Brevet FR2845119A1 — publié le 20040402

ENSEMBLE D'INJECTION A COUTEAU A TURBULENCE INTEGRALE La présente invention concerne un système pour fournir de l'air de refroidissement à un dispositif de joint dans un étage de turbine d'un moteur à turbine à gaz. De nombreux moteurs à turbine à gaz comprennent un ensemble d'aubes de stator de turbine de second étage disposé entre les rotors. L'ensemble d'aubes de stator comprend plusieurs segments d'aubes de stator qui forment collectivement une structure annulaire. Une bague 10 d'étanchéité, placée radialement à l'intérieur des plateformes intérieures des segments d'aubes de stator, est utilisée pour maintenir une différence de pression entre une première zone annulaire adjacente au rotor du premier étage et une seconde zone annulaire adjacente au rotor du 15 second étage. La bague d'étanchéité comprend un flasque extérieur et un flasque intérieur. Le flasque extérieur comprend des clavettes pour empêcher la rotation et un patin abrasif. Un patin en nid d'abeille est fixé au flasque intérieur pour être utilisé avec les joints à 20 couteau. Les clavettes disposées dans le flasque extérieur coulissent, dans un sens axial, dans les flasques de montage intérieurs qui s'étendent en dessous des plate-formes intérieures. Des crochets, qui s'étendent à l'extérieur du flasque extérieur, limitent 25 le déplacement axial de la bague d'étanchéité par rapport aux flasques de montage intérieurs. La différence de pression entre la première zone annulaire adjacente au premier étage de rotor et la seconde zone annulaire adjacente au second étage de rotor pousse le patin 30 abrasif de la bague d'étanchéité en contact avec le bras arrière des flasques de montage intérieurs. Une telle disposition de joint est illustrée dans le brevet US 5 785 492 de Belsom et al. Dans certaines turbines, les joints de rotor ont une durée de vie courte. Cela est d au fait qu'une aube est utilisée pour fournir l'air de refroidissement à la cavité adjacente à la veine gazeuse de la turbine à haute 5 pression, o le débit de refroidissement et la température influencent la durée de vie du joint. L'air de refroidissement traverse l'aube avant d'atteindre la cavité de bride du joint. L'air de la veine gazeuse chauffe l'aube et l'air de refroidissement qui traverse 10 l'aube. Si la température de l'air de refroidissement est trop élevée, l'ensemble de joint n'est pas conforme à la durée de vie conceptuelle. Ainsi, une approche plus efficace est nécessaire pour fournir l'air de refroidissement à la cavité de 15 bride de joint. Par conséquent, un objet de la présente invention est d'offrir un système pour fournir l'air de refroidissement à un dispositif de joint avec un réchauffement aussi réduit que possible de l'air de 20 refroidissement à travers l'aube. Un autre objet de la présente invention est d'offrir un système comme ci-dessus qui fait tourbillonner au préalable l'air de refroidissement dans le sens de rotation d'un étage de rotor de façon à réduire le 25 réchauffement d au frottement fluide. Les objets qui précèdent sont obtenus par le système de la présente invention. Selon la présente invention, un système pour fournir l'air de refroidissement à un dispositif de joint dans un 30 étage de turbine d'un moteur à turbine à gaz comprend au moins une aube de l'étage de turbine, qui comprend un passage de refroidissement qui s'étend depuis une plateforme extérieure de l'aube vers une plate-forme intérieure de cette même aube, et des moyens pour fournir 35 l'air de refroidissement au dispositif de joint comportant un tuyau rapporté, positionné à l'intérieur du passage de refroidissement, recevant, par une extrémité d'entrée, l'air de refroidissement en provenance d'une source d'air de refroidissement, et un moyen formant couvercle, fixé à une extrémité de sortie du tuyau, 5 fournissant le dispositif de joint en air de refroidissement provenant du tuyau. De préférence, le moyen formant couvercle fournit au dispositif de joint de l'air de refroidissement déjà en turbulence dans le sens de rotation d'un rotor de turbine du moteur à turbine à 10 gaz. D'autres détails de l'ensemble d'injection à couteau à turbulence intégrale de la présente invention, ainsi que d'autres objets et avantages connexes, sont présentés dans la description détaillée qui suit et les dessins 15 joints dans lesquels les numéros de référence identiques illustrent les éléments identiques. La figure 1 est un schéma d'un ensemble d'aubes de stator de turbine de second étage vu en coupe disposé à l'arrière d'un rotor de turbine de premier étage et à 20 l'avant d'un rotor de turbine de second étage; la figure 2 est une vue éclatée d'un système pour fournir l'air de refroidissement au dispositif de joint illustré sur la figure 1; la figure 3 est une vue agrandie d'une partie du 25 système pour fournir l'air de refroidissement à une cavité de bride de joint de l'ensemble d'aubes de stator de turbine de la figure 1; la figure 4 est une vue en coupe d'un tuyau utilisé dans le système d'alimentation d'air de refroidissement 30 de la figure 2 vue le long des lignes 4 - 4 sur la figure 2; la figure 5 est une vue en perspective d'un moyen de maintien utilisé dans le système d'alimentation d'air de refroidissement de la figure 2; la figure 6 est une vue d'extrémité d'un ensemble formant couvercle utilisé dans le système d'alimentation d'air de refroidissement de la figure 2; la figure 7 est une vue de dessus de l'ensemble formant couvercle de la figure 6; la figure 8 est une vue en perspective qui illustre une partie d'embout d'un autre ensemble formant couvercle qui pénètre à travers une partie de patin en nid d'abeille du dispositif de joint; et la figure 9 est une vue en coupe d'une partie de l'ensemble formant couvercle de la figure 6. En référence aux dessins, la figure 1 illustre un ensemble d'aubes de turbine de second étage 10 disposé à l'arrière d'un rotor de turbine de premier étage 6 et à 15 l'avant d'un rotor de turbine de second étage 8 (bien que la présente invention soit décrite dans le contexte des rotors de premier et de second étages, l'ensemble d'injection à couteau de la présente invention peut être utilisé entre des rotors de turbine d'autre étage). 20 L'ensemble d'aubes de turbine 10 comprend une plusieurs aubes de stator 12. Chaque aube de stator 12 comprend une plate-forme extérieure 14, une plate-forme intérieure 16, et une surface portante 18 qui s'étend entre les plateformes intérieure 14 et extérieure 16. Chaque aube de 25 stator 12 comprend un passage 20 qui s'étend au travers de l'aube 12 depuis la plate-forme extérieure 14 jusqu'à la plate-forme intérieure 16. Le passage 20 est un passage de refroidissement utilisé pour refroidir l'intérieur de l'aube 12. L'ensemble 10 comprend également un dispositif de joint à couteau 22 pour maintenir une différence de pression entre une première zone annulaire ou cavité de bride de joint 24 adjacente au rotor du premier étage et une seconde zone annulaire 26 adjacente au rotor du 35 second étage. Le dispositif de joint 22 comprend un patin en nid d'abeille 28 fixé à un flasque intérieur 30. Plusieurs joints à couteau 32 disposés pour être en contact avec le patin en nid d'abeille 28 et pour former un joint entre les deux zones 24 et 26. Afin de prolonger la durée de vie du dispositif de joint 22, il est 5 nécessaire de fournir l'air de refroidissement à la cavité de bride de joint 24 et aux joints à couteau 32. Pour parvenir à fournir l'air de refroidissement à la zone 24 et aux joints à couteau 32, un système d'alimentation en air de refroidissement 34 est intégré 10 dans chaque aube 12 de l'ensemble 10. Le système d'alimentation en air de refroidissement 34 comprend un tuyau 36 rapporté placé à l'intérieur du passage de refroidissement 20. Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, le tuyau 36 n'est pas rectiligne et comprend une 15 extrémité d'entrée 38, une extrémité de sortie 40 et des parois 37 qui sont espacées des parois 35 du passage 20. En fonctionnement, l'air de refroidissement provenant d'une source (non présentée) telle que l'étage du compresseur d'un moteur à turbine à gaz, est introduit 20 simultanément dans le passage de refroidissement 20 et dans l'extrémité d'entrée 38 du tuyau 36. Le tuyau 36 peut être réalisé en toute matière métallique appropriée connue, telle que l'Inconel 625. Comme illustré sur la figure 4, le tuyau 36 a une section droite non 25 circulaire, aplatie. Comme illustré sur la figure 5, une bague de maintien 39 est placée sur l'extrémité d'entrée 38 du tuyau 36 et permet de maintenir l'extrémité d'entrée 38 du tuyau 36 en position par rapport à l'entrée 42 du 30 passage de refroidissement 20. La bague de maintien 39 comprend une partie centrale 44 qui s'adapte au-dessus de l'extrémité d'entrée 38 du tuyau 36 et reçoit cette dernière, et plusieurs pattes 46 qui s'étendent à partir de la partie centrale 44. La partie centrale 44 comprend 35 une ouverture interne 45 dont la forme non circulaire aplatie correspond à celle de la section du tuyau 36. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le tuyau 36 est soudé à la bague de maintien 39 ou y est fixé par une matière de brasage. Pour maintenir la bague de maintien 39 en position, les pattes 5 46 sont positionnées sur une soudure en cordon 41 qui s'étend au travers de l'entrée 42 du passage de refroidissement 20. Si cela est souhaité, chaque patte 46 peut être fixée à la soudure en cordon 41 en utilisant tout moyen approprié connu. En référence aux figures 2 et 6 à 9, un ensemble formant couvercle 48 est joint à l'extrémité de sortie 40 du tuyau 36. L'ensemble formant couvercle 48 comprend un collier surélevé 50 qui accueille et s'engage par frottement avec l'extrémité de sortie 40 du tuyau 36. 15 Comme illustré sur la figure 7, le collier 50 comprend une ouverture interne 51 dont la forme non circulaire aplatie correspond à celle de la section du tuyau 36. Comme illustré sur la figure 9, le collier 50 peut comprendre un épaulement 53 qui est en contact avec 20 l'extrémité de sortie 40 du tuyau 36 de sorte que le tuyau 36 puisse s'y enclencher. L'ensemble formant couvercle 48 peut comprendre soit une unique sortie de fluide 52, comme illustré sur la figure 2, qui est en communication avec l'extrémité de sortie 40 du tuyau 36 25 par l'intermédiaire d'un passage interne (non présenté), soit deux sorties de fluide 52, 54, comme illustré sur la figure 8, qui sont en communication avec l'extrémité de sortie 40 du tuyau 36 par l'intermédiaire d'un passage interne (non présenté). La première sortie de fluide 52 30 comprend un embout qui peut être placé dans une ouverture du patin en nid d'abeille 28 pour fournir l'air de refroidissement entre deux joints à couteau 32, par exemple entre les deux joints à couteau 32 les plus proches de la cavité de bride de joint 24. Quand elle est 35 présente, la seconde sortie de fluide 54 comprend une ouverture dans l'ensemble formant couvercle 48 pour fournir de l'air de refroidissement à la cavité de bride de joint 24. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, les sorties 52 et/ou 54 sont configurées de façon à fournir l'air de refroidissement à 5 la cavité de bride de joint 24 et/ou à l'espace entre les deux joints à couteau 32 de sorte qu'il soit déjà en turbulence dans le sens de rotation du premier étage du rotor de la turbine. Cela est souhaitable pour réduire le réchauffement d au frottement fluide. La bague de maintien 39 et l'ensemble formant couvercle 48 peuvent être réalisés en toute matière métallique appropriée connue. Par exemple, si désiré, chacun de ces composants peut être formé en Inconel 625. Un des avantages du système d'alimentation en air de 15 refroidissement de la présente invention est que l'air de refroidissement peut être fourni avec peu de réchauffement à la suite de son passage au travers de l'aube 12. Cela est d au fait que le tuyau 36 agit comme une protection thermique entre l'air de refroidissement 20 et l'aube 12. De plus, le tuyau 36 accélère l'air de refroidissement quand il traverse l'aube 12, réduisant ainsi la durée d'exposition à la chaleur. Un autre avantage du système de la présente invention est qu'il ne gêne pas le refroidissement 25 interne de l'aube 12 par le passage de refroidissement 20. Il apparaît que la présente invention offre un ensemble de tuyau d'injection à couteau à turbulence intégrale qui est totalement conforme aux objets, moyens 30 et avantages présentés cidessus. Bien que la présente invention ait été décrite dans le contexte de ses modes de réalisation spécifiques, d'autres alternatives, modifications, et variations apparaîtront aux hommes du métier qui auront lu la description qui précède. Par 35 conséquent, elle est entendue couvrir les alternatives, modifications, et variations qui entrent dans l'étendue des revendications jointes. REVENDICATIONS 1. Système pour fournir de l'air de refroidissement à un dispositif de joint à couteau (22) 5 dans un étage de turbine d'un moteur à turbine à gaz comprenant: au moins une aube (12) de l'étage de turbine, ayant un passage de refroidissement (20) qui s'étend depuis une plate-forme extérieure (14) de l'aube (12) jusqu'à une 10 plate-forme intérieure (16) de l'aube(12); et un moyen d'alimentation en air de refroidissement (34) du dispositif de joint (22) qui comprennent un tuyau (36) rapporté, positionné à l'intérieur du passage (20), et ayant une extrémité d'entrée (38) pour recevoir l'air 15 de refroidissement et une extrémité de sortie (40), et un moyen formant couvercle (48) fixé à l'extrémité de sortie (40) du tuyau (36) pour recevoir l'air de refroidissement en provenance du tuyau (36) et fournir l'air de refroidissement au dit dispositif de joint(22). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen formant couvercle (48) comprend des moyens pour alimenter le dispositif de joint (22) en air de refroidissement de sorte qu'il soit déjà en turbulence dans le sens de rotation d'un étage de rotor de turbine 25 du moteur à turbine. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen formant couvercle (48) comprend un moyen formant embout pour fournir de l'air de refroidissement à une cavité de bride de joint (24). 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de joint (22) comprend un patin en nid d'abeille (28) et plusieurs joints à couteau (32) en contact avec le patin en nid d'abeille (28), le moyen d'alimentation en air de 35 refroidissement (34) comprenant un premier embout de sortie de fluide (52) qui s'étend à travers le patin en nid d'abeille (28) et dans un espace entre deux joints à couteau (32). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen d'alimentation en air de 5 refroidissement (34) comprend un second embout de sortie de fluide (54) pour fournir de l'air de refroidissement à une cavité de bride de joint (24). 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen d'alimentation en air de 10 refroidissement (34) comprend un moyen de maintien (39) fixé à l'extrémité d'entrée (38) du tuyau (36) pour maintenir le tuyau (36) en position par rapport au passage (20). 7. Système selon la revendication 6, caractérisé 15 en ce que le moyen de maintien (39) comprend une partie centrale (44) configurée pour s'adapter au-dessus de l'extrémité d'entrée (38) du tuyau (36), et plusieurs pattes de maintien (46) fixées à la partie centrale (44). 8. Système selon la revendication 7, caractérisé 20 en ce que la partie centrale (44) est soudée à l'extrémité d'entrée (38) du tuyau (36). 9. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie centrale (44) est jointe à l'extrémité d'entrée (38) du tuyau (36) par brasage. 10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le tuyau (36) n'est pas rectiligne et a une section droite non circulaire aplatie. 11. Système selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le moyen formant couvercle (48) 30 comprend un collier (50) en saillie d'un côté et entourant l'extrémité de sortie (40) du tuyau (36). 12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que le collier (50) comprend une partie intérieure (51) dont la forme correspond à celle de la section 35 droite du tuyau (36). 13. Système selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'au moins une aube (12) est une aube de stator. 14. Système selon l'une des revendications 1 à 13, 5 caractérisé en ce que l'étage de turbine comprend plusieurs aubes (12), chaque aube (12) comprenant un moyen d'alimentation en air de refroidissement (34). 15. Système selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le tuyau (36) comprend des parois 10 (37) espacées des parois (35) du passage de refroidissement (20). 16. Système selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le passage de refroidissement (20) est un passage réalisé à l'intérieur de l'aube (12). 17. Système de refroidissement d'aube (12), caractérisé en ce qu'il comprend: un passage de refroidissement (20) s'étendant depuis une plateforme extérieure (14) de l'aube (12) jusqu'à une plate-forme intérieure (16) de l'aube (12) pour 20 refroidir les parties intérieures de l'aube (12); et un moyen d'alimentation en air de refroidissement (34) permettant d'alimenter un dispositif de joint à couteau (22), et comprenant un tuyau (36) rapporté placé à l'intérieur du passage de refroidissement (20) de 25 l'aube (12). 18. Système de refroidissement selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'un moyen (39) est fixé à une extrémité d'entrée (38) du tuyau (36) pour positionner le tuyau (36) par rapport à une extrémité 30 d'entrée (42) du passage de refroidissement (20). 19. Système de refroidissement selon la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce qu'un ensemble formant couvercle (48) est fixé à une extrémité de sortie (40) du tuyau (36) pour l'alimenter en air de 35 refroidissement le dispositif de joint (22).