Brevet FR2930320A1 — publié le 20091023

B09-1001FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY SYSTÈME DE COMBUSTION DE TURBINE, ET PROCEDE DE MONTAGE Invention de : HESSLER William POPOVIC Predrag Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 17 avril 2008 sous le n° 12/104.952 SYSTÈME DE COMBUSTION DE TURBINE, ET PROCEDE DE MONTAGE Des aspects de la présente invention portent sur un système de combustion de turbine, un procédé d'ajustement d'un système de combustion de turbine et un procédé de construction d'un système de combustion de turbine et, plus particulièrement, sur un système de combustion de turbine comprenant un moyen de réglage d'air de dilution, un procédé d'ajustement du système de combustion de turbine pourvu d'un moyen de réglage d'air de dilution et un procédé de montage de turbine pourvu d'un moyen de réglage d'air de dilution. Lorsque des changements sont nécessaires pour le réglage, on constate des insuffisances dans l'installation et/ou la remise en état de moteurs à turbines à gaz. Ainsi, il est entendu que maintenir une certaine quantité d'air de dilution dans une chambre de combustion de moteur à turbine à gaz est nécessaire pour l'efficacité du fonctionnement et du réglage du moteur à turbine à gaz. I1 est également entendu que le maintien de telles quantités d'air de dilution peut s'obtenir en agrandissant ou en réduisant les dimensions d'une ouverture de dilution dans une chemise de la chambre de combustion. Cependant, les opérations associées à l'agrandissement ou la réduction des dimensions de l'ouverture prennent beaucoup de temps et sont coûteuses, et il peut être nécessaire de les répéter afin de parvenir à un résultat souhaité, pour régler le système de combustion Si, par exemple, on constate un manque d'efficacité dans le fonctionnement d'une turbine à gaz en raison d'un besoin d'élargissement de l'ouverture de dilution, il peut être nécessaire de déposer au moins le carter de toute la turbine à gaz. Cela peut impliquer l'arrêt d'un système de combustion, le démontage d'un ensemble de couvercle, de capots d'extrémités, de conduites de combustible et de chemises et de retirer 20 boulons de chaque bride du carter. Une fois la chemise déposée, l'ouverture de dilution peut être élargie et l'ensemble peut être remonté. A ce stade, si on constate encore un manque d'efficacité dans le fonctionnement du moteur à turbine à gaz, il peut être nécessaire de renouveler l'opération. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système de combustion de turbine, qui comprend une chambre de combustion, dans laquelle une combustion de combustible a lieu et le long de laquelle est ménagée une ouverture, un carter entourant le pourtour de la chambre de combustion de manière à définir un passage d'air entre le carter et la chambre de combustion, le passage d'air étant conçu pour fournir de l'air de dilution à la chambre de combustion via le passage de dilution, et un moyen de réglage de flux d'air de dilution disposé sur le carter et communiquant avec le passage d'air, le moyen de réglage de flux d'air de dilution étant conçu pour accroître et/ou réduire une quantité disponible de l'air de dilution à fournir à la chambre de combustion. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé d'ajustement d'un système de combustion de turbine. La turbine comprend une chambre de combustion, ainsi qu'un carter entourant le pourtour de la chambre de combustion et définissant un passage d'air depuis lequel de l'air de dilution est fourni à la chambre de combustion via une ouverture de dilution. Le procédé comprend la mesure d'une caractéristique de combustion de combustible, la détermination, d'après la caractéristique de combustion de combustible mesurée, de ce qu'une quantité disponible de l'air de dilution à fournir à la chambre de combustion est au dessous d'un seuil prédéterminé, et l'installation d'un moyen de réglage de débit d'air de dilution sur le carter, communiquant avec le passage d'air de façon à accroître et/ou réduire une quantité disponible de l'air de dilution à fournir à la chambre de combustion. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de montage d'un système de combustion de turbine, qui comprend la formation d'une chambre de combustion de combustible, la formation d'une ouverture de dilution le long d'un pourtour extérieur de la chambre de combustion, l'enveloppement du pourtour de la chambre de combustion avec un carter pour définir un passage d'air entre le carter et la chambre de combustion, le passage d'air étant conçu pour fournir de l'air de dilution à la chambre de combustion via l'ouverture de dilution, et l'installation d'un moyen de réglage de flux d'air de dilution sur le carter et en communication avec le passage d'air pour qu'il soit de la sorte placé afin d'accroître et/ou de réduire une quantité disponible de l'air de dilution à fournir à la chambre de combustion. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : la Fig. 1 est une vue partielle en coupe d'un exemple de moteur à turbine à gaz ; les figures 2A et 2B sont des vues en perspective, respectivement d'un dispositif de réglage d'air de dilution ressemblant par sa forme à une bougie d'allumage et d'un dispositif de réglage d'air de dilution ressemblant par sa forme à un tube de raccordement, selon des exemples de formes de réalisation de l'invention ; la Fig. 3 est une vue en perspective d'un moyen de réglage d'air de dilution selon un exemple de forme de réalisation de l'invention ; et la Fig. 4 est une illustration schématique d'un système de commande et d'un servomécanisme destinés à servir dans l'exemple de moteur à turbine à gaz de la Fig. 1. Considérant la Fig. 1, un moteur 1 à turbine à gaz comprend un compresseur (non représenté), un système de combustion 10 et une turbine (non représentée) en aval du système de combustion 10. Le système de combustion 10 comprend une chambre de combustion 20, dans laquelle a lieu une combustion d'air et de combustible, un conduit de transition 25 qui s'étend en aval de la chambre de combustion 20 et un carter 40 qui enveloppe la chambre de combustion 10. La chambre de combustion 20 comprend une chemise de combustion annulaire 21. Un étranglement 22 de venturi est défini le long de la chemise de combustion 21 et comporte une partie convergente dans laquelle la chemise 21 de combustion 21 devient plus étroite et une partie divergente, disposée en aval de la partie convergente, dans laquelle la chemise de combustion 21 s'élargit. Des orifices d'échappement 23 sont mélangés le long de la chemise de combustion 21 pour permettre le refroidissement et faciliter l'entrée d'air de combustion dans la chambre de combustion 20. Une ouverture de dilution 24 est ménagée dans la chemise de combustion 21 à un second emplacement axial 82 de la chambre de combustion 20. L'ouverture de dilution 24 permet à de l'air de dilution d'entrer dans la chambre de combustion 20 et, lorsque les dimensions de l'ouverture de dilution 24 sont calibrées pour le moteur 1 à turbine à gaz, elle est conçue pour maintenir un niveau d'air de dilution approprié pour la combustion dans la chambre de combustion 20. La chambre de combustion 20 est enveloppée par le carter 40 de telle sorte qu'un passage d'air annulaire 35 soit défini autour du pourtour extérieur de la chambre de combustion 20. Un manchon d'écoulement 30 est couplé à une surface intérieure du carter 40 et guide des flux d'air dans le passage 35 d'air depuis une extrémité distale du carter 40 jusqu'à, au moins, l'ouverture de dilution 24. Le carter 40 comprend une première bride 41, qui est supportée par des premiers boulons 42, un carter extérieur 43, qui est monté sur la première bride 41, et une seconde bride 44, qui est montée sur le carter extérieur 42 et qui est supportée par des seconds boulons reçus dans des espaces de réception 45 de boulons. Un ensemble de couvercle 50, comportant un injecteur primaire 60 de combustible et un injecteur secondaire 70 de combustible, est disposé dans une partie d'extrémité du carter 40 et est monté sur la seconde bride 44, au moins par les seconds boulons. Puisque les premiers boulons 42 et les seconds boulons se présentent chacun sous la forme d'ensembles d'environ vingt (20) boulons, les opérations de montage et de démontage du carter 40 prennent chacune beaucoup de temps. Ainsi, un montage du carter 40 comprend la mise en place de la première bride 41, du carter extérieur 43, de la seconde bride 44 et de l'ensemble de couvercle 50 et le serrage d'environ quarante (40) boulons, tandis qu'un démontage du carter 40 nécessite, au moins, l'enlèvement des quarante (40) boulons. De la sorte, il peut être avantageux de réduire le nombre de fois où les opérations de montage et de démontage doivent être effectuées, par exemple pour re-calibrer les dimensions de l'ouverture de dilution 24. A cette fin, une pièce de réglage 80 de flux d'air de dilution est disposée sur le carter 40 et communique avec le passage 35 d'air Le moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution est conçu pour accroître et/ou réduire une quantité disponible de l'air de dilution à fournir à la chambre de combustion 20 et, par conséquent, il réduit sensiblement ou il annule la nécessité de renouveler le démontage pour recalibrer l'ouverture de dilution 24, ce qui, autrement, nécessiterait le montage/démontage répétés d'au moins le carter 40. Selon une forme de réalisation de l'invention, le moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution est situé à un premier emplacement axial 81 du système de combustion 10. Ici, le premier emplacement axial 81 est en avant, sur l'axe longitudinal du moteur 1 à turbine à gaz, du second emplacement axial 82 où est disposée l'ouverture de dilution 24. Plus précisément, on notera que le premier emplacement axial 81 peut être tout près de l'ensemble de couvercle 50, mais ne se limite pas à cet emplacement. En référence aux figures 2A, 3 et 4, on notera que le moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution peut comprendre un premier dispositif de réglage 100 d'air de dilution qui ressemble, par sa forme, à une bougie d'allumage. Dans une autre forme possible de réalisation de l'invention, et en référence à la Fig. 2B, on notera que le moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution peut comprendre un second dispositif de réglage 110 d'air de dilution qui ressemble, par sa forme, à un tube de raccordement. Plus précisément, comme décrit en référence au cas du premier dispositif de réglage 100 d'air de dilution, la porosité à l'air de dilution du premier dispositif de réglage 100 d'air de dilution détermine une quantité disponible d'air de dilution présente dans le passage 35 d'air. Par conséquent, comme la porosité à l'air de dilution du premier dispositif de réglage 100 d'air de dilution peut être accrue et/ou réduite, la quantité disponible de l'air de dilution dans le passage 35 d'air peut elle aussi être accrue et/ou réduite. A cette fin, le premier dispositif de réglage 100 d'air de dilution peut comprendre un organe de réglage 120 de flux d'air de dilution qui possède un moyen (par exemple la pièce intérieure 121) qui peut être amené à tourner autour d'une axe 101 de celui-ci, par exemple par un opérateur employant une clef sur des parties appropriées du premier dispositif de réglage 100 d'air de dilution. Cette rotation accroît et/ou réduit la porosité à l'air de dilution du premier dispositif de réglage 100 d'air de dilution et, de ce fait, accroît et/ou réduit une quantité disponible de l'air de dilution dans le passage 35 d'air. Toujours en référence à la fig. 3, l'organe de réglage 120 de flux d'air de dilution peut comporter une pièce intérieure 121 ayant des premiers orifices de purge 125, qui communiquent avec un extérieur du carter 40, et une pièce extérieure 122 ayant des seconds orifices de purge 126, qui communiquent avec le passage 35 d'air. Ici, la pièce extérieure est montée de manière fixe par rapport au premier dispositif de réglage 100 d'air de dilution, tandis que la pièce intérieure 121 peut être amenée à tourner autour de l'axe 101 et par rapport à la pièce extérieure 122. Ainsi, la rotation de la pièce intérieure 121 fait coïncider ou ne pas coïncider les positions des premiers et seconds orifices de purge 125, 126 les unes avec les autres et, de ce fait, permet une quantité disponible accrue et/ou réduite d'air de dilution. Considérant maintenant la Fig. 4, dans une autre forme de réalisation de l'invention, un servomécanisme 200 peut être conçu pour manipuler l'organe de réglage 120 de flux d'air de dilution du premier dispositif de réglage 100 d'air de dilution afin d'accroître et/ou de réduire la porosité de celui-ci à l'air de dilution. Ici, un système de commande 210 peut coopérer avec la chambre de combustion 20 et avec le servomécanisme 200. Le système de commande 210 est conçu pour surveiller la combustion dans la chambre de combustion 20 et pour transmettre au servomécanisme 200 un signal 205 qui demande au servomécanisme de manipuler l'organe de réglage 120 de flux d'air de dilution. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé d'ajustement du système de combustion 10 du moteur 1 à turbine à gaz. Comme décrit plus haut, le système de combustion 10 comprend la chambre de combustion 20, dans laquelle a lieu la combustion d'un combustible, et le carter 40 qui enveloppe le pourtour de la chambre de combustion 20. Le passage 35 d'air est conçu pour fournir de l'air de dilution à la chambre de combustion 20 via l'ouverture de dilution 24. Le procédé comprend la mesure d'une caractéristique de combustion du combustible, par exemple dans la chambre de combustion de combustible, la détermination, d'après la caractéristique mesurée de combustion de combustible, de ce qu'une quantité disponible de l'air de dilution à fournir à la chambre de combustion est inférieure à un seuil prédéterminé, et l'installation d'un moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution sur le carter 40 et en communication avec l'ouverture 35 d'air de façon à accroître et/ou réduire une quantité disponible de l'air de dilution à fournir à la chambre de combustion 20. Le procédé peut comprendre en outre la détermination d'une valeur de la quantité disponible de l'air de dilution. Une fois que la valeur de la quantité disponible de l'air dilution est déterminée, le moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution peut être manipulé afin d'accroître et/ou de réduire la quantité disponible de l'air de dilution s'il est déterminé que la valeur de la quantité disponible de l'air de dilution est au dessous du seuil prédéterminé. Ce seuil prédéterminé peut être exclusif pour chaque système de combustion amélioré 10 mais, généralement, il sera, lié à une quantité d'air de dilution suffisante pour maintenir un niveau optimal de combustion dans la chambre de combustion 20. Selon encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de montage du système de combustion 10 de moteur 1 à turbine à gaz. Le procédé comprend la formation d'une chambre de combustion 20, la formation d'une ouverture de dilution 24 le long d'un pourtour extérieur de la chambre de combustion 20, l'enveloppement du pourtour de la chambre de combustion 20 par un carter 40 afin de définir un passage 35 d'air entre le carter et la chambre de combustion 20, le passage 35 d'air étant conçu pour fournir de l'air de dilution à la chambre de combustion 20 via l'ouverture de dilution 24, et l'installation d'un moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution sur le carter et en communication avec le passage 35 d'air qui est placé afin d'accroître et/ou de réduire une quantité disponible de l'air de dilution à fournir à la chambre de combustion 20. La formation de l'ouverture de dilution 24 peut comporter l'établissement de dimensions de l'ouverture de dilution 24 à des valeurs initiales de celles-ci, tandis que l'installation du moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution peut comporter l'établissement de la porosité à l'air de dilution du moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution à un niveau initial, dont il est estimé qu'il correspond aux valeurs initiales des dimensions de l'ouverture de dilution 24. Ensuite, comme décrit plus haut, une valeur de la quantité disponible de l'air de dilution peut être déterminée et le moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution peut être manipulé pour accroître et/ou réduire la quantité disponible de l'air de dilution s'il est déterminé que la valeur est au dessous du seuil prédéterminé. Dans chacun des aspects de l'invention évoqués ci-dessus, le montage du moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution sur le carter 40 comprend au moins une des étapes consistant à installer le moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution tout près d'un ensemble de capot 50 et en avant de l'ouverture de dilution 24, mais pas forcément limité à cette zone, à remplacer une bougie d'allumage du système de combustion par un premier dispositif de réglage 100 d'air de dilution qui ressemble, par sa forme, à une bougie d'allumage, à remplacer un tube de raccordement du système de combustion par un second dispositif de réglage 110 d'air de dilution qui ressemble, par sa forme, à un tube de raccordement, à installer le moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution sur le carter 40 à en emplacement où aucun autre organe n'est déjà installé sur le carter 40, ou à monter un nouveau carter avec un bossage disposé sur celui-ci pour supporter le moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution. Une fois ainsi installé, le moyen de réglage 80 de flux d'air de dilution peut être manipulé pour accroître et/ou réduire la quantité disponible de l'air de dilution. REVENDICATIONS1. Système de combustion (10) de turbine (1), comprenant : une chambre de combustion (20), dans laquelle a lieu une combustion de combustible et le long de laquelle est définie une 5 ouverture de dilution (24) ; un carter (40) enveloppant le pourtour de la chambre de combustion (20) afin de définir un passage (35) d'air entre le carter (40) et la chambre de combustion (20), le passage (35) d'air étant conçu pour fournir de l'air de dilution à la chambre de combustion 10 (20) via l'ouverture de dilution (24) ; et un moyen de réglage (80) de flux d'air de dilution disposé sur le carter (40) et communiquant avec le passage (35) d'air, le moyen de réglage (80) de flux d'air de dilution, conçu pour accroître et/ou réduire une quantité disponible de l'air de dilution à fournir à la 15 chambre de combustion (20). 2. Système de combustion selon la revendication 1, dans lequel le moyen de réglage (80) de flux d'air de dilution comporte un dispositif de réglage (100, 110) d'air de dilution. 3. Système de combustion selon la revendication 2, dans 20 lequel le dispositif de réglage (100) d'air de dilution a une forme de bougie d'allumage. 4. Système de combustion selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de réglage (110) d'air de dilution a une forme de tube de raccordement. 25 5. Procédé d'ajustement d'un système de combustion (10) de turbine (1), comprenant une chambre de combustion (20) de combustible et un carter (40) enveloppant le pourtour de la chambre de combustion (20) et définissant un passage (35) d'air depuis lequel de l'air de dilution est fourni à la chambre de combustion (20) via une 30 ouverture de dilution (24), le procédé comprenant : la mesure d'une caractéristique de combustion de combustible ; la détermination, d'après la caractéristique de combustion de combustible mesurée, de ce qu'une quantité disponible de l'air dedilution à fournir à la chambre de combustion (20) est au dessous d'un seuil prédéterminé ; et l'installation d'un moyen de réglage (80) de flux d'air de dilution sur le carter (40) et en communication avec le passage (35) d'air de manière à accroître et/ou réduire une quantité disponible de l'air de dilution à fournir à la chambre de combustion (20). 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'installation du moyen de réglage (80) de flux d'air de dilution sur le carter comporte : le remplacement d'une bougie d'allumage du système de combustion (10) par un dispositif de réglage (100) d'air de dilution. 7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'installation du moyen de réglage (80) de flux d'air de dilution sur le carter (40) comporte : le remplacement d'un tube de raccordement du système de combustion (10) par un dispositif de réglage (110) d'air de dilution. 8. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'installation du moyen de réglage (80) de flux d'air de dilution sur le carter (40) comporte : l'installation initiale d'un bossage sur le carter (40) pour supporter le moyen de réglage (80) de flux d'air de dilution. 9. Procédé de montage d'un système de combustion (10) de turbine (1), comprenant : la formation d'une chambre de combustion (20) de combustible ; la formation d'une ouverture de dilution (24) le long d'un extérieur de la chambre de combustion (20) ; l'enveloppement du pourtour de la chambre de combustion (20) par un carter (40) pour définir un passage (35) d'air entre le carter (40) et la chambre de combustion (20), le passage (35) d'air étant conçu pour fournir de l'air à la chambre de combustion (20) via l'ouverture de dilution (24) ; et l'installation d'un moyen de réglage de flux d'air de dilution sur le carter et en communication avec le passage d'air pour ainsi être mis dans une position visant à accroître et/ou réduire une quantité disponible de l'air de dilution à fournir à la chambre de combustion. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l'installation du moyen de réglage (80) de flux d'air de dilution sur le carter (40) comporte : l'installation du moyen de réglage (80) de flux d'air de dilution 5 sur un bossage préalablement installé sur le carter 40).