Brevet FR2933168A1 — publié le 20100101

B09-1698FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Bouchon à orifice variable pour injecteur de carburant de turbine, chambre de combustion et procédé de fonctionnement associé Invention de : STOREY James Michael JOHNSON Thomas Edward STEWART Jesse HUTCHERSON Sarah Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 26 juin 2008 sous le n° 12/146.646 Bouchon à orifice variable pour injecteur de carburant de turbine, chambre de combustion et procédé de fonctionnement associé La présente invention concerne de façon générale des moteurs à turbine à gaz et elle concerne plus particulièrement un bouchon à orifice variable destiné à être utilisé sur une bride d'injecteur de carburant d'une chambre de combustion. Selon une description générale, une turbine à gaz allume un mélange carburant/air dans une chambre de combustion et génère un courant de gaz de combustion. Le courant de gaz est canalisé vers une turbine par l'intermédiaire d'un chemin de gaz chauds. Un compresseur canalise de l'air comprimé vers la chambre de combustion. La chambre de combustion comporte généralement un injecteur de carburant pour faciliter la fourniture de carburant et d'air vers une région de combustion. La turbine convertit l'énergie thermique du courant de gaz de combustion en énergie mécanique. L'énergie mécanique fait tourner un arbre de turbine pouvant être utilisé pour fournir de l'énergie à un générateur ou à un autre type de charge. Du carburant peut être fourni à l'injecteur de carburant par l'intermédiaire d'un corps d'insertion de carburant. Le corps d'insertion de carburant peut être fixé à un couvercle d'extrémité et positionné en amont de l'injecteur de carburant. Un certain nombre d'ouvertures peuvent être percées dans le corps d'insertion de carburant. Ces ouvertures peuvent être remplies par un bouchon définissant un ou plusieurs orifices. On peut utiliser les orifices pour mesurer l'écoulement de carburant vers l'injecteur. Un inconvénient de ces éléments insérés est qu'un écoulement dans un assemblage complet couvercle d'extrémité/injecteur de carburant est nécessaire pour vérifier l'écoulement à travers celui-ci afin de créer un ensemble d'assemblages complets de couvercle d'extrémité à écoulement adapté pour une turbine à gaz donnée. Cet essai peut nécessiter plusieurs itérations avec des combinaisons différentes d'injecteurs de carburant montés sur les couvercles d'extrémité. Cet essai peut nécessiter une quantité de temps significative. Lorsqu'on n'utilise pas les couvercles d'extrémité, des trous peuvent être percés au fond de l'injecteur de carburant. La taille du trou peut dépendre de la taille du groupe d'injecteurs de carburant spécifié. En conséquence, un fournisseur peut avoir besoin de construire plusieurs groupes d'injecteurs de tailles différentes. I1 existe ainsi un souhait pour une conception simplifiée d'orifice d'injecteur de carburant. Une telle conception doit être de préférence facile à vérifier et doit procurer une certaine polyvalence pour choisir le débit qui la traverse. La présente demande fournit ainsi un injecteur de carburant destiné à être utilisé sur un couvercle d'extrémité d'une chambre de combustion. L'injecteur de carburant peut inclure une bride fixée au couvercle d'extrémité, une ouverture s'étendant à travers la bride, un bouchon positionné dans l'ouverture et un orifice positionné à l'intérieur du bouchon. La présente demande fournit en outre une chambre de combustion pour une turbine à gaz. La chambre de combustion peut inclure un couvercle d'extrémité, un certain nombre d'injecteurs de carburant positionnés sur le couvercle d'extrémité, chacun des injecteurs de carburant incluant une bride fixée au couvercle d'extrémité et un certain nombre de bouchons à orifice variable positionnés avec la bride. La présente demande fournit en outre un procédé de fonctionnement d'une chambre de combustion. Le procédé comporte le positionnement d'un certain nombre d'injecteurs de carburant sur un couvercle d'extrémité de la chambre de combustion, l'écoulement de carburant à travers les injecteurs de carburant et le remplacement d'un ou plusieurs des injecteurs de carburant sans déposer la totalité des injecteurs de carburant. Ces caractéristiques de la présente demande ainsi que d'autres apparaîtront à un homme de l'art en examinant la description détaillée qui suit effectuée conjointement avec les différents dessins : - la figure 1 est une vue de côté en coupe transversale d'un moteur à turbine à gaz pouvant être ici utilisé ; - la figure 2 est une vue de côté en coupe transversale d'un assemblage couvercle d'extrémité/injecteur de carburant du moteur à turbine à gaz de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de côté en coupe transversale de l'injecteur de carburant avec un bouchon à orifice comme ici décrit ; - la figure 4 est une vue de côté en coupe transversale du bouchon à orifice de la figure 3 positionné à l'intérieur de la bride comme ici décrit. En se référant maintenant aux dessins, sur lesquels des numéros analogues se réfèrent à des éléments analogues dans l'ensemble des diverses vues, la figure 1 montre un exemple d'une section de combustion de turbine à gaz 100. La chambre de combustion 100 peut inclure un agencement d'extrémité de tête de chambre de combustion 110. L'agencement d'extrémité de tête de chambre de combustion 110 va être expliqué plus en détail ci-dessous. Selon une description générale, la chambre de combustion 100 peut également inclure une garniture de combustion 120, un assemblage de pièce de transition 130 et un raccordement de turbine 140. On peut ici utiliser d'autres configurations de chambre de combustion 100. La figure 2 représente en détail l'agencement d'extrémité de tête de chambre de combustion 110. L'agencement d'extrémité de tête de chambre de combustion 110 peut inclure un injecteur de carburant 150. L'injecteur de carburant 150, comme représenté est un injecteur de carburant 52E vendu par General Electric Company, Schenectady, New York. On peut ici utiliser d'autres types d'injecteur de carburant 150. L'injecteur de carburant 150 peut inclure une bride 160 et une section de tube 170. L'injecteur de carburant 150 peut être positionné sur un couvercle d'extrémité 180 et y être fixé. L'injecteur de carburant 150 peut être en communication avec une ou plusieurs alimentations en carburant 190. Les alimentations en carburant 190 fournissent du carburant à un espace annulaire de carburant 200 positionné sur la bride 160 de l'injecteur de carburant 150. Un certain nombre de tubes d'arrivée d'air 210 peuvent fournir de l'air à travers l'injecteur de carburant 150 par l'intermédiaire d'un tube d'air atomisé 220. On peut ici utiliser d'autres configurations de chambre de combustion. La figure 3 est une vue de côté en coupe transversale de l'injecteur de carburant 150. Comme représenté, un bouchon à orifice 230 peut être positionné dans une ouverture 240 de la bride 160. Dans cet exemple, dix (10) bouchons à orifice 230 et ouvertures 240 peuvent être utilisés, bien que l'on puisse ici en utiliser un nombre quelconque ou une orientation quelconque. Le bouchon à orifice 230 conduit à la section de tube 170. Le bouchon à orifice 230 peut être installé dans l'ouverture 240 par un ajustement par pression ou par vissage. On peut ici utiliser d'autres moyens de fixation. Le bouchon à orifice 230 peut être enfoncé par pression de façon qu'il reste à l'intérieur de la bride 160. La figure 4 représente le bouchon à orifice 230 dans l'ouverture 240 de la bride 160. Comme représenté, le bouchon à orifice 230 possède un orifice 250 défini dans celui-ci. La position de l'orifice 250 peut varier le long du bouchon 230. De même, la taille et la configuration de l'orifice 250 et du bouchon à orifice 230 peuvent varier dans leur ensemble. En positionnant directement les bouchons à orifice 230 à l'intérieur de la bride 160 de l'injecteur de carburant 150, des essais d'écoulement plus significatifs peuvent être disponibles. De façon spécifique, un écoulement peut maintenant s'effectuer dans chacun des injecteurs de carburant 150. Chacun des injecteurs 150 peut être remplacé sans qu'il soit nécessaire d'effectuer un nouvel écoulement dans la totalité de l'assemblage de bouchon d'extrémité 110. De plus, on peut modifier la position et la taille de l'orifice 250 pour s'adapter à diverses conditions ou scénarios d'utilisation de carburant. On a montré que le rapport volumique était lié à la dynamique de fonctionnement de la chambre de combustion de sorte qu'en faisant varier la position de l'orifice 250, on pouvait obtenir une aptitude supplémentaire au réglage. Non seulement l'orifice variable 250 permet un réglage de conception de dimensionnement d'orifice mais l'emplacement de l'orifice 250 à l'intérieur du bouchon 230 peut permettre un réglage des volumes de la chambre d'écoulement à la fois vers l'amont et vers l'aval de l'orifice 250. De plus, il peut ne pas être nécessaire d'avoir un certain nombre d'injecteurs 150 de taille différente. En remplacement, on peut utiliser des ouvertures normalisées multiples 240 avec des conceptions variables des bouchons à orifice 230 pour assurer l'écoulement correct. Un contrôle amélioré de l'écoulement doit réduire la variation des émissions et de la dynamique de combustion. Listes des repères 100 section de combustion de turbine à gaz 110 agencement d'extrémité de tête de chambre de combustion 120 garniture de chambre de combustion 130 assemblage de pièce de transition 140 raccordement de turbine 150 injecteur de carburant 160 bride 170 section de tube 180 couvercle d'extrémité 190 alimentations en carburant 200 espace annulaire de carburant 210 tubes d'alimentation d'air 220 tube d'air atomisé interne 230 bouchon à orifice 240 ouverture 250 orifice REVENDICATIONS1. Injecteur de carburant (150) destiné à être utilisé sur un couvercle d'extrémité (180) d'une chambre de combustion (110), comprenant : une bride (160) fixée au couvercle d'extrémité (180) ; une ouverture (240) s'étendant à travers la bride (160) ; un bouchon (230) positionné dans l'ouverture (240) ; et un orifice (250) positionné à l'intérieur du bouchon (230). 2. Injecteur de carburant (150) selon la revendication 1, comprenant en outre une pluralité d'ouvertures (240) et une pluralité de bouchons (230). 3. Injecteur de carburant (150) selon la revendication 1, dans lequel le bouchon (230) comprend un bouchon remplaçable (230). 4. Injecteur de carburant (150) selon la revendication 1, comprenant en outre une pluralité de bouchons (230) avec des orifices (250) configurés différemment. 5. Injecteur de carburant (150) selon la revendication 1, dans lequel le bouchon (230) comprend un ajustement par pression dans l'ouverture (240). 6. Injecteur de carburant (150) selon la revendication 1, dans lequel le bouchon (230) comprend un ajustement par vissage dans l'ouverture (240). 7. Injecteur de carburant (150) selon la revendication 1, comprenant en outre une pluralité de bouchons à orifice variable (230). 8. Chambre de combustion (110) pour une turbine à gaz (100), comprenant : un couvercle d'extrémité (180) ; une pluralité d'injecteurs de carburant (150) positionnés sur le couvercle d'extrémité (180) ; chaque injecteur de la pluralité d'injecteurs de carburant (150) comprenant une bride (160) fixée au couvercle d'extrémité (180) ; etune pluralité de bouchons à orifice variable (230) positionnés avec la bride (160). 9. Procédé de mise en place d'injecteurs de carburant dans une chambre de combustion (110), comprenant : le positionnement d'une pluralité d'injecteurs de carburant (150) sur un couvercle d'extrémité (180) de la chambre de combustion (110) ; l'écoulement de carburant à travers la pluralité d'injecteurs de carburant (150) ; et le remplacement d'un ou plusieurs injecteurs de la pluralité d'injecteurs de carburant (150) sans déposer la totalité des injecteurs de la pluralité d'injecteurs de carburant (150). 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la pluralité d'injecteurs de carburant (150) comprend une pluralité de bouchons à orifice variable (230) et dans lequel le procédé comprend en outre le remplacement d'un ou plusieurs bouchons de la pluralité de bouchons à orifice variable (230).