FR2970558A1 - Dispositif de combustion et procede pour reparer un dispositif de combustion - Google Patents

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Abstract

Dispositif de combustion comportant un capot d'extrémité avec un alésage traversant le capot d'extrémité. Le dispositif de combustion comporte en outre un élément rapporté dans l'alésage du capot d'extrémité et au moins un passage continu à travers le capot d'extrémité et l'élément rapporté. Une couronne (40) est montée à demeure sur le capot d'extrémité, un joint d'étanchéité (44) étant intercalé entre la couronne (40) et l'élément rapporté. Procédé pour réparer un dispositif de combustion comprenant le montage d'une couronne (40) à demeure sur un capot d'extrémité et l'installation d'un élément rapporté de rechange dans le capot d'extrémité. Le procédé comporte en outre l'installation d'un joint d'étanchéité (44) entre la couronne (40) et l'élément rapporté de rechange

Description

B 12-0148FR 1 Dispositif de combustion et procédé pour réparer un dispositif de combustion
La présente invention concerne de façon générale un dispositif de combustion et un procédé pour réparer un dispositif de combustion. En particulier, diverses formes de réalisation de la présente invention proposent un système ou un procédé pour modifier ou réparer un capot d'extrémité du dispositif de combustion.
Les dispositifs de combustion sont connus dans la technique pour enflammer un combustible avec de l'air afin de produire des gaz de combustion à température et pression élevées. Par exemple, des systèmes de turbines à gaz, des moteurs d'aéronefs et de nombreux autres systèmes reposant sur la combustion peuvent comporter un ou plusieurs dispositifs de combustion qui mélangent un fluide de travail tel que de l'air avec un combustible et enflamment le mélange afin de produire des gaz de combustion à température et pression élevées. Les gaz de combustion peuvent ensuite servir à faire tourner une turbine, produire une poussée ou exécuter diverses autres formes de travail. Globalement, chaque dispositif de combustion comporte un capot d'extrémité et une chemise qui entourent et définissent une chambre de combustion, et le fluide de travail peut circuler à l'extérieur de la chemise pour évacuer de la chaleur de la chemise avant d'entrer dans la chambre de combustion par un ou plusieurs injecteurs. Les injecteurs peuvent être disposés de manière radiale dans le capot d'extrémité, ou être montés sur le capot d'extrémité, et le combustible peut être envoyé aux injecteurs à travers le capot d'extrémité pour être injecté dans la chambre de combustion. Par exemple, des passages à travers le capot d'extrémité peuvent être reliés à des passages complémentaires présents dans les injecteurs afin de créer une communication fluidique avec la chambre de combustion via le capot d'extrémité et les injecteurs. Un élément rapporté entre le capot d'extrémité et chaque injecteur peut permettre à un unique capot d'extrémité de contenir plusieurs passages différents pour fournir de l'air, un combustible et/ou d'autres fluides à l'injecteur de combustible. L'élément rapporté peut être fixé au capot d'extrémité par des boulons, des brasures ou des joints soudés, et chaque injecteur peut ensuite être fixé par des boulons ou autrement à l'élément rapporté et/ou au capot d'extrémité pour compléter la veine d'écoulement de fluide passant par le capot d'extrémité, l'élément rapporté et chaque injecteur. Les changements de température associés au dispositif de combustion peuvent produire une dilatation inégale entre le capot d'extrémité et l'élément rapporté. Avec le temps, les joints brasés ou soudés entre le capot d'extrémité et l'élément rapporté risquent de se fissurer ou de se casser, provoquant éventuellement une fuite interne entre les divers passages présents dans le capot d'extrémité et/ou l'élément rapporté. Dans certains modèles de capots d'extrémité, les joints brasés ou soudés peuvent être éliminés et remplacés par un ou plusieurs joints d'étanchéité entre le capot d'extrémité et l'élément rapporté, comme décrit dans le brevet US n° 7 134 287. Cependant, des contraintes de géométrie empêchent la présence de surface réceptrice adéquate pour les joints d'étanchéité de rechange dans certains modèles de capots d'extrémité. Par conséquent, un nouveau modèle de dispositif de combustion permettant le remplacement ou la réparation d'un ou de plusieurs joints brasés ou soudés du capot d'extrémité serait utile.
Une première forme de réalisation de la présente invention consiste en un dispositif de combustion qui comporte un capot d'extrémité avec un alésage à travers le capot d'extrémité. Le dispositif de combustion comporte en outre un élément rapporté dans l'alésage du capot d'extrémité et au moins un passage continu à travers le capot d'extrémité et l'élément rapporté. Une couronne est fixée à demeure sur le capot d'extrémité, un joint d'étanchéité étant intercalé entre la couronne et l'élément rapporté. Une autre forme de réalisation de la présente invention consiste en un dispositif de combustion qui comporte un capot d'extrémité et un injecteur monté sur le capot d'extrémité. Le dispositif de combustion comporte en outre un élément rapporté entre le capot d'extrémité et l'injecteur et au moins un passage continu à travers le capot d'extrémité et l'élément rapporté. Une couronne est montée à demeure sur le capot d'extrémité, un joint d'étanchéité étant intercalé entre la couronne et l'élément rapporté. La présente invention propose également un procédé pour réparer un dispositif de combustion. Le procédé comporte le montage à demeure d'une couronne sur un capot d'extrémité et l'installation d'un élément rapporté de rechange dans le capot d'extrémité. Le procédé comporte en outre l'installation d'un joint d'étanchéité entre la couronne et l'élément rapporté de rechange. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue simplifiée en coupe d'un dispositif de combustion selon une première forme de réalisation de la présente invention ; - la figure 2 est une vue agrandie en coupe d'une partie du capot d'extrémité représenté sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue agrandie en coupe du capot d'extrémité représenté sur la figure 2, l'élément rapporté étant supprimé ; - la figure 4 est une vue agrandie en coupe du capot d'extrémité représenté sur la figure 3 avec un élément rapporté de rechange installé dans le capot d'extrémité selon une première forme de réalisation de la présente invention ; - la figure 5 est une vue agrandie en coupe du joint d'étanchéité représenté sur la figure 4 selon une première forme de réalisation de la présente invention ; et - la figure 6 est une vue agrandie en coupe du joint d'étanchéité représenté sur la figure 4 selon une autre forme possible de réalisation de la présente invention. La figure 1 représente une vue simplifiée en coupe d'un dispositif de combustion 10 selon une première forme de réalisation de la présente invention. Une enveloppe 12 peut entourer le dispositif de combustion afin de contenir l'air ou le fluide de travail circulant vers le dispositif de combustion 10. Comme représenté, le dispositif de combustion 10 peut comporter un ou plusieurs injecteurs 14 disposés de manière radiale dans un couvercle supérieur 16. Un capot d'extrémité 18 et une chemise 20 entourent globalement une chambre de combustion 22 située en aval des injecteurs 14. Un manchon d'écoulement 24 pourvu de trous d'écoulement 26 peut entourer la chemise 20 afin de définir un passage annulaire entre le manchon d'écoulement 24 et la chemise 20. L'air ou le fluide de travail peut passer par les trous d'écoulement 26 du manchon d'écoulement 24 afin de s'écouler à l'extérieur de la chemise 20 pour assurer un refroidissement par film ou par convexion de la chemise 20. L'air ou le fluide de travail inverse ensuite sa direction d'écoulement pour passer par le ou les injecteurs 14 dans lesquels il se mélange avec un combustible avant de s'enflammer dans la chambre de combustion 22 pour produire des gaz de combustion à pression et température élevées. La figure 2 représente une vue agrandie en coupe d'une partie du capot d'extrémité 18 représenté sur la figure 1 avant des améliorations selon la présente invention. Comme représenté, le capot d'extrémité 18 peut comporter un ou plusieurs alésages 30 et des passages continus 32 qui traversent le capot d'extrémité 18. Les alésages 30 et les passages continus 32 assurent une communication fluidique à travers le capot d'extrémité 18 pour permettre à un combustible, un diluant, un gaz inerte ou autre fluide de passer à travers le capot d'extrémité 18 jusqu'à l'injecteur 14. Comme représenté sur la figure 2, dans des formes de réalisation particulières, l'alésage 30 peut être étagé dans la direction axiale, ce qui crée à travers le capot d'extrémité 18 des diamètres variables de l'alésage 30 qui constituent des surfaces réceptrices commodes entre le capot d'extrémité 18 et un élément rapporté 34. L'élément rapporté 34 peut être installé dans l'alésage 30 et monté sur le capot d'extrémité 18 à l'aide de boulons ou d'un ou de plusieurs joints brasés 36 ou soudés, et l'injecteur 14 peut être monté sur le capot d'extrémité 18 et/ou l'élément rapporté 34 en aval de l'élément rapporté 34 afin que l'élément rapporté 34 soit entre le capot d'extrémité 18 et l'injecteur 14. De cette manière, des fluides présents dans l'alésage 30 et/ou les passages 32 peuvent traverser l'élément rapporté 34 jusqu'à l'injecteur 14, et les joints brasés 36 ou soudés entre l'élément rapporté 34 et le capot d'extrémité 18 peuvent constituer une limite appropriée pour empêcher les fluides de se combiner ou de se mélanger dans l'alésage 30 et/ou les passages 32.
Pendant des fonctionnements temporaires ou continus, des gradients de température entre le capot d'extrémité 18 et l'élément rapporté 34 peuvent affaiblir ou endommager les joints brasés 36 ou soudés entre le capot d'extrémité 18 et l'élément rapporté 34. Par conséquent, des fuites sont susceptibles d'apparaître entre l'alésage 30 et les passages 32, permettant au fluide de se combiner ou de se mélanger dans l'alésage 30 et/ou les passages 32. Bien que le dispositif de combustion 10 puisse continuer à fonctionner avec des fuites d'une certaine ampleur entre l'alésage 30 et divers passages 32, les fuites éventuelles risquent de nuire au fonctionnement du dispositif de combustion en modifiant le débit prévu du fluide dans l'injecteur 14. Les joints brasés 36 ou soudés affaiblis ou endommagés risquent d'être difficiles à examiner et détecter et, une fois qu'ils sont détectés, les contraintes d'espace ou de géométrie à l'intérieur de l'alésage 30 risquent de rendre des réparations classiques difficiles ou irréalisables sans un remplacement du capot d'extrémité 18 tout entier. Diverses formes de réalisation de la présente invention proposent un système et un procédé pour modifier un capot d'extrémité 18 neuf ou existant pour remplacer ou réparer un ou plusieurs joints brasés 36 ou soudés existants par une couronne 40. La couronne 40 a normalement une rigidité inférieure à celle de l'élément rapporté d'origine 34, si bien que les contraintes de traction sont plus faibles entre la couronne 40 et le capot d'extrémité 18. De plus, en raison de la suppression ou de la réparation d'un ou de plusieurs joints brasés 36 ou soudés, la couronne 40 peut être plus accessible, si nécessaire, pour un examen et des réparations ultérieurs. Par conséquent, le capot d'extrémité 18 peut être modifié ou réparé pour assembler le capot d'extrémité 18 et l'injecteur 14 sans nécessiter une nouvelle conception ou un remplacement du capot d'extrémité 18, ce qui permet de fortes économies sur les coûts des réparations ou des remplacements. La figure 3 est une vue agrandie en coupe du capot d'extrémité 18 représenté sur la figure 2, l'élément rapporté d'origine 34 étant supprimé. L'élément rapporté d'origine 34 et les éventuels joints brasés 36 ou soudés affaiblis ou endommagés peuvent être éliminés dans l'alésage 30, par exemple par meulage ou usinage, laissant en place une ou plusieurs couronnes 40 qui faisaient partie de l'élément rapporté d'origine 34 et les joints brasés 36 ou soudés correspondants qui fonctionnent encore. Selon une autre possibilité, illustrée sur la figure 3, l'élément rapporté d'origine 34 et tous les joints brasés 36 ou soudés correspondants peuvent être entièrement éliminés et remplacés par une ou plusieurs couronnes 40 montées à demeure sur le capot d'extrémité 18.
Chaque couronne 40, qu'il s'agisse d'un reste de l'élément rapporté d'origine 34 ou d'une pièce neuve, peut comprendre un anneau fixé comme précédemment au capot d'extrémité 18, par brasage ou soudage. La masse réduite ou la géométrie ouverte de chaque couronne 40 réduit la rigidité de chaque couronne 40, ce qui aboutit à une réduction correspondante des contraintes de traction entre chaque couronne 40 et le capot d'extrémité 18. De plus, chaque couronne 40 constitue une surface commode pour recevoir un élément rapporté de rechange 42 tout en continuant à préserver les passages continus 32 à travers le capot d'extrémité 18 et l'élément rapporté de rechange 42. La figure 4 est une vue agrandie en coupe du capot d'extrémité 18 représenté sur la figure 3, l'élément rapporté de rechange 42 étant installé dans le capot d'extrémité 18 selon une première forme de réalisation de la présente invention. Comme représenté sur la figure 4, l'élément rapporté de rechange 42, qui coûte beaucoup moins cher qu'un capot d'extrémité de rechange 18, peut être inséré dans l'alésage 30. Un joint d'étanchéité 44 entre chaque couronne 40 et l'élément rapporté de rechange 42 constitue un moyen approprié pour empêcher les fluides de se combiner ou de se mélanger dans l'alésage 30 et/ou les passages 32. Le joint d'étanchéité 44 peut être constitué par une bague métallique annulaire à forme globalement en W ou à section en C, qui permet au joint 44 de fléchir facilement en réponse à un déplacement relatif entre l'élément rapporté de rechange 42 et la couronne correspondante 40. Là encore, l'injecteur 14 peut être monté sur le capot d'extrémité 18 et/ou l'élément rapporté de rechange 42, en aval de l'élément rapporté de rechange 42, afin que l'élément rapporté de rechange 42 soit entre le capot d'extrémité 18 et l'injecteur 14. De cette manière, les fluides présents dans l'alésage 30 et/ou les passages 32 peuvent atteindre l'injecteur 14 comme précédemment, via l'élément rapporté de rechange 42, et la combinaison des couronnes 40 et des joints 44 entre l'élément rapporté de rechange 42 et le capot d'extrémité 18 crée un moyen approprié afin d'empêcher les fluides de se combiner ou de se mélanger dans l'alésage 30 et/ou les passages 32. Les figures 5 et 6 sont des vues agrandies en coupe des joints d'étanchéité 44 représentés sur la figure 4, selon diverses formes de réalisation de la présente invention. Comme représenté sur les figures 5 et 6, les joints 44 empêchent le passage de fluides à travers les joints 44 pendant la dilatation ou la contraction des surfaces adjacentes. En particulier, la figure 5 montre qu'un joint d'étanchéité 44 en W entre la couronne 40 et l'élément rapporté de rechange 42 permet la dilatation ou la contraction de la couronne 40 et de l'élément rapporté de rechange 42 pendant la marche sans permettre un écoulement de fluide à travers le joint 44. De même, la figure 6 montre qu'un joint d'étanchéité 44 en C peut remplacer un joint brasé ou soudé existant entre le capot d'extrémité 18 et l'élément rapporté de rechange 42.
Liste des repères 10 Dispositif de combustion 12 Enveloppe 14 Injecteurs 16 Couvercle supérieur 18 Capot d'extrémité 20 Chemise 22 Chambre de combustion 24 Manchon d'écoulement 26 Trous d'écoulement 28 Passage annulaire 30 Alésage 32 Passages 34 Elément rapporté 36 Joint brasé 40 Bague 42 Elément rapporté de rechange 44 Joint d'étanchéité

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de combustion (10) comportant : un capot d'extrémité (18) ; un alésage (30) à travers le capot d'extrémité (18) ; un élément rapporté (34) dans l'alésage (30) du capot d'extrémité (18) ; au moins un passage continu (32) à travers le capot d'extrémité (18) et l'élément rapporté (34) ; une couronne (40) montée à demeure sur le capot d'extrémité 10 (18) ; et un joint d'étanchéité (44) entre la couronne (40) et l'élément rapporté (34).
  2. 2. Dispositif de combustion (10) selon la revendication 1, dans lequel l'alésage (30) à travers le capot d'extrémité (18) est 15 étagé dans une direction axiale.
  3. 3. Dispositif de combustion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couronne (40) est fixée au capot d'extrémité (18) par brasage et/ou soudage.
  4. 4. Dispositif de combustion (10) selon l'une quelconque des 20 revendications précédentes, comportant en outre une pluralité de passages continus (32) avec le capot d'extrémité (18) et l'élément rapporté (34).
  5. 5. Dispositif de combustion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre un injecteur (14) 25 monté sur le capot d'extrémité (18), en aval de l'élément rapporté (34).
  6. 6. Dispositif de combustion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une pluralité de couronnes (40) montées à demeure sur le capot d'extrémité (18).
  7. 7. Dispositif de combustion (10) selon la revendication 6, comportant un joint d'étanchéité (44) entre chacune des différentes couronnes (40) et l'élément rapporté (34).
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