'éléments de support disposés entre la pièce de transition et la tuyère de premier étage. Chacun des éléments de support peut comporter une cale d'épaisseur latérale s'étendant vers un élément de support adjacent afin de combler un intervalle entre eux. Un élément élastique peut être disposé sur chacun des éléments de support et au contact de la tuyère de premier étage. 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 sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à turbine à gaz selon la technique antérieure ; - la figure 2 est une vue en coupe d'un ensemble d'étanchéité pour pièce de transition selon la technique antérieure ; - la figure 3 est une vue latérale en coupe d'un ensemble d'étanchéité pour pièce de transition selon l'invention ; - la figure 4 est une vue en plan d'une partie d'un élément élastique primaire utilisée avec l'ensemble d'étanchéité pour pièce de transition de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue en coupe d'un élément élastique secondaire utilisé avec l'ensemble d'étanchéité pour pièce de transition de la figure 3 ; - la figure 6 est une vue latérale en coupe d'une autre forme possible de réalisation d'un ensemble d'étanchéité pour pièce de transition selon l'invention ; et - la figure 7 est une vue en perspective d'une autre forme possible de réalisation d'un ensemble d'étanchéité pour pièce de transition selon l'invention.
Considérant maintenant les dessins, sur lesquels les mêmes repères désignent des éléments identiques sur toutes les différentes vues, la figure 1 représente une vue schématique d'un moteur 10 à turbine à gaz tel qu'il peut être décrit ici. Le moteur 10 à turbine à gaz peut comprendre un compresseur 15. Le compresseur 15 comprime un flux d'air entrant 20. Le compresseur 15 délivre le flux d'air comprimé 20 à une chambre de combustion 25. La chambre de combustion 25 mélange le flux d'air comprimé 20 avec un flux de combustible comprimé 30 et enflamme le mélange afin de créer un flux de gaz de combustion 35. Bien qu'une seule chambre de combustion 25 soit représentée, le moteur 10 à turbine à gaz peut comprendre n'importe quel nombre de chambres de combustion 25. Le flux de gaz de combustion 35 est à son tour fourni à une turbine 40. Le flux de gaz de combustion 35 entraîne la turbine 40 afin de produire un travail mécanique. Le travail mécanique produit dans la turbine 40 fait fonctionner le compresseur 15 et une charge extérieure 42 telle qu'un générateur électrique ou autre. Le moteur 10 à turbine à gaz peut utiliser du gaz naturel, divers types de gaz de synthèse et/ou d'autres types de combustibles. Le moteur 10 à turbine à gaz peut être un moteur parmi n'importe quel nombre de moteurs à turbine à gaz différents proposés par la société General Electric, notamment un puissant moteur à turbine à gaz 7FA ou autre. Le moteur 10 à turbine à gaz peut avoir d'autres configurations et peut utiliser d'autres types d'organes. D'autres types de moteurs à turbine à gaz peuvent également être utilisés ici. De multiples moteurs 10 à turbine à gaz, d'autres types de turbines et d'autres types d'équipements de production d'énergie peuvent également être employés ensemble ici. La figure 2 représente un ensemble d'étanchéité 45 pour pièce de transition. L'ensemble d'étanchéité 45 pour pièce de transition peut être disposé entre une gorge 50 d'une pièce de transition 55 à une première extrémité et une fente 60 d'une tuyère 65 de premier étage à l'autre extrémité. L'ensemble d'étanchéité 45 pour pièce de transition peut comprendre un élément de support 70 avec un joint 75 en tissu à une extrémité. Le joint 75 en tissu peut être placé autour de la gorge 50 de la pièce de transition 55. L'ensemble d'étanchéité 45 pour pièce de transition peut en outre comprendre une cale d'épaisseur 80 destinée à être placée dans la fente 60 de la tuyère 65 de premier étage. D'autres configurations de l'ensemble d'étanchéité 45 peuvent être connues.
Comme décrit plus haut, l'ensemble d'étanchéité 45 pour pièce de transition peut comprendre également un élément élastique 85. L'élément élastique 85 peut être placé autour de l'élément de support 70 et au contact de la tuyère 65 de premier étage. L'utilisation de l'élément élastique 85 assure globalement un contact direct entre l'ensemble d'étanchéité 45 pour pièce de transition et la tuyère 65 de premier étage. Cependant, les modèles d'élément élastique 85 selon la technique antérieure ont tendance à présenter des coudes et/ou des angles plutôt aigus. En particulier, l'élément élastique 85 peut être en grande partie en S ou en Z, puisqu'il est représenté avec de multiples coudes. Ces coudes ou angles aigus peuvent amener l'élément élastique 85 à avoir tendance à s'écraser s'il est comprimé d'une manière excessive ou répétée. L'écrasement de l'élément élastique 85 risque d'aboutir à une perte de mémoire et de résilience et, de ce fait, à une baisse des performances et de la durée de vie. Les figures 3 à 5 représentent un ensemble d'étanchéité 100 pour pièce de transition. L'ensemble d'étanchéité 100 pour pièce de transition peut avoir un élément de support 110 assez semblable à celui décrit plus haut. En particulier, l'élément de support 110 peut avoir, à une extrémité, une bride horizontale de montage 120 qui s'étend jusqu'à un prolongement vertical 130 et aboutit aux abords d'une paire de brides d'étanchéité 140. Un joint en tissu 150 peut être placé dans les brides d'étanchéité 140. Le joint en tissu 150 peut, par exemple, être en tissu à armure sergé néerlandais, en superalliage réfractaire à base de cobalt et autre. D'autres configurations peuvent être employées ici. L'ensemble d'étanchéité 100 pour pièce de transition peut également comprendre un élément élastique primaire 160. L'élément élastique primaire 160 peut être sensiblement en U, avec un premier élément plat 170 disposé le long de la bride horizontale de montage 120, un seul coude en U 180 s'étendant depuis celui-ci, et un second élément plat 190. Par ailleurs, un coude vertical 200 peut s'étendre vers le haut depuis celui-ci. Comme représenté sur la figure 4, l'élément élastique primaire 160 peut comporter un certain nombre de cales d'épaisseur 165 séparées les unes des autres par de petits intervalles 175 pour ressorts primaires. L'élément élastique primaire 160 peut être en matière sensiblement flexible telle qu'un alliage à base de nickel de type Inconel X-750 ou autre. La forme, les dimensions, l'épaisseur et la matière de l'élément élastique primaire 160 peuvent varier.
Ainsi, l'élément élastique primaire 160 a un profil simplifié avec une plus grande courbure et un seul coude en comparaison de l'élément élastique 85 selon la technique antérieure décrit plus haut. Cette forme peut aboutir à une réduction des contraintes dans les angles et, de la sorte, à une déformation physique ou plastique moindre en cas d'écrasement et/ou de tassement autre. En outre, l'élément élastique primaire 160 peut avoir une mémoire et une résilience améliorées de manière à retrouver sa forme d'origine après avoir subi une déformation à des températures élevées.
L'ensemble d'étanchéité 100 pour pièce de transition peut également comprendre un élément élastique secondaire 210. L'élément élastique secondaire 210 peut être fixé au premier élément plat 170 de l'élément élastique primaire 160 ou à la bride horizontale de montage 120. L'élément élastique secondaire 210 peut avoir une extrémité plate 220 et, s'étendant depuis celle-ci, une courbe inversée vers le haut 230. Comme représenté sur la figure 5, l'élément élastique secondaire 210 peut également comporter un certain nombre de cales d'épaisseur 225 séparées les unes des autres par de petits intervalles 235 pour ressorts secondaires. L'élément élastique secondaire 210 peut également être en matière sensiblement flexible telle qu'un alliage à base de nickel comme l'Inconel X-750 ou autre. La forme, les dimensions, l'épaisseur et la matière de l'élément élastique secondaire 210 peuvent varier. L'élément élastique secondaire 210 contribue ainsi à assurer un meilleur contact et comble également l'intervalle entre la tuyère 65 de premier étage et l'élément de support 110. Les intervalles 175 pour ressorts primaires et les intervalles 235 pour ressorts secondaires peuvent être en quinconce les uns par rapport aux autres afin d'empêcher les fuites par ceux-ci. L'élément élastique primaire 160 peut être utilisé avec ou sans l'élément élastique secondaire 210. D'autres configurations peuvent être employées ici. La figure 6 représente une partie d'une autre forme de réalisation d'un ensemble d'étanchéité 250 pour pièce de transition.
L'ensemble d'étanchéité 250 pour pièce de transition peut être similaire à l'ensemble d'étanchéité 100 pour pièce de transition décrit plus haut, mais avec une couche de tissu 260 enroulée autour de l'élément élastique primaire 160 et/ou de l'élément élastique secondaire 210. La couche de tissu 260 peut, par exemple, être en tissu à armure sergé néerlandais en superalliage réfractaire à base de cobalt ou autre. La couche de tissu 260 peut rendre un peu moins adaptables l'élément élastique primaire 160 et l'élément élastique secondaire 210, mais la couche de tissu 260 assure également une plus grande résistance à l'usure. La couche de tissu 260 peut s'enrouler entièrement ou partiellement autour de l'élément élastique primaire 160 et/ou de l'élément élastique secondaire 210. La conception générale de l'ensemble d'étanchéité 250 pour pièce de transition peut donc être optimisée pour parvenir au bon équilibre entre la souplesse et la résistance à l'usure. D'autres configurations peuvent être employées. La figure 7 représente une autre forme de réalisation d'un ensemble d'étanchéité 300 pour pièce de transition. L'ensemble d'étanchéité 300 pour pièce de transition peut être en grande partie similaire à l'ensemble d'étanchéité 100 pour pièce de transition décrit plus haut. Dans la présente forme de réalisation, une ou plusieurs cales d'épaisseur latérales 310 peuvent, à une extrémité de celles-ci, entourer l'élément élastique primaire 160. Les cales latérales 310 peuvent s'étendre vers l'extérieur de manière à combler l'intervalle entre des ensembles d'étanchéité adjacents 100 pour pièce de transition. Les cales latérales 310 peuvent couvrir plus haut d'un côté de la pièce de transition 45 que de l'autre pour faciliter l'installation (à l'exception de la dernière pièce de transition 45 à installer). Les cales latérales 310 peuvent également être utilisées avec l'élément élastique 85 décrit plus haut. D'autres configurations peuvent être employées.
Liste des repères 10 moteur à turbine à gaz 15 compresseur 20 flux d'air 25 chambre de combustion 30 flux de combustible 35 flux degaz de combustion 40 turbine 45 ensemble d'étanchéité pour pièce de transition 50 gorge 55 pièce de transition 60 fente 65 tuyère de premier étage 15 70 élément de support 75 joint de l'élément de support 80 cale 85 élément élastique 100 ensemble d'étanchéité pour pièce de transition 20 110 élément de support 120 bride horizontale de montage 130 prolongement vertical 140 brides d'étanchéité 150 joint en tissu 25 160 élément élastique primaire 165 cale d'épaisseur 170 élément plat 175 intervalles entre cales d'épaisseur 180 coude en U 30 190 second élément plat 200 coude vertical 210 élément élastique secondaire 220 extrémité plate 225 cales d'épaisseur 235 intervalles entre cales d'épaisseur 230 courbe inversée vers le haut 260 couche en tissu
Claims (2)
- REVENDICATIONS1. Ensemble d'étanchéité (100) destiné à servir avec une pièce de transition (55) et une tuyère (65) de premier étage d'un moteur (10) à turbine à gaz, comprenant : un élément de support (110) positionnée entre la pièce de transition et la tuyère de premier étage; et un élément élastique primaire (160) positionné sur l'élément de support (110) et au contact avec la tuyère de premier étage; caractérisé en ce que l'élément élastique primaire comprend un seul coude (180).
- 2. Ensemble d'étanchéité ('100) selon la revendication 1, dans lequel l'élément de support comprend une bride horizontale de montage' (12'0) et un prolongement vertical (130). 15 3 Ensemble d'étanchéité -(100) selon la revendication 2, dans lequel dans lequel l'élément élastique primaire (160) est positionné sur la bride horizontale de montage (120). 4. Ensemble d'étanchéité (100) selon la revendication dans lequel l'élément de support (110) comprend une paire de brides 20 d'étanchéité (140) et dans lequel un joint en tissu (150) est 'inséré dans les brides d'étanchéité (140). 5. Ensemble d'étanchéité (10'0) selon la revendication 1, dans lequel l'élément élastique primaire (160) comprend une pluralité de cales d'épaisseur (165) séparées par une pluralité 25 d'intervalles (175). 6. Ensemble d'étanchéité (100) selon la revendication 1, dans lequel l'élément élastique primaire (160) comprend un premier élément plat (170) et un second élément plat (190) reliés par l'unique coude (180).7. Ensemble d'étanchéité (100) selon la revendication 6, dans lequel Dans lequel l'élément élastique primaire (160) comprend un coude vertical (200) adjacent au second élément plat (190). 8. Ensemble d'étanchéité (100) selon la revendication 1, l'élément élastique primaire (160) comprend une couche en tissu (260) . 9. Ensemble d'étanchéité (100) selon la revendication 1, comprenant en outre un élément élastique secondaire (210) fixé sur 10 l'élément de support (110). 10. Ensemble d'étanchéité (100) selon la revendication 9, dans lequel l'élément élastique secondaire (210) comprend une pluralité de cales d'épaisseur (225) séparées par une pluralité d'intervalles (235). 11. Ensemble d'étanchéité selon la revendication 9, dans lequel l'élément élastique secondaire (210') comprend une extrémité plate (220) et une courbe inversée vers le haut (230) 12. Ensemble d'étanchéité selon la revendication 9, dans lequel l'élément élastique secondaire (210) comprend une couche en 20 tissu (260). 13. Ensemble d'étanchéité selon la revendication 1, comprenant en outre une pluralité d'éléments de support (110), chacun des éléments de support (110) comprenant une cale d'épaisseur latérale (165) s'étendant en direction d'un élément de 25 support adjacent (110)
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