Brevet FR2929371A1 — publié le 20091002

B09-0482FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Orifice remplaçable pour réglage de combustion et procédé correspondant Invention de : LEBEGUE Jeffrey GROOMS Neal W. Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 31 mars 2008 sous le n° 12/078.390 Orifice remplaçable pour réglage de combustion et procédé correspondant La présente invention est relative à la technologie de combustion dans les turbines à gaz et, plus particulièrement, à un élément rapporté pour trous pour air de dilution dans une pièce de transition, qui facilite l'utilisation de plaques à orifices remplaçables pour régler l'entrée d'air dans la pièce de transition. Les systèmes actuels de combustion sèche à faibles émissions de NOX nécessitent un réglage pour obtenir des températures correctes dans la chambre de combustion. Dans certains cas, on y parvient à l'aide de trous pour air de dilution ménagés dans la pièce de transition s'étendant entre la turbine et le premier étage de la chambre de combustion. L'air passant par les trous sert d'air secondaire et de dilution, mais son débit doit occasionnellement être réglé après la mise en service de la turbine. Les conceptions existantes utilisant de simples trous de dilution nécessitent un temps d'immobilisation long et coûteux pour la dépose et la remise aux cotes des pièces de transition. En particulier, le revêtement formant barrière thermique des pièces de transition doit être éliminé, des empiècements doivent être soudés sur celles-ci, les pièces de transition doivent être usinées pour ajouter de nouveaux trous, elles doivent subir un traitement thermique et le revêtement formant barrière thermique doit être réappliqué. Dans le brevet des E.U.A. n° 6 499 993, qui appartient au titulaire de la présente invention, est proposé un système mécanique permettant d'accéder de l'extérieur à la chambre de combustion, ce qui facilite le changement de superficie des trous de dilution de la chambre de combustion afin de régler les niveaux d'émissions de NOX sans démontage des chambres de combustion. Plus particulièrement, l'ensemble est pourvu d'un bossage, d'une plaque à orifice et d'un anneau de retenue. L'anneau de retenue est conique et, en coopération avec une forme conique correspondante des gorges annulaires, permet un procédé de soudage pour assujettir fermement la plaque à orifice. Cependant, le bossage n'est pas doté d'une tolérance à la déformation de soudures flexibles, ce qui risque d'aboutir à une déformation non souhaitable des dimensions du trou de bossage et de la plaque à orifice. Selon un premier aspect de l'invention constituant un exemple nullement limitatif, il est proposé un ensemble de chambre de combustion ayant une pièce de transition et au moins un ensemble à orifice dans la pièce de transition, l'ensemble à orifice comprenant : un bossage ayant un pourtour extérieur et un pourtour intérieur, le pourtour intérieur comportant un siège annulaire et un rebord dressé verticalement pourvu d'une gorge annulaire pour anneau de retenue orientée vers l'intérieur, le bossage étant immobilisé dans une ouverture de la pièce de transition; une plaque à orifice ayant une surface inférieure apte à se placer sur le siège annulaire ; et un anneau de retenue logé dans la gorge pour anneau de retenue et au moins partiellement au contact de la plaque à orifice. Selon un autre aspect, l'invention est relative à un ensemble de bossage et de plaque à orifice comprenant un bossage annulaire conçu pour être fixé dans un trou formé dans une pièce d'une chambre de combustion, le bossage étant pourvu d'un siège annulaire supportant une plaque à orifice remplaçable et d'une gorge annulaire pour anneau de retenue adjacente au siège, le siège s'étendant radialement vers l'intérieur de la gorge annulaire pour anneau de retenue ; et un ressort ondulé logé dans la gorge et engagé au moins partiellement et de manière élastique entre une surface de la gorge et une surface de la plaque à orifice. Selon encore un autre aspect, il est proposé un procédé d'ajustement des cotes de trous pour air de dilution dans une pièce de chambre de combustion de turbine comprenant : (a) l'insertion d'un bossage dans un trou pour air de dilution ayant un premier diamètre et la mise en place du bossage par soudage ; (b) l'installation d'une plaque à orifice sur un siège annulaire formé dans le bossage, la plaque à orifice ayant un trou central doté d'un second diamètre, plus petit que le premier diamètre ; et (c) la fixation d'un anneau de retenue dans une gorge du bossage, lequel anneau vient au dessus de la plaque à orifice et touche au moins partiellement celle-ci, l'anneau de retenue immobilisant la place à orifice d'une manière élastique contre le siège. 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 perspective d'une pièce de transition de turbine munie d'une plaque à orifice remplaçable selon un exemple nullement limitatif de forme de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un bossage servant, sur la figure 1, à retenir une plaque à orifice remplaçable ; - la figure 3 est une vue en coupe du bossage de la figure 2, mais avec une plaque à orifice et un anneau de retenue en place ; - la figure 4 est une vue en coupe d'un bossage selon un autre exemple nullement limitatif de forme de réalisation ; - la figure 5 est une vue en coupe d'un bossage selon encore un autre exemple nullement limitatif de forme de réalisation ; et - la figure 6 est une vue en perspective plus détaillée du bossage représenté sur la figure 2, installé dans une pièce de transition. Considérant la figure 1, une pièce de transition 10 d'une turbine à gaz est conçue pour se monter sur une chambre de combustion (non représentée) de turbine à une extrémité amont 12 et sur le premier étage (non représenté) de turbine à une extrémité aval opposée 14. En divers endroits prédéterminés le long de la pièce de transition 10, des trous pour flux de dilution sont ménagés pour faire entrer dans le système de combustion de l'air refoulé par la chambre de combustion pendant une opération de réglage afin d'obtenir des températures correctes dans la chambre de combustion. Aux fins de la présente description, deux emplacements, désignés par les repères 16 et 18, ont été choisis comme emplacements où un nouveau bossage 20 à plaque à orifice peut être installé par soudage pour faciliter l'opération de réglage. Cependant, cela ne doit pas s'interpréter comme signifiant qu'il ne s'agit là que des seuls trous de dilution présents, ni que le nouveau bossage à plaque à orifice ne peut être utilisé qu'à ces emplacements. Les figures 2, 3 et 6 représentent le bossage annulaire 20, de préférence constitué d'alliage Nimonic 263 (marque déposée). Une partie basale 22 du bossage définit une surface de diamètre extérieur (ou pourtour extérieur) 24 et une surface de diamètre intérieur (ou pourtour intérieur) 26 qui sont sensiblement parallèles. En utilisant les figures 2 et 3 comme références dans un but d'orientation, les surfaces 24 et 26 sont sensiblement verticales, la surface 24 étant chanfreinée aux extrémités opposées 28, 30. Le chanfrein 30 se monte sur la surface basale inférieure 32 en partie formée par une surface conique 34, orientée vers le haut, qui se réunit à la surface de diamètre intérieur 26. Le chanfrein supérieur 28 se réunit à une surface (ou gorge) annulaire conique 36, orientée vers le haut, qui se réunit elle-même à un angle 38 à rayon annulaire depuis lequel s'étend vers le haut une paroi globalement cylindrique dressée 40 aboutissant à une surface supérieure annulaire plane 42. Une paroi interne 44 est pourvue d'un chanfrein supérieur 46, d'une gorge annulaire 48 pour anneau de retenue et d'un épaulement ou siège 50, s'étendant radialement vers l'intérieur, qui se réunit à la surface de diamètre intérieur 26. Le siège 50 est conçu pour recevoir et supporter une plaque annulaire à orifice 52, préalablement pourvue d'un trou central 54 qui définit le nouveau diamètre pour le trou de dilution. La plaque 52 peut être constituée d'Hastalloy X (marque déposée) ou d'une autre matière appropriée, d'une épaisseur de 3,1765 mm (0,125 ") dans l'exemple nullement limitatif de forme de réalisation. La plaque annulaire à orifice 52 est maintenue en place par un anneau de retenue ondulé 58, c'est-à-dire que la bague se présente sous la forme d'un ressort ondulé, avec des ondulations dans la direction périphérique ou circonférentielle. La gorge 48 à des dimensions telles, associées à l'épaisseur choisie de la plaque à orifice 52, que lorsque l'anneau de retenue est poussé dans la gorge 48, il exerce sur la plaque à orifice 52 une force dirigée vers le bas, par exemple de 15,9 kg (35 lbs), suffisante pour maintenir en place la plaque pendant le fonctionnement de la turbine. A cet égard, on notera que l'anneau de retenue 58 a un plus grand diamètre que la plaque à orifice, et donc que la gorge 48 a un plus grand diamètre que le siège 50. En même temps, l'aménagement de la gorge 48 et du siège 52 dans une partie centrale dressée du bossage protège la forme et les dimensions de la gorge contre toute déformation qui, sinon, pourrait résulter du soudage du bossage dans un trou de dilution, par exemple le trou 16, présent dans la pièce de transition. Autrement dit, la partie dressée du bossage est apte à fléchir sans déformation permanente pendant le soudage et, ainsi, après le soudage, aucun usinage de la gorge 48 ni du siège 52 n'est nécessaire. Dans une variante de la conception du bossage ci-dessus, la surface de diamètre extérieur 24 peut être rendue sensiblement verticale sur toute sa hauteur (en supprimant les chanfreins 28, 30 comme sur la surface de diamètre extérieur 76 de la figure 5), des chanfreins étant en revanche formés sur la surface définissant le/les trous de la pièce de transition. I1 est entendu que les chanfreins présents sur la surface de diamètre extérieur du bossage ou, selon une autre possibilité, sur les bords des trous de la pièce de transition, facilitent l'utilisation de soudures à pleine pénétration pour fixer le bossage à la pièce de transition. Dans ce cas, l'épaisseur de la partie basale du bossage serait supérieure à l'épaisseur de la pièce de transition. Cela est utile dans la mesure où la pièce de transition est dotée d'une forme complexe et le bossage plus épais peut être usiné après soudage pour se fondre dans la surface de la pièce de transition sans laisser des bords "affaissés" qui risqueraient de donner lieu à des contraintes indésirables. La figure 4 représente un bossage 60 similaire au bossage 20, mais avec une partie centrale pleine 62. La gorge 64 pour anneau de retenue étant usinée dans la partie dressée 66 du bossage, le bossage peut être installé par soudage dans un trou de dilution présent dans la pièce de transition. Après cela, la partie centrale pleine est retirée suivant le trait circulaire discontinu 68, laissant un siège pour la plaque à orifice. Maintenir en place la partie centrale 62 pendant le soudage contribue à maintenir la bonne configuration ronde de la gorge 64 ainsi que du siège obtenu 70. La figure 5 illustre une autre conception possible du bossage, visant à protéger encore plus la gorge pour anneau de retenue et le siège de plaque à orifice contre les contraintes de soudage. Dans la présente forme de réalisation, le bossage 72 comporte une partie basale 74 à surface ou bord de diamètre extérieur sensiblement vertical 76 qui se réunit à des surfaces supérieure et inférieure, respectivement 78 et 80. La surface supérieure 78 se fond dans une surface (ou une gorge) 82 à inclinaison vers l'intérieur et vers le bas, tandis que la surface inférieure 80 se réunit à une surface 84 à inclinaison vers l'intérieur et vers le haut qui se réunit à une surface inférieure horizontale 86. Une boucle en U sensiblement retourné 88 est réunie à la partie basale 74. En particulier, une première paroi externe verticale 90 s'étend vers le haut depuis la partie basale 74 et, via une surface supérieure horizontale 94, prend une orientation inverse pour former une paroi interne verticale 96 qui s'étend vers le bas depuis la surface supérieure 94 jusqu'à une extrémité libre 98 tournée radialement vers l'intérieur. La face radialement interne de la paroi 96 est usinée pour inclure l'épaulement ou siège 100 servant à supporter la plaque à orifice (non représentée sur la figure 5) ainsi que la gorge 102 pour anneau de retenue d'une manière similaire à celle décrite plus haut en référence aux figures 3 et 4. Cependant, la boucle en U retourné 88 sert ici à protéger davantage la gorge 102 pour anneau de retenue et le siège 100 de plaque à orifice contre la déformation induite par le soudage. REVENDICATIONS1. Ensemble de chambre de combustion comprenant une pièce de transition (10) et au moins un ensemble à orifice dans ladite pièce de transition, l'ensemble à orifice comprenant : un bossage (20) ayant un pourtour extérieur (24) et un pourtour intérieur (26), ledit pourtour intérieur (26) comportant un siège annulaire (50) et un rebord dressé (40) pourvu d'une gorge annulaire (48) pour anneau de retenue, orientée vers l'intérieur, le bossage (20) étant fixé dans une ouverture de la pièce de transition ; une plaque à orifice (52) ayant une surface inférieure apte à se placer sur ledit siège annulaire (50) ; et un anneau de retenue (58) logé dans ladite gorge (48) pour anneau de retenue et au moins partiellement au contact de ladite plaque à orifice (52). 2. Ensemble de chambre de combustion selon la revendication 1, dans lequel ledit pourtour extérieur (24) comporte une surface sensiblement verticale chanfreinée à des extrémités opposées (28, 30). 3. Ensemble de chambre de combustion selon la revendication 1, dans lequel ladite gorge annulaire (48) pour anneau de retenue a un diamètre plus grand qu'un diamètre du siège (50). 4. Ensemble de chambre de combustion selon la revendication 1, dans lequel une gorge annulaire (36) s'étend radialement entre ledit rebord dressé (40) et ladite surface sensiblement verticale (24). 5. Ensemble de chambre de combustion selon la revendication 1, dans lequel ladite plaque à orifice (52) est pourvue d'un trou central (54). 6. Ensemble de chambre de combustion selon la revendication 1, dans lequel ledit anneau de retenue (58) est constitué par un ressort ondulé à surface périphérique ondulée. 7. Ensemble de chambre de combustion selon la revendication 6, dans lequel ledit ressort ondulé (58) pousse ladite plaque à orifice (52) contre ledit siège (50). 8. Procédé d'ajustement des cotes de trous pour air de dilution présents dans une pièce de chambre de combustion de turbine, comprenant : (a) l'insertion d'un bossage (20) dans un trou pour air de dilution ayant un premier diamètre et l'installation du bossage (20) par soudage ; (b) la mise en place d'une plaque à orifice (52) sur un siège annulaire (50) formé dans le bossage, la plaque à orifice ayant un trou central (54) pourvu d'un second diamètre plus petit que ledit premier diamètre ; et (c) la fixation d'un anneau de retenue (58) dans une gorge (48) du bossage (20), venant au dessus de la plaque à orifice (52) et touchant au moins partiellement celle-ci, l'anneau de retenue (58) retenant de manière élastique la plaque à orifice (52) contre le siège (50). 9. Procédé selon la revendication 8, comprenant en outre une grande protection du siège annulaire (50) et de la gorge (48) contre les contraintes résultant du soudage du bossage (20) à l'intérieur du trou pour d'air de dilution. 10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel un trou central est ménagé dans ledit bossage avant ou après l'étape (a).