FR2970555A1 - Capot d'extremite pour dispositif de combustion de turbine a gaz - Google Patents

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Abstract

Le capot d'extrémité (26) comporte une plaque sensiblement plane (28) ayant une première face qui, en service, est en regard d'une chambre de combustion et une face opposée. Au moins un passage (32) pour combustible traverse la plaque (28). Un bloc (36) à orifices de distribution de combustible est fixé sur la face opposée de la plaque plane, au moins un orifice (38) étant aligné avec le ou les passages (32). Un limiteur de débit rapporté (42), pourvu de multiples orifices d'écoulement, est situé entre la plaque plane et le bloc à orifices de distribution de combustible, alignés avec le ou les passages pour combustible et le ou les orifices.

Description

B 12-0029FR 1 Capot d'extrémité pour dispositif de combustion de turbine à gaz
La présente invention concerne de façon générale les dispositifs de combustion des turbines à gaz et, plus particulièrement, un nouveau capot d'extrémité pour l'extrémité avant ou amont d'un dispositif de combustion de turbine à gaz. Dans certaines turbines à gaz, une pluralité de dispositifs de combustion sont disposés sous la forme d'un ensemble annulaire autour du rotor de la turbine pour permettre la combustion du combustible et guider les produits de combustion à haute énergie jusque dans la section turbine afin d'entraîner la turbine. Chaque dispositif de combustion comporte ordinairement une enveloppe extérieure qui définit la limite extérieure du dispositif de combustion, un manchon d'écoulement pour fournir de l'air refoulé par le compresseur à la tête du système de combustion tout en refroidissant également une chemise qui englobe le système de combustion, et une pièce de transition pour faire entrer les produits de combustion dans la section turbine. Le dispositif de combustion comporte également une pluralité d'injecteurs de combustible montés dans un capot d'extrémité. De l'air et un combustible sont envoyés via le capot d'extrémité aux injecteurs de combustible pour brûler à l'intérieur de la chemise. Ainsi, le capot d'extrémité sert à fermer l'extrémité avant du dispositif de combustion et à fournir de l'air et du combustible aux injecteurs de combustible. Les capots d'extrémités pour systèmes de dispositif de combustion de turbine comportent ordinairement une plaque plane supportant individuellement chaque injecteur de combustible. Dans les capots d'extrémités de ce type selon la technique antérieure, les passages internes pour l'air et le combustible se trouvent dans l'injecteur de combustible, séparément et à l'écart du capot d'extrémité. Une génération ultérieure de capots d'extrémités comportent des passages d'air et de combustible à l'intérieur du capot d'extrémité. Cela permet de loger une pluralité d'injecteur pour chaque capot d'extrémité au lieu d'un seul injecteur de combustible par capot d'extrémité comme dans les dispositifs de combustion selon la technique antérieure. Bien que ce changement ait simplifié les injecteurs de combustible et permis de monter une pluralité d'injecteurs de combustible sur le capot d'extrémité, la complexité du capot d'extrémité s'en est trouvée accrue pour permettre les distributeurs d'air et de combustible et les multiples passages nécessaires à l'intérieur du capot d'extrémité pour les injecteurs de combustible. Il faut des pièces supplémentaires telles que des éléments rapportés pour rendre possible des passages complexes dans les capots d'extrémités. Des assemblages brasés ont également été inclus pour installer hermétiquement de telles pièces supplémentaires, dont les éléments rapportés, dans les capots d'extrémités. Une autre génération de capots d'extrémités pour dispositifs de combustion de turbines utilise des assemblages brasés encore plus compliqués entre les capots d'extrémités et leurs diverses pièces. Cependant, une fissuration des assemblages brasés a été observée sur ces capots d'extrémités plus récents. Certains capots d'extrémités selon la technique antérieure nécessitent que des orifices pour l'écoulement de gaz (également appelés ici "limiteurs de débit" ou "limiteurs de débit rapportés") soient mis en place par emboutissage et agrafage sur le "côté chaud" de la plaque du capot d'extrémité de dispositif de combustion (il s'agit de la face exposée à la combustion dans la chambre de combustion).
I1 y a donc un besoin pour un capot d'extrémité de structure simplifiée, permettant l'insertion de limiteurs de débit, et qui présente également d'autres aspects souhaitables dont l'étanchéité pour empêcher des fuites par les limiteurs de débit rapportés.
La présente invention porte principalement sur l'utilisation et sur des techniques d'assemblage de limiteurs de débit rapportés ainsi que sur l'étanchéité correspondante dans des capots d'extrémités de dispositifs de combustion. Dans un premier exemple de forme de réalisation, l'invention propose un capot d'extrémité pour dispositif de combustion de turbine permettant de supporter un ou plusieurs injecteurs pour le dispositif de combustion, le capot d'extrémité comportant une plaque sensiblement plane ayant une première face qui, en service, est en regard d'une chambre de combustion et une face opposée qui, en service, est orientée à l'opposé de la chambre de combustion ; au moins un passage de combustible traversant la plaque sensiblement plane ; un bloc à orifices de distribution de combustible fixé sur la face opposée de la plaque plane, au moins un orifice étant aligné avec le ou les passages ; et un limiteur de débit rapporté pourvu de multiples orifices d'écoulement situé entre la plaque plane et le bloc à orifices de distribution de combustible, alignés avec le ou lesdits passages de combustible et le ou les orifices. Dans un autre exemple de forme de réalisation, l'invention propose un capot d'extrémité pour dispositif de combustion de turbine permettant de supporter un ou plusieurs injecteurs pour le dispositif de combustion, le capot d'extrémité comportant une plaque sensiblement plane de capot d'extrémité ayant une première face qui, en service, est en regard d'une chambre de combustion et une face opposée qui, en service, est orientée à l'opposé de la chambre de combustion ; plusieurs passages de combustible prémélangé traversant la plaque sensiblement plane du capot d'extrémité ; un bloc à orifices de distribution de combustible fixé sur la face opposée de la plaque sensiblement plane du capot d'extrémité, un orifice étant relié à chacun des différents passages ; et un limiteur de débit rapporté pourvu de multiples orifices d'écoulement fixés au bloc à orifices de distribution de combustible à l'interface entre chaque passage de combustible prémélangé présent dans la plaque du capot d'extrémité et chaque orifice du bloc à orifices de distribution de combustible.
Dans encore un autre exemple de forme de réalisation, l'invention propose un bloc à orifices de distribution destiné à servir avec un capot d'extrémité d'un dispositif de combustion de turbine conçu pour supporter un ou plusieurs injecteurs pour le dispositif de combustion, le bloc à orifices de distribution comprenant plusieurs passages de combustible conçus pour s'aligner avec des passages de la plaque du capot d'extrémité, un limiteur de débit rapporté pourvu de multiples orifices d'écoulement étant fixé au bloc à orifices de distribution de combustible sur une face destinée à être en interface avec la plaque du capot d'extrémité.
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 une représentation schématique d'une turbine possédant un capot d'extrémité de dispositif de combustion selon la technique antérieure ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un capot d'extrémité selon un exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une élévation latérale, partiellement en coupe, du capot d'extrémité de la figure 2 ; - la figure 3A est une coupe latérale agrandie d'un limiteur de débit rapporté, du capot de la figure 3 ; - la figure 4 est une vue en perspective, partiellement en coupe, d'un capot d'extrémité de dispositif de combustion selon un autre exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 4A est une vue en perspective agrandie d'un limiteur de débit rapporté, sur le capot de la figure 4 ; et - la figure 5 est un détail agrandi en coupe, de la figure 4. La figure 1 est une illustration schématique d'un exemple de moteur 10 à turbine à combustion. Le moteur 10 comporte un compresseur 12 et un dispositif de combustion 14. Le dispositif de combustion 14 comporte une zone de combustion 16 et un ensemble 18 d'injecteurs de combustible. Le moteur 10 comporte également une turbine 20 et un arbre de compresseur/turbine commun (parfois appelé rotor) désigné par l'axe 22. Dans certains moteurs à turbine, il y a une pluralité de dispositifs de combustion 14 organisés en un ensemble annulaire autour du rotor de turbine, tous fournissant des gaz de combustion au premier étage 24 de la turbine. En fonctionnement, de l'air circule dans le compresseur 12 et de l'air comprimé est fourni au dispositif de combustion 14. En particulier, une grande quantité de l'air comprimé est fournie à l'ensemble 18 d'injecteurs de combustible fixé à l'extrémité avant du dispositif de combustion 14. L'ensemble 18 d'injecteurs de combustible fait passer du combustible et de l'air vers la zone de combustion 16 où le mélange de combustible et d'air s'enflamme. Les gaz de combustion sont fournis à la turbine 20 où l'énergie thermique du courant de gaz est convertie en énergie mécanique de rotation. Les figures 2, 3 et 3A représentent une nouvelle conception d'un capot d'extrémité et d'un limiteur de débit selon un premier exemple nullement limitatif de réalisation de l'invention. Le capot d'extrémité représenté 26 comporte une plaque 28 de capot d'extrémité pourvue d'une série de trous 30 à l'aide desquels la plaque est montée à l'extrémité avant du dispositif de combustion.
La plaque 28 du capot d'extrémité est également pourvue de passages internes 32, 34 (figure 3) par l'intermédiaire desquels un combustible prémélangé est envoyé aux injecteurs du dispositif de combustion. Bien que seulement deux passages internes soient représentés, il est entendu que le nombre de passages internes dépend de l'application. Dans un exemple, il y a six passages internes fournissant un combustible prémélangé à cinq injecteurs radialement extérieurs et un unique injecteur central. Un bloc 36 à orifices de distribution de combustible est fixé sur la face froide de la plaque 28 du capot d'extrémité (c'est-à-dire la face à l'extérieur de la chambre de combustion, orientée à l'opposé de la chambre de combustion) par tout moyen approprié tel que des boulons ou autres organes de fixation. Le bloc 36 est pourvu de plusieurs passages ou orifices (deux sont représentés en 38, 40) conçus pour être alignés avec les passages 32 et 34 présents dans la plaque du capot d'extrémité. Des tubes et autres conduits (non représentés) sont raccordés au bloc 36 à orifices de distribution de combustible au niveau d'orifices 37a, b et c pour envoyer le combustible prémélangé aux injecteurs supportés par la "face chaude" de la plaque 28 du capot d'extrémité.
A l'interface entre le bloc 36 à orifices de distribution de combustible et la plaque 28 du capot d'extrémité (sur la face froide de la plaque du capot d'extrémité) se trouvent des orifices pour combustible ou des limiteurs de débit rapportés 42 qui sont logés dans la plaque du capot d'extrémité. Considérant en particulier la figure 3A, chaque limiteur de débit rapporté 42 est pourvu d'une collerette 44 faisant saillie vers l'extérieur depuis une zone centrale 46 dans laquelle sont formés les trous ou orifices 48 de passage de combustible. Le nombre de trous ou orifices 48 de passage de combustible peut varier mais doit répondre à un besoin de section efficace pour l'écoulement du combustible. Dans des exemples représentatifs, quatre ou cinq orifices 48 pour combustible sont formés dans les limiteurs de débit de combustible. La zone centrale 46 a une plus grande épaisseur que la collerette 44 qui l'entoure et a des dimensions qui lui permettent d'être installée d'une manière relativement lâche à l'intérieur de l'alésage des passages 32, 34, la collerette radiale 44 étant logée dans un chambrage peu profond 50 formé dans la plaque 28 du capot d'extrémité, de façon que la collerette radiale 44 se trouve au ras de la plaque 28 du capot d'extrémité et de la surface sensiblement plane 52 du bloc 36 à orifice de distribution de combustible et constitue une surface d'étanchéité entre la plaque 28 et la surface 52. On notera que, lorsque le bloc 36 à orifices de distribution de combustible est fixé à la plaque 28 du capot d'extrémité par des boulons (par exemple, à l'aide de boulons passant dans des fentes 54 de boulons et des trous 56 de boulons), la force de serrage appliquée à l'aide des boulons maintient en place le limiteur de débit rapporté 42, si bien que la collerette 44 crée une étanchéité efficace entre le bloc 36 à orifices de distribution de combustible et la plaque 28 du capot d'extrémité afin qu'il n'y ait pas de fuites de combustible prémélangé autour du limiteur de débit rapporté. Considérant les figures 4 et 4A, un deuxième exemple nullement limitatif de réalisation utilise une plaque 128 de capot d'extrémité et un bloc 136 à orifices de distribution de combustible qui sont sensiblement similaires, modifiés pour recevoir des limiteurs de débit rapportés 142 fixés directement sur le bloc 136 à orifices de distribution de combustible, à l'interface avec la face froide de la plaque 128 du capot d'extrémité. On notera que les repères utilisés sur les figures 4 et 4A correspondent à ceux utilisés pour désigner des éléments correspondants sur les figures 3 et 3A, mais précédés du préfixe "1". En particulier, le bloc 136 à orifices de distribution de combustible est fixé par des boulons à une plaque 128 de capot d'extrémité, de la même manière que décrit plus haut. Cependant, dans la présente forme de réalisation, les différents limiteurs de débit rapportés 142 sont formés chacun de manière à avoir une partie formant corps 146 avec des filetages extérieurs 58 présents sur une collerette radiale 144 qui ne fait saillie radialement que sur une faible distance depuis la partie formant corps. Cet agencement permet de visser les limiteurs de débit dans des extrémités à filetage complémentaire des passages 132, 134 du bloc 136 à orifices de distribution. La tête 60 de l'élément rapporté 142 se trouve juste sous la surface 152 du bloc à orifices de façon que, après le montage, le filetage femelle découvert restant puisse être agrafé pour empêcher le limiteur rapporté 142 de "reculer" hors du bloc 136 à orifices. Un chambrage aligné dans la plaque 128 du capot d'extrémité reçoit un joint d'étanchéité 62 qui assure l'étanchéité entre la plaque 128 du capot d'extrémité et le bloc 136 à orifices au moment du montage à l'aide des boulons d'assemblage, comme décrit plus haut mais non représenté ici. Le nombre et la disposition des trous ou orifices pour combustible dans les limiteurs de débit rapportés 142 restent variables, comme décrit plus haut. Les limiteurs de débit rapportés 42, 142 peuvent être en n'importe quelle matière métallique telle que le laiton ou l'acier inoxydable, avec ou sans plaquage, par exemple en argent, en or ou en aluminium qui renforce les caractéristiques d'étanchéité. Selon une autre possibilité ou en combinaison, un élastomère peut être ajouté dans la composition pour améliorer encore la fonction d'étanchéité.
Liste des repères 10 Moteur 12 Compresseur 14 Dispositif de combustion 16 Zone de combustion 18 Ensemble d'injecteurs de combustible 20 Turbine 22 Axe (rotor ou arbre) 24 Premier étage de turbine 26 Capot d'extrémité 28, 128 Plaque du capot d'extrémité 30 Trous 32, 34, 132, 134 Passages internes 36, 136 Bloc à orifices de distribution 38, 40 Pluralité de passages ou orifices 42, 142 Limiteurs de débit rapportés 44, 144 Collerette 46, 146 Zone centrale ou formant corps 48 Trous ou orifices pour combustible 50 Chambrage 52 Surface plane 54 Fentes de boulons 56 Trous de boulons 58 Filetage extérieur 60 Tête 62 Joint d'étanchéité 146 Partie formant corps

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1. Capot d'extrémité (26) pour dispositif de combustion (14) de turbine, conçu pour supporter un ou plusieurs injecteurs (18) du dispositif de combustion, le capot d'extrémité comportant : une plaque sensiblement plane (28) ayant une première face qui, en service, est en regard d'une chambre de combustion, et une face opposée qui, en service, est orientée à l'opposé de la chambre de combustion ; au moins un passage (32) pour combustible traversant ladite plaque sensiblement plane ; un bloc (36) à orifices de distribution de combustible, fixé sur ladite face opposée de ladite plaque plane (28), avec au moins un orifice (38) aligné avec le ou lesdits passages (32) ; et un limiteur de débit rapporté (42) pourvu de multiples orifices d'écoulement (48) situé entre ladite plaque plane (28) et ledit bloc (36) à orifices de distribution de combustible, alignés avec le ou lesdits passages (32) pour combustible et le ou lesdits orifices (38).
  2. 2. Capot d'extrémité selon la revendication 1, dans lequel le ou lesdits passages (32) sont au nombre d'au moins six.
  3. 3. Capot d'extrémité selon la revendication 1, dans lequel chaque passage est pourvu d'un chambrage peu profond (50) entourant le passage, et dans lequel le limiteur de débit rapporté (42) est pourvu d'une collerette périphérique (44) logée dans ledit chambrage peu profond (50) et une zone centrale (46) logée dans le ou l'un desdits passages (32).
  4. 4. Capot d'extrémité selon la revendication 3, dans lequel ladite collerette périphérique (44) est sensiblement au ras de ladite face opposée.
  5. 5. Capot d'extrémité selon la revendication 3, dans lequel lesdits multiples orifices d'écoulement (48) comprennent au moins quatre passages formés dans ladite zone centrale (46).
  6. 6. Capot d'extrémité selon la revendication 1, dans lequel ledit limiteur de débit rapporté (142) est vissé dans le ou lesdits orifices du bloc à orifices de distribution de combustible.
  7. 7. Capot d'extrémité selon la revendication 6, dans lequel un joint d'étanchéité (62) est logé dans un chambrage aligné dans ladite plaque sensiblement plane (128), entourant ledit limiteur de débit rapporté (142) et engagé entre la plaque sensiblement plane (128) et ledit bloc (136) à orifices de distribution lorsque le distributeur de combustible est fixé à la plaque du capot d'extrémité.
  8. 8. Capot d'extrémité selon la revendication 1, dans lequel le limiteur de débit rapporté (42) est constitué d'un métal plaqué.
  9. 9. Capot d'extrémité selon la revendication 1, dans lequel le limiteur de débit rapporté (42) est plaqué avec de l'or, de l'argent ou de l'aluminium.
  10. 10. Capot d'extrémité (26) pour dispositif de combustion de turbine, conçu pour supporter un ou plusieurs injecteurs du dispositif de combustion, le capot d'extrémité comportant : une plaque sensiblement plane (28) de capot d'extrémité ayant une première face qui, en service, est en regard d'une chambre de combustion, et une face opposée qui, en service, est orientée à l'opposé de la chambre de combustion ; plusieurs passages (32, 34) pour combustible en prémélange traversant ladite plaque sensiblement plane du capot d'extrémité ; un bloc (36) à orifices de distribution de combustible, fixé sur ladite face opposée de ladite plaque sensiblement plane (28) du capot d'extrémité, un orifice (38, 40) étant relié à chacun desdits plusieurs passages ; et un limiteur de débit rapporté (42) pourvu de multiples orifices d'écoulement (48) fixé audit bloc (36) à orifices de distribution de combustible, à l'interface entre chaque passage (32, 34) pour combustible en prémélange dans ladite plaque du capot d'extrémité et chaque orifice (38, 40) dudit bloc (36) à orifices de distribution de combustible.
  11. 11. Capot d'extrémité selon la revendication 10, dans lequel un joint d'étanchéité (62) est logé dans un chambrage aligné dans ladite plaque sensiblement plane (128), entourant ledit limiteur de débit rapporté (142) et engagé entre la plaque sensiblement plane (128) et ledit bloc (136) à orifices de distribution lorsque ledit bloc à orifices de distribution est fixé à la plaque du capot d'extrémité.
  12. 12. Capot d'extrémité selon la revendication 10, dans lequel ledit limiteur de débit rapporté (142) est vissé dans ledit bloc (136) à orifices de distribution de combustible.
  13. 13. Capot d'extrémité selon la revendication 10, dans lequel ledit limiteur de débit rapporté (42, 142) est constitué d'une matière métallique plaquée.
  14. 14. Capot d'extrémité selon la revendication 13, dans lequel ledit limiteur de débit rapporté (42, 142) est plaqué avec de l'or, de l'argent ou de l' aluminium.
  15. 15. Capot d'extrémité selon la revendication 10, dans lequel ledit bloc (36, 136) à orifices de distribution de combustible est fixé par des boulons à ladite plaque (28, 128) du capot d'extrémité.
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