EP3247946A1 - Dispositif d'étanchéité entre un système d'injection et un nez d'injecteur de carburant de turbomachine d'aéronef - Google Patents

Dispositif d'étanchéité entre un système d'injection et un nez d'injecteur de carburant de turbomachine d'aéronef

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EP3247946A1
EP3247946A1 EP16703342.2A EP16703342A EP3247946A1 EP 3247946 A1 EP3247946 A1 EP 3247946A1 EP 16703342 A EP16703342 A EP 16703342A EP 3247946 A1 EP3247946 A1 EP 3247946A1
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EP
European Patent Office
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sealing device
nose
injector
arrangement
groove
Prior art date
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Granted
Application number
EP16703342.2A
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German (de)
English (en)
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EP3247946B1 (fr
Inventor
José Roland Rodrigues
Christophe CHABAILLE
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Publication of EP3247946A1 publication Critical patent/EP3247946A1/fr
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Publication of EP3247946B1 publication Critical patent/EP3247946B1/fr
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    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00012—Details of sealing devices

Definitions

  • the invention relates to the field of combustion chambers for aircraft turbomachines. More specifically, the invention relates to fuel injectors and systems for injecting an air-fuel mixture, for such turbomachine combustion chambers.
  • a conventional injection system for an air-fuel mixture in a combustion chamber of an aircraft turbine engine is for example known from document EP 1 731 837 A2.
  • the injection system comprises a fixed part relative to the combustion chamber.
  • the fixed part comprises a mixing bowl fixed on a bottom of the combustion chamber, as well as a venturi and an air twist.
  • the venturi and the air twist are located upstream of the mixing bowl.
  • the injection system further comprises a movable sliding passage relative to the fixed part.
  • the sliding bushing also referred to as an "injector nose guide”
  • injector nose guide is configured to mechanically connect the fuel injector to the injection system. This guide is intended in particular to at least partially compensate for misalignment of the injector relative to the injection system in operation and / or during assembly of the injector and the injection system in the combustion chamber.
  • the guide has an inner surface defining a centering hole in which is arranged the nozzle nose.
  • the latter comprises an outer casing centered on a longitudinal axis of the injector nose.
  • the guide and the outer casing of the injector nose are thus subjected to wear at their contact surface, corresponding to said inner surface of the guide. This wear is in particular generated by the vibrations of the engine and aggravated by the misalignment of the injector with respect to the injection system.
  • the invention aims to at least partially solve the problems encountered in the solutions of the prior art.
  • the invention firstly relates to an arrangement for an aircraft turbomachine combustion chamber, the arrangement comprising a system for injecting an air-fuel mixture into the combustion chamber, and a fuel injector comprising an injector nose, the injection system comprising an injector nozzle guide having an inner surface defining a centering orifice in which the injector nose is arranged, the latter comprising an envelope exterior centered on a longitudinal axis of the injector nose.
  • the arrangement further comprises a sealing device between the inner surface of the guide and the outer casing of the injector nose, the sealing device comprising:
  • a first portion housed in a groove of the outer casing, said groove extending along said longitudinal axis and being delimited in part by a downstream delimiting surface, the first part having a first sealing surface in axial abutment against said downstream delimiting surface of the groove;
  • the invention therefore has the particularity of implanting a sealing device between the nozzle nose and the guide, to avoid / limit the risks of generating an additional air flow towards the combustion chamber bottom. In general, this results in an increase in the performance and life of the combustion chamber.
  • This sealing device makes it possible to limit the wear between the guide and the injector nose, and can be used judiciously as a wear indicator to avoid the heavy injector nose repair operations encountered with the solutions of the nozzle.
  • a game being preferably provided between the outer casing of the injector nose and the inner surface of the guide, it is in fact the specific sealing device of the invention that will be consumed primarily, in the manner of a room sacrificial forming a wear meter. Its easy replacement can thus intervene before an excessive degradation of the injector nose.
  • the invention moreover preferably has at least one of the following additional characteristics, taken separately or in combination.
  • Said first and second portions of the sealing device are arranged substantially orthogonally, with a connecting radius between the two, said second portion extending axially rearwardly from said connecting radius.
  • the first and second portions are made in one piece.
  • the orthogonal arrangement between these two parts of the sealing device advantageously makes it possible to form a recess in which the air under pressure, coming from the compressor unit, applies an axial and radial pressure which reinforces the contact forces at the level of said first and second sealing surfaces of the sealing device.
  • Said second portion comprises an upstream axial end and a downstream axial end located at the connecting radius, said upstream axial end being folded radially inwards. Such an annular flap facilitates the possible extraction of the sealing device upstream, using a suitable tool.
  • Said sealing device has an overall split ring shape.
  • the slot of the ring is preferably straight, and inclined relative to an axis of this ring. This makes it possible to rotate the air leak generated by the slot of the ring.
  • the direction of rotation and the angle are thus chosen so as to integrate better in the air flow of the combustion chamber.
  • Said groove is delimited in part by an upstream delimiting surface opposite said downstream delimiting surface, and the upstream delimiting surface extends radially outwardly beyond an inner end of the first part of the device. sealing.
  • the sealing device is preferably metallic, preferably of substantially constant thickness.
  • Said outer casing of the injector nose has an outer surface of overall spherical shape, that is to say of conventional shape.
  • the invention also relates to an aircraft turbomachine comprising at least one such arrangement.
  • the invention finally relates to a method for assembling such an arrangement, comprising the following steps:
  • FIG. 1 represents a partial schematic view in half-longitudinal section of a combustion chamber for a turbomachine, comprising an arrangement according to a preferred embodiment of the invention
  • Figure 3 shows a longitudinal sectional view of the arrangement shown in the previous figure
  • FIG 4 is a perspective view of the fuel injector integral with the arrangement shown in Figures 2 and 3;
  • Fig. 5 is an enlarged perspective view of a portion of the arrangement shown in the preceding figure
  • Figure 6 is a longitudinal sectional view of the arrangement portion shown in the preceding figure
  • FIG. 7a is a perspective view of a first embodiment of the sealing device equipping the arrangement shown in the preceding figures;
  • Figure 7b is a side view of that of the previous figure.
  • FIG. 8a is a perspective view of a second embodiment of the sealing device equipping the arrangement shown in the preceding figures.
  • Figure 8b is a side view of that of the previous figure.
  • FIG. 1 schematically represents a combustion chamber 2 of an aircraft turbomachine 1, annular around a turbomachine axis.
  • the combustion chamber 2 comprises a fixed inner casing wall 4 and an outer casing wall 6.
  • the outer casing wall 6 delimits with an outer chamber wall 12 an air flow passage 14.
  • the inner housing wall 4 defines with an inner chamber wall 8 a second airflow passage 10.
  • the inner chamber 8 and outer chamber walls 12 are connected by a chamber bottom 16 of the combustion chamber 2.
  • upstream direction and the downstream direction are defined by the general direction of flow of air and fuel in the combustion chamber 2, direction shown schematically by the arrow 5. This direction also corresponds substantially to the flow direction of the exhaust gas in the turbomachine 1.
  • the injection system 18 comprises a sliding bushing 26, also known as an "injector nose guide", and also comprises a fixed downstream part 25 of the injection system 18.
  • the injection system 18 is connected to a fuel injector 80 which is mounted in the guide 26 at the level of an injector nose 82.
  • the fixed downstream part 25 of the injection system 18 comprises a venturi 27, a swirler 24 and a mixing bowl 28 fixed to the chamber bottom 16.
  • the fixed downstream part 25 is generally symmetrical about revolution around of an axis 3 of revolution of the mixing bowl 28.
  • the axis 3 of revolution of the mixing bowl 28 is generally coincident with the axis of revolution 3 of the injection system 18, in particular that of the guide 26. This axis 3 also corresponds to the longitudinal axis of the injector nose 82.
  • the swirler 24 is mounted integral with the mixing bowl 28. It comprises a first blade stage 30 and a second blade stage 32, whose function is to drive the air in rotation about the mixing bowl axis 3 28.
  • the blades of the first blade stage 30 can rotate in the same direction or in the opposite direction to those of the second stage of blades 32.
  • the mixing bowl 28 has a shape substantially flared around the axis 3 of mixing bowl 28. It is connected to the chamber bottom 16 via a split ring 22 and possibly a deflector 20.
  • the guide 26 is movable relative to the fixed downstream part of the injection system 18. More specifically, the guide 26 is slidably mounted on a housing ring 35 of the fixed downstream part 25.
  • the housing ring 35 comprises a wall 34 against which the guide 26 can slide.
  • the wall 34 defines with a flange 44 of the fixed downstream portion 25 of the injection system 18 a housing space 29 of the sliding traversing sole 36.
  • the wall 34 and the rim 44 may optionally be monobloc, so as not to constitute only one piece.
  • the guide 26 is annular about the longitudinal axis 3. It comprises a sole 36 configured to bear against the fixed downstream portion 25, and a pre-centering portion 38 of flared shape and intended to pre-center a fuel injector 80 so that the nozzle nose 82 can be housed later in a centering portion 39 of the guide 26.
  • the pre-centering portion 38 is for example generally frustoconical shape. It opens into the centering portion 39 which has a cylindrical inner surface 40 of axis 3, defining a centering hole 40 'intended to house the nozzle nose.
  • the guide 26 is preferably monobloc, so that the pre-centering portion 38, the sole 36 and the centering portion 39 are only one piece.
  • the guide 26 comprises purge holes 33 distributed circumferentially near the junction of the sole 36 and the centering portion 39, these holes allowing the introduction of a purge air flow into the injection system 18
  • the function of the purge air flow is to prevent the fuel from stagnating around the injector nose 82.
  • the injector nose 82 is located at the end of the injector body 81, at the annular end portion of the injector 80, the design of which is of the type aeromechanical or aerodynamic.
  • the injector nose 82 has an outer shell 85 centered on the axis 3 and having an outer centering surface 84 of spherical overall shape, and defining more precisely a sphere segment shape.
  • An operating clearance is preferably retained between the inner surface 40 defining the centering hole 40 ', and the outer centering surface 84 of the injector nose 82.
  • the mechanical connection between the guide 26 and the injector nose 82 allows to compensate at least in part for the misalignments, which come in particular from the manufacturing tolerances of the injector 80 and the injection system 18, mounting tolerances of the injector 80 and the injection system 18 in the combustion chamber 2, and differential expansions of the injector 80 with respect to the injection system 18.
  • the combustion chamber 2, and in particular each injection system 18, are supplied in the direction of the arrow 48 in pressurized air at the passage 46.
  • This pressurized air coming from the compressor unit arranged upstream, is used for the combustion or cooling of the combustion chamber 2.
  • Part of this air is introduced into the combustion chamber 2 at the central opening of a cover 50, as shown schematically by the arrow 52, while another part of the air flows towards the air flow passages 10 and 14 respectively in the directions 54 and 56 and then in the direction 60.
  • the air flow shown schematically by the arrows 60 then enters the combustion chamber 2 through primary orifices and dilution ports.
  • this metallic sealing device 100 designed to withstand the high ambient temperatures resulting from the proximity of the combustion chamber.
  • the device 100 is of annular shape, centered on the axis 3. It corresponds globally in a split ring allowing easy assembly on the outer casing 85 of the injector nose 82. It is made in one piece, preferably having a substantially constant thickness. It essentially comprises two parts 102, 104 each taking the form of an annular band, these parts 102, 104 being interconnected by a connecting radius 106. The two parts 102, 104 are arranged substantially orthogonally with respect to each other. the other, the first 102 extending radially while the second 104 extends axially. More specifically, the first portion 102 of the device 100 has an outer end 102a and an inner end 102b housed in a groove 108.
  • the second portion 104 has a downstream axial end 104a and an upstream axial end 104b. It is the ends 102a, 104a which are connected by the connecting radius 106, so that the second portion 104 of the device extends axially rearwardly from this connection radius.
  • the first and second portions 102, 104 thus form, in half-section, a rounded corner at the right angle.
  • the bracket also defines, between its two branches, a hollow 110 open upstream.
  • upstream axial end 104b of the second portion 104 is folded radially inwards, to facilitate the gripping of the device 100 when it is to extract it upstream, via a suitable tool.
  • the inner end 102b of the first portion 102 is housed in the groove 108 formed on the casing 85, this groove opening radially outwards and centered on the axis 3. It is delimited by a bottom 112 spaced radially from the outside. inner end 102b of the first portion 102, to allow thermal expansion thereof.
  • the groove 108 is also delimited by a delimiting surface downstream 108a and an upstream delimiting surface 108b arranged facing in the axial direction.
  • the first portion 102 has a first sealing surface 114 bearing axially against the downstream delimiting surface 108a of the groove.
  • the first sealing surface 114 corresponds to the downstream surface of the first strip-like portion 102.
  • the second portion 104 has a second sealing surface 116 bearing radially against the inner surface 40 of the guide 26.
  • the second sealing surface 116 corresponds to the radially outer surface of the second band-shaped portion 104. .
  • the contact forces at the sealing surfaces 114, 116 are reinforced, in order to obtain a sealing even more powerful.
  • the device 100 is used primarily with respect to the outer casing 85 of the nozzle nose 82, so that it constitutes a sacrificial piece also fulfilling the function of wear indicator. It can therefore be easily replaced before the wear between the guide and the outer casing 85 becomes problematic and requires heavy interventions.
  • the seal is not impaired. Indeed, the air pressure in the hollow 110 causes the device 100 to be pressed against the surface 108a of the groove, thus compensating for the play of wear likely to occur between the downstream delimiting surface 108a and the first surface of the groove. sealing 114.
  • the sealing device 100 For assembly of the assembly 200 comprising the injector and the injection system, it is first of all put in place the sealing device 100 in the groove on the outer casing of the injector nose, as this is shown in Figure 4. This is done by opening the segmented ring 100, and then closing it once it has been presented radially facing the groove.
  • the injector nose 82 equipped with the sealing device 100 is proceeded to the insertion of the injector nose 82 equipped with the sealing device 100, in the centering orifice 40 ', by displacement of the nose 82 according to the direction of its longitudinal axis 3.
  • This insertion is facilitated by the connecting radius 106, which ensures a pre-centering.
  • the risk that the device 100 emerges from the groove 108 is extremely small, since the upstream delimiting surface 108b extends radially outwardly beyond the inner end 102b of the first portion 102 of the device. 100.
  • the device 100 is then likely to be retained by the abutment of this inner end 102b against the upstream delimiting surface 108b of the groove.
  • the slot 120 of the ring is straight, inclined with respect to an axis 3 of this ring. This makes it possible to rotate the air leak generated by the slot of the ring, the direction of rotation and the angle being selected so as to integrate better in the air flow of the combustion chamber.
  • the slot is in the general Z-shape, with the central portion of this slot 120 extending circumferentially and corresponding to an axial overlap zone of the two ends of the ring 100.

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Abstract

L'invention concerne un agencement (200) pour chambre de combustion de turbomachine d'aéronef, comprenant un système d'injection et un injecteur de carburant, le système d'injection comprenant un guide (26) de nez d'injecteur dont une surface intérieure (40) délimite un orifice de centrage (40') du nez (82), celui-ci comprenant une enveloppe extérieure (85). Selon l'invention, l'agencement comprend un dispositif d'étanchéité (100) entre la surface intérieure (40) du guide (26) et l'enveloppe extérieure (85), le dispositif (100) comprenant : - une première partie (102) logée dans une gorge (108) de l'enveloppe extérieure (85), la gorge étant délimitée en partie par une surface de délimitation aval (108a), la première partie (102) présentant une première surface d'étanchéité (114) en appui axial contre la surface de délimitation aval (108a); et - une seconde partie (104) présentant une seconde surface d'étanchéité (116) en appui radial contre la surface intérieure (40) du guide (26).

Description

DISPOSITIF D'ÉTANCHÉITÉ ENTRE UN SYSTÈME D'INJECTION ET UN NEZ D'INJECTEUR DE CARBURANT DE TURBOMACHINE D'AÉRONEF
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention se rapporte au domaine des chambres de combustion pour turbomachine d'aéronef. Plus spécifiquement, l'invention concerne des injecteurs de carburant et des systèmes d'injection d'un mélange air-carburant, pour de telles chambres de combustion de turbomachine.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Un système d'injection classique d'un mélange air-carburant dans une chambre de combustion d'une turbomachine d'aéronef est par exemple connu du document EP 1 731 837 A2.
Le système d'injection comprend une partie fixe par rapport à la chambre de combustion. La partie fixe comporte un bol mélangeur fixé sur un fond de chambre de combustion, ainsi qu'un venturi et une vrille d'air. Le venturi et la vrille d'air sont situés en amont du bol mélangeur.
Le système d'injection comporte de plus une traversée coulissante mobile par rapport à la partie fixe. La traversée coulissante, également dénommée « guide de nez d'injecteur », est configurée pour raccorder mécaniquement l'injecteur de carburant au système d'injection. Ce guide est destiné notamment à compenser au moins partiellement les défauts d'alignement de l'injecteur par rapport au système d'injection en fonctionnement et/ou lors du montage de l'injecteur et du système d'injection dans la chambre de combustion.
Le guide présente une surface intérieure délimitant un orifice de centrage dans lequel est agencé le nez d'injecteur. Ce dernier comprend une enveloppe extérieure centrée sur un axe longitudinal du nez d'injecteur. Le guide et l'enveloppe extérieure du nez d'injecteur sont ainsi soumis à une usure au niveau de leur surface de contact, correspondant à ladite surface intérieure du guide. Cette usure est notamment générée par les vibrations du moteur et aggravée par les défauts d'alignement de l'injecteur par rapport au système d'injection.
Au cours de la durée de vie de l'agencement, un jeu indésirable est alors créé entre le guide et le nez d'injecteur. Ce jeu a principalement pour conséquence la génération d'un débit d'air additionnel non contrôlé en direction du fond de cham bre de combustion. De manière générale, il en résulte un abaissement des performances de la chambre de combustion. Ce débit d'air non désiré est susceptible de produire des perturbations importantes sur le fonctionnement de la chambre de combustion, notamment en termes de stabilité de flamme, de risque d'extinction de la chambre, ou encore de capacité de rallumage en vol.
De plus, une usure trop importante peut entraîner des réparations lourdes sur le nez d'injecteur, comme le remplacement de son enveloppe extérieure, avec pour conséquence un impact non négligeable sur le coût global de la solution. EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention vise à résoudre au moins partiellement les problèmes rencontrés dans les solutions de l'art antérieur.
Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet un agencement pour chambre de combustion de turbomachine d'aéronef, l'agencement comprenant un système d'injection d'un mélange air-carburant dans la chambre de combustion, et un injecteur de carburant com prenant un nez d'injecteur, le système d'injection comprenant un guide de nez d'injecteur dont une surface intérieure délimite un orifice de centrage da ns lequel est agencé le nez d'injecteur, celui-ci comprenant une enveloppe extérieure centrée sur un axe longitudinal du nez d'injecteur.
Selon l'invention, l'agencement comprend de plus un dispositif d'étanchéité entre la surface intérieure du guide et l'enveloppe extérieure du nez d'injecteur, le dispositif d'étanchéité comprenant :
- une première partie logée dans une gorge de l'enveloppe extérieure, ladite gorge s'étenda nt a utour dudit axe longitudinal et étant délimitée en partie par une surface de délimitation aval, la première partie présentant une première surface d'étanchéité en appui axial contre ladite surface de délimitation aval de la gorge ; et
- une seconde partie présentant une seconde surface d'étanchéité en appui radial contre ladite surface intérieure du guide de nez d'injecteur.
L'invention présente donc la particularité d'implanter un dispositif d'étanchéité entre le nez d'injecteur et le guide, pour éviter/limiter les risques de génération d'un débit d'air additionnel en direction du fond de chambre de combustion. De manière générale, il en résulte une augmentation des performances et de la durée de vie de la chambre de combustion.
Ce dispositif d'étanchéité permet de limiter l'usure entre le guide et le nez d'injecteur, et peut être judicieusement utilisé comme témoin d'usure visant à éviter les opérations lourdes de réparation du nez d'injecteur rencontrées avec les solutions de l'art antérieur. Un jeu étant préférentiellement prévu entre l'enveloppe extérieure du nez d'injecteur et la surface intérieure du guide, c'est en effet le dispositif d'étanchéité spécifique à l'invention qui va se consommer prioritairement, à la manière d'une pièce sacrificielle formant un compteur d'usure. Son remplacement aisé pourra ainsi intervenir avant une dégradation trop importante du nez d'injecteur.
Enfin, il est noté que la solution proposée par l'invention est d'autant plus avantageuse que le dispositif d'étanchéité peut présenter une masse négligeable.
L'invention présente par ailleurs, de façon préférentielle, au moins l'une des caractéristiques additionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.
Lesdites première et seconde parties du dispositif d'étanchéité sont agencées sensiblement orthogonalement, avec un rayon de raccordement entre les deux, ladite seconde partie s'étendant axialement vers l'arrière à partir dudit rayon de raccordement. De préférence, les première et seconde parties sont réalisées d'un seul tenant. La disposition orthogonale entre ces deux parties du dispositif d'étanchéité permet avantageusement de former un creux dans lequel l'air sous pression, provenant du groupe compresseur, applique une pression à la fois axiale et radiale renforçant les efforts de contact au niveau desdites première et seconde surfaces d'étanchéité du dispositif d'étanchéité. Ladite seconde partie comprend une extrémité axiale amont ainsi qu'une extrémité axiale aval située au niveau du rayon de raccordement, ladite extrémité axiale amont étant rabattue radialement vers l'intérieur. Un tel rabat annulaire facilite l'éventuelle extraction du dispositif d'étanchéité vers l'amont, à l'aide d'un outil approprié.
Ledit dispositif d'étanchéité présente une forme globale d'anneau fendu.
La fente de l'anneau est préférentiellement droite, et inclinée par rapport à un axe de cet anneau. Cela permet de mettre en rotation la fuite d'air générée par la fente de l'anneau. Le sens de rotation et l'angle sont ainsi choisis de façon à s'intégrer au mieux dans le flux d'air de la chambre de combustion.
Ladite gorge est délimitée en partie par une surface de délimitation amont en regard de ladite surface de délimitation aval, et la surface de délimitation amont s'étend radialement vers l'extérieur au-delà d'une extrémité intérieure de la première partie du dispositif d'étanchéité. Cette disposition permet de limiter les risques que le dispositif d'étanchéité sorte de sa gorge durant l'insertion du nez d'injecteur dans le guide. En effet, le dispositif est alors susceptible d'être retenu par la butée de l'extrémité intérieure de la première partie du dispositif d'étanchéité, contre la surface de délimitation amont de la gorge.
Le dispositif d'étanchéité est préférentiellement métallique, de préférence d'épaisseur sensiblement constante.
Ladite enveloppe extérieure du nez d'injecteur présente une surface extérieure de forme globale sphérique, c'est-à-dire de forme conventionnelle.
L'invention a également pour objet une turbomachine d'aéronef comprenant au moins un tel agencement.
L'invention a enfin pour objet un procédé d'assemblage d'un tel agencement, comprenant les étapes suivantes :
- mise en place du dispositif d'étanchéité dans la gorge pratiquée sur l'enveloppe extérieure du nez d'injecteur ;
- insertion du nez d'injecteur équipé du dispositif d'étanchéité, dans l'orifice de centrage, par déplacement du nez selon la direction de son axe longitudinal. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 représente une vue schématique partielle en demi- coupe longitudinale d'une chambre de combustion pour turbomachine, comprenant un agencement selon un mode de réalisation préféré de l'invention ;
- la figure 2 représente une vue en perspective de l'agencement montré sur la figure précédente ;
la figure 3 représente une vue en coupe longitudinale de l'agencement montré sur la figure précédente ;
la figure 4 représente une vue en perspective de l'injecteur de carburant faisant partie intégrante de l'agencement montré sur les figures 2 et 3 ;
la figure 5 représente une vue agrandie en perspective d'une partie de l'agencement montré sur la figure précédente ;
la figure 6 est une vue en coupe longitudinale de la partie d'agencement montrée sur la figure précédente ;
- la figure 7a est une vue en perspective d'une première réalisation du dispositif d'étanchéité équipant l'agencement montré sur les figures précédentes ;
la figure 7b est une vue de côté de celle de la figure précédente ;
- la figure 8a est une vue en perspective d'une seconde réalisation du dispositif d'étanchéité équipant l'agencement montré sur les figures précédentes ; et
la figure 8b est une vue de côté de celle de la figure précédente. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La figure 1 représente de manière schématique une chambre de combustion 2 d'une turbomachine 1 d'aéronef, annulaire autour d'un axe de turbomachine. La chambre de combustion 2 comporte une paroi de carter intérieure fixe 4 et une paroi de carter extérieure 6. La paroi de carter extérieure 6 délimite avec une paroi de chambre extérieure 12 un passage 14 d'écoulement d'air. De même, la paroi de carter intérieure 4 définit avec une paroi de chambre intérieure 8 un second passage 10 d'écoulement d'air. Les parois de chambre intérieure 8 et extérieure 12 sont reliées par un fond de chambre 16 de la chambre de combustion 2.
Dans l'ensemble du présent document, la direction « amont » et la direction « aval » sont définies par la direction générale d'écoulement de l'air et du carburant dans la chambre de combustion 2, direction schématisée par la flèche 5. Cette direction correspond également sensiblement à la direction d'écoulement des gaz d'échappement dans la turbomachine 1.
Sur le fond de chambre 16 sont montés une pluralité de systèmes d'injection 18 dont un seul est visible sur la figure 1. Le système d'injection 18 comprend une traversée coulissante 26, également dite « guide de nez d'injecteur », et comprend également une partie aval fixe 25 de système d'injection 18. Le système d'injection 18 est raccordé à un injecteur 80 de carburant qui est monté dans le guide 26 au niveau d'un nez d'injecteur 82.
En référence aux figures 1 à 3, la partie aval fixe 25 de système d'injection 18 comprend un venturi 27, une vrille 24 et un bol mélangeur 28 fixé au fond de chambre 16. La partie aval fixe 25 est généralement symétrique de révolution autour d'un axe 3 de révolution du bol mélangeur 28. L'axe 3 de révolution du bol mélangeur 28 est en général confondu avec l'axe de révolution 3 du système d'injection 18, en particulier celui du guide 26. Cet axe 3 correspond également à l'axe longitudinal du nez d'injecteur 82.
La vrille 24 est montée solidaire du bol mélangeur 28. Elle comporte un premier étage d'aubes 30 et un deuxième étage d'aubes 32, qui ont pour fonction d'entraîner l'air en rotation autour de l'axe 3 de bol mélangeur 28. Les aubes du premier étage d'aubes 30 peuvent tourner dans le même sens ou en sens contraire de celles du deuxième étage d'aubes 32.
Le bol mélangeur 28 présente une forme évasée sensiblement de révolution autour de l'axe 3 de bol mélangeur 28. Il est raccordé au fond de chambre 16 par l'intermédiaire d'une bague fendue 22 et éventuellement d'un déflecteur 20.
Le guide 26 est mobile relativement à la partie aval 25 fixe de système d'injection 18. Plus précisément, le guide 26 est monté coulissant sur une bague de logement 35 de la partie aval fixe 25.
La bague de logement 35 comprend une paroi 34 contre laquelle le guide 26 peut glisser. La paroi 34 définit avec un rebord 44 de la partie aval 25 fixe de système d'injection 18 un espace de logement 29 de la semelle de traversée coulissante 36. La paroi 34 et le rebord 44 peuvent éventuellement être monoblocs, de manière à ne constituer qu'une seule pièce.
Le guide 26 est annulaire autour de l'axe longitudinal 3. Il comporte une semelle 36 configurée pour venir en appui de la partie aval fixe 25, ainsi qu'une portion de pré-centrage 38 de forme évasée et destinée à pré-centrer un injecteur de carburant 80 de manière à ce que le nez d'injecteur 82 puisse être logé par la suite dans une portion de centrage 39 du guide 26. La portion de pré-centrage 38 est par exemple de forme générale tronconique. Elle débouche dans la portion de centrage 39 qui présente une surface intérieure cylindrique 40 d'axe 3, délimitant un orifice de centrage 40' destiné à loger le nez d'injecteur.
Le guide 26 est de préférence monobloc, de sorte que la portion de précentrage 38, la semelle 36 et la portion de centrage 39 ne constituent qu'une seule pièce.
Le guide 26 comprend des trous de purge 33 répartis circonférentiellement à proximité de la jonction de la semelle 36 et de la portion de centrage 39, ces trous permettant l'introduction d'un débit d'air de purge dans le système d'injection 18. Le débit d'air de purge a pour fonction d'empêcher le carburant de stagner autour du nez d'injecteur 82.
Le nez d'injecteur 82 est situé à l'extrémité du corps d'injecteur 81, au niveau de la partie terminale annulaire de l'injecteur 80, dont la conception est de type aéromécanique ou aérodynamique. Le nez d'injecteur 82 comporte une enveloppe extérieure 85 centrée sur l'axe 3 et présentant une surface extérieure de centrage 84 de forme globale sphérique, et définissant plus précisément une forme de segment de sphère.
Un jeu de fonctionnement est préférentiellement retenu entre la surface intérieure 40 définissant l'orifice de centrage 40', et la surface extérieure de centrage 84 du nez d'injecteur 82. La liaison mécanique entre le guide 26 et le nez d'injecteur 82 permet de compenser au moins en partie les défauts d'alignement, qui proviennent notamment des tolérances de fabrication de l'injecteur 80 et du système d'injection 18, des tolérances de montage de l'injecteur 80 et du système d'injection 18 dans la chambre de combustion 2, et des dilatations différentielles de l'injecteur 80 par rapport au système d'injection 18.
En fonctionnement, la chambre de combustion 2, et notamment chaque système d'injection 18, sont alimentés dans la direction de la flèche 48 en air sous pression au niveau du passage 46. Cet air sous pression, provenant du groupe compresseur agencé en amont, sert à la combustion ou au refroidissement de la chambre de combustion 2. Une partie de cet air est introduit dans la chambre de combustion 2 au niveau de l'ouverture centrale d'un capot 50, comme schématisé par la flèche 52, tandis qu'une autre partie de l'air s'écoule vers les passages 10 et 14 d'écoulement d'air respectivement selon les directions 54 et 56 puis selon la direction 60. L'écoulement d'air schématisé par les flèches 60 pénètre ensuite dans la chambre de combustion 2 par des orifices primaires et des orifices de dilution.
Il est recherché à limiter autant que possible le débit d'air entre la surface intérieure 40 définissant l'orifice de centrage 40', et la surface extérieure de centrage 84 du nez d'injecteur 82. Ce débit d'air parasite est en effet susceptible d'engendrer des perturbations importantes sur le fonctionnement de la chambre de combustion, notamment en termes de stabilité de flamme, de risque d'extinction de la chambre, et de capacité de rallumage en vol. Ce débit d'air parasite est limité par construction, en raison du faible jeu de fonctionnement entre le guide 26 et le nez d'injecteur 82. Néanmoins, en cas d'usure de ces pièces, le jeu est susceptible d'augmenter, et donc de renforcer le débit d'air parasite. Pour éviter une telle situation, l'invention prévoit de manière astucieuse d'interposer un dispositif d'étanchéité 100 entre le nez d'injecteur 82 et son guide 26, ce dispositif 100 étant assemblé sur l'enveloppe extérieure 85 du nez 82, comme cela est montré sur la figure 4.
A présent en référence aux figures 5 et 6, il est montré de façon plus détaillée ce dispositif d'étanchéité métallique 100, prévu pour résister aux températures ambiantes élevées résultant de la proximité de la chambre de combustion.
Le dispositif 100 est de forme annulaire, centré sur l'axe 3. Il correspond globalement en un anneau fendu permettant un assemblage aisé sur l'enveloppe extérieure 85 du nez d'injecteur 82. Il est réalisé d'une seule pièce, de préférence en présentant une épaisseur sensiblement constante. Il comporte essentiellement deux parties 102, 104 chacune prenant la forme d'une bande annulaire, ces parties 102, 104 étant reliées entre elles par un rayon de raccordement 106. Les deux parties 102, 104 sont agencées sensiblement orthogonalement l'une par rapport à l'autre, la première 102 s' étendant radialement tandis que la seconde 104 s'étend axialement. Plus précisément, la première partie 102 du dispositif 100 comporte une extrémité extérieure 102a et une extrémité intérieure 102b logée dans une gorge 108. La seconde partie 104 présente quant à elle une extrémité axiale aval 104a et une extrémité axiale amont 104b. Ce sont les extrémités 102a, 104a qui sont reliées par le rayon de raccordement 106, de sorte que la seconde partie 104 du dispositif s'étende axialement vers l'arrière à partir de ce rayon de raccordement. Les première et seconde parties 102, 104 forment ainsi, en demi-section, une cornière arrondie au niveau de l'angle droit. La cornière définit par ailleurs, entre ses deux branches, un creux 110 ouvert vers l'amont.
En outre, l'extrémité axiale amont 104b de la seconde partie 104 est rabattue radialement vers l'intérieur, pour faciliter la préhension du dispositif 100 lorsqu'il s'agit de l'extraire vers l'amont, via un outil approprié.
L'extrémité intérieure 102b de la première partie 102 est logée dans la gorge 108 pratiquée sur l'enveloppe 85, cette gorge débouchant radialement vers l'extérieur et centrée sur l'axe 3. Elle est délimitée par un fond 112 écarté radialement de l'extrémité intérieure 102b de la première partie 102, afin d'autoriser la dilatation thermique de celle-ci. La gorge 108 est également délimitée par une surface de délimitation aval 108a et une surface de délimitation amont 108b agencées en regard dans la direction axiale.
Pour assurer l'étanchéité entre le guide 26 et le nez d'injecteur 82, la première partie 102 présente une première surface d'étanchéité 114 en appui axial contre la surface de délimitation aval 108a de la gorge. La première surface d'étanchéité 114 correspond à la surface aval de la première partie 102 en forme de bande. De manière analogue, la seconde partie 104 présente une seconde surface d'étanchéité 116 en appui radial contre la surface intérieure 40 du guide 26. La seconde surface d'étanchéité 116 correspond à la surface radialement extérieure de la seconde partie 104 en forme de bande.
Aussi, lorsque l'air sous pression issu du groupe compresseur pénètre dans le creux 110 défini par le dispositif d'étanchéité 100, les efforts de contact au niveau des surfaces d'étanchéité 114, 116 sont renforcés, pour l'obtention d'une étanchéité encore plus performante. En outre, le dispositif 100 s'use prioritairement par rapport à l'enveloppe extérieure 85 du nez d'injecteur 82, de sorte qu'il constitue une pièce sacrificielle remplissant également la fonction de témoin d'usure. Il peut donc être aisément remplacé avant que l'usure entre le guide et l'enveloppe extérieure 85 ne deviennent problématique et ne requiert des interventions lourdes. A cet égard, il est noté qu'en cas d'usure de l'enveloppe 85 au niveau de la surface de délimitation aval 108a de la gorge, résultant du contact avec le dispositif 100, l'étanchéité n'est pas altérée. En effet, la pression d'air dans le creux 110 conduit le dispositif 100 à se plaquer contre la surface 108a de la gorge, rattrapant ainsi le jeu d'usure susceptible de se produire entre la surface de délimitation aval 108a et la première surface d'étanchéité 114.
Pour le montage de l'assemblage 200 comprenant l'injecteur et le système d'injection, il est tout d'abord mis en place le dispositif d'étanchéité 100 dans la gorge pratiquée sur l'enveloppe extérieure du nez d'injecteur, comme cela est montré sur la figure 4. Cette mise en place s'effectue en ouvrant l'anneau segmenté 100, puis en le refermant une fois que celui-ci a été présenté en regard radialement de la gorge.
Ensuite, il est procédé à l'insertion du nez d'injecteur 82 équipé du dispositif d'étanchéité 100, dans l'orifice de centrage 40', par déplacement du nez 82 selon la direction de son axe longitudinal 3. Cette insertion est facilitée par le rayon de raccordement 106, qui permet d'assurer un pré-centrage. De plus, le risque que le dispositif 100 sorte de la gorge 108 est extrêmement faible, car la surface de délimitation amont 108b s'étend radialement vers l'extérieur au-delà de l'extrémité intérieure 102b de la première partie 102 du dispositif d'étanchéité 100. Lors de l'insertion, le dispositif 100 est alors susceptible d'être retenu par la butée de cette extrémité intérieure 102b contre la surface de délimitation amont 108b de la gorge.
En référence à présent aux figures 7a et 7b, il est montré une première réalisation pour l'anneau fendu 100. Ici, la fente 120 de l'anneau est droite, inclinée par rapport à un axe 3 de cet anneau. Cela permet de mettre en rotation la fuite d'air générée par la fente de l'anneau, le sens de rotation et l'angle étant choisis de façon à s'intégrer au mieux dans le flux d'air de la chambre de combustion. Selon une seconde réalisation représentée sur les figures 8a et 8b, la fente est en forme générale de Z, avec la portion centrale de cette fente 120 s'étendant circonférentiellement et correspondant à une zone de recouvrement axiale des deux extrémités de l'anneau 100.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite sans sortir du cadre de l'exposé de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Agencement (200) pour chambre de combustion (2) de turbomachine (1) d'aéronef, l'agencement comprenant un système d'injection (18) d'un mélange air- carburant dans la chambre de combustion (2), et un injecteur de carburant (80) comprenant un nez d'injecteur (82), le système d'injection (18) comprenant un guide (26) de nez d'injecteur dont une surface intérieure (40) délimite un orifice de centrage (40') dans lequel est agencé le nez d'injecteur (82), celui-ci comprenant une enveloppe extérieure (85) centrée sur un axe longitudinal (3) du nez d'injecteur,
caractérisé en ce que l'agencement comprend de plus un dispositif d'étanchéité
(100) entre la surface intérieure (40) du guide (26) et l'enveloppe extérieure (85) du nez d'injecteur, le dispositif d'étanchéité (100) comprenant :
- une première partie (102) logée dans une gorge (108) de l'enveloppe extérieure (85), ladite gorge s'étendant autour dudit axe longitudinal (3) et étant délimitée en partie par une surface de délimitation aval (108a), la première partie (102) présentant une première surface d'étanchéité (114) en appui axial contre ladite surface de délimitation aval (108a) de la gorge ; et
- une seconde partie (104) présentant une seconde surface d'étanchéité (116) en appui radial contre ladite surface intérieure (40) du guide (26) de nez d'injecteur.
2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première et seconde parties (102, 104) du dispositif d'étanchéité (100) sont agencées sensiblement orthogonalement, avec un rayon de raccordement (106) entre les deux, ladite seconde partie (104) s'étendant axialement vers l'arrière à partir dudit rayon de raccordement (106).
3. Agencement selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite seconde partie (104) comprend une extrémité axiale amont (104b) ainsi qu'une extrémité axiale aval (104a) située au niveau du rayon de raccordement (106), ladite extrémité axiale amont (104b) étant rabattue radialement vers l'intérieur.
4. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif d'étanchéité (100) présente une forme globale d'anneau fendu.
5. Agencement selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fente (120) de l'anneau est droite, et inclinée par rapport à un axe de cet anneau.
6. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite gorge (108) est délimitée en partie par une surface de délimitation amont (108b) en regard de ladite surface de délimitation aval (108a), et en ce que la surface de délimitation amont (108b) s'étend radialement vers l'extérieur au-delà d'une extrémité intérieure (102b) de la première partie (102) du dispositif d'étanchéité.
7. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'étanchéité (100) est métallique, de préférence d'épaisseur sensiblement constante.
8. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite enveloppe extérieure (85) du nez d'injecteur (82) présente une surface extérieure (84) de forme globale sphérique.
9. Turbomachine (1) d'aéronef comprenant au moins un agencement (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
10. Procédé d'assemblage d'un agencement (200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- mise en place du dispositif d'étanchéité (100) dans la gorge (108) pratiquée sur l'enveloppe extérieure (85) du nez d'injecteur (82) ; et
- insertion du nez d'injecteur (82) équipé du dispositif d'étanchéité (100), dans l'orifice de centrage (40'), par déplacement du nez (82) selon la direction de son axe longitudinal (3).
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