FR2998038A1 - Chambre de combustion pour une turbomachine - Google Patents

Abstract

Chambre de combustion (110) pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant deux parois annulaires coaxiales, respectivement interne et externe, reliées à leurs extrémités amont par une paroi (118) de fond de chambre comportant une rangée annulaire d'ouvertures (119) de montage de dispositifs (120) d'injection de carburant, caractérisée en ce qu'une tôle annulaire (130) est montée en amont de la paroi de fond et comporte des orifices de montage des dispositifs d'injection précités, cette tôle étant sensiblement parallèle à la paroi de fond et définissant avec celle-ci une cavité annulaire (140) de circulation d'air.

Description

Chambre de combustion pour une turbomachine La présente invention concerne une chambre de combustion pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion.

Une chambre de combustion de ce type comporte classiquement deux parois annulaires coaxiales, respectivement interne et externe, qui sont reliées à leurs extrémités amont par une paroi de fond de chambre. La paroi de fond est sensiblement radiale et est fixée par ses périphéries interne et externe aux extrémités amont des parois interne et externe, 10 respectivement, de la chambre. La paroi de fond comprend une rangée annulaire d'ouvertures de montage de dispositifs d'injection de carburant. Dans la technique actuelle, la paroi de fond est protégée thermiquement par une couronne de déflecteurs qui est montée dans la chambre, directement en aval de la paroi de fond et qui la protège ainsi du 15 rayonnement de la flamme générée dans la chambre. Les déflecteurs ont chacun une orientation circonférentielle et sont disposés circonférentiellement les uns à côté des autres en étant espacés circonférentiellement les uns des autres. La paroi de fond comprend des multiperforations pour le passage d'air de refroidissement, cet air étant 20 destiné à impacter les déflecteurs pour les refroidir en fonctionnement, puis à s'écouler en direction axiale entre la périphérie externe de la couronne de déflecteurs et la paroi externe et entre la périphérie interne de la couronne et la paroi interne. Les déflecteurs sont fixés à la paroi de fond par brasage. Cependant, cette technologie présente de nombreux 25 inconvénients. Les jeux circonférentiels entre les déflecteurs entraînent des fuites d'air de refroidissement, qui génèrent des problèmes de pollution, de consommation de carburant, et de rallumage de la chambre en cas d'extinction. Par ailleurs, les déflecteurs sont très coûteux à réaliser et ont une masse relativement importante. De plus, l'ajout d'un système de 30 sécurité à la chambre (du type « fail safe »), qui assure le maintien des déflecteurs en cas de débrasage, alourdit davantage la masse globale de la chambre de combustion. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.

A cet effet, elle propose une chambre de combustion pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant deux parois annulaires coaxiales, respectivement interne et externe, reliées à leurs extrémités amont par une paroi de fond de chambre comportant une rangée annulaire d'ouvertures de montage de dispositifs d'injection de carburant, caractérisée en ce qu'une tôle annulaire est montée en amont de la paroi de fond et comporte des orifices de montage des dispositifs d'injection précités, cette tôle étant sensiblement parallèle à la paroi de fond et définissant avec celle-ci une cavité annulaire de circulation d'air.

La présente invention est particulièrement avantageuse car elle permet de supprimer les déflecteurs de la technique antérieure, qui sont lourds, coûteux et posent de nombreux problèmes. Du fait que la chambre peut être dépourvue de déflecteurs, elle peut définir une cavité interne de combustion ayant une plus grande longueur. Cette chambre n'a de plus plus besoin du système « fail safe » de la technique antérieure. Selon l'invention, la paroi de fond est directement exposée au rayonnement de la flamme et est refroidie en fonctionnement par la circulation d'air dans la cavité précitée. La face aval de la paroi de fond peut être revêtue d'une barrière thermique pour augmenter la tenue de la paroi de fond aux fortes températures. La tôle rapportée à l'amont de la paroi de fond a une épaisseur comprise par exemple entre 0,5 et 2mm, et de préférence entre 0,6 et 1,2mm environ. Cette tôle peut être réalisée dans un matériau similaire à celui de la paroi de fond et est par exemple en alliage à base de Nickel ou Cobalt, tel que du hastelloy X ou du HA188.

La tôle peut comprendre un rebord annulaire interne et un rebord annulaire externe qui sont en appui radial respectivement sur un rebord annulaire interne et un rebord annulaire externe de la paroi de fond. La tôle peut être montée avec une précontrainte radiale entre les rebords interne et externe de la paroi de fond. Ceci permet de garantir une étanchéité entre la tôle et la paroi de fond.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la tôle comprend des multiperforations pour l'alimentation en air de la cavité. L'air qui passe par ces multiperforations est destiné à impacter la paroi de fond en vue de son refroidissement. La paroi de fond peut comprendre au moins une rangée annulaire de fentes de sortie d'air, chaque fente ayant une orientation circonférentielle autour de l'axe longitudinal de la chambre. L'air contenu dans la cavité est évacué dans la chambre par ces fentes. De préférence, la paroi de fond comprend une rangée annulaire externe de fentes qui s'étend autour des ouvertures de montage des dispositifs d'injection de la paroi de fond, pour la formation d'un film d'air destiné à remplacer le film d'air s'écoulant entre la périphérie externe des déflecteurs et la paroi externe de la chambre dans la technique antérieure, et une rangée annulaire interne de fentes qui est situé à la périphérie interne de la paroi de fond pour la formation d'un film d'air destiné à remplacer le film d'air s'écoulant entre les déflecteurs et la paroi interne de la chambre dans la technique antérieure. Une bague sensiblement cylindrique peut être engagée dans chaque ouverture de la paroi de fond, cette bague comportant une collerette annulaire externe comportant une face latérale aval d'appui sur la paroi de fond et une face latérale amont d'appui sur la tôle ou sur une autre bague coaxiale en appui sur la tôle. La collerette de la bague est ainsi intercalée entre la tôle et la paroi de fond et définit l'épaisseur de la cavité de circulation d'air. La bague peut être fixée à la paroi de fond par brasage ou soudage.

Un fourreau peut être monté dans la bague et comprend un rebord annulaire externe définissant une surface annulaire aval d'appui sur la tôle.

En position de montage dans laquelle le rebord du fourreau est en appui sur la tôle, la bague est de préférence séparée par un jeu axial du rebord du fourreau. Ce montage permet d'immobiliser la tôle par serrage entre le fourreau et la bague. Le fourreau peut être fixé à la bague par brasage ou soudage. La chambre de combustion selon l'invention peut être équipée de vingt dispositifs d'injection de carburant, la tôle comportant alors vingt orifices de montage des dispositifs d'injection. La présente invention concerne encore une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comporte une chambre de combustion telle que décrite ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'une chambre de combustion de turbomachine de l'art antérieur, - la figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle d'une partie de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique partielle en perspective de la paroi de fond de la chambre de la figure 1, vue depuis l'aval, - la figure 4 est vue correspondant à la figure 2 et représentant un mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue schématique à plus grande échelle d'une partie de la figure 4, - la figure 6 est une vue schématique partielle en perspective de la paroi de fond de la chambre de la figure 4, vue depuis l'aval, et - la figure 7 est une vue similaire à celle de la figure 5 et représente une variante de réalisation de l'invention.

Les figures 1 à 3 illustrent une chambre de combustion 10 d'une turbomachine conformément à l'art antérieur. La turbomachine comporte un 2 99803 8 5 compresseur non représenté dans lequel de l'air est comprimé avant d'être injecté par un conduit annulaire de diffusion dans un carter de chambre non représenté, puis dans la chambre de combustion 10 montée dans ce carter. L'air comprimé est introduit dans la chambre de combustion 10 et mélangé 5 à du carburant issu d'injecteurs 12. Les gaz issus de la combustion sont dirigés vers une turbine haute pression non représentée, située en aval de la sortie de la chambre 10. La chambre de combustion 10, qui est du type annulaire, comporte une paroi radialement interne 14 et une paroi radialement externe 16 10 coaxiales, dont les extrémités amont sont reliées par une paroi de fond 18 s'étendant sensiblement radialement. La paroi de fond 18 comporte une pluralité d'ouvertures 19 servant au montage de dispositifs 20 d'injection de carburant dans lesquels sont destinées à être engagées des têtes des injecteurs de carburant 12. 15 La chambre de combustion 10 comporte en outre des déflecteurs 22 montés en aval de la paroi de fond 18 et destinés à la protéger de la flamme formée dans la chambre de combustion 10. Chaque déflecteur 22 présente une forme générale de secteur angulaire et est solidaire d'un fourreau cylindrique 24 d'un dispositif 20 d'injection 20, ce fourreau étant engagé et brasé dans une des ouvertures 19 de la paroi de fond, comme cela est mieux visible en figure 2. Chaque déflecteur 22 comprend un bord périphérique interne et un bord périphérique externe reliés par des bords latéraux radiaux, comme cela est schématiquement représenté par des traits pointillés en figure 3. 25 Les déflecteurs 22 sont disposés de façon adjacente par leurs bords radiaux, de manière à former une couronne annulaire de déflecteurs 22 protégeant la paroi de fond 18. En position de montage, les déflecteurs 22 sont séparés les uns des autres par des jeux circonférentiels D qui entraînent de nombreux problèmes décrits plus haut. 30 Les bords périphériques interne et externe des déflecteurs comportent respectivement des rebords 26 s'étendant vers l'aval, parallèlement aux parois interne et externe 14, 16 et espacés de ces dernières d'une distance prédéterminée. La paroi de fond 18 comporte des multiperforations 28 (figure 3) servant au passage d'air issu du compresseur et débouchant dans l'espace annulaire 30 ménagé entre la paroi de fond 18 et les déflecteurs 20 (figure 2). Les jets d'air issus de ces multiperforations 28 impactent les déflecteurs 20 de manière à les refroidir. En outre, les films d'air passant entre les rebords 26 et les parois interne et externe 14, 16 permettent de refroidir ces parois. Comme cela est visible en figure 3, la paroi de fond 18 ne comprend pas de multiperforations 28 au niveau des jeux D précités et n'est pas ventilée dans ces zones. La ventilation de la paroi de fond 18 n'est donc pas homogène sur toute sa circonférence.

L'invention permet de remédier au moins en partie aux problèmes précités de la technique antérieure au moyen d'une tôle annulaire qui est rapportée et fixée à l'amont de la paroi de fond de la chambre et qui permet de supprimer les déflecteurs de la technique antérieure et donc également leurs inconvénients.

Les figures 4 à 6 représentent un mode de réalisation de la présente invention. La chambre de combustion 110 des figures 4 à 6 diffère de celle précédemment décrite notamment en ce qu'elle ne comprend pas de déflecteurs et qu'elle comprend une tôle annulaire 130 qui est montée en amont de la paroi de fond 118, parallèlement et à distance de celle-ci. La paroi de fond 118 diffère de celle décrite dans ce qui précède en ce qu'elle ne comprend pas de multiperforations (figure 6). Elle comprend une rangée annulaire d'ouvertures 119 dans lesquelles sont montés les dispositifs d'injection 120, comme cela sera décrit plus en détail 30 dans ce qui suit. La paroi de fond comprend à sa périphérie externe un rebord annulaire amont 132 sensiblement cylindrique de fixation à l'extrémité amont de la paroi externe de la chambre, et à sa périphérie interne un rebord annulaire amont 134 sensiblement cylindrique de fixation à l'extrémité amont de la paroi interne de la chambre. La fixation de ces parois est assurée par des moyens du type vis-écrou qui traversent des orifices radiaux 136 de ces parois. La tôle 130 comprend un rebord annulaire amont 137, 138 sensiblement cylindrique à chacune de ses périphéries interne et externe. Comme cela est visible en figure 4, le rebord externe 138 de la tôle 130 est en appui radial sur une surface cylindrique interne du rebord 132 de la paroi de fond 118, et son rebord interne 137 est en appui radial sur une surface cylindrique externe du rebord 134 de la paroi de fond. La tôle 130 est de préférence précontrainte radialement entre les rebords 132, 134 de la paroi de fond pour assurer une étanchéité entre ces éléments au niveau de leurs périphéries interne et externe.

La tôle 130 et la paroi de fond 118 délimitent entre elles une cavité annulaire 140 de circulation d'air. La tôle 130 comprend des multiperforations 139 pour le passage d'air destiné à impacter la paroi de fond 118 en vue de son refroidissement et à alimenter en air la cavité 140 s'étendant entre la tôle 130 et la paroi de fond.

Comme cela est visible en figure 6, la paroi de fond 118 comprend une rangée annulaire interne de fentes 142 et une rangée annulaire externe de fentes 144 d'évacuation de l'air contenu dans la cavité 140. La rangée externe de fentes 144 s'étend radialement à l'extérieur des ouvertures 118, au niveau de la périphérie externe de la paroi de fond 118.

Ces fentes 144 sont destinées à fournir un film d'air le long de la paroi externe de la chambre. La rangée interne de fentes 142 s'étend radialement à l'intérieur des ouvertures 118, au niveau de la périphérie interne de la paroi de fond 118. Ces fentes 144 sont destinées à fournir un film d'air le long de la paroi interne de la chambre.

La tôle 130 comprend une rangée annulaire d'orifices 148 qui sont alignés avec les ouvertures 119 de la paroi de fond 118 et qui servent au montage des dispositifs d'injection 120. Comme cela est mieux visible en figure 5, une bague 150 est engagée depuis l'amont dans chaque ouverture 119 de la paroi de fond 118, cette bague 150 comportant une collerette annulaire externe 152 comportant une face annulaire aval 154 d'appui sur le bord périphérique de l'ouverture 119 de la paroi de fond (du côté amont), et une face annulaire amont 156 sur laquelle le bord périphérique d'un orifice 148 de la tôle est destiné à prendre appui (du côté aval). L'épaisseur ou dimension axiale E de la cavité 140 est définie par l'épaisseur ou dimension axiale de la collerette 152 de la bague. La bague 150 peut être fixée par brasage ou soudage à la paroi de fond 118, par exemple au niveau de son extrémité aval (zone 158).

Un fourreau 160 est monté dans la bague 150, coaxialement à celle-ci. Ce fourreau 160 comprend une partie cylindrique aval 162 engagée dans la bague et reliée à son extrémité amont à un rebord annulaire externe 164 dont une surface latérale aval est destinée à prendre appui sur le bord périphérique de l'orifice 148 de la tôle (du côté amont).

En position de montage représentée en figure 5, le rebord annulaire 164 du fourreau 160 est séparé par un jeu J de la bague 150 pour serrer axialement la tôle 130 entre le fourreau et la bague. Dans le cas d'espèce, ce jeu est créé par le fait que la partie cylindrique 162 du fourreau a une longueur supérieure à celle de la bague et qu'en position montée, les extrémités aval du fourreau et de la bague sont alignées dans un même plan radial par rapport à l'axe longitudinal de la bague et du fourreau. Le fourreau 160 peut être fixé par brasage ou soudage à la bague 150, par exemple au niveau de son extrémité aval (zone 166).

Le rebord externe 164 du fourreau 160 est relié à sa périphérie externe à un rebord cylindrique 168 orienté vers l'amont et sur lequel est destinée à être rapportée et fixée une rondelle 170. Cette rondelle 170 et le rebord 164 du fourreau délimite un espace annulaire 172 dans lequel est logé et peut coulisser en direction radiale un rebord annulaire externe 174 d'un dispositif d'injection 120 afin de compenser des dilatations thermiques différentielles en fonctionnement. Comme cela ressort de la description qui précède, le montage de la tôle 130 en amont de la paroi de fond 118 est précédé par l'engagement et la fixation des bagues 150 dans les ouvertures 119 de la paroi de fond 118. Une fois que la tôle 130 est montée précontrainte entre les rebords 132, 134 de la paroi de fond et qu'elle est en appui sur les collerettes externes 152 des bagues 150, les fourreaux 160 sont engagés dans les bagues jusqu'à ce qu'ils prennent appui sur la tôle. Les fourreaux 160 sont alors fixés à la bague, comme expliqué dans ce qui précède. La tôle 130 est alors pincée entre les fourreaux 160 et les bagues 150. Les dispositifs d'injection 120 sont engagés dans les fourreaux 160 et leurs rebords externes 174 sont logés dans les espaces 172 précités, ces espaces étant ensuite fermés à l'amont par les rondelles 170, qui sont rapportées et fixées sur les fourreaux. La figure 7 représente une variante de réalisation de l'invention dans laquelle la bague 150 précitée est remplacée par deux bagues 250, 250' coaxiales. Une première bague 250 est engagée depuis l'amont dans chaque ouverture de la paroi de fond 118, cette première bague 250 comportant une collerette annulaire externe 252 comportant une face annulaire aval 254 d'appui sur le bord périphérique de l'ouverture de la paroi de fond (du côté amont), et une face annulaire amont 256 d'appui sur une face annulaire aval 258 d'une collerette annulaire externe 260 de la deuxième bague 250'. Cette deuxième bague 250' est engagée depuis l'aval dans un orifice 148 de la tôle 130 et la face annulaire amont 262 de sa collerette 260 est en appui sur le bord périphérique de cet orifice 148 (du côté aval). L'épaisseur ou dimension axiale E de la cavité 140 est définie par les épaisseurs ou dimensions axiales cumulées des collerettes 252, 260 des bagues 250, 250'. La première bague 250 peut être fixée par brasage à la paroi de fond 118, par exemple au niveau des zones 158, et la deuxième bague 250' peut être fixée par brasage à la tôle 130, par exemple au niveau des zones 158'. Le fourreau 160 est monté dans les bagues 250, 250', coaxialement à celles-ci, son rebord annulaire externe 164 étant destiné à prendre appui sur le bord périphérique de l'orifice 148 de la tôle 130 (du côté amont) pour serrer axialement la tôle 130 entre le fourreau et la bague 250'. Le fourreau 160 peut être fixé par brasage ou soudage à la bague 250, par exemple au niveau de son extrémité aval (zone 166). Dans l'exemple représenté, le fourreau 160 est centré dans l'ouverture de la paroi de fond 118 par la première bague 250 et est écarté d'un jeu radial (par rapport à l'axe longitudinal du fourreau) de la deuxième bague 250'. Avant l'opération de montage de la tôle 130, les bagues 250, 250' sont montées respectivement dans les ouvertures de la paroi de fond 118 et les orifices de la tôle. La tôle est déplacée de l'amont vers l'aval par translation le long de l'axe moteur jusqu'à ce que les faces aval 258 des bagues 250' portées par la tôle viennent en appui sur les faces amont 256 des bagues 250 portées par la paroi de fond. Ces faces 256, 258 peuvent être inclinées d'un angle de 20° environ par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe moteur.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Chambre de combustion (110) pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant deux parois annulaires coaxiales, respectivement interne et externe, reliées à leurs extrémités amont par une paroi (118) de fond de chambre comportant une rangée annulaire d'ouvertures (119) de montage de dispositifs (120) d'injection de carburant, caractérisée en ce qu'une tôle annulaire (130) est montée en amont de la paroi de fond et comporte des orifices (148) de montage des dispositifs d'injection précités, cette tôle étant sensiblement parallèle à la paroi de fond et définissant avec celle-ci une cavité annulaire (140) de circulation d'air.
2. 2. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tôle (130) comprend un rebord annulaire interne (137) et un rebord annulaire externe (138) qui sont en appui radial respectivement sur un rebord annulaire interne (134) et un rebord annulaire externe (136) de la paroi de fond (118).
3. 3. Chambre de combustion selon la revendication 2, caractérisée en ce que la tôle (130) est montée avec une précontrainte radiale entre les rebords interne (134) et externe (136) de la paroi de fond (118).
4. 4. Chambre de combustion selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la tôle (130) comprend des multiperforations (139) pour l'alimentation en air de la cavité (140).
5. 5. Chambre de combustion selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi de fond (118) comprend au moins une rangée annulaire de fentes (142, 144) de sortie d'air, chaque fente ayant une orientation circonférentielle autour de l'axe longitudinal de la chambre.
6. 6. Chambre de combustion selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une bague (150) sensiblement cylindrique est engagée dans chaque ouverture (119) de la paroi de fond(118), cette bague comportant une collerette annulaire externe (152) comportant une face latérale aval (154) d'appui sur la paroi de fond et une face latérale amont (156) d'appui sur la tôle (130) ou sur une autre bague coaxiale en appui sur la tôle.
7. 7. Chambre de combustion selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'un fourreau (160) est monté dans la bague (150) et comprend un rebord annulaire externe (164) définissant une surface annulaire aval d'appui sur la tôle (130).
8. 8. Chambre de combustion selon la revendication 7, caractérisée en ce que, en position de montage dans laquelle le rebord (164) du fourreau (160) est en appui sur la tôle, la bague (150) est séparée par un jeu axial (J) du fourreau.
9. 9. Chambre de combustion selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fourreau (160) est fixé à la bague (150) par brasage ou soudage, et la bague est fixée à la paroi de fond (118) par brasage ou soudage.
10. 10. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comporte une chambre de combustion (110) selon l'une des revendications précédentes.20