EP1826492B1

EP1826492B1 - Agencement pour une chambre de combustion de turboréacteur

Info

Publication number: EP1826492B1
Application number: EP07102863.3A
Authority: EP
Inventors: Didier Hippolyte Hernandez; Thomas Olivier Marie Noel
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2027-02-22
Also published as: CA2578711A1; FR2897922A1; CN101029743A; US20070199329A1; RU2007107030A; US7775051B2; CA2578711C; EP1826492A1; FR2897922B1; JP2007232359A

Description

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention concerne un agencement pour une chambre de combustion de turboréacteur, ladite chambre comportant un fond de chambre percé au moins d'un trou de passage circulaire, l'agencement comprenant un système d'injection associé audit au moins un trou de passage et monté coulissant diamétralement par rapport au trou de passage circulaire du fond de chambre et un déflecteur monté fixement sur un fond de chambre à l'intérieur de la chambre de combustion.
Les chambres de combustion des turbos réacteurs comprennent une paroi intérieure et une paroi extérieure reliées à leurs extrémités amont par un fond annulaire pour définir un fond de chambre de combustion annulaire. Des systèmes d'injection régulièrement répartis sur la périphérie du fond de la chambre de combustion délivrent un mélange d'air et de carburant qui est enflammé pour fournir des gaz de combustion.
Le carburant est fourni au système d'injection par un injecteur monté sur une paroi de carter extérieur et dont la tête est centrée sur le système d'injection. En outre, un déflecteur protège le fond de chambre des flammes de la chambre de combustion. Cependant, il y a des dilatations différentielles entre la chambre de combustion et le carter. Il est donc nécessaire de prévoir un rattrapage de cette dilatation différentielle.
Dans un premier type d'agencement (voir par exemple le document EP 1 290 378 ) la tête de l'injecteur est centrée sur une traversée coulissante qui peut se déplacer radialement par rapport au système d'injection de manière à rattraper la dilatation différentielle de la chambre de combustion par rapport au carter.
Toutefois, il existe des têtes d'injecteur qui comportent, outre un gicleur central, des gicleurs périphériques qui crachent dans une vrille secondaire ou vrille externe du système d'injection. Dans ce cas il n'est pas admissible d'autoriser un débattement de la tête d'injecteur par rapport au système d'injection car la tête d'injecteur doit être en permanence centrée par rapport au système d'injection. Le rattrapage des dilatations différentielles doit donc se faire par un coulissement du système d'injection par rapport au fond de chambre. L'invention concerne un agencement de ce type.
D'autre part, conformément à un autre impératif, il est nécessaire qu'en cas de rupture d'une des brasures par lesquelles les pièces constitutives de l'agencement sont assemblées, aucune pièce ne puisse se détacher et venir percuter la chambre de combustion et la partie aval du moteur, notamment la turbine HP, ce qui pourrait conduire à une explosion du moteur.
Le document EP 0 373 984 décrit un agencement pour une chambre de combustion de turboréacteur conforme au préambule de la revendication 1.
Le document US 3 742 704 décrit la fixation d'un système d'injection sur un fond de chambre à l'aide de tenons disposés respectivement sur une bride du fond de chambre et sur une enveloppe tubulaire du système d'injection.
L'invention a précisément pour objet un agencement pour une chambre de combustion de turboréacteur qui permet d'atteindre ces objectifs. D'une part cet agencement doit permettre un coulissement du système d'injection par rapport au fond de chambre. D'autre part il doit être conçu de telle manière qu'aucune pièce ne puisse partir vers l'aval en cas de rupture d'une brasure.
Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, par le fait que le déflecteur comporte un anneau d'emboîtement portant de premiers tenons espacés circonférenciellement et faisant saillie radialement et que l'agencement comporte un fourreau coaxial à l'anneau d'emboîtement du déflecteur et portant de seconds tenons espacés circonférentiellement et faisant saillie radialement, les premiers et seconds tenons étant suffisamment espacés pour permettre le passage des premiers tenons entre les seconds tenons puis, par une rotation, l'engagement des premiers tenons derrière les seconds tenons de manière à interdire un écartement du déflecteur et du fourreau selon une direction axiale, le système d'injection étant monté coulissant dans le fourreau, des moyens anti rotatifs étant prévus pour empêcher une rotation du système d'injection par rapport au fourreau.
Grâce à ces caractéristiques, le rattrapage des dilatations différentielles du carter par rapport à la chambre de combustion se fait au niveau de fond de chambre et aucune pièce ne peut venir percuter la chambre de combustion ou la turbine en cas de rupture d'une brasure.
Dans une réalisation particulière, le système d'injection comporte une bague flottante montée coulissante dans le fourreau.
Dans une autre réalisation particulière, le fourreau présente la forme d'une coupelle possédant un fond sur lequel la bague flottante peut glisser et un rebord, la bague coulissante étant retenue par une bague de fermeture soudée sur le rebord.
Avantageusement, l'anneau d'emboîtement traverse le trou de passage du fond de chambre.
De préférence, les premiers tenons sont dirigés radialement vers l'extérieur et les seconds tenons sont dirigés radialement vers l'intérieur.
Avantageusement, les moyens anti rotatifs qui interdissent une rotation du système d'injection par rapport au fourreau sont constitués par une languette d'orientation de la bague flottante et par une encoche formée dans le rebord du fourreau, la languette d'orientation étant introduite dans l'encoche.
Dans une réalisation préférée, l'agencement comporte un doigt d'orientation qui traverse le fond de chambre et qui s'engage, à une extrémité, dans une encoche d'orientation du déflecteur et, à une autre extrémité, dans une encoche d'orientation du fourreau, ce doigt d'orientation imposant une orientation angulaire déterminée du déflecteur et du fourreau par rapport au fond de chambre et, par suite, une orientation angulaire déterminée du fourreau et du déflecteur l'un par rapport à l'autre.
De préférence, la bague flottante est pourvue d'une multitude de trous de ventilation la traversant.
De préférence encore, les trous de ventilation de la bague flottante sont disposés de telle manière qu'ils sont en regard du déflecteur dans une zone où il existe un jeu entre le système d'injection et le déflecteur inférieur à une valeur limite et dégagés du déflecteur dans une zone où le jeu entre le système d'injection et le déflecteur est supérieur à cette valeur limite.
D'autre part, l'invention concerne un turboréacteur comportant un agencement conforme à l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures :

la figure 1 est une vue générale d'une chambre de combustion comportant un agencement conforme à l'invention ;
la figure 2 est une vue de détail du système d'injection faisant partie de l'agencement de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue en coupe de la tête d'injecteur montée sur le système d'injection de l'invention ;
la figure 4 est une vue éclatée montrant le montage du fourreau sur le déflecteur ;
la figure 5 est une vue de détail d'un doigt d'orientation du fourreau et du déflecteur par rapport au fond de chambre ;
la figure 6 est une vue éclatée en perspective de l'agencement de l'invention ;
la figure 7 est une vue assemblée en perspective de l'agencement de l'invention ;
les figures 8 à 10 sont trois vues de détail qui montrent le fonctionnement des trous de ventilation de la bague flottante.

On a représenté sur la figure 1 une vue schématique partielle en coupe d'une chambre de combustion de turboréacteur désignée par la référence générale 2 comportant un agencement conforme à la présente invention. La chambre de combustion 2 présente une forme de symétrie longitudinale de révolution par rapport à un axe général de la turbine (non représenté). Elle comporte une paroi de carter intérieure 4 et une paroi de carter extérieure 6. Une paroi de chambre intérieure 8 délimite un passage 10 avec la paroi de carter intérieure 4 et une paroi de chambre extérieure 12 délimite un passage 14 avec la paroi de carter extérieure 6.
Les parois des chambres intérieure 8 et extérieure 12 sont réunies par un fond de chambre 16 à leurs extrémités amont. Une pluralité de système d'injection 18, par exemple de 14 à 22, régulièrement espacés angulairement (un seul système d'injection a été représenté sur la figure 1) sont prévus sur le fond de chambre 16. Pour chaque système d'injection 18 un injecteur 20 est monté sur la paroi de carter extérieure 6. L'injecteur comporte une tête d'injecteur 22 centrée sur le système d'injection 18 d'axe XX.
Le fonctionnement du module de chambre de combustion est le suivant. L'air sous pression en provenance du compresseur pénètre dans la chambre de combustion par le passage 26, comme schématisé par la flèche 28. Une partie de l'air passe par l'ouverture centrale du carénage 30 tandis que le reste du flux d'air dirigé par l'extérieur du carénage vers les passages 10 et 14 comme schématisé par les flèches 34 et 36. Des ouvertures (non représentées) sont prévues dans les parois intérieure et extérieure 8 et 12 de la chambre de combustion afin de permettre l'entrée d'air à partir des passages 10 et 14.
L'air qui pénètre dans le carénage 30 est mis en rotation dans la vrille primaire 38 de la tête d'injecteur 22 et dans la vrille secondaire 40 du système d'injection 18. Il se mélange au carburant délivré par la tête d'injecteur 22. Le mélange gazeux pénètre dans la chambre de combustion dans laquelle il est enflammé.
On a représenté sur la figure 2 une vue de détail du système d'injection 18. Il est constitué d'un bol 42, de la vrille secondaire ou vrille externe 40, déjà mentionnée et de la bague de centrage 44. Cette dernière est ainsi désignée parce qu'elle permet le centrage de la tête d'injecteur 22 par rapport au système d'injection 18. Le système d'injection 18 est monté coulissant par rapport au fond de chambre 16 par l'intermédiaire d'une bague flottante 46 formée d'une seule pièce avec le bol 42 et qui coulisse dans un fourreau 48 solidaire du fond de chambre 16.
Le déflecteur 50 protège le fond de chambre 16 des flammes de la chambre de combustion.
La figure 3 est une vue à échelle agrandie de la tête d'injecteur 22 montée sur le système d'injection 18. Comme expliqué précédemment, la tête d'injecteur 22 comporte un gicleur central 52 et des points d'injection périphériques 54 qui crachent dans la vrille secondaire 40. Il est donc nécessaire que la tête d'injecteur 22 soit en permanence centrée de manière parfaite par rapport au système d'injection 18. C'est la raison pour laquelle elle ne peut pas être montée coulissante par rapport au système d'injection, comme cela se pratique dans certains agencements. La tête d'injecteur est donc centrée sur la bague de centrage 44 du système d'injection 18 et c'est l'ensemble de la tête d'injecteur et du système d'injection qui est monté coulissant par rapport au fond de chambre 16 dans le fourreau 48. A cet effet la bague flottante 46 solidaire du bol 42 est montée coulissante dans le fourreau 48 fermé par la bague de fermeture 56. Des moyens anti rotatifs sont prévus pour empêcher une rotation du système d'injection par rapport au fourreau 48. Dans l'exemple de réalisation décrit ces moyens sont constitués par une languette 58 qui fait partie de la bague flottante 46 et qui est insérée dans une encoche 60 formée dans un rebord du fourreau.
De la sorte le système d'injection peut se déplacer radialement par rapport au déflecteur 50 et au fond de chambre 16. Sur la figure 3, le système d'injection a été représenté en position centrée, toutefois il est entendu que le système d'injection peut se déplacer entre une première position excentrée dans laquelle le jeu à l'une des extrémité, par exemple l'extrémité intérieure, est nul et une seconde position excentrée dans laquelle le jeu à l'autre extrémité est nul.
Le déflecteur 50 est monté fixement sur le fond de chambre 16 à l'intérieur de la chambre de combustion. On a représenté sur la figure 4 un mode préféré de réalisation de la fixation du déflecteur sur le fond de chambre. Le fond de chambre 16 comporte un trou de passage circulaire 62. Le déflecteur 50 comporte un anneau d'emboîtement 64 qui s'engage dans le trou de passage 62. L'anneau d'emboîtement comporte des tenons 66 régulièrement répartis, par exemple six dans l'exemple de réalisation représenté. Le fourreau 48 présente la forme d'une coupelle possédant un fond sur lequel la bague flottante peut glisser et un rebord 68 dans lequel est formée une encoche 60 pour la réception de la languette 58 de la bague flottante 46.
Les tenons 66 alternent avec des encoches 67. Dans l'exemple représenté, la longueur des tenons 66 est égale à celle des encoches 67. En d'autres termes, compte tenu du fait qu'il y a six tenons et six encoches dans l'exemple, chaque tenon et chaque encoche s'étendent sur un angle au centre de 15°. Enfin, le déflecteur 50 comporte une encoche d'orientation 69.
De manière similaire à ce qui a été décrit pour l'anneau d'emboîtement 64, le fourreau 48 comporte six tenons 72 régulièrement répartis angulairement alternant avec six encoches 74 dont la longueur est égale à celle des tenons dans l'exemple représenté. En d'autres termes, comme pour l'anneau d'emboîtement 64, chacun des tenons 72 et chacune des encoches 74 s'étend sur un angle au centre de 15°. Le fourreau 48 comporte par ailleurs une encoche d'orientation 76. D'autre part une encoche d'orientation 78 est formée dans le trou de passage circulaire 62 du fond de chambre 16.
Le montage du déflecteur 50 sur le fond de chambre 16 s'effectue de la manière suivante. On introduit tout d'abord l'anneau d'emboîtement 64 du déflecteur 50 dans le trou de passage circulaire 62 de manière que les tenons 66 dépassent par rapport au fond de chambre 16. Ensuite, à partir de la position représenté sur la figure 4 dans laquelle les encoches d'orientation 69 du déflecteur 50, 76 du fourreau 48 et 78 du fond de chambre 16 sont alignés, on tourne le fourreau 48 dans un sens ou dans l'autre d'une fraction de tour de telle manière que les tenons 72 du fourreau 48 se trouvent en regard des encoches 67 de l'anneau d'emboîtement 64. Dans l'exemple décrit, il faut donc tourner le fourreau 48 d'un angle de 15° dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre. On engage alors le fourreau sur l'anneau d'emboîtement du déflecteur, les tenons 72 du fourreau 48 passant entre les tenons 66 de l'anneau d'emboîtement 64. Le fourreau ayant été engagé à fond, on le tourne d'une fraction de tour dans le sens inverse du sens précédent de manière à ce que les trois encoches d'orientation se trouvent à nouveau alignées. On enfonce alors un doigt d'orientation 78 dans les trois encoches 76, 78 et 69 de manière à immobiliser ces trois pièces en position relative l'une par rapport à l'autre. Une orientation angulaire correcte étant garantie par l'insertion du doigt d'orientation 80, on procède au brasage de l'ensemble. On comprend que même en cas de rupture du brasage le déflecteur 50 sera retenu par ces tenons 66 engagés dernière les tenons 72 du fourreau 48. Ainsi, même en cas de brasure défectueuse, le déflecteur ne peut pas être aspiré dans la chambre de combustion, conformément à l'une des caractéristiques essentielles de l'invention.
On a représenté sur la figure 5 une vue de détail qui montre l'insertion du doigt d'orientation 80 dans les encoches d'orientation respectivement du fourreau 48, du fond de chambre 16 et du déflecteur 50.
On a représenté sur la figure 6 une vue éclatée en perspective du déflecteur, du fond de chambre 16 du fourreau 48 du système d'injection 18, de la bague de fermeture 56 et de l'injecteur 20 avec sa tête d'injection 22. Sur la figure 7, ces différentes pièces ont été représentées en position assemblée.
Le montage s'effectue de la manière suivante. Le déflecteur ayant été monté fixement sur le fond de chambre (16), et brasé dans cette position comme on l'a expliqué précédemment, on introduit la bague flottante 46 du système d'injection 18 dans le fourreau 48, la languette d'orientation 58 étant introduite dans l'encoche 60 du fourreau 48. On introduit alors la bague de fermeture dans le fourreau et on la soude dans cette position par trois ou quatre cordons de soudure circonférentiellement répartis. De la sorte il est facile de remplacer le système d'injection si nécessaire. Pour cela il suffit de meuler les cordons de soudure, de retirer la bague de fermeture puis le système d'injection.
Le système d'injection étant retenu par la bague de fermeture il peut coulisser librement selon une direction radiale dans la limite du jeu entre le bol et le fourreau 48. On introduit alors la tête 22 de l'injecteur dans la bague de centrage du système d'injection.
On remarque sur les figures 6 et 7 la languette 58 introduite dans l'encoche 60 du fourreau 48. On note également la présence de trous de ventilation 82 formés dans la bague flottante 46. Comme on peut l'observer sur les figures 8, 9 et 10 la fonction des trous de ventilation 82 est de refroidir le déflecteur 50. Sur la figure 8 le système d'injection a été représenté en position nominale centrée par rapport au déflecteur ; sur la figure 9 on a représenté une zone dans laquelle le jeu entre le déflecteur et le système d'injection (plus précisément le bol) est minimal et sur la figure 10 une position excentrée du système d'injection par rapport au déflecteur 50 dans lequel le jeu entre ces deux pièces est maximal. Dans la position des figures 8 et 9, c'est-à-dire en position centrée et en position de jeu minimal, le déflecteur 50 est suffisamment refroidi par un flux d'air en provenance des trous de ventilation 84 qui vient le lécher. C'est la raison pour laquelle sur les figures 8 et 9, les trous de ventilation 82 de la bague flottante 46 sont obturés parce qu'ils sont en regard du déflecteur 50. Par conséquent, dans ces positions, aucun courant d'air de ventilation ne circule à travers les trous de ventilation 82. En revanche, dans la position représentée sur la figure 10, les trous de ventilation 82 sont dégagés du déflecteur 50. Par conséquent, un courant d'air circule au travers de ces trous afin de refroidir le déflecteur 50.

Claims

Agencement pour une chambre de combustion de turbo réacteur, ladite chambre comportant un fond de chambre (16) percé d'au moins un trou de passage circulaire (62), l'agencement comprenant un système d'injection (18) associé audit trou de passage circulaire (62) et monté coulissant diamétralement par rapport au trou de passage circulaire (62) du fond de chambre (16) et un déflecteur (50) monté fixement sur le fond de chambre (16) à l'intérieur de la chambre de combustion, caractérisé en ce que le déflecteur (50) comporte un anneau d'emboîtement (64) portant de premiers tenons (66) espacés circonférentiellement et faisant saillie radialement et en ce que l'agencement comporte un fourreau (48) coaxial à l'anneau d'emboîtement (64) du déflecteur et portant de seconds tenons (72) espacés circonférentiellement et faisant saillie radialement, les premiers et les seconds tenons (64, 72) étant suffisamment espacés pour permettre le passage des premiers tenons entre les seconds tenons puis, par une rotation, l'engagement des premiers tenons derrière les seconds tenons de manière à interdire un écartement du déflecteur (50) et du fourreau (48) selon une direction axiale, le système d'injection (18) étant monté coulissant dans le fourreau (48) des moyens anti rotatifs (58, 60) étant prévus pour empêcher une rotation du système d'injection (18) par rapport au fourreau (48).
Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'injection (18) comporte une bague flottante (46) montée coulissante dans le fourreau (48).
Agencement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fourreau (48) présente la forme d'une coupelle possédant un fond sur lequel la bague flottante peut glisser et un rebord (68), la bague flottante (46) étant retenue par une bague de fermeture (56) soudée sur le rebord.
Agencement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'anneau d'emboîtement (64) traverse le trou de passage (62) du fond de chambre (16).
Agencement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les premiers tenons (66) sont dirigés radialement vers l'extérieur et en ce que les seconds tenons (72) sont dirigés radialement vers l'intérieur.
Agencement selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens anti rotatifs qui interdissent une rotation du système d'injection (18) par rapport au fourreau (48) sont constitué par une languette d'orientation (58) de la bague flottante (46) et par une encoche (60) formée dans le rebord (68) du fourreau (48), la languette d'orientation (58) étant introduite dans l'encoche (60).
Agencement selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un doigt d'orientation (80) qui traverse le fond de chambre (16) et qui s'engage à une extrémité dans une encoche d'orientation (69) du déflecteur (16) et à une autre extrémité dans une encoche d'orientation (76) du fourreau (48), ce doigt d'orientation (80) imposant une orientation angulaire déterminée du déflecteur (50) et du fourreau (48) par rapport au fond de chambre (16) et, par suite, une orientation angulaire déterminée du fourreau (48) et du déflecteur (50) l'un par rapport à l'autre.
Agencement selon la revendication 2 ou l'une des revendications 3 à 7 lorsqu'elle se rattache à la revendication 2, caractérisé en ce que la bague flottante (46) est pourvue d'une multitude de trous de ventilation (82) la traversant.
Agencement selon la revendication 8, caractérisé en ce que les trous de ventilation (82) de la bague flottante sont disposés de telle manière qu'ils sont en regard du déflecteur (50) dans une zone où il existe un jeu entre le système d'injection (18) et le déflecteur (50) inférieur à une valeur limite et dégagés du déflecteur (50) dans une zone où le jeu entre le système d'injection (18) et le déflecteur (50) est supérieur à cette valeur limite.
Turboréacteur caractérisé en ce qu'il comporte un agencement selon l'une des revendications 1 à 9.