FR2970041A1 - Systeme pour generer un flux d'air de refroidissement pour un systeme de surveillance en ligne d'une machine rotative - Google Patents

Abstract

Un tube de visée (101) communique optiquement avec l'intérieur d'une machine rotative (18) par insertion dans un orifice d'inspection (76). Une fenêtre (88) et plusieurs ouvertures (96) dirigent de l'air de purge sur la fenêtre (88). Un tube en rideau (82) dirige l'air de purge d'une première source d'air vers les ouvertures (96) par l'intermédiaire d'un premier passage (105) formé entre la surface intérieure (107) du tube en rideau (82) et la surface extérieure (106) du tube de visée (101). Le tube en rideau (82) comporte plusieurs sorties configurées pour diriger de l'air en rideau autour de la fenêtre (88) et le tube en rideau (82) est configuré pour diriger l'air en rideau d'une deuxième source d'air vers les sorties par l'intermédiaire d'un deuxième passage (94) formé entre la surface extérieure (95) du tube en rideau (82) et la surface intérieure de l'orifice d'inspection (76).

Description

B11-5818FR 1 Système pour générer un flux d'air de refroidissement pour un système de surveillance en ligne d'une machine rotative La présente invention concerne un système permettant de générer un flux d'air de refroidissement et de purge pour un système de surveillance en ligne d'une machine rotative. Certains moteurs à turbine à gaz comportent une turbine possédant des orifices d'inspection configurés pour faciliter la surveillance de divers composants à l'intérieur de la turbine. Par exemple, un système pyrométrique peut être en communication optique avec l'intérieur de la turbine par l'intermédiaire des orifices d'inspection et configuré pour mesurer la température de certains composants dans un trajet de gaz chauds de la turbine. Les systèmes pyrométriques classiques comportent un tube de visée inséré dans l'orifice d'inspection et configuré pour acheminer vers un détecteur un rayonnement émis et/ou réfléchi par les composants de la turbine. Ces systèmes pyrométriques utilisent une fenêtre transparente positionnée à la pointe du tube de visée pour protéger le composant optique sensible du tube de visée du courant de gaz chauds traversant la turbine. Malheureusement, pendant le fonctionnement de la turbine, la fenêtre peut s'obscurcir en raison de l'accumulation de contaminants (par exemple, des hydrocarbures non brûlés dans des produits de combustion et/ou des particules d'un flux d'air) sur la surface de la fenêtre. De plus, des particules de métal fondu peuvent se trouver incorporées dans la fenêtre lors d'un impact. À mesure que la fenêtre s'obscurcit, la précision du système pyrométrique se réduit.

Selon un mode de réalisation de l'invention, un système comporte un tube de visée configuré pour communiquer optiquement avec l'intérieur d'une machine rotative par insertion dans un orifice d'inspection. Le système comporte également une première pointe de buse interchangeable fixée de manière amovible au tube de visée. La première pointe de buse interchangeable comporte une fenêtre et plusieurs ouvertures configurées pour diriger de l'air de purge ou de balayage sur la fenêtre. Le système comporte en outre un tube en rideau disposé autour du tube de visée et configuré pour diriger de l'air de purge ou de balayage d'une première source d'air vers les ouvertures par l'intermédiaire d'un premier passage formé entre la surface intérieure du tube en rideau et la surface extérieure du tube de visée. De plus, le système comporte une deuxième pointe de buse interchangeable fixée de manière amovible au tube en rideau. La deuxième pointe de buse interchangeable comporte plusieurs sorties configurées pour diriger de l'air en rideau autour de la fenêtre. Le tube en rideau est configuré pour diriger l'air en rideau d'une deuxième source d'air vers les sorties par l'intermédiaire d'un deuxième passage formé entre la surface extérieure du tube en rideau et la surface intérieure de l'orifice d'inspection. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, un système comporte un tube de visée configuré pour communiquer optiquement avec l'intérieur d'une machine rotative par insertion dans un orifice d'inspection. Le tube de visée comporte une fenêtre et plusieurs ouvertures configurées pour diriger de l'air de purge ou de balayage sur la fenêtre. Le système comporte également un tube en rideau disposé autour du tube de visée et configuré pour diriger de l'air de purge ou de balayage d'une première source d'air vers les ouvertures par l'intermédiaire d'un premier passage formé entre la surface intérieure du tube en rideau et la surface extérieure du tube de visée. Le tube en rideau comporte plusieurs sorties configurées pour diriger de l'air en rideau autour de la fenêtre et le tube en rideau est configuré pour diriger l'air en rideau d'une deuxième source d'air vers les sorties par l'intermédiaire d'un deuxième passage formé entre la surface extérieure du tube en rideau et la surface intérieure de l'orifice d'inspection. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, un système comporte un tube de visée configuré pour communiquer optiquement avec l'intérieur d'une machine rotative par insertion dans un orifice d'inspection. Le système comporte également une pointe de buse interchangeable fixée de manière amovible au tube de visée. La pointe de buse interchangeable comporte une fenêtre et plusieurs ouvertures configurées pour diriger de l'air de purge ou de balayage d'un bout à l'autre de la fenêtre.

L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation d'un système de turbine incluant un système de surveillance optique configuré pour diriger un flux le long d'une fenêtre d'un tube de visée pour diminuer l'accumulation de contaminants sur la fenêtre ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un exemple de section de turbine, illustrant divers composants de turbine pouvant être surveillés par un système de surveillance optique selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une sonde optique pouvant être utilisée dans le système de surveillance optique de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en coupe transversale de la sonde optique de la figure 3, par la ligne 4-4 ; et - la figure 5 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une pointe de buse de tube de visée pouvant être utilisée dans la sonde optique de la figure 3. L'invention permet de fournir un flux d'air à proximité d'une fenêtre d'une sonde optique afin de protéger la fenêtre d'un courant de gaz chauds dans une turbine. Dans certains modes de réalisation, la sonde optique est configurée pour communiquer optiquement avec l'intérieur d'une turbine par insertion dans un orifice d'inspection. La sonde optique comporte un tube de visée et une pointe de buse de tube de visée fixée de manière amovible au tube de visée. La pointe de buse de tube de visée comporte une fenêtre et plusieurs ouvertures configurées pour diriger de l'air de purge ou de balayage autour de la fenêtre. Un tube en rideau disposé autour du tube de visée est configuré pour diriger l'air de purge d'une première source d'air vers les ouvertures par l'intermédiaire d'un premier passage formé entre la surface intérieure du tube en rideau et la surface extérieure du tube de visée. De plus, la sonde optique comporte une pointe de buse en rideau fixée de manière amovible au tube en rideau. La pointe de buse en rideau comporte plusieurs sorties configurées pour diriger de l'air en rideau autour de la fenêtre. Le tube en rideau est configuré pour diriger l'air en rideau d'une deuxième source d'air vers les sorties par l'intermédiaire d'un deuxième passage formé entre la surface extérieure du tube en rideau et la surface intérieure de l'orifice d'inspection. La combinaison de l'air en rideau et de l'air de purge permet de maintenir la fenêtre dans une plage de températures de fonctionnement désirée et de diminuer sensiblement l'accumulation de contaminants sur la surface de la fenêtre. Puisque l'air de purge ou de balayage et l'air en rideau sont fournis par des sources d'air différentes, la fenêtre peut être protégée même si une source d'air ne parvient pas à fonctionner efficacement. De plus, puisque les pointes de buse sont interchangeables, des pointes de buse particulières ayant un agencement d'ouvertures et/ou de sorties désiré peuvent être choisies pour une configuration de turbine particulière, fournissant ainsi à la fenêtre une protection efficace, à la fois thermique et contre les contaminants. En passant maintenant aux dessins, la figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation d'un système de turbine incluant un système de surveillance optique configuré pour diriger un flux d'air sur une fenêtre de tube de visée pour diminuer l'accumulation de contaminants sur la fenêtre. Bien qu'un système de turbine soit décrit ci-dessous, le système de surveillance optique peut être utilisé pour surveiller des composants dans d'autres machines rotatives ou turbomachines, telles qu'un compresseur, un turboréacteur, une pompe ou une turbine à vapeur, par exemple. Le système de turbine illustré 10 comporte un injecteur de combustible 12, une alimentation en combustible 14 et une chambre de combustion 16. Comme illustré, l'alimentation en combustible 14 achemine un combustible liquide et/ou un combustible gazeux, tel que du gaz naturel, vers le système de turbine à gaz 10 par l'intermédiaire de l'injecteur de combustible 12 dans la chambre de combustion 16. Comme expliqué ci-dessous, l'injecteur de combustible 12 est configuré pour injecter et mélanger le combustible avec de l'air comprimé. La chambre de combustion 16 allume et fait brûler le mélange air-combustible, et transmet ensuite les gaz chauds sous pression dans une turbine 18. La turbine 18 comporte un ou plusieurs stators possédant des pales ou aubes fixes et un ou plusieurs rotors possédant des aubes rotatives qui tournent par rapport aux stators. Les gaz chauds traversent les aubes de rotor de la turbine, entraînant ainsi le rotor de la turbine en rotation. Le couplage entre le rotor de turbine et un arbre 19 provoque la rotation de l'arbre 19 qui est également couplé à plusieurs composants dans l'ensemble du système de turbine à gaz 10. Les gaz peuvent finalement sortir du système de turbine à gaz 10 par l'intermédiaire d'une sortie d'échappement 20. Un compresseur 22 comporte des aubes montées de manière rigide sur un rotor qui est entraîné en rotation par l'arbre 19. Lorsque l'air traverse les aubes rotatives, la pression d'air augmente, fournissant ainsi suffisamment d'air à la chambre de combustion 16 pour une bonne combustion. Le compresseur 22 peut admettre de l'air vers le système de turbine à gaz 10 par l'intermédiaire d'une entrée d'air 24. En outre, l'arbre 19 peut être couplé à une charge 26 qui peut être entraînée par l'intermédiaire de la rotation de l'arbre 19. Comme on le comprendra, la charge 26 peut être un dispositif convenable quelconque pouvant utiliser la puissance de la sortie de rotation du système de turbine à gaz 10, tel qu'une centrale de génération électrique ou une charge mécanique externe. Par exemple, la charge 26 peut inclure un générateur électrique, une hélice d'aéronef et ainsi de suite. L'admission d'air 24 extrait de l'air 30 dans le système de turbine à gaz 10 par l'intermédiaire d'un mécanisme convenable, tel qu'une entrée d'air froid. L'air 30 s'écoule ensuite à travers les aubes du compresseur 22, fournissant de l'air comprimé 32 à la chambre de combustion 16. En particulier, l'injecteur de combustible 12 peut injecter l'air comprimé 32 et le combustible 14 sous forme d'un mélange air-combustible 34 dans la chambre de combustion 16. À titre de variante, l'air comprimé 32 et le combustible 14 peuvent être directement injectés dans la chambre de combustion pour mélange et combustion.

Comme illustré, le système de turbine 10 comporte un système de surveillance optique 36 couplé optiquement à la turbine 18. Dans le mode de réalisation illustré, le système de surveillance optique 36 comporte une sonde optique 38 configurée pour être insérée dans un orifice d'inspection. La sonde optique 38 est configurée pour acheminer un rayonnement émis et/ou réfléchi par des composants de turbine vers un détecteur 40. Comme expliqué en détail ci-dessous, la sonde optique 38 comporte un tube de visée possédant une fenêtre et plusieurs ouvertures configurées pour diriger l'air de purge sur la fenêtre. La sonde optique comporte également un tube en rideau disposé autour du tube de visée et configuré pour diriger de l'air de purge ou de balayage d'une première source d'air vers les ouvertures par l'intermédiaire d'un premier passage formé entre la surface intérieure du tube en rideau et la surface extérieure du tube de visée. De plus, le tube en rideau comporte plusieurs sorties configurées pour diriger de l'air en rideau autour de la fenêtre. Le tube en rideau est également configuré pour diriger l'air en rideau d'une deuxième source d'air vers les sorties par l'intermédiaire d'un deuxième passage formé entre la surface extérieure du tube en rideau et la surface intérieure de l'orifice d'inspection. Dans une telle configuration, l'air de purge ou de balayage s'écoulant sur la fenêtre peut servir à constituer une barrière entre les gaz chauds s'écoulant à travers la turbine 18 et la fenêtre, protégeant ainsi la fenêtre des contaminants pouvant dans le cas contraire s'accumuler sur la surface de la fenêtre. L'air de purge peut également assurer un refroidissement pour garantir que la température de la fenêtre reste dans une plage désirée. De plus, l'air en rideau s'écoulant autour de la fenêtre peut détourner les contaminants (par exemple, des hydrocarbures non brûlés, de la poussière, des particules de métal fondu, etc.) s'écoulant à travers les gaz chauds, diminuant ainsi encore l'accumulation de contaminants sur la surface de la fenêtre. Dans le mode de réalisation illustré, le compresseur 22 constitue à la fois la première et la deuxième source d'air pour la sonde optique 38. De façon spécifique, la deuxième source d'air comporte un flux d'air d'évacuation 42 provenant du compresseur 22. Bien que le mode de réalisation illustré utilise de l'air d'évacuation 42 provenant d'un étage suivant du compresseur 22, d'autres modes de réalisation peuvent utiliser de l'air d'évacuation d'autres étages du compresseur. Toutefois, dans le mode de réalisation illustré, la pression de l'air d'évacuation 42 fourni à la sonde optique 38 est supérieure à la pression des gaz chauds dans la turbine à l'emplacement de la sonde optique 38. En conséquence, le flux d'air en rideau provenant de la deuxième source d'air détourne les gaz chauds de la fenêtre de la sonde optique 38, diminuant ainsi sensiblement l'accumulation de contaminants sur la surface de la fenêtre. De plus, la première source d'air comporte également un flux d'air d'évacuation 44 provenant du compresseur 22. Bien que le mode de réalisation illustré utilise de l'air d'évacuation 44 provenant d'un étage intermédiaire du compresseur, d'autres modes de réalisation peuvent utiliser de l'air d'évacuation provenant d'autres étages du compresseur. Toutefois, dans le mode de réalisation illustré, la pression de l'air d'évacuation 44 fourni à la sonde optique 38 est supérieure à la pression des gaz chauds dans la turbine à l'emplacement de la sonde optique 38. Comme illustré, l'air d'évacuation 44 traverse un échangeur de chaleur 45 configuré pour diminuer la température de l'air d'évacuation 44. Comme on le comprendra, la température de l'air d'évacuation 44 peut être comprise entre environ 800 et 900 degrés Fahrenheit (427 à 482 degrés Celsius) pour certaines configurations de compresseur. Dans certains modes de réalisation, l'échangeur de chaleur 45 peut être configuré pour diminuer la température de l'air d'évacuation 44 entre environ 300 et 400 degrés Fahrenheit (149 à 204 degrés Celsius) fournissant ainsi à la fenêtre de la sonde optique un refroidissement renforcé. Après avoir été refroidi, l'air d'évacuation 44 traverse un filtre 46 configuré pour filtrer les particules et les liquides du flux d'air. L'air d'évacuation 44 peut inclure par exemple des huiles de lubrification du compresseur 22, des particules métalliques provenant du compresseur 22 et/ou des contaminants aspirés dans le compresseur 22 en provenance de l'air ambiant. En éliminant ces matières de l'air d'évacuation 44, le filtre 46 fournit un flux d'air pratiquement propre 47 à la sonde optique 38, diminuant ainsi sensiblement l'accumulation de contaminants sur la surface de la fenêtre. Bien que la première source d'air 47 soit fournie par le compresseur 22 dans le mode de réalisation illustré, d'autres modes de réalisation peuvent utiliser un compresseur auxiliaire pour fournir le flux d'air désiré à la sonde optique 38.

La figure 2 est une vue en coupe transversale d'un exemple de section de turbine, illustrant divers composants de turbine pouvant être surveillés par un mode de réalisation du système de surveillance optique 36. Comme illustré, des gaz chauds sous pression 48 provenant de la chambre de combustion 16 s'écoulent dans la turbine 18 dans une direction axiale 50 et/ou une direction circonférentielle 52. La turbine illustrée 18 comporte au moins deux étages, les deux premiers étages étant représentés sur la figure 2. D'autres configurations de turbine peuvent inclure un nombre plus ou moins grand d'étages de turbine. Par exemple, une turbine peut inclure 1, 2, 3, 4, 5, 6 étages de turbine ou plus. Le premier étage de turbine comporte des ailettes fixes 54 et des aubes rotatives 56 espacées de manière sensiblement égale dans la direction circonférentielle 52 autour de la turbine 18. Les ailettes 54 du premier étage sont montées fixes sur la turbine 18 et sont configurées pour diriger les gaz de combustion vers les aubes rotatives 56. Les aubes 56 du premier étage sont montées sur un rotor 58 qui est entraîné en rotation par les gaz chauds 48 circulant à travers les aubes 56. Le rotor 58 est lui-même couplé à l'arbre 19 qui entraîne le compresseur 22 et la charge 26. Les gaz chauds 48 s'écoulent ensuite à travers les ailettes fixes 60 du deuxième étage et les aubes rotatives 62 du deuxième étage. Les aubes 62 du deuxième étage sont également couplées au rotor 58. Lorsque les gaz chauds 48 s'écoulent à travers chaque étage, l'énergie des gaz est convertie en énergie de rotation du rotor 58. Après avoir traversé chaque étage de turbine, les gaz chauds 48 sortent de la turbine 18 dans la direction axiale 50. Dans le mode de réalisation illustré, chaque ailette fixe 54 du premier étage s'étend vers l'extérieur à partir d'une paroi d'extrémité 64 dans une direction radiale 66. La paroi d'extrémité 64 est configurée pour empêcher les gaz chauds 48 d'entrer dans le rotor 58. Une paroi d'extrémité similaire peut être présente, adjacente aux ailettes fixes 60 du deuxième étage et aux ailettes fixes suivantes en aval s'il y a lieu. De façon similaire, chaque aube rotative 56 du premier étage s'étend vers l'extérieur à partir d'une plate-forme 68 dans la direction radiale 66. La plate-forme 68 fait partie d'une tige 70 qui couple l'aube 56 au rotor 58. La tige 70 comporte également un joint ou aile d'ange 72, configuré pour empêcher les gaz chauds 48 d'entrer dans le rotor 58. Des plates-formes et des ailes d'ange similaires peuvent être présentes de manière adjacente aux aubes 62 du deuxième étage et aux aubes en aval suivantes, s'il y a lieu. De plus, un carénage 74 est positionné radialement vers l'extérieur à partir des aubes rotatives 56 du premier étage. Le carénage 74 est configuré pour minimiser la quantité de gaz de combustion chauds 48 contournant les aubes 56.

Le contournement des gaz est indésirable car l'énergie des gaz de contournement n'est pas utilisée par les aubes 56 et transformée en énergie de rotation. Bien que des modes de réalisation du système de surveillance optique 36 soient décrits ci-dessous en référence à des composants de surveillance dans la turbine 18 d'un moteur de turbine à gaz 10, le système de surveillance optique 36 peut être utilisé pour surveiller des composants situés dans d'autres machines rotatives, telles qu'un turboréacteur, une turbine à vapeur ou un compresseur, par exemple. Comme illustré, la sonde optique 38 s'étend à l'intérieur de la turbine 18 à travers un orifice d'inspection 76. Comme on le comprendra, les orifices d'inspection peuvent être positionnés à divers emplacements sur le carter de la turbine pour faciliter l'inspection des composants de la turbine. Dans le mode de réalisation illustré, le système de surveillance optique 36 est configuré pour surveiller les composants de la turbine pendant le fonctionnement de la turbine 18 pour permettre à un opérateur ou à un système automatique de détecter des températures élevées des composants de la turbine. Bien que le mode de réalisation illustré comporte une sonde optique unique 38 dirigée vers les aubes rotatives 56 du premier étage, d'autres modes de réalisation peuvent inclure un plus grand nombre de sondes optiques 38. Par exemple, certains modes de réalisation peuvent utiliser 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 sondes optiques 38 ou plus pour acheminer le rayonnement émis et/ou réfléchi par chaque aube 56 vers le détecteur 40. Comme on le comprendra, si l'on utilise un plus grand nombre de sondes optiques 38 pour surveiller les aubes rotatives 56 du premier étage, on peut surveiller un plus grand nombre de régions de chaque aube 56. Bien que la sonde optique 38 soit dirigée vers les aubes rotatives 56 du premier étage dans le mode de réalisation illustré, la sonde optique 38 peut être dirigée vers d'autres composants de turbine, dans d'autres modes de réalisation. Par exemple, une ou plusieurs sondes optiques 38 peuvent être dirigées vers les ailettes fixes 54 du premier étage, les ailettes fixes 60 du deuxième étage, les aubes rotatives 62 du deuxième étage, les parois d'extrémité 64, les plates-formes 68, les ailes d'ange 72, les carénages 74 ou d'autres composants situés dans la turbine 18. D'autres modes de réalisation peuvent inclure des sondes optiques 38 dirigées vers plusieurs composants à l'intérieur de la turbine 18. De façon similaire aux aubes 56 du premier étage, le système de surveillance optique 36 peut surveiller la température de chaque composant pour faciliter la détection de températures élevées des composants de la turbine. Comme expliqué précédemment, la sonde optique 38 est configurée pour acheminer un rayonnement émis et/ou réfléchi par les composants de la turbine au détecteur 40. Le détecteur 40 peut être configuré pour prendre plusieurs images des composants de la turbine pendant une certaine période de temps. Comme on le comprendra, certains composants de turbine, tels que les aubes rotatives 56 du premier étage décrites ci-dessus, peuvent tourner à grande vitesse dans la direction circonférentielle 52 de la turbine 18. En conséquence, pour prendre une image de ces composants, le détecteur 40 peut être configuré pour fonctionner avec un temps d'intégration suffisant pour prendre une image sensiblement fixe de chaque composant. Par exemple, dans certains modes de réalisation, le détecteur 40 peut être configuré pour prendre l'image du composant de turbine avec un temps d'intégration inférieur à environ 10, 5, 3, 2, 1 ou 0,5 microsecondes, ou moins. Dans le mode de réalisation illustré, le système de surveillance optique 36 est configuré pour déterminer la température du composant de turbine en se basant sur l'intensité de rayonnement émis par le composant. Par exemple, l'aube 56 émettra un rayonnement sur une large gamme de longueurs d'onde à mesure que la température de l'aube augmente. De plus, certaines espèces de produits de combustion, telles que la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone, absorbent et émettent un rayonnement sur une large gamme de longueurs d'onde en réponse à une augmentation de température, de pression et/ou de concentration en espèces. En conséquence, pendant le fonctionnement du moteur de turbine à gaz 10, seule une fraction des longueurs d'onde émises par l'aube 56 atteint le système de surveillance optique 36 avec une intensité suffisante et une interférence négligeable pour une mesure d'intensité précise. En conséquence, le système de surveillance optique 36 peut être configuré pour mesurer l'intensité de certaines longueurs d'onde qui traverseront plus probablement les gaz de combustion chauds 48 sans absorption significative ou interférence pour déterminer la température de l'aube 56. Par exemple, des longueurs d'onde situées dans la partie rouge du spectre visible et/ou dans la partie de l'infrarouge proche peuvent traverser les gaz chauds 48 avec une absorption inférieure à d'autres gammes de fréquences. En conséquence, certains modes de réalisation peuvent utiliser ces gammes de fréquences pour déterminer la température de l'aube 56. Par exemple, certains systèmes de surveillance optique 36 peuvent être configurés pour mesurer l'intensité de longueurs d'onde situées dans une gamme approximativement de 0,5 à 1,4 microns, de 1,5 à 1,7 microns et/ou de 2,1 à 2,4 microns pour déterminer la température de l'aube. Toutefois, d'autres modes de réalisation peuvent mesurer l'intensité du rayonnement électromagnétique dans d'autres parties des spectres visible, infrarouge et/ou ultraviolet. De plus, certains modes de réalisation peuvent utiliser un réseau de détecteurs bidimensionnel pour prendre des images bidimensionnelles et/ou des émissions indiquant des profils de température bidimensionnels des composants de turbine. Comme expliqué précédemment, la sonde optique 38 comporte un tube de visée possédant une fenêtre et plusieurs ouvertures configurées pour diriger de l'air de purge ou de balayage sur la fenêtre. La sonde optique comporte également un tube en rideau disposé autour du tube de visée et configuré pour diriger l'air de purge d'une première source d'air vers les ouvertures par l'intermédiaire d'un premier passage formé entre la surface intérieure du tube en rideau et la surface extérieure du tube de visée. De plus, le tube en rideau comporte plusieurs sorties configurées pour diriger de l'air en rideau autour de la fenêtre. Le tube en rideau est également configuré pour diriger l'air en rideau d'une deuxième source d'air vers les sorties par l'intermédiaire d'un deuxième passage formé entre la surface extérieure du tube en rideau et la surface intérieure de l'orifice d'inspection. Dans le mode de réalisation illustré, un ensemble de pointes 78 est couplé à une extrémité de la sonde optique 38 opposée au détecteur 40.

Comme expliqué en détail ci-dessous, l'ensemble de pointes 78 est configuré pour être amovible, permettant ainsi à un opérateur de remplacer facilement les ensembles de pointes 78 en se basant sur les conditions de fonctionnement désirées. Par exemple, dans le mode de réalisation illustré, l'ensemble de pointes 78 comporte une première pointe de buse interchangeable (par exemple, une pointe de buse de tube de visée) fixée de manière amovible au tube de visée et une deuxième pointe de buse interchangeable (par exemple, une pointe de buse en rideau) fixée de manière amovible au tube en rideau. Dans une telle configuration, la première pointe de buse interchangeable comporte la fenêtre et les ouvertures et la deuxième pointe de buse interchangeable comporte les sorties. En conséquence, le profil du flux sur la fenêtre peut être réglé en remplaçant la première pointe de buse interchangeable par une autre pointe ayant une configuration d'ouverture différente (par exemple, des variations de dimension de trou, du nombre de trous, de l'orientation des trous, etc.). De façon similaire, on peut modifier le profil du flux d'air en rideau autour de la fenêtre en remplaçant la deuxième pointe de buse interchangeable par une autre pointe ayant une configuration de sortie différente (par exemple, des variations de géométrie des sorties, du nombre de sorties, de l'orientation des sorties, etc.). En conséquence, l'ensemble de pointes 78 peut être configuré en particulier pour une configuration de turbine désirée, permettant ainsi d'utiliser une conception de tube de visée normalisée dans une diversité de configurations de turbine.

De plus, puisque la fenêtre est fixée à la première pointe de buse interchangeable, la fenêtre peut être remplacée sans devoir réétalonner la sonde optique 38. Si par exemple la fenêtre est fixée à la sonde optique et que la fenêtre s'obscurcit en raison de l'accumulation de contaminants sur la surface de la fenêtre, la sonde optique peut être enlevée de l'orifice d'inspection et remplacée par une sonde neuve. En raison des variations des dispositifs optiques dans le tube de visée de chaque sonde optique, les sondes connues sont généralement réétalonnées après installation. Comme on le comprendra, la procédure de réétalonnage peut prendre du temps, diminuant ainsi la disponibilité du système de turbine 10. En revanche, pour remplacer une fenêtre dans la configuration illustrée selon l'invention, la sonde optique 38 est enlevée de l'orifice d'inspection 76 et la première pointe de buse interchangeable est remplacée par une pointe de buse neuve. Puisque le tube de visée d'origine est utilisé, le processus de réétalonnage des dispositifs optiques peut être omis. En conséquence, la durée associée au remplacement d'une fenêtre peut être réduite de manière significative, augmentant ainsi la disponibilité du système de turbine.

Dans le mode de réalisation illustré, la première source d'air 47 est fournie par un compresseur auxiliaire 80. Le compresseur auxiliaire 80 est configuré pour fournir une pression supérieure à la pression du courant de gaz chauds 48 à l'emplacement de la sonde optique 30, facilitant ainsi l'écoulement d'air de purge sur la fenêtre. Dans le mode de réalisation illustré, le compresseur auxiliaire 80 est entraîné indépendamment du compresseur 22. Par exemple, le compresseur auxiliaire 80 peut être entraîné par un moteur électrique, un moteur alternatif ou un moteur de turbine entre autres sources d'alimentation. Le compresseur auxiliaire 80 est configuré pour fournir un flux d'air sensiblement propre à la sonde optique 38 à une température inférieure à environ 400 degrés Fahrenheit (204 degrés Celsius), se dispensant ainsi de l'échangeur de chaleur et du filtre décrits ci-dessus en référence à la figure 1. En fournissant un flux d'air sensiblement propre et froid 47 à la sonde optique 38, le flux d'air de purge peut servir à refroidir la fenêtre et à diminuer sensiblement l'accumulation de contaminants sur la surface de la fenêtre. De plus, puisque la sonde optique 38 reçoit de l'air de deux sources différentes (par exemple, le compresseur de la turbine 22 et le compresseur auxiliaire 80), la fenêtre peut être protégée des contaminants et des températures élevées, même si une source d'air ne parvient pas à fonctionner efficacement. Si par exemple le moteur entraînant le compresseur auxiliaire 80 fonctionne à une capacité réduite ou est complètement désactivé, le flux d'air de purge d'un bout à l'autre de la fenêtre sera sensiblement réduit ou interrompu. Toutefois, puisque l'air en rideau est fourni par le compresseur 22, l'air en rideau s'écoule autour de la fenêtre tant que le système de turbine 10 est en fonctionnement. De façon spécifique, puisque les aubes de compresseur sont couplées à l'arbre 19 entraîné par la turbine 18, le flux de gaz chauds à travers la turbine 18 entraîne le compresseur 22, fournissant ainsi de l'air d'évacuation 42 à la sonde optique 38. Dans certains modes de réalisation, l'air en rideau peut assurer un refroidissement et une protection contre les contaminants, suffisants, pour faciliter la poursuite du fonctionnement du système de surveillance optique 36. De façon similaire, si l'échangeur de chaleur 45 et/ou le filtre 46 du mode de réalisation décrit ci-dessus en référence à la figure 1 ne parviennent pas à fonctionner efficacement, le flux d'air 47 vers la sonde optique 38 peut être réduit ou interrompu. Toutefois, l'air en rideau fourni par le compresseur 22 peut assurer un refroidissement et une protection contre les contaminants, suffisants, pour faciliter la poursuite du fonctionnement du système de surveillance optique 36. La figure 3 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une sonde optique 38 pouvant être utilisée dans le système de surveillance optique 36 de la figure 1. Comme illustré, la sonde optique 38 comporte un tube en rideau 82 et l'ensemble de pointes 78 comporte une pointe de buse en rideau interchangeable 84 et une pointe de buse de tube de visée interchangeable 86. De plus, la pointe de buse de tube de visée 86 est configurée pour loger la fenêtre 88 servant à protéger les dispositifs optiques du tube de visée des gaz chauds situés dans la turbine 18. Comme expliqué précédemment, la fenêtre 88 peut être couplée à la pointe de buse de tube de visée interchangeable 86, facilitant ainsi le remplacement de la fenêtre 88 sans réétalonner les dispositifs optiques du tube de visée. De plus, comme expliqué en détail ci-dessous, la pointe de buse de tube de visée 86 comporte une protubérance annulaire configurée pour bloquer le mouvement de la fenêtre 88 vers l'intérieur de la turbine 18 et la pointe de buse en rideau 84 comporte une protubérance annulaire configurée pour bloquer le mouvement de la pointe de buse de tube de visée 86 vers l'intérieur de la turbine. Une telle configuration peut sensiblement réduire ou éliminer la possibilité de pénétration des éléments de la sonde optique 38 à l'intérieur de la turbine.

Comme illustré, la pointe de buse en rideau 84 comporte plusieurs sorties, telles que les cavités axiales illustrées 90, configurées pour diriger l'air en rideau autour de la fenêtre 88. Dans le mode de réalisation illustré, le flux d'air en rideau est configuré pour détourner les gaz chauds de la fenêtre 88, diminuant ainsi sensiblement l'accumulation de contaminants sur la surface de la fenêtre 88. Comme expliqué précédemment, le compresseur 22 est configuré pour fournir un flux d'air en rideau 42 à la sonde optique 38 avec une pression suffisante pour établir un flux à l'intérieur de la turbine. Comme illustré, l'air en rideau s'écoule dans une direction 92 à travers un passage 94 formé entre la surface extérieure 95 du tube en rideau 82 et la surface intérieure de l'orifice d'inspection 76. De plus, la pointe de buse en rideau 84 est en contact direct avec la surface intérieure de l'orifice d'inspection 76 de telle sorte que les cavités 90 forment des ouvertures s'étendant entre le passage 94 et l'intérieur de la turbine 18. En conséquence, un courant d'air en rideau sera émis par chaque cavité 90, protégeant ainsi la fenêtre 88 du flux de gaz chauds. Bien que les cavités illustrées 90 s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal de la sonde optique 38, d'autres modes de réalisation peuvent utiliser d'autres configurations de cavité. Par exemple, dans certains modes de réalisation, les cavités 90 peuvent être configurées de manière à induire un flux tourbillonnant d'air en rideau autour de la fenêtre 88. De plus, d'autres modes de réalisation peuvent utiliser un nombre plus ou moins grand de cavités 90 et/ou des cavités plus étroites ou plus larges 90 pour établir un profil de flux désiré autour de la fenêtre 88. De plus, la pointe de buse en rideau 84 peut inclure d'autres sorties configurées pour diriger de l'air en rideau autour de la fenêtre 88. Par exemple, certains modes de réalisation peuvent inclure des trous s'étendant entre le passage 94 et l'intérieur de la turbine 18. En conséquence, un flux d'air en rideau sera émis par chaque cavité 90 et chaque trou, protégeant ainsi la fenêtre 88 du flux de gaz chauds. Comme expliqué précédemment, la pointe de buse en rideau 84 peut être amovible du tube en rideau 82, permettant ainsi de choisir un motif de sortie désiré pour une configuration de turbine particulière. Par exemple, une pointe de buse en rideau 84 ayant un plus grand nombre de cavités 90 peut être choisie pour un système de turbine 10 fonctionnant dans des environnements sableux/poussiéreux pour faciliter l'amélioration du détournement des contaminants de la fenêtre 88. De plus, la pointe de buse de tube de visée 86 comporte plusieurs ouvertures 96 configurées pour fournir un flux d'air de purge ou de balayage sur la fenêtre 88. Le flux d'air de purge ou de balayage est configuré pour refroidir la surface de la fenêtre 88 tournée vers les gaz chauds 48, augmentant ainsi sensiblement la durée de vie de fonctionnement de la fenêtre 88. De plus, la combinaison de l'air de purge fournie par les ouvertures 96 et de l'air en rideau fourni par les cavités 90 est configurée pour détourner les contaminants de la fenêtre 88. En conséquence, l'accumulation de contaminants sur la surface de la fenêtre 88 peut être sensiblement réduite, améliorant ainsi la précision du système de surveillance optique 36. De plus, puisque la fenêtre 88 est couplée à la pointe de buse de tube de visée 86, la fenêtre 88 peut être remplacée en échangeant les pointes de buse 86. En conséquence, le processus de réétalonnage associé au remplacement de la totalité de la sonde optique 38 peut être omis. De plus, puisque la pointe de buse de tube de visée 86 est amovible, une pointe de buse 86 ayant un motif d'ouverture désiré peut être choisie pour une configuration de turbine particulière. Par exemple, les systèmes de combustion perfectionnés configurés pour produire des gaz excessivement chauds peuvent utiliser une pointe de buse de tube de visée 86 comportant des ouvertures 96 configurées pour fournir un flux d'air supplémentaire sur la fenêtre 88 pour maintenir la fenêtre 88 dans une plage de températures de fonctionnement désirée. La figure 4 est une vue en coupe transversale de la sonde optique 38 de la figure 3, par la ligne 4-4. Comme expliqué précédemment, la pointe de buse de tube de visée 86 peut être amovible pour faciliter le remplacement et/ou la sélection de fenêtre d'une configuration d'ouverture désirée. Dans le mode de réalisation illustré, la pointe de buse de tube de visée 86 comporte un filetage 98 configuré pour coopérer avec un taraudage 100 du tube de visée 101. Dans cette configuration, la pointe de buse de tube de visée 86 peut être fixée et enlevée par l'intermédiaire d'une rotation de la pointe de buse 86 par rapport au tube de visée 101. De façon similaire, la pointe de buse en rideau 84 peut être fixée au tube en rideau 82 avec une liaison vissée 102. Bien que des liaisons vissées soient utilisées dans le mode de réalisation illustré pour fixer la pointe de buse de tube de visée 86 au tube de visée 101 et pour fixer la pointe de buse en rideau 84 au tube en rideau 82, d'autres modes de réalisation peuvent utiliser d'autres systèmes de liaison (par exemple, des attaches, des protubérances/cavités, etc.) pour fixer de manière amovible chaque pointe de buse à un tube respectif. Dans d'autres modes de réalisation, la pointe de buse de tube de visée 86 et/ou la pointe de buse en rideau 84 peuvent être fixées au tube respectif, par exemple, par l'intermédiaire d'une liaison soudée, d'un ajustement par pression, etc.. Comme expliqué précédemment, le compresseur 22 est configuré pour fournir un flux d'air en rideau 42 à la sonde optique 38 avec une pression suffisante pour établir un flux à l'intérieur de la turbine. Comme illustré, l'air en rideau s'écoule dans une direction 92 à travers un passage 94 formé entre la surface extérieure 95 du tube en rideau 82 et la surface intérieure de l'orifice d'inspection 76. De plus, la pointe de buse en rideau 84 est en contact direct avec la surface intérieure de l'orifice d'inspection 76 de telle sorte que les cavités 90 forment des ouvertures s'étendant entre le passage 94 et l'intérieur de la turbine 18. En conséquence, un flux d'air en rideau est émis par chaque cavité 90, protégeant ainsi la fenêtre 88 du flux de gaz chauds. De façon similaire, le compresseur 22, par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 45 et du filtre 46 ou du compresseur auxiliaire 80, est configuré pour fournir un flux d'air de purge 47 à la sonde optique 38 avec une pression suffisante pour établir un flux d'air à l'intérieur de la turbine. Comme illustré, l'air de purge s'écoule dans une direction 104 à travers un passage 105 formé entre la surface extérieure 106 du tube de visée 101 et la surface intérieure 107 du tube en rideau 82. De plus, la pointe de buse de tube de visée 86 est en contact direct avec la pointe de buse en rideau 84, dirigeant ainsi le flux d'air de purge à travers les ouvertures 96. En conséquence, un courant d'air de purge est émis par chaque ouverture 96 dans une direction radiale vers l'intérieur 108, refroidissant ainsi la fenêtre 88 et détournant les contaminants de la fenêtre 88. De plus, l'air en rideau émis par les cavités 90 s'écoule dans une direction 110, détournant ainsi davantage les contaminants de la fenêtre 88. Par exemple, des matières particulaires telles que des hydrocarbures non brûlés, du sable, de la poussière, un lubrifiant et/ou d'autres contaminants peuvent être présentes dans le flux de gaz chauds 48. Puisque la pression de l'air en rideau est supérieure à la pression des gaz chauds, le flux d'air en rideau détourne le flux de gaz chauds de la fenêtre 88. En conséquence, l'accumulation de contaminants sur la surface de la fenêtre 88 dirigée vers l'intérieur de la turbine 18 peut être sensiblement réduite. Toutefois, puisque l'air en rideau est directement extrait du compresseur 22, l'air en rideau peut contenir de la poussière et/ou un lubrifiant provenant du compresseur 22. De plus, puisque l'air en rideau peut être extrait d'un étage suivant du compresseur, la température de l'air en rideau peut être insuffisante pour refroidir efficacement la fenêtre 88 pendant une durée prolongée. En conséquence, le flux d'air de purge dans la direction 108 sur la fenêtre sert à protéger la fenêtre des contaminants pouvant être présents dans l'air en rideau, et à refroidir la surface de la fenêtre 88. La combinaison de l'air en rideau et de l'air de purge peut servir à maintenir la fenêtre 88 dans une plage de températures de fonctionnement désirée et assurer que la surface de la fenêtre 88 reste sensiblement dégagée, facilitant ainsi le fonctionnement du système de surveillance optique 36. De plus, puisque l'air en rideau et l'air de purge sont fournis par des sources d'air différentes, la fenêtre peut être protégée des gaz chauds malgré une défaillance partielle ou complète d'une source d'air.

Dans le mode de réalisation illustré, la pointe de buse de tube de visée 86 comporte une protubérance annulaire 112 configurée pour bloquer le mouvement de la fenêtre 88 vers l'intérieur de la turbine. En conséquence, le risque que la fenêtre 88 et/ou un quelconque composant optique positionné dans le tube de visée 101 pénètrent à l'intérieur de la turbine est sensiblement réduit ou éliminé, assurant ainsi un fonctionnement efficace de la turbine 18. De plus, le tube en rideau 84 comporte une protubérance annulaire 114 configurée pour bloquer le mouvement de la pointe de buse de tube de visée 86 vers l'intérieur de la turbine 18. En conséquence, le risque que la pointe de buse de tube de visée 86 et/ou le tube de visée 101 pénètrent à l'intérieur de la turbine est sensiblement réduit ou éliminé. En raison de la combinaison de la protubérance annulaire de tube de visée 112 et de la protubérance annulaire de tube en rideau 114, la possibilité pour que la sonde optique 38 interfère avec le fonctionnement de la turbine 18 est sensiblement réduite ou éliminée. La figure 5 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation d'une pointe de buse de tube de visée 86 pouvant être utilisé dans la sonde optique 38 de la figure 3. Comme illustré, la pointe de buse 86 comporte une première rangée 116 d'ouvertures 96 et une deuxième rangée 118 d'ouvertures 96. Dans le mode de réalisation illustré, chaque ouverture de la première rangée 116 est configurée pour diriger l'air de purge sensiblement perpendiculairement par rapport à la fenêtre 88. De façon spécifique, chaque ouverture 96 de la première rangée 116 comporte une entrée 120 et une sortie 122. Comme illustré, l'entrée 120 et la sortie 122 sont positionnées de manière à diriger le flux d'air de purge radialement vers l'intérieur le long d'un plan sensiblement parallèle à la surface de la fenêtre. De plus, chaque ouverture de la deuxième rangée 118 est configurée pour diriger le flux d'air de purge axialement vers l'extérieur par rapport à la fenêtre 88. De façon spécifique, une entrée 124 et une sortie 126 de chaque ouverture 96 de la deuxième rangée 118 sont configurées pour diriger le flux d'air de purge vers les gaz chauds à l'intérieur de la turbine. La combinaison de l'établissement d'un flux sur la fenêtre 88 et s'éloignant de la fenêtre 88 peut servir à protéger la fenêtre des contaminants et à maintenir la fenêtre dans une plage de températures de fonctionnement désirée. Bien que deux rangées 116 et 118 soient prévues dans le mode de réalisation illustré, un nombre plus ou moins grand de rangées d'ouverture 96 peuvent être présentes dans d'autres modes de réalisation. Par exemple, certaines pointes de buse de tube de visée 86 peuvent inclure 1, 2, 3, 4, 5, 6 rangées d'ouverture 96 ou plus. De plus, bien que chaque ouverture 96 soit dirigée radialement vers l'intérieur dans le mode de réalisation illustré, d'autres modes de réalisation peuvent inclure des ouvertures configurées pour diriger le flux d'air de purge selon un motif tourbillonnant. De plus le nombre, la taille et/ou la forme de chaque ouverture 96 peuvent être configurés en particulier pour créer un profil de flux désiré. Par exemple, dans le mode de réalisation illustré, les pointes de buse de tube de visée 86 sont interchangeables, de telle sorte qu'un agencement désiré d'ouvertures peut être choisi pour une configuration de turbine particulière.

Liste des éléments 10 Système de turbine à gaz 12 Injecteur de combustible 14 Alimentation en combustible 16 Chambre de combustion 18 Turbine 19 Arbre 20 Sortie d'échappement 22 Compresseur 24 Entrée 26 Charge 28 30 Air 32 Air comprimé 34 Mélange air-combustible 36 Système de surveillance optique 38 Sonde optique 40 Détecteur 42 Flux d'air d'évacuation 44 Flux d'air d'évacuation 45 Échangeur de chaleur 46 Filtre 47 Flux d'air propre 48 Gaz chauds sous pression 50 Direction axiale 52 Direction circonférentielle 54 Ailette fixe du premier étage 56 Aube rotative du premier étage 58 Rotor de turbine

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Système (10) comprenant : un tube de visée (101) configuré pour communiquer optiquement avec l'intérieur d'une machine rotative (18) par insertion dans un orifice d'inspection (76) ; une première pointe de buse interchangeable (86) fixée de manière amovible au tube de visée (101), dans lequel la première pointe de buse interchangeable (86) comprend une fenêtre (88) et une pluralité d'ouvertures (96) configurées pour diriger de l'air de purge sur la fenêtre (88) ; un tube en rideau (82) disposé autour du tube de visée (101) et configuré pour diriger de l'air de purge d'une première source d'air vers la pluralité d'ouvertures (96) par l'intermédiaire d'un premier passage (105) formé entre la surface intérieure (107) du tube en rideau (82) et la surface extérieure (106) du tube de visée (101) ; et une deuxième pointe de buse interchangeable (84) fixée de manière amovible au tube en rideau (82), dans lequel la deuxième pointe de buse interchangeable (84) comprend une pluralité de sorties configurées pour diriger de l'air en rideau autour de la fenêtre (88) ; dans lequel le tube en rideau (82) est configuré pour diriger l'air en rideau d'une deuxième source d'air vers la pluralité de sorties par l'intermédiaire d'un deuxième passage (94) formé entre la surface extérieure (95) du tube en rideau (82) et la surface intérieure de l'orifice d'inspection (76).
2. 2. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel la première source d'air comprend un flux d'air provenant d'un compresseur (80) entraîné indépendamment de la machine rotative (18).
3. 3. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel la première source d'air comprend un flux d'air d'évacuation (44) provenant d'un compresseur (22) couplé de manière rotative à la machine rotative (18) par l'intermédiaire d'un arbre (19), dans lequel le flux d'air d'évacuation (44) est refroidi et/ou filtré, avant écoulement dans le premier passage (105).
4. 4. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel la deuxième source d'air comprend un flux d'air d'évacuation (42) provenant d'un compresseur (22) couplé de manière rotative à la machine rotative (18) par l'intermédiaire d'un arbre (19).
5. 5. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel la pluralité d'ouvertures (96) est configurée pour diriger l'air de purge radialement vers l'intérieur sur la fenêtre (88).
6. 6. Système (10) selon la revendication 5, dans lequel la pluralité d'ouvertures (96) comprend une première rangée (116) d'ouvertures (96) configurée pour diriger l'air de purge sensiblement perpendiculairement par rapport à la fenêtre (88) et une deuxième rangée (118) d'ouvertures (96) configurée pour diriger l'air de purge axialement vers l'extérieur par rapport à la fenêtre (88).
7. 7. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel la première pointe de buse interchangeable (86) est fixée de manière amovible au tube de visée (101) par l'intermédiaire d'une liaison vissée (98, 100).
8. 8. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel au moins une sortie de la pluralité de sorties comprend une cavité (90) s'étendant entre le deuxième passage (94) et l'intérieur de la machine rotative (18).
9. 9. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel la première pointe de buse interchangeable (86) comprend une protubérance annulaire (112) configurée pour bloquer le mouvement de la fenêtre (88) vers l'intérieur de la machine rotative (18).
10. 10. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel la deuxième pointe de buse interchangeable (84) comprend une protubérance annulaire (114) configurée pour bloquer le mouvement de la première pointe de buse interchangeable (86) vers l'intérieur de la machine rotative (18).