Brevet FR2630499A1 — publié le 19891027

DISPOSITIF POUR MAINTENIR CENTREE LA VOLUTE D'UNE TURBINE A GAZ AUTOUR DE L'ENSEMBLE DE TUYERES DE CETTE DERNIERE La présente invention concerne un dispositif qui permet de maintenir centrée en permanence, autour de l'ensemble de tuyères, l'ouverture de sortie annulaire de la volute de sortie de gaz d'une turbine à gaz, même dans le cas des turbines à gaz à fort rapport de compression et à température de combustion élevée, dans lesquelles des charges importantes agissent sur la volute. Dans toutes les turbines à gaz munies d'une chambre de combustion unique se trouve une volute dont le rôle est de distribuer annulairement, à la série de tuyères, les gaz très chaud s'échappant de la chambre de combustion. Comme la volute, tout comme les parois de la chambre de combustion, représente la pièce la plus chaude de la turbine, il est indispensable qu'elle constitue la structure en tôle la plus légère possible pour limiter à un minimum les contraintes thermiques avec, pour conséquence, qu'elle est incapable de supporter des charges localisées élevées. De même, le raccordement entre l'orifice de sortie annulaire de la volute et le support dé tuyères ne peut pas être rigide en raison du fait que ces éléments ont des masses différentes et qu'ils fonctionnent dans des conditions opératoires différentes, ces deux éléments étant portés à des températures très différentes avec, pour conséquence, une différence de dilatation considérable. On est donc confronté au problème de maintenir l'orifice de sortie annulaire de la volute centré autour de la série de tuyères et de s'assurer qu'il en est alnsl car tout défaut d'alignement se traduit par une perte de rendement de la turbine par suite des décrochements prononcés qui sont créés dans les passages empreintes par le gaz. La volute est soumise à des charges mécaniques qui proviennent de son poids (généralement négligeable) et en particulier de la pression des gaz et des différences globales de mouvement entre l'entrée et la sortie. Ces charges mécaniques, qui sont d'autant plus grandes que les pressions de travail de la turbine sont plus élevées et que, de ce fait, son rapport de compression est plus élevé, créent une force ascendante qui déplace l'orifice de sortie annulaire de la volute vers le haut. Dans l'état actuel de la technique, le système 2630.499 classique utilisé habituellement pour guider ledit déplacement et pour maintenir concentriques l'une par rapport à l'autre toute paire de pièces soumises à une différence de dilatation considérable consiste à raccorder lesdites pièces l'une à l'autre à l'aide d'un ensemble de clavettes radiales qui permettent aux deux pièces d'effectuer un coulissement relatif tout en restant concentrique. Toutefois, un tel procédé ne peut pas être appliqué à des turbines à gaz à fort rapport de compression et à température de combustion élevée car les charges considérables consécutives agissant sur la volute seraient transmises par l'intermédiaire de ces clavettes radiales et, spécifiquement, par celles de ces clavettes qui se trouvent dans un plan horizontal, et cette concentration de charge à l'endroit des clavettes induirait des états de contraintes intolérables dans la volute qui, comme on l'a mentionné, doit être constituée par une structure très légère en raison de la température élevée des gaz. L'objet de la présente invention est de remédier à l'inconvénient précité à l'aide d'un dispositif qui permet de raccorder l'orifice de sortie annulaire de 1s volute au support de tuyères et qui, bien que dispensant de l'utilisation de clavettes, permet de maintenir un centrage efficace même dans les turbines à gaz à fort rapport de compression. On atteint cet objectif essentiellement par le fait que l'on effectue le raccordement précité à l'aide de deux demi-bagues de retenue qui sont fixées au support de tuyères de manière à entourer l'orifice de sortie annulaire de la volute, la demi-bague supérieure formant avec le rebord extérieur dudit orifice un intervalle prédéterminé qui compense la différence de dilatation entre la volute et le support de tuyères afin de maintenir ainsi la volute centrée autour des tuyères pendant un fonctionnement normal. A cet égard, pendant un fonctionnement normal, l'orifice de sortie annulaire de la volute repose contre la demi-bague supérieure sous l'effet de ladite force ascendante et, par conséquent, si les températures atteintes par la volute et la bague de support de tuyères sont connues, il est possible d'effectuer un calcul exact de l'intervalle qui doit être laissé entre le rebord extérieur de l'orifice de sortie de volute et la demi- bague supérieure, de manière que cet orifice soit centré autour des tuyères pendant un fonctionnement normal. Selon une autre caractéristique de la présente invention, la demi-bague de retenue inférieure a un rayon intérieur supérieur à celui de la demi-bague supérieure. De cette manière, si, entre l'orifice de sortie annulaire de la volute et la demi-bague de retenue, il apparaît une différence de dilatation qui est supérieure à celle prévue, on évite le risque d'une action conjointe sérieuse car l'orifice annulaire peut continuer à se dilater dans l'espace vide plus grand qui est disponible. Le dispositif pour maintenir l'orifice de sortie annulaire de la volute de sortie des gaz centré autour de l'ensemble de tuyères dans une turbine à gaz est donc caractérisé, selon la présente invention, par le fait qu'il comprend deux demi-bagues de retenue qui sont fixées à la bague de support de tuyères de manière à entourer ledit orifice annulaire, la demi- bague inférieure ayant un diamètre intérieur supérieur à celui de la demi- bague supérieure, laquelle forme, avec le rebord extérieur de l'orifice de sortie annulaire de la volute, un intervalle prédéterminé conçu de manière à compenser la différence de dilatation entre l'orifice annulaire et la bague de support de tuyères. On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés qui représentent un mode de réalisation préféré de cette invention à titre purement illustratif et non limitatif. Sur ces dessins: la figure 1 est une vue en coupe latérale partielle d'une turbine à gaz utilisant le dispositif de la présente invention; et la figure 2 est une vue en coupe frontale partielle suivant A-A de la figure 1. Sur les figures, la référence 1 désigne l'enveloppe d'une turbine à gaz qui supporte de façon tournante, dans des pallers ou coussinets 2 l'arbre 3 supportant les disques 4 des ailettes 5 de turbine. La chambre de combustion 6 est raccordée à une volute 7 d'échappement de gaz dont l'orifice de sortie annulaire 8 fait face à la zone comprenant les aubes 9 de tuyères, qui sont supportées radialement par une bague 10 de support d'aubes de tuyères qui est elle-même supportée par l'enveloppe 1 de la turbine. Pour maintenir l'orifice de sortie annulaire 8 centré en permanence autour de l'ensemble d'aubes 9 de tuyères, deux demi-bagues de retenue 12 et 13 sont fixées à l'aide de vis 11 à la bague 10 de support d'aubes de tuyères afin d'entourer l'orifice annulaire 8 de manière à laisser un intervalle prédéterminé 14 entre la demi- bague supérieure 12 et le rebord extérieur 7' de cet orifice de sortie annulaire 8. De plus, la demi-bague inférieure 13 a un rayon intérieur plus grand que celui de la demi-bague supérieure 12 (voir figure 2 spécialement) de manière qu'un espace vide 15 plus grand soit disponible. Il est bien entendu que la description qui précède n'est donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATION 1. Dispositif pour maintenir l'orifice de sortie annulaire (8) de la volute (7) d'échappement de gaz centré en permanence autour de l'ensemble (9) d'aubes de tuyères dans une turbine à gaz, caractérisé par le fait qu'il comprend deux demi-bagues de retenue (12,13) qul sont fixées à la bague (10) de support d'aubes de tuyères de manière à entourer l'orifice annulaire, la demi-bague inférieure (13) ayant un diamètre intérieur supérieur à celui de la demi-bague supérieure (12) qui forme, avec le rebord extérieur (7') de l'orifice de sortie annulaire de la volute un intervalle prédéterminé conçu pour compenser la différence de dilatation entre cet orifice annulaire et la bague de support d'aubes de tuyères.