Brevet FR2930292A1 — publié le 20091023

B09-1166FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Dispositif de refroidissement pour pièce de transition de chambre de combustion Invention de : CHILA Ronald James PURNELL David Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 8 avril 2008 sous le n° 12/099.352 1 Dispositif de refroidissement pour pièce de transition de chambre de combustion La présente invention est relative aux turbines à gaz. Plus particulièrement, la présente invention est relative au refroidissement d'organes de turbines à gaz. Une turbine à gaz classique comprend une pluralité de chambres de combustion organisées en un ensemble annulaire autour d'un arbre rotatif. Les chambres de combustion reçoivent un combustible d'une source de combustible et de l'air comprimé d'un compresseur qui est entraîné par l'arbre. Le combustible est brûlé dans l'air comprimé à l'intérieur de la chambre de combustion afin de produire des gaz de combustion chauds. Les gaz de combustion se détendent dans une turbine pour produire un travail servant à entraîner l'arbre. Les gaz de combustion chauds sont transférés des chambres de combustion à la turbine par une pluralité respective de conduits de transition. Les gaz de combustion chauds passant par les conduits de transition soumettent la structure des conduits à de très fortes températures. Ordinairement, le refroidissement est assuré pour les conduits de transition par un flux de refroidissement par impact dirigé, sous la forme d'un flux d'air passant par les trous de refroidissement par impact en différents points d'un manchon enveloppant le conduit de transition. Cependant, ce procédé est globalement efficace pour refroidir le conduit de transition à l'emplacement des trous de refroidissement par impact. Selon un premier aspect de l'invention, un dispositif pour refroidir une pièce de transition d'une chambre de combustion comprend au moins une enveloppe disposée sur la pièce de transition, à l'extérieur de la pièce de transition. Au moins un bossage de support est situé entre chaque enveloppe et la pièce de transition. Chaque bossage de support, chaque enveloppe et la pièce de transition définissent au moins un canal de flux de refroidissement servant à diriger le flux pour le refroidissement de la pièce de transition. Selon un autre aspect de l'invention, un procédé de refroidissement d'une pièce de transition d'une chambre de combustion comprend l'introduction d'un flux de refroidissement dans au moins un canal de flux de refroidissement situé sur la pièce de transition, chaque canal de flux de refroidissement étant défini par la pièce de transition, au moins une enveloppe située sur la pièce de transition et à l'extérieur de la pièce de transition, et au moins un bossage de support situé entre chaque enveloppe et la pièce de transition. Le flux de refroidissement est dirigé via au moins un bossage de support et passe sur une surface extérieure de la pièce de transition en refroidissant de ce fait la pièce de transition. Selon encore un autre aspect de l'invention, une turbine à gaz comprend au moins une chambre de combustion et au moins une turbine. Au moins une pièce de transition est disposée en communication d'écoulement avec chaque chambre de combustion et chaque turbine pour acheminer des gaz de combustion depuis chaque chambre de combustion jusqu'à chaque turbine. Au moins une enveloppe est située sur chaque pièce de transition et à l'extérieur de chaque pièce de transition. Au moins un bossage de support est disposé entre chaque enveloppe et chaque pièce de transition. Chaque bossage de support, chaque enveloppe et chaque pièce de transition définissent au moins un canal de flux de refroidissement servant à diriger le flux de refroidissement pour chaque pièce de transition. Ces avantages et aspects, et d'autres, apparaîtront plus clairement dans la description ci-après faite en référence aux dessins annexés. 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 partielle en coupe d'une forme de réalisation d'une turbine à gaz ; - la figure 2 est une vue partielle en coupe axiale illustrant une forme de réalisation d'un agencement de pièces de transition dans la turbine à gaz de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue en plan d'une forme de réalisation d'un dispositif de refroidissement d'une pièce de transition de la turbine à gaz de la figure 1. La description détaillée explique des formes de réalisation de l'invention, ainsi que des avantages et des aspects, à titre d'exemple en référence aux dessins. Sur la figure 1 est représentée une turbine à gaz 10. La turbine à gaz 10 comprend un compresseur 12 qui fournit un fluide comprimé à au moins une chambre de combustion 14. Un combustible est injecté dans chaque chambre de combustion 14, se mélange à l'air comprimé, s'enflamme et brûle. Les gaz chauds produits par la combustion passent de chaque chambre de combustion 14, via une pièce de transition correspondante 16, à une turbine 18 qui extrait du travail des gaz chauds pour entraîner un arbre 20 de rotor qui entraîne à son tour le compresseur 12. Les chambres de combustion 14 et les pièces de transition 16 de la forme de réalisation de la figure 1 sont organisées en un ensemble annulaire autour de l'arbre 20 de rotor, comme représenté le plus clairement sur la figure 2. Chaque pièce de transition 16 a une section transversale fermée pour l'acheminement des gaz chauds et peut comporter une partie interne 22 disposée radialement le plus près de l'arbre 20 de rotor et une partie externe 24 disposée radialement le plus loin de l'arbre 20 de rotor. Comme représenté sur la figure 3, un ou plusieurs bossages de support, par exemple des pièces profilées 26, sont disposées sur la pièce de transition 16 et s'étendent depuis une surface extérieure 28 de la pièce de transition 16. Dans certaines formes de réalisation, chaque pièce profilée 26 est fixée à la pièce de transition 16, par exemple par moulage ou soudage. Considérant à nouveau la figure 2, chaque pièce profilée 26 est agencée et disposée de manière à supporter une enveloppe 30 qui s'étend sur au moins une partie de la pièce de transition 16. L'enveloppe 30 peut être faite de métal ou d'autres matières appropriées et, dans certaines formes de réalisation, peut être fixée à chaque pièce profilée 26 par n'importe quel nombre de moyens classiques, par exemple par soudage ou moulage. Comme représenté sur la figure 3, chaque pièce profilée 26, l'enveloppe 30 et la surface extérieure 28 de la pièce de transition 16 définissent au moins un canal 32 de flux de refroidissement. Le flux 34 refoulé par le compresseur 12 entre dans chaque canal 32 de flux de refroidissement, le flux refoulé 34 étant réorienté par chaque pièce profilée 26 sur la surface extérieure 28 de la pièce de transition 16 pour refroidir la pièce de transition 16. Les pièces profilées 26 représentées sur la figure 3 réorientent le flux de refoulement dans une direction sensiblement circonférentielle, mais il faut souligner que d'autres configurations de pièce profilée 26 pour réorienter le flux de refoulement 34 dans d'autres directions, et même d'autres combinaisons, sont envisagées par la présente invention. Dans la forme de réalisation de la figure 3, l'enveloppe 30 est disposée sur la partie externe 24 de la pièce de transition 16. Dans la présente forme de réalisation, la partie interne 22 de la pièce de transition 16 est refroidie en faisant s'écouler de manière sensiblement axiale le flux refoulé 34. Une partie du flux refoulé 34, par exemple la partie qui passe entre des pièces de transition adjacentes 16, entre dans chaque canal 32 de flux de refroidissement. La partie du flux refoulé 34 est réorientée par chaque pièce profilée 26 pour passer sur la surface extérieure 28 de la partie externe 24 de la pièce de transition 16, ce qui assure le refroidissement de la partie externe 24. Dans certaines formes de réalisation, l'enveloppe 30 peut comporter un ou plusieurs trous 36 d'enveloppe qui permettent l'entrée d'un flux refoulé supplémentaire dans chaque canal 32 de flux de refroidissement, à des endroits voulus afin d'améliorer l'efficacité du refroidissement. De plus, chaque pièce profilée 26 peut avoir des dimensions, un profil et une mise en place variable afin d'accroître la vitesse de transfert de chaleur et d'accentuer l'uniformité de répartition du flux refoulé 34 dans le but d'améliorer encore le refroidissement. En outre, dans certaines formes de réalisation, un bord d'attaque 38 de l'enveloppe 30 comporte, par exemple, un bord rayonné qui réduit une chute de pression du flux refoulé 34 entrant dans chaque canal 32 de flux de refoulement, ce qui améliore l'efficacité du refroidissement des canaux 32 de flux de refroidissement. Liste des repères 10 Turbine à gaz 12 Compresseur 14 Chambre de combustion 16 Pièce de transition 18 Turbine 20 Arbre de rotor 22 Partie interne 24 Partie externe 26 Pièce profilée 28 Surface extérieure 30 Enveloppe 32 Canal de flux de refroidissement 34 Flux refoulé 36 Trou dans l'enveloppe 38 Bord d'attaque REVENDICATIONS1. Dispositif pour refroidir une pièce de transition (16) d'une chambre de combustion (14), comprenant : au moins une enveloppe (30) disposée sur la pièce de transition (16), à l'extérieur de la pièce de transition (16) ; et au moins un bossage de support disposé entre chaque enveloppe (30) et la pièce de transition (16), chaque bossage de support, chaque enveloppe (30) et la pièce de transition (16) définissant au moins un canal (32) de flux de refroidissement pour diriger le flux afin de refroidir la pièce de transition (16). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque bossage est au moins une pièce profilée (26). 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque bossage de support est fixé à chaque enveloppe (30) et/ou à la pièce de transition (16). 4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque enveloppe (30) comporte au moins un trou (36) d'enveloppe pour introduire un flux supplémentaire dans chaque canal (32) de flux de refroidissement. 5. Turbine à gaz (10), comprenant : au moins une chambre de combustion ; au moins une turbine (18) ; au moins une pièce de transition (16) disposée en communication d'écoulement avec chaque chambre de combustion et chaque turbine (12) pour transférer des gaz de combustion de chaque chambre de combustion à chaque turbine (12) ; au moins une enveloppe (30) disposée sur chaque pièce de transition (16) et située à l'extérieur de chaque pièce de transition (16) ; et au moins un bossage de support disposé entre chaque enveloppe (30) et chaque pièce de transition (16), chaque bossage de support, chaque enveloppe (30) et chaque pièce de transition (16) définissant au moins un canal (32) de flux de refroidissement pour diriger un flux derefroidissement pour le refroidissement de chaque pièce de transition (16). 6. Turbine à gaz (10) selon la revendication 5, dans laquelle chaque bossage de support est au moins une pièce profilée (26). 7. Turbine à gaz (10) selon la revendication 5, dans laquelle chaque enveloppe (30) est au moins partiellement disposée entre des pièces de transition adjacentes parmi la/les pièces de transition (16). 8. Turbine à gaz (10) selon la revendication 5, dans laquelle chaque support de bossage est fixé à au moins une de chaque enveloppe (30) et de chaque pièce de transition (16). 9. Turbine à gaz (10) selon la revendication 5, dans laquelle au moins une enveloppe (30) comporte au moins un trou (36) d'enveloppe pour introduire un flux supplémentaire dans chaque canal (32) de flux de refroidissement. 10. Procédé de refroidissement d'une pièce de transition (16) d'une chambre de combustion (14), comprenant : l'introduction d'un flux de refroidissement dans au moins un canal (32) de flux de refroidissement disposé sur la pièce de transition (16), chaque canal (32) de flux de refroidissement étant défini par la pièce de transition (16), au moins une enveloppe (30) disposée sur la pièce de transition (16), à l'extérieur de la pièce de transition (16), et au moins une pièce profilée (26) disposée entre chaque enveloppe (30) et la pièce de transition (16) ; l'orientation du flux de refroidissement via chaque pièce profilée (26) ; le passage du flux de refroidissement sur une surface extérieure (28) de la pièce de transition (16), ce qui refroidit la pièce de transition (16).