Brevet FR2933139A1 — publié le 20100101

B09-1719FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Cadre arrière avec fentes de refroidissement de forme ovale et procédé associé Invention de : TURAGA Vijay Kumar Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 30 juin 2008 sous le n° 12/216.078 Cadre arrière avec fentes de refroidissement de forme ovale et procédé associé Cette invention concerne la technologie de refroidissement des turbines, et, plus particulièrement, le refroidissement d'un composant de cadre arrière venant en interface entre la pièce de transition de chambre de combustion et une buse de turbine d'étage 1. Une "pièce de transition", comme on le comprend dans le contexte d'une chambre de combustion à boîte annulaire pour une turbine à gaz de génération d'énergie, est un conduit qui relie le chemisage de la chambre de combustion à la buse de premier étage de la turbine. Le cadre arrière est un composant qui est situé à l'extrémité de sortie de la pièce de transition, et qui agit par conséquent comme interface entre la pièce de transition et la buse d'étage 1. Il est exposé aux gaz chauds s'écoulant dans la buse d'étage 1, et, par conséquent, le refroidissement du composant de cadre arrière est un souci. De façon plus caractéristique, les gaz chauds s'écoulant à travers la pièce de transition recirculent dans une rainure entre le cadre arrière et la buse d'étage 1, provoquant des gradients thermiques élevés. Par conséquent, un refroidissement efficace doit être prévu sur la face arrière du cadre arrière, à savoir le côté du cadre dirigé vers la buse d'étage 1. Actuellement, des configurations de cadre arrière caractéristiques incorporent des trous de refroidissement avec des sections transversales circulaires pour dévier une partie d'un écoulement à travers un manchon d'impact (qui entoure la pièce de transition) dans ces trous pour refroidir le cadre arrière. Cependant, il reste un besoin pour un refroidissement plus efficace du cadre arrière de la pièce de transition. Selon un exemple de réalisation de cette invention, qui n'est pas limitatif, des trous de refroidissement de forme ovale ou elliptique sont réalisés autour de la périphérie du cadre arrière. Du fait que des trous de forme ovale ou elliptique procurent une plus grande surface pour un refroidissement par convection efficace pour une surface de section transversale donnée, le refroidissement du cadre arrière est amélioré. Par conséquent, dans un aspect, l'invention concerne un cadre arrière adapté pour venir en interface entre une pièce de transition de chambre de combustion et une buse de turbine de premier étage, comprenant : un cadre à périphérie fermée comprenant des parois supérieure, inférieure et une paire de parois latérales ; et une pluralité d'ouvertures de refroidissement s'étendant à travers une ou plusieurs des parois supérieure, inférieure et de la paire de parois latérales, les ouvertures de refroidissement ayant une forme de section transversale elliptique ou ovale. Dans un autre aspect, l'invention concerne un cadre arrière adapté pour venir en interface entre une pièce de transition de chambre de combustion et une buse de turbine de premier étage, comprenant : un cadre à périphérie fermée comprenant des parois supérieure, inférieure et une paire de parois latérales ; et une pluralité d'ouvertures de refroidissement ayant une forme de section transversale elliptique ou ovale réalisées dans chacune des parois supérieure, inférieure et de la paire de parois latérales, s'étendant axialement à travers le cadre ; et dans lequel les ouvertures de refroidissement comportent des axes principaux et secondaires, disposés de telle sorte que les axes principaux soient sensiblement parallèles aux parois supérieure et inférieure. Dans encore un autre aspect, l'invention concerne un procédé de formation d'un cadre arrière de turbine adapté pour venir en interface entre une pièce de transition de chambre de combustion et une buse de turbine de chambre de combustion de premier étage, comprenant : a) la réalisation d'un cadre arrière à périphérie fermée comportant des parois supérieure et inférieure et une paire de parois latérales ; et b) la formation de trous de refroidissement de forme elliptique dans au moins l'une parmi lesdites parois supérieure, inférieure et ladite paire de parois latérales, s'étendant axialement à travers le cadre arrière. L'invention va à présent être décrite plus en détail en relation avec les figures identifiées ci-dessous : - la figure 1 est une vue en perspective d'un cadre arrière de pièce de transition caractéristique de construction connue ; - la figure 2 est un détail agrandi montrant des fentes ou des trous de refroidissement circulaires connus formés dans le cadre arrière ; et - la figure 3 est un détail agrandi illustrant la forme ovale ou elliptique des trous de refroidissement destinés à être employés dans un cadre arrière du type montré, par exemple, en figure 1. Si l'on se réfère à la figure 1, un cadre arrière 10 qui joue le rôle d'interface entre une pièce de transition classique (non représentée) et une buse de turbine de premier étage (également non représentée) comprend des parois supérieure et inférieure 12, 14, respectivement, et une paire de parois latérales 16, 18, qui constituent le cadre à périphérie fermée. Des composants de montage, tels que des étriers 20 et 22, facilitent le raccordement du cadre arrière à la buse de turbine de premier étage. Cependant, le mode de fixation exact ne fait pas partie de cette invention, et, dans tous les cas, toute technique de fixation appropriée peut être employée. On appréciera le fait qu'une pièce de transition classique est fixée au côté opposé du cadre arrière, s'étendant entre la buse de premier étage et le chemisage de chambre de combustion. On peut trouver des exemples de ce type de configuration dans les Brevets US N° 6 412 268 et 6 547 257. Si l'on se réfère à présent à la figure 2, des trous de refroidissement circulaires 24 sont, de façon caractéristique, espacés autour de la périphérie du cadre arrière, permettant à de l'air de refroidissement de s'écouler axialement dans les trous et à travers le cadre arrière, de façon à refroidir ainsi le cadre. La figure 3 illustre une forme de trou de refroidissement modifiée qui produit un meilleur refroidissement, plus efficace, du cadre arrière. De façon caractéristique, tout ou partie des trous ou ouvertures de refroidissement s'étendant axialement 26 ont une forme de section transversale elliptique ou ovale, de façon à accroître ainsi la surface pour un refroidissement par convection plus efficace pour une surface de section transversale donnée. Des trous ou ouvertures de refroidissement elliptiques 26 peuvent être utilisés exclusivement ou en combinaison avec des trous de refroidissement circulaires (par exemple, les trous 24), selon ce qui est déterminé par les exigences de refroidissement spécifiques. Les dimensions pour les trous elliptiques peuvent également varier en fonction des exigences de refroidissement. Les trous de refroidissement elliptiques 26 peuvent être réalisés dans l'une quelconque ou dans plusieurs (ou dans la totalité) parmi les parois supérieure, inférieure et latérales 12, 14, 16 et 18, respectivement, du cadre arrière. De préférence, les axes principaux des ouvertures de refroidissement sont sensiblement parallèles aux parois supérieure et inférieure du cadre arrière. REVENDICATIONS1. Cadre arrière (10) adapté pour venir en interface entre une pièce de transition de chambre de combustion et une buse de turbine de premier étage, caractérisé en ce qu'il comprend un cadre à périphérie fermée, qui comprend des parois supérieure, inférieure et une paire de parois latérales (12, 14, 16 et 18) ; et une pluralité d'ouvertures de refroidissement s'étendant à travers une ou plusieurs parmi lesdites parois supérieure, inférieure et ladite paire de parois latérales, ladite pluralité d'ouvertures de refroidissement (26) ayant une forme de section transversale elliptique ou ovale. 2. Cadre arrière selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs parmi ladite pluralité d'ouvertures de refroidissement (26) sont réalisées dans chacune desdites parois supérieure, inférieure et latérales (12, 14, 16 et 18). 3. Cadre arrière selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pluralité d'ouvertures de refroidissement (26) s'étendent dans une direction axiale à travers ledit cadre à périphérie fermée. 4. Cadre arrière selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite pluralité d'ouvertures de refroidissement (26) s'étendent dans une direction axiale à travers ledit cadre à périphérie fermée. 5. Cadre arrière selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pluralité d'ouvertures de refroidissement (26) comportent des axes principaux et secondaires, lesdits axes principaux étant disposés de façon sensiblement parallèle auxdites parois supérieure et inférieure. 6. Cadre arrière selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite pluralité d'ouvertures de refroidissement (26) comportent des axes principaux et secondaires, lesdits axes principaux étant disposés de façon sensiblement parallèle auxdites parois supérieure et inférieure. 7. Cadre arrière (10) adapté pour venir en interface entre une pièce de transition de chambre de combustion et une buse de turbinede premier étage, caractérisé en ce qu'il comprend un cadre à périphérie fermée, qui comprend des parois supérieure, inférieure et une paire de parois latérales (12, 14, 16 et 18) ; et une pluralité d'ouvertures de refroidissement (26) ayant des formes de section transversale elliptiques ou ovales réalisées dans chacune parmi lesdites parois supérieure, inférieure et ladite paire de parois latérales, s'étendant axialement à travers ledit cadre à périphérie fermée ; et en ce que ladite pluralité d'ouvertures de refroidissement (26) comportent des axes principaux et secondaires, disposés de telle sorte que lesdits axes principaux soient sensiblement parallèles auxdites parois supérieure et inférieure. 8. Procédé de formation d'un cadre arrière de turbine (10) adapté pour venir en interface entre une pièce de transition de chambre de combustion et une buse de turbine de premier étage, caractérisé en ce qu'il comprend : a) la réalisation d'un cadre arrière à périphérie fermée comportant des parois supérieure et inférieure et une paire de parois latérales (12, 14, 16 et 18), et b) la formation de trous de refroidissement de forme elliptique (26) dans au moins l'une parmi lesdites parois supérieure, inférieure et ladite paire de parois latérales, s'étendant axialement à travers le cadre arrière. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation desdits trous de refroidissement de forme elliptique (16) dans la totalité desdites parois supérieure, inférieure et de ladite paire de parois latérales. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits trous de refroidissement de forme elliptique (26) comportent des axes principaux et secondaires, et en ce que l'étape b) comprend la disposition desdits trous de refroidissement de forme elliptique avec lesdits axes principaux sensiblement parallèles auxdites parois supérieure et inférieure.