Brevet FR2929373A1 — publié le 20091002

B09-0849FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Collier flottant de coiffe de dispositif de combustion utilisant un joint en E Invention de : MYERS Geoffrey David YU Xiaoguang Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 27 mars 2008 sous le n°12/078.101 Collier flottant de coiffe de dispositif de combustion utilisant un joint en E La présente invention est relative aux turbines à gaz et, plus particulièrement, à un collier flottant de coiffe de combustion pour dispositifs de combustion de turbines à gaz. Un système de combustion de turbine à gaz est habituellement constitué de plusieurs chambres de combustion et, à l'intérieur de chaque chambre, il y a plusieurs systèmes d'injection de combustible. Par dessus les injecteurs de combustible est disposé un système de coiffe muni d'un nombre correspondant de colliers flottants qui sont retenus à l'intérieur de chambrages correspondants par une plaque de retenue. Au moment de leur installation, ces colliers flottants se placent sur la surface extérieure des tubes de brûleurs à injecteurs de combustible et servent à limiter les fuites d'air. La plupart des colliers flottants pour coiffes subissent une grave usure pendant la combustion et doivent être remplacés, si bien que les coûts d'exploitation et la fiabilité posent de gros problèmes. Une analyse de l'usure des colliers a démontré que la rotation des colliers pendant le fonctionnement constitue la cause de la défaillance des colliers. Lorsque tournent les colliers flottants, il se produit une usure par frottement entre les colliers et une plaque d'appui. La présente invention consiste en un système de collier flottant perfectionné pour coiffe de dispositifs de combustion de turbines à gaz qui réduit l'usure du collier flottant, pour ainsi améliorer la fiabilité du collier flottant. Le système de collier flottant se place sur un tube correspondant de brûleur à injection de combustible et est retenu par une plaque plane dans un chambrage présent sur le système de coiffe. Le système de collier est composé de deux parties, à savoir un collier en tôle métallique à rebord plat et un moyen d'immobilisation en E qui est préalablement comprimé à l'intérieur d'un bloc de résine époxy. Pendant l'assemblage, le collier est lâche de façon à flotter, ce qui facilite le montage de la coiffe. Cet aspect est également une importante exigence pour l'entretien sur site. Quand la turbine à gaz se met en marche, la résine époxy servant à précomprimer le joint en E s'échauffe et est éliminée en brûlant, à la suite de quoi le joint en E s'ouvre et crée entre le collier et la plaque un effort d'appui suffisamment grand pour empêcher le collier de tourner, ce qui réduit donc l'usure du collier. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en plan d'un système de coiffe couvrant plusieurs systèmes d'injection de combustible ; - la figure 2 est une vue de dessus en perspective des systèmes d'injection de combustible représentés sur la figure 1 sans la coiffe qui les couvre et montés sur un capot d'extrémité ; - la figure 3 est une vue de dessous en perspective de l'intérieur du système de coiffe, représentant plusieurs chambrages dans lesquels les systèmes d'injection de combustible sont insérés et des colliers flottants correspondants qui sont retenus dans les chambrages par des plaques de retenue ; - la figure 4A est une vue simplifiée en élévation latérale et en coupe partielle d'un système d'injection de combustible ; - la figure 4B est une vue partielle en élévation latérale, en coupe, d'une partie du système d'injection représenté sur la figure 4A ; - la figure 5A est une vue en élévation latérale, en coupe, d'un moyen d'immobilisation en E faisant partie du système de collier selon la présente invention ; - la figure 5B est une vue de dessus en plan du moyen d'immobilisation en E de la figure 5A ; - la figure 6 est une vue partielle en élévation latérale, en coupe, du collier flottant et du joint E selon la présente invention montés dans un système de coiffe et au contact d'un tube d'injection de combustible ; et - la figure 7 est une vue schématique de dessous en perspective du collier flottant selon la présente invention au contact d'un tube d'injection de combustible et retenu à l'intérieur du système de coiffe par une plaque de retenue. La figure 1 représente une vue de dessus en plan d'un système de coiffe de combustion 10 pour turbine à gaz avec cinq systèmes d'injection 12 de combustible à l'intérieur de cinq chambrages correspondants ménagés dans le système de coiffe 10. Le système de coiffe 10 est monté à l'intérieur de la chambre de combustion 15. La figure 2 est une vue de dessus en perspective des cinq systèmes d'injection 12 de combustible de la figure 1, représentés fixés par des boulons à un couvercle d'extrémité 17. Chacun des systèmes d'injection 12 comporte un système de brûleur 14 situé à l'intérieur d'un tube d'injection de combustible correspondant 16. Chaque tube d'injection 16 de combustible comporte un épaulement 18 correspondant à un changement du diamètre extérieur du tube d'injection de combustible. Comme décrit plus en détail ci-après, l'épaulement du tube d'injection 16 de combustible est au contact d'un collier flottant 22 qui fait partie du système de collier flottant selon la présente invention. La figure 3 est une vue de dessous en perspective du système de coiffe 10 représenté sur la figure 1. Le système de coiffe comprend les cinq chambrages 20 représentés sur la figure 1. A l'intérieur des chambrages 20 se trouvent cinq colliers flottants correspondants 22 qui sont maintenus en place par quatre plaques de retenue 24 décrites plus en détail ci-après en référence à la figure 6. La figure 4A est une vue latérale en coupe, simplifiée et partielle, d'un système de brûleur 12 de combustible dont la majorité des détails ne concernent pas une explication du système de collier flottant selon la présente invention. La figure 4A représente, en coupe, un tube d'injection 16 de combustible et un brûleur 14 de combustible situé à l'intérieur du tube et, également en coupe, un collier flottant 22 disposé sur l'extérieur du tube 16 de brûleur de combustible. La figure 4B est une vue agrandie en coupe d'une partie du tube d'injection 16 de combustible et du collier flottant représentés sur la figure 4A, servant à mieux représenter la manière dont le collier flottant vient contre le tube 16 de brûleur de combustible lorsqu'il est en place sur l'extérieur du tube 16 de brûleur de combustible. Comme on peut le voir sur la figure 4B, le tube 16 de brûleur de combustible comporte un épaulement 18 qui constitue un changement dans le diamètre extérieur du tube 16 de brûleur de combustible. Le collier flottant 22 vient contre l'épaulement 18 du tube 16 de brûleur de combustible quand le chambrage 20 du système de coiffe 10 est placé sur le tube 16 lors de la fixation du système de coiffe à un système de brûleur de combustible. Les figures 5A et 5B sont respectivement une vue latérale en coupe et une vue de dessus en plan d'un ressort d'immobilisation 23 servant à maintenir en place le collier flottant 22 pendant le fonctionnement du brûleur. Comme on peut le voir sur la figure 5A, le ressort d'immobilisation 23 a de préférence, en coupe, une forme semblable à la lettre majuscule "E", bien qu'il faille souligner que des ressorts d'immobilisation ayant d'autres formes pourraient être employés dans la présente invention. Comme on peut le voir sur la figure 5B, le ressort d'immobilisation 23 a de préférence, vu en plan, une forme sensiblement circulaire de façon à permettre au ressort d'immobilisation 23 d'être lui aussi disposé sur l'extérieur du tube 16 de brûleur de combustible. Dans sa forme de réalisation préférée en E, le ressort d'immobilisation 23 a une partie centrale 28 en épingle à cheveux et deux extrémités incurvées 26 qui, en une extrémité, sont reliées à la partie centrale 28 pour compléter, en coupe, la forme en "E" du ressort d'immobilisation 23. Ainsi qu'on peut également le constater d'après la figure 5A, la forme préférée en "E" du ressort d'immobilisation 23 donne une configuration de ressort qui se prête à une compression pour produire une force agissant à l'encontre de la compression du ressort d'immobilisation 23. Là encore, il faut souligner que des ressorts d'immobilisation avec d'autres formes compressibles qui produisent une force antagoniste similaire pourraient être employés dans la présente invention. La figure 6 représente le collier flottant pour coiffe du type selon la présente invention au début de son installation dans le système de coiffe d'une turbine à gaz. Comme représenté sur la figure 6, le système de coiffe 10 comprend en épaulement 32 contre lequel vient un rebord plat 30 du collier flottant 22. Un ressort d'immobilisation 23 est disposé par-dessus le rebord plat 30, entre la coiffe 10 et la plaque de retenue 24. Comme on peut le voir sur la figure 6, le ressort d'immobilisation 23 est initialement enfermé dans un bloc de résine époxy 34. Comme on peut également le constater d'après la figure 6, le collier flottant 22 a une forme sinueuse telle que, en partant du rebord plat 30, il s'incurve vers l'intérieur et vers l'extérieur en direction et à l'opposé de la paroi latérale du tube 16 de brûleur de combustible afin qu'une première courbure 36 du collier 22 vienne contre le tube 16 en un premier point et qu'une seconde courbure 38 du collier 22 vienne contre le tube 16 au niveau de l'épaulement 18 du tube. La figure 7 est une vue schématique en perspective du collier flottant 22 selon la présente invention, installé sur le système de coiffe 10 et entourant un tube 16 de brûleur de combustible. Là encore, on peut constater que le collier flottant 22 est maintenu en place par rapport au système de coiffe 10 par la plaque de retenue 24, de telle manière que, lorsque les tubes d'injection 16 de combustible qui dont partie du système d'injection 12 de combustible sont insérés dans le système de coiffe 10, le collier flottant 12 vienne contre la paroi extérieure du tube d'injection 16 de combustible. Pendant le fonctionnement de la turbine à gaz, le bloc de résine époxy 34 renfermant initialement le ressort d'immobilisation 23 s'échauffe et est éliminé en brûlant, à la suite de quoi le ressort d'immobilisation 23 peut s'ouvrir et produire un effort d'appui suffisamment grand pour empêcher le collier flottant de tourner autour du tube d'injection 16 de combustible pendant le fonctionnement de la turbine à gaz. L'effort est exercé entre le système de coiffe 10 au niveau de l'épaulement 32 et la plaque de retenue venant contre la face inférieure du ressort d'immobilisation 23. Ainsi, dans la présente invention, pour un système de coiffe classique, il y a cinq colliers flottants 22 qui sont retenus à l'intérieur du système de coiffe 10 par des plaques de retenue correspondantes 24. Une fois que le système de coiffe 10 est installé sur les systèmes d'injection 12 de combustible, qui comportent les injecteurs 14 de combustible montés sur le capot d'extrémité 17, les injecteurs 14 de combustible se logent dans les chambrages 20 du système de coiffe 10. Au terme de l'assemblage, les colliers flottants 22 reposent ou se tiennent sur une surface extérieure des tubes d'injection 16 et sont finalement maintenus en place par le déploiement des ressorts d'immobilisation correspondants 23 qui produisent les efforts d'appui au moment de l'échauffement et de l'élimination par brûlage des blocs de résine époxy 34 qui servent initialement à comprimer le ressort d'immobilisation 23. Le déploiement des ressorts d'immobilisation 23 et les efforts d'appui qui en résultent empêchent les colliers flottants 22 de tourner pendant le fonctionnement des brûleurs. Cela réduit à son tour l'usure des colliers flottants, ce qui améliore donc leur fiabilité. REVENDICATIONS1. Système de collier flottant pour coiffe (10) de dispositif de combustion, le système de collier flottant comprenant : un collier (22) comportant un rebord (30) destiné à venir contre la coiffe (10), et un ressort d'immobilisation (23) disposé entre le rebord (30) et une plaque (24) fixée à la coiffe (10), le ressort d'immobilisation (23) produisant un effort d'appui entre le rebord (30) du collier et la plaque (24) pour maintenir le rebord (30) contre la coiffe (10) et empêcher de ce fait le collier (22) de tourner pendant le fonctionnement du dispositif de combustion (15). 2. Système de collier flottant selon la revendication 1, dans lequel le collier (22) est sensiblement circulaire et est disposé sur l'extérieur d'un tube (16) de brûleur à injection de combustible de façon à venir contre un épaulement (18) dans l'extérieur du tube quand la coiffe (10) est fixée au dispositif de combustion (15) 3. Système de collier flottant selon la revendication 2, dans lequel le ressort d'immobilisation (23) est sensiblement circulaire et s'étend autour de l'extérieur du tube (16) de brûleur à injection de combustible quand la coiffe (10) est fixée au dispositif de combustion (15). 4. Système de collier flottant selon la revendication 2, dans lequel le collier (22) a une première courbure (36) qui vient contre l'extérieur du tube (16) en un premier point et une seconde courbure (38) qui vient contre l'extérieur du tube (16) au niveau de l'épaulement (18) du tube. 5. Système de collier flottant selon la revendication 1, dans lequel, pendant l'assemblage de la coiffe (10) avec le système de combustion (15), le collier (22) est lâche. 6. Système de collier flottant selon la revendication 5, dans lequel, pendant l'assemblage de la coiffe (10) avec le système de combustion (15), le ressort d'immobilisation (23) est maintenu dans une position comprimée par de la résine époxy (34). 7. Système de collier flottant selon la revendication 6, dans lequel, pendant le fonctionnement du dispositif de combustion, la résine époxy (24) s'échauffe et est éliminée par brûlage, à la suite de quoi le ressort d'immobilisation (23) se détend et produit un effort d'appui entre le rebord (30) et collier et la plaque (24) afin d'empêcher le collier (22) de tourner pendant le fonctionnement du dispositif de combustion (15) pour réduire de ce fait l'usure du collier. 8. Système de collier flottant selon la revendication 1, dans lequel le ressort d'immobilisation (23) a, en coupe, une forme semblable à la lettre majuscule "E". 9. Système de collier flottant selon la revendication 8, dans lequel le ressort d'immobilisation (23) a une partie centrale (28) en forme d'épingle à cheveux et deux extrémités incurvées (26) reliées, en une extrémité, à la partie centrale (28) pour compléter, en coupe, la forme en "E" du ressort d'immobilisation (23). 10. Système de collier flottant selon la revendication 1, dans lequel la coiffe (10) comprend un épaulement (32) contre lequel vient le rebord (30) du collier flottant (22).