Brevet FR2422037A1 — publié le 19791102

La présente invention a trait à une turbine à gaz comportant une turbine d'expansion comprenant une première directrice ayant une section d'entrée annulaire, un compresseur monté coaxialement avec la turbine d'expansion, plusieurs chambres de combustion alimentées par ledit compresseur, lesdites chambres de combustion étant disposées en barillet autour du corps d'échappement dudit compresseur, des pièces de transition en forme de tube, chacune canalisant les gaz sortant dtune chambre de combustion vers la section d'entrée de la première directrice, les sections de sortie de ces différentes pièces de transition formant un anneau de sortie dont l'axe est l'axe de la turbine, chaque sortie ayant la forme d'un secteur d'anneau,des moyens assurant la liaison et l'étan- chéité entre l'anneau de sortie constitué par les sorties des pièces de transition et l'entrée de ladite première directrce, lesdits moyens comprenant une jupe interne et une jupe externe coaxiales s'encastrant à une extrémité dans une rainure interne et une rainure externe ménagées dans ladite première directrice de part et d'autre de la section d'entrée. Les pièces de transition, parcourues intérieurement par le flux turbulent des gaz résultant de la combustion, et refroidies extérieurement par un courant d'air froid, lui aussi turbulent, provenant du compresseur, sont soumises à des sollicitations vibratoires et à des gradients thermiques importants. Les moyens d'étanchéité, à l'interface entre pièces de transition et entrée de la turbine, doivent limiter les entrées d'air froid à l'amont de la turbine, tout en laissant aux pièces un degré de liberté suffisant pour permettre leur dilatation thermique. Selon une solution connue, les corps des pièces de transition sont munis de cornières, entre lesquelles la jupe interne et la jupe externe sont montées glissantes. Or ces cornières constituent des ailettes élancées, siège de gradients thermiques très importants. La turbine à gaz selon l'invention est caractérisée en ce que lesdits moyens assurant la liaison et l'étanchéité comportent en outre sur chaque pièce de transition une ceinture entourant ladite pièce au voisinage de sa sortie, ladite ceinture venant stemboiter, par ses cotés situés de part et d'autre de l'anneau de sortie, dans des gorges ménagées dans la jupe interne et dans la jupe externe. Dans la turbine selon l'invention, la jupe interne et la jupe externe recouvrent les ceintures et constituent ainsi une résistance thermique entre le fluide froid extérieur et cette ceinture, diminuant ainsi le gradient thermique et les contraintes en résultant. D'autre part, grâce au contact glissant entre chambre de combustion et pièce de transition et au contact entre gorges de la jupe externe et de la jupe interne et ceintures, la pièce de transition possède le degré de liberté qui était assuré précédemment par le contact glissant entre cornières et jupes interne et externe. Selon une caractéristique de l'invention lesdits moyens assurant la liaison et l'étanchéité comportent des clavettes dont la section est en forme de H, chaque clavette venant s'insérer entre les deux côtés sensiblement contigus des ceintures de deux pièces de transition adjacentes, lesdits côtés, séparés par la clavette, étant de part et d'autre de la barre du H. Les ceintures sont ainsi recouvertes sur la totalité de leur pourtour par les jupes externe et interne et par les clavettes Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque clavette vient s'appliquer, à ses extrémités, contre les jupes interne et externe, limitant ainsi les fuites de gaz entre les pièces de transition. Selon une variante de l'invention la jupe externe est divisée en éléments ayant une largeur égale à la largeur des pièces de transition tandis que la jupe interne est divisée en éléments ayant une largeur supérieure à la largeur des pièces de transition. Dans l'invention selon cette variante chaque clavette comporte à sa partie supérieure une partie pleine non rainurée qui vient s'appliquer sur les deux tranches des éléments de jupe externe adjacents à cette clavette et à sa partie inférieure une nervure qui vient s'emboiter entre les éléments de jupe interne adjacents, ladite clavette ayant une épaisseur telle que sa face avant soit voisine du bandage de la directrice de façon à réduire les fuites au Minimum tout en laissant des jeu suffisants. La description qui va suivre permettra de faire comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente une turbine à gaz munie de chambres de combustion disposées en barillet autour du corps d'échappement du compresseur. La figure 2 représente une pièce de transition dans une turbine selon l'invention. La figure 3 représente une vue agrandie d'une partie de la figure 2. La figure 4 représente une vue en perspective de 1'extrémité aval des pièces de transition selon l'invention. La figure 5 représente une vue de haut d'une clavette. La figure 6 représente une vue cavalière de l'extrémité aval des pièces de transition avec clavettes et jupes interne et externe selon une variante de l'invention. La figure 7 représente une vue du bas d'une clavette selon une variante de l'invention. La turbine à gaz classique représentée sur la figure 1 comporte une turbine d'expansion 1 comprenant une première directrice 2 ayant une section d'entrée annulaire 3. Cette turbine à gaz comporte en outre un compresseur 4 monté coaxialement avec la turbine d'expansion, ainsi que plusieurs chambres de combustion 5 disposées en barillet autour du corps d'échappement 6 du compresseur 4. Des pièces de transition 7, en forme de tube de section évolutive, véhiculent les gaz sortant des chambres de combustion 5 vers la section d'entrée 3 de la première directrice 2. Ces pièces de transition 7 sont disposées en barillet autour de l'axe de la turbine à gaz, chaque pièce de transition 7 prolongeant une chambre de combustion 5. La figure 2 représente, en coupe, la pièce ae transition selon l'invention. On a ménagé un contact glissant 8 entre chaque pièce de transition 7 et la chambre de combustion 5 associée. La pièce de transition 7 est fixée à la directrice 2 au voisinage de son extrémité aval. Autour de chaque pièce 7, au voisinage de sa sortie, est soudée une ceinture 9 qui sert à assurer à la structure la rigidité désirée, la ceinture 9 pouvant également former un seul bloc avec la pièce de transition. Dans la directrice 2 ont été ménagées une rainure externe 10 de grand diamètre et une rainure interne 11 de petit diamètre admettant toutes deux pour axe l'axe de la turbine. Dans la rainure externe 10 s'emboîte l'extrémité d'une jupe externe 12, et dans la rainure interne 11 s'emboîte l'extrémité d'une jupe interne 13. Ces deux jupes sont coaxiales et admettent comme axe l'axe de la turbine. La jupe externe 12 est munie d'une gorge 14 s'emboitant, avec un très léger jeu, sur le côté des ceintures 9 situé le plus loin de l'axe de la turbine (voir une vue agrandie de la figure.3). De même, la jupe interne 13 est munie d'une gorge 15 s'emboîtant, avec un léger jeu, sur le côté des ceintures 9 situé le plus près de l'axe de la turbine. De préférence, la section des côtés emboîtés dans les gorges ainsi que la section de ces gorges sont rectilignes. La figure 4 représente une vue cavalière de l'extrémité aval des pièces de transition 7. Chaque pièce 7 comporte une section de sortie 16 en forme de secteur d'anneau. L'ensemble de ces sections constitue un anneau de sortie 17. Entre 2 pièces de transition 7 adjacentes est disposée une clavette 18 dont la section est en forme de H qui vient s'insérer entre les côtés contigus des ceintures 9 des pièces de transition adjacentes, les côtés séparés par la clavette étant de part et d'autre de la barre du H. Chaque clavette touche, à son extrémité supérieure 19, la jupe externe 12 et, à son extrémité inférieure 20, la jupe interne 14. Sur la figure 5 on a représenté une vue de haut d'une clavette 18. On voit que cette clavette est montée avec un léger jeu sur les côtés contigus des ceintures 9 de deux pièces de transition adjacentes. Le fonctionnement de la turbine à gaz selon l'invention est le suivant. Les gaz chauds issus des chambres de combustion 5 sont véhiculés et distribués à la directrice 2 par les pièces de transition 7. Ces pièces 7, parcourues par le flux turbulent des gaz résultant de la combustion, sont refroidies extérieurement par un courant d'air froid, lui aussi turbulent, qui provient du compresseur. Ces pièces 7 sont donc soumises à des sollicitations vibratoires et à des gradients thermiques importants. Grâce aux jupes externe et interne 12 et 14, les entrées d'air froid à l'amont de la turbine sont limitées. Des clavettes 18 assurent l'étanchéité entre les pièces de transition successive et limitent d'autre part la section de fuite des gaz chauds, puisqu'elles s'appliquent sur les jupes externe et interne 12 et 14 à leurs extrémités. D'autre part, les jupes externe et interne 12 et 14 et les clavettes 18 recouvrent entièrement les ceintures 9 et constituent ainsi une résistance thermique entre le fluide froid extérieur et cette ceinture, diminuant ainsi le gradient therrique et les contraintes qui en résultent. Enfin, grâce au contact glissant 8 et au contact entre gorges 14 et 15 et ceinture 9, la pièce 7 possède les deux degrés de liberté suffisants pour permettre la dilatation thermique. Sur la figure 6 on a représenté une variante de l'invention dans laquelle la jupe externe 12 est divisée en éléments 21 ayant une largeur égale à la largeur des pièces de transition 7 tandis que la jupe interne 13 est divisée en éléments 22 ayant une largeur supérieure à la largeur des pièces de transition 7. Chaque clavette 18 en forme de H s'embottant sur les deux ceintures 9 adjacentes comporte à sa partie supérieure une partie pleine non rainurée 23 qui vient s'appliquer sur les deux tranches des éléments 21 de jupe externe 12 adjacents à la clavette et à sa partie inférieure une nervure 24 qui vient s'emboPter entre les élé ents 22 de jupe interne 13 adjacents à la clavette. D'autre part la clavette est suffisamment épaisse pour que sa face avant 25 soit voisine du bandage de la directrice. Ainsi la clavette grâce à sa partie supérieure limite les fuites entre les 2 éléments de jupe externe adjacents et grâce à sa rainure inférieure limite les fuites entre les 2 éléments de jupe interne adjacents et ceci tout en laissant les degrés de liberté suffisants pour permettre la dilatation thermique. REVENDICATIONS 1/ Turbine à gaz comportant une turbine d'expansion comprenant une première directrice ayant une section d'entrée annulaire, un compresseur monté coaxialement avec la turbine d'expansion, plusieurs chambres de combustion alimentées par ledit compresseur, lesdites chambres de combustion étant disposées en barillet autour du corps d'échappement dudit compresseur, des pièces de transition en forme de tube, chacune canalisant les gaz sortant d'une chambre de combustion vers la section d'entrée de la première directrice, les sections de sortie de ces différentes pièces de transition formant un anneau de sortie dont l'axe est l'axe de la turbine, chaque sortie ayant la forme d'un secteur d'anneau, des moyens assurant la liaison et l'étanchéité entre l'anneau de sortie constitué par les sorties des pièces de transition et l'entrée de ladite première directrice, lesdits moyens comprenant une jupe interne et une jupe externe coaxiales s'encastrant à une extrémité dans une rainure interne et une rainure externe ménagées dans ladite première directrice de part et d'autre de la section d'entrée, caractérisée en ce que lesdits moyens assurant la liaison de l'étanchéité comportent en outre, sur chaque pièce de transition, une ceinture entourant ladite pièce au voisinage de sa sortie, ladite ceinture venant s'emboîter, par ses côtés situés de part et d'autre de l'anneau de sortie, dans des gorges ménagées dans la jupe interne et dans la jupe externe. 2/ Turbine à gaz selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens assurant la liaison et l'étanchéité comportent des clavettes dont la section est en forme de H, chaque clavette venant s'insérer entre les deux côtés sensiblement contigus des ceintures de deux pièces de transition adjacentes, lesdits côtés, séparés par la clavette, étant de part et d'autre de la barre du H. 3/ Turbine à gaz selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque clavette vient stappliquer, à chacune de ses extrémités, contre la jupe interne et la jupe externe. 4/ Turbine à gaz selon la revendication 2 caractérisée en ce que la jupe externe est divisée en éléments ayant une largeur égale à la largeur des pièces de transition tandis que la jupe interne est divisée en éléments ayant une largeur supérieure à la largeur des pièces de transition et en ce que chaque clavette comporte à sa partie supérieure une partie pleine non rainurée qui vient s'appliquer sur les deux tranches des éléments de jupe externe adjacents à cette clavette et à sa partie inférieure une nervure qui vient s'emboîter entre les éléments de jupe interne adjacents ladite clavette ayant une épaisseur telle que sa face avant soit voisine du bandage de la directrice.