Brevet FR2086462A1 — publié le 19711231

la présente invention se rapporte, en général, à un dispositif d'étanchéité à réglage automatique disposé dans une turbine, et concerne plus particulièrement tin dispositif d'étanchéité destiné à réduire au minimum la fuite de l'air comprimé sous 5 haute pression, dans le premier étage d'une turbine à gaz. Les turbines à gaz doivent fonctionner à des températures et pressions élevées nécessaires pour en obtenir un haut rendement. On a maintenant constaté que l'air sous haute pression du oo mpresseur pénétrant dans le premier étage avec une vitesse et 10 un sens différents que ceux du fluide moteur, produit, au moment de l'impact, des vibrations dans les aubes. La présente invention a donc principalement pour objet de réaliser un agencement destiné à réduire au minimum la fuite de l'air de refroidissement sous haute pression, dans le premier 15 étage de la turbine. A cette fin, la présente invention réside dans une turbine à gaz à écoulement axial comprenant une enveloppe intérieure entourée d'une enveloppe extérieure délimitant une chambre de pression, un certain nombre de chambres de combustion disposées 20 à l'intérieur de la chambre de pression, et des conduits constituant tin chenal reliant les chambres de combustion au premier étage de la turbine, cette dernière étant caractérisée par le fait que, sur les conduits, sont montées des sections de plaques annulaires, circonférentiellement espacées entre elles, et qui 25 à leurs bords radialement interne et externe s * engagent sur les enveloppes de la turbine, et par le fait que des dispositifs d'étanchéité sont élastiquement poussés contre les plaques annulaires du côté en amont de celles-ci, afin d'obturer hermétiquement les espaces compris entre les sections adjacentes de plaques 30 annulaires pour empêcher la fuite de l'air comprimé de la chambre de pression dans le premier étage de la turbinee Le dispositif d'étanchéité à réglage automatique permet la dilatation et la contraction de la chambre de combustion aux parties de transition et s'ajuste automatiquement pour compenser 35 les espaces radiaux plus petits ou plus grands, respectivement, afin de réduire ainsi au minimum la fuite d'air comprimé dans le premier étage. 71 15323 2 2086462 L'invention ressortira mieux de la description qui va suivre d'une forme préférée de réalisation représentée, à titre d'exemple seulement, aux dessins annexés, sur lesquels : La figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'une 5 turbine à gaz à écoulement dxial pourvue d'un dispositif d'étanchéité construit selon las principes de l'invention; La figure 2 est une vue développée^ agrandie, en plan, suivant la ligne II-II de la fignre 1 % et La figure 3 est vue isométrique agrandie du dispositif 10 d'étanchéité représenté à la f5.gu.re 1. En référence aux dessins en détail, et en particulier à la figure 1, celle-ci représente une partie d'une turbine à gaz à écoulement axial 10 „ La turbine 10 comprend une enveloppe extérieure 11 de forme générale tubulaire, une enveloppe intérieure 15 12 de forme tubulaire entourée par l'enveloppe extérieure 11, et un rotor 13 monté rotatif à l'intérieur de l'enveloppe interne 12 de toute manière convenable (non représentée). Une rangée annulaire, au moins, d'aubes rotatives 16 (une rangée seulement étant représentée) dépasse radialement de l'extérieur du rotor 20 13* Afin de former les étages de détente du fluide moteur, à ses aubes rotatives est associée une rangée annulaire, au moins, d'aubes fixes 14- (une seule rangée étant représentée), qui sont montées à l'intérieur de l'enveloppe interne 12* La première rangée fixe d'aubes 14 et la première rangée rotative d'aubes 16 25 constituent le premier étage 17» Le fluide moteur chaud, tel que le gaz de combustion sous pression, est produit dans un certain nombre de chambres de combustion 25 circonférentiellement disposées. Les chambres 25 (figures 1 et 2) sont du type boîte bien connu, présentant des par-30 ties cylindriques aux extrémités es amont et des éléments de transition correspondants 26 aux extrémités 27 en aval, afin de faire passer la coupe transversale des chambres de la forme circulaire à la forme en arc-de-cercle aux sorties 29 (Figure 3). Les sorties 29 sont en relation annulaire peu espacées et forment 35 conjointement une sortie annulaire pour diriger les gaz moteurs chauds dans le premier étage 17, en un courant total et continu périphérique. Les gaz passent sur les aubes fixes 14- et sur les 71 15323 3 2086462 aubes rotatives 16, ainsi qu'indiqué par les flèches, de gauche à droite, de façon que leur détente fasse tourner le rotor 13 sur son axe longitudinal» Ainsi que le montre la figure 1, les chambres de combustion 5 25 sont disposées dans un espace partiellement délimité par l'enveloppe extérieure 11, cet espace étant appelé chambre de pression 31t dont la pression est créée par l'air fourni par un compresseur (non représenté). L'air comprimé est dirigé dans les chambres de combustion 25 pour être mélangé avec un carburant 10 afin de former un mélange combustible qui est brûlé pour produire les gaz moteurs chauds0 Aux extrémités en aval 27 des conduits de transition 26 se situent un certain nombre de rebords d'encadrement 33 (Figure 3)o Les rebords 33 entourent les conduits de transition 26 auxquels ils sont rigidement fixés par tout moyen 15 convenable, par exemple par soudure électrique. Chaque rebord 33 présente une partie radialement extérieure en arc-de-cercle 33a, une partie radialement intérieure en arc-de-cercle 33b et deux parties latérales dépassant radialement 33c. La partie radiale extérieure 33a de chaque rebord d'encadrement 33 et la partie 20 radiale intérieure 33b se conforment à la forme en arc-de-cercle de chaque conduit de transition 26o Conjointement, les parties radialement extérieures 33a forment une couronne extérieure segmentée, et les rebords radialement intérieurs 33b forment une couronne interne segmentée. 25 Ainsi que le montrent clairement les figures 2 et 3, les seg ments de retenue arqués 37 s'ajustent sur le côté en amont des parties radialement extérieures 33a des rebords 33* Du côté en aval des rebords 33a se trouve l'enveloppe intérieure 12. Les segments de retenue 37 et l'enveloppe intérieure 12 sont fixés par 30 des moyens convenables, tels que les boulons 38 (Figures 1 et 3)» Les segments de retenue 37» la partie radialement extérieure 33a des rebords 33 et l'enveloppe intérieure 12 constituent un agencement d'étanchéité destiné à empêcher l'air sous haute pression du compresseur et contenu dans la chambre de pression 31j de pé-35 nétrer dans le premier étage 17 de la turbine, le long des côtés radialement extérieurs des conduits de transition 26 des chambres de combustion 25. 71 15323 4 2086462 Pour obturer de marri ère étanche le côté radialement intérieur des conduits de transition 26 par rapport au premier étage de la turbine, un joint segmenté 54 (figures 1 et 3) est fixé aux rebords radialement intérieurs 33b; et est rappelé par tin ressort 5 56 dans un logement 57 En référence à la figure 1, on remarquera que les segments 20 37 de retenue et l'enveloppe intérieure 12 sont espacés dans le sens radial par rapport aux chambres de combustion 25 afin de permettre la dilatation de celles-ci. Selon la description qui précède, les chambres de combustion 25 et leurs conduits de transition 26 se situent en relation annulaire peu espacée (Figures 25 2 et 3) pour permettre la dilatation des chambres 25 et des conduits 26. Les côtés dépassant radialement 33c des rebords d'encadrement 33, entourant les conduits de transition 26, sont également annulairement espacés entre eux. Les côtés adjacents 33c délimitent un certain nombre de premiers espaces radiaux 62. 30 II est nécessaire de réaliser un dispositif d'étanchéité pour empêcher l'air sous haute pression du compresseur de fuir à travers ces espaces radiaux 62; mais on doit également prendre des dispositions pour permettre la dilatation entre les conduits de transition 26 et, par suite, les rebords 33. 35 En amont des rebords 33, et fixés aux conduits de transition 26 des chambres de combustion 25, se trouvent des paires de plaques d'arrêt 64, une soudée de chaque côté dé chaque chambre de 71 15323 5 2086462 combustion. Les plaques 64 adjacentes sont mutuellement annulai-rement espacées (Figures 2 et 3). Chaque plaque d'arrêt 64 consiste en une pièce continue s1étendant du côté radialement extérieur du conduit de transition au côté radialement intérieur, ainsi que 5 représenté aux figures i et 3» La relation annulaire d'espacement entre les plaques d'arrêt 64 adjacentes délimite un certain nombre de seconds espaces radiaux 65 (Figures 2 et 3) • ï 10 Un dispositif d'étanchéité est disposé entre chaque paire de conduits de transition adjacents, mais puisque la totalité de ces dispositifs sont de construction similaire, un seul sera dé» crit. Une première cornière 67, de coupe transversale en Vs est 15 introduite dans le premier espace radial 62s et une seconde cornière similaire 69 est introduite dans le second espace radial 65, les sommets des cornières étant disposés en sens opposés. Entre les première et seconde cornières 67 et 69, cm côté radialement extérieur des conduits de transition 26 adjacents, est dispo» 20 sé un dispositif à ressort à boudin 70 (Figure 2). Le dispositif 70 comprend un ressort hélicoïdal 70a et deux pièces de monture 70b qui sont fixées aux sommets des cornières 67 et 69® Le dispositif 70 assure un rappel par ressort entre les deux cornières 67 et 69, en une relation de coincement d'étanchéité avec les 25 rebords 33 et les plaques 64. Un secon^dispositif 72 à ressort (Figure 1), similaire au dispositif 70} est fixé entre les deux cornières 67, 69, du côté radialement intérieur des conduits de transition afin d'assurer une force de rappel de ressort équilibrée contre les corfaières des deux côtés radialement intérieur et 30 extérieur des conduits de transition 26„ Toutefois, on pourrait utiliser un unique ressort spiralé au centre des conduits de transition (non représenté). Il est désirable que le côté en amont des rebords 33 adjacents soit légèrement biseautés, en s'ouvrant dans la direction 35 d'amont, afin de recevoir le sonœiet de la première cornière 67, et, de même, il est désirable que les plaques d'arrêt 64 soient biseautées, en s'ouvrant dans une direction d'aval, pour recevoir 71 15323 6 2086462 le sommet de la seconde cornière 69. On assure ainsi une meilleure relation d'étanchéité entre les cornières 67, 69 et les espaces -radiaux correspondants 62, 65; cela permet en outre la dilatation entre les conduits de transition 26 avec moins d'effort, 5 car il existe un plus faible coBfficient statique de friction au cours du déplacement des cornières dans les espaces 62 et 65* En cours fie fonctionnement » les dispositifs 70 et 72 à ressort à boudin maintiennent les cornières 67 et 69 en relation d'étanchéité avec les rebords 3^ et les plaques d'arrêt 64-, et 10 empêche l'air comprimé de la chambre de pression 31 s'échapper par les espaces radiaux 62, A mesure de la dilatation des conduits de transition 26* ce qui diminue les premiers espaces radiaux 62, les premières cornières 67 sont poussées dans le sens d'amont afin de s'ajuster à ces plus petits espaces, Lorsque les 15 conduits de transition 26 et les rebords d'encadrement 33 se contractent, agrandissant ainsi les premiers espaces radiaux 62, les dispositifs 70 et 72 à ressort à boudin poussent les premières cornières 67 vers l'aval dans les espacements plus grands a&n de maintenir une relation correcte d'étanchéité. Les seconds es-20 pacements radiaux 65 et les secondes cornières 69 ont pour fonction d'assurer l'alignement longitudinal des cornières 67 afin de maintenir le contact correct d'étanchéité. L'air sous haute pression du ''-cjnrresseur, contenu dans la chambre de pression 31 * exerçant "ifl force contre les premières cornières 67, constitue la 25 force principale d'étanchéité entre les cornières 67 et les rebords 33 en cours de fonctionnement« en raison de la grande différence de pression régnant sur les cStés d'amont et d'aval des rebords„ De l'exposé qui précède, il ressort que l'invention a réali-30 sé un dispositif d'étanchéité 70 simple mais à réglage automatique qui permet la dilatation et la contraction entre les conduits de transition adjacents 26 tout en empêchant la commutation de fluides entre la chambre de pression 31 et le premier étage 17. Bien que les éléments 67 et 69 soient décrits comme dotés d'une coupe 35 transversale en Y, ils peuvent présenter une forme de coupe transversale en arc-de-cercle, tant que ces éléments s'ajustent dans les espacements 62 et 65. 71 15323 7 2006462 REVENDICATIONS 1. Turbine à gaz à écoulement axial comprenant une enveloppe intérieure entourée par une enveloppe extérieure délimitant une chambre de pression, un certain nombre de chambres de combus- 5 tion disposées à l'intérieur de la chambre de pression et des conduits constituant un chenal reliant les chambres de combus-tion au premier étage de la turbine, cette dernière étant caractérisée par le fait que sur ces conduits sont montées des sections de plaques annulaires mutuellement circonférentiellement espacées, 10 et dont les bords radialement intérieur et extérieur s'engagent sur les enveloppes de la turbine; et que des dispositifs d*étan-chéité sont élastiquement poussés contre les plaques annulaires du côté amont de celles-ci pour obturer hermétiquement les espaces compris entre les sections agacentes de plaques annulaires 15 afin d'empêcher la fuite de l'air comprimé de la chambre de pression dans le premier étage de turbine. 2. Turbine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les bords radialement extérieurs et intérieurs des sections de plaques annulaires sont reçus dans des gorges annulaires 20 formées dans les enveloppes de la turbine. 3. Turbine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'une seconde rangée de sections de plaques annulaires est montée sur les conduits axialement en amont de la première rangée de telle sorte que les espaces compris entre les sections 25 adjacentes des plaques soient en alignement axial; et par le fait que les dispositifs d'étanchéité consistent en pièces en forme de coin élastiquement repoussées l'une de l'autre et dans les espacements en alignement compris entre les sections correspondantes de plaques» 30 40 Turbine selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les plaques présentent des parois biseautées se conformant à la configuration des éléments d'étanchéité,, 5o Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4-, caractérisée par le fait que les espaces compris entre les sec-35 tions de plaques annulaires s'étendent radialement par rapport à l'axe de rotation de la turbine» 6. Turbiné selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que chacun de ces conduits est maintenu en place au moyen d'une potence montée sur l'enveloppe de turbina