FR2616890A1 - Chambre de combustion annulaire a carter en caissons pour turbomachines - Google Patents
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Abstract
Un carter de chambre de combustion annulaire de turbomachine comporte un caisson interne 21 et un caisson externe 22 tous deux annulaires formés entre les parois interne 15 et externe 14 du diffuseur et des viroles 17, 18 et 19, 20 de raccordement avec le carter. Un prélèvement d'air est assuré autour des tubes d'injecteurs 26 au travers du caisson externe 22 et sort du carter 8 par des orifices de prélèvement 29 intercalés avec les bossages d'injecteurs 24. Application aux turboréacteurs d'aviation.
Description
DESCRIPTION
La présente invention concerne les structures de carters des chambres de combustion de turbomachines et plus particulièrement celles utilisées dans les turboréacteurs d'aviation ou les turboréacteurs à turbines libres et doublet d'hélices contrarotatives appelés "propfans".
La présente invention concerne les structures de carters des chambres de combustion de turbomachines et plus particulièrement celles utilisées dans les turboréacteurs d'aviation ou les turboréacteurs à turbines libres et doublet d'hélices contrarotatives appelés "propfans".
Dans les turboréacteurs actuellement utilisés, des prélèvements d'air sont parfois réalisés au niveau de la chambre de combustion pour alimenter des circuits d'air de l'avion, notamment par exemple pour apporter dans certaines configurations de vol un complément d'air de pressurisation de l'avion lorsque l'air prélevé plus en amont sur le turboréacteur, notamment au niveau du compresseur haute pression, ne suffit pas à assurer seul cette pressurisation. C'est le cas par exemple en phase de descente à haute altitude.
Pour réaliser ces prélèvements d'air et éviter qu'à l'air ainsi prélevé soit mélangé du carburant en suspension, le prélèvement est réalisé dans les moteurs actuels par des tubes de prélèvement qui reçoivent l'air d'une chambre intermédiaire entre le compresseur haute pression et la chambre de combustion proprement dite.
Un mode de réalisation selon cet état de la technique est représenté à la figure 1. Selon cet art antérieur, le cheminement d'air de prélèvement se réalise en amont du diffuseur 1 entre la virole 2 tronconique simplement annulaire du fond de chambre de combustion et une virole intermédiaire amont 3 qui relie une bride 4 du carter du compresseur haute pression et la bride de fixation 5 du carter externe de la chambre de combustion sur le carter externe amont.
Cette disposition présente 1 'inconvénient important de nécessiter le recul vers l'aval de la disposition des injecteurs de carburant qui doivent bien sûr être disposés en aval de la virole tronconique du fond de carter de la chambre, ce qui impose de leur donner une forme coudée complexe (gênante au montage) afin que l'injection du carburant soit néanmoins réalisée à l'endroit prévu de la chambre de combustion.
Les réductions d'encombrements que l'on veut réaliser sur les moteurs futurs rendent souhaitables la diminution voire la disparition de la zone intermédiaire destinée au prélèvement d'air, en amont de la virole de fond de carter de la chambre de combustion, de façon à réduire l'encombrement longitudinal des moteurs.
D'autre part on désire également -simplifier la forme des tubes d'injection afin d'en améliorer le fonctionnement, d'en diminuer les risques de cokéfaction et d'en rendre le montage ou le remplacement plus aisé, donc plus rapide et moins coûteux.
C'est le but de la présente invention que de prévoir une structure de carter de chambre et la chambre elle-même avec un aménagement des injecteurs de carburant, qui permette ces résultats et qui tout en réalisant simultanément les impératifs contradictoires précités, possède néanmoins une rigidité accrue tout en-conservant une réalisation relativement simple au niveau de la fonderie.
L'invention a donc généralement pour objet une chambre de combustion annulaire pour turbomachines comportant un carter possédant d'une part une paroi externe ayant une bride radiale de'fixation amont, et une paroi interne et d'autre part, un diffuseur comprenant des aubages de guidage vers la chambre de combustion de l'air comprimé issu d'un compresseur, lesdits aubages étant compris entre une paroi externe de diffuseur et une paroi interne de diffuseur, ledit carter comportant dans sa paroi externe des orifices dans lesquels sont fixés des injecteurs de carburant.
Selon une particularité de l'invention, le diffuseur est solidaire du carter au moyen d.'une virole externe amont reliant le tiers amont de la paroi externe du diffuseur et la paroi externe du carter et d'une virole externe aval reliant le bord aval de la paroi externe du diffuseur avec le carter externe pour former un dôme de fond de chambre, les deux viroles externe amont et aval formant un premier caisson annulaire externe de rigidification de la chambre.
Selon une particularité de l'invention, les injecteurs de carburant traversent de part en part le premier caisson externe au travers des orifices d'injecteurs de la paroi externe du carter et d'orifices de la virole externe aval, tandis que les orifices de prélèvement d'air peuvent être réalisés en quinconce avec les orifices d'injecteurs dans la paroi externe du carter au droit du premier caisson externe et, dans ce cas, le prélèvement d'air pourra s'effectuer par entrée d'air dans le caisson autour des tubes d'injecteurs, par cheminement latéral à l'intérieur du premier caisson externe et par sortie de l'air au travers des orifices de prélèvement.
D'autres caractéristiques de la chambre de combustion selon l'invention seront explicitées en regard des planches annexées parmi lesquelles - la figure 1 représente l'état de la technique précédemment mentionné et auquel l'invention veut suppléer - la figure 2 montre en perspective éclatée vue de l'aval selon F de la figure 3 le fond d'une chambre de combustion selon l'invention - la figure 3 montre une coupe longitudinale axiale d'un tel carter de chambre en coupe selon III-III de la figure 5 c'est à dire au droit d'un bossage d'orifice d'injecteur de carburant - la figure 4 est une coupe similaire dans le pian Iv-Iv de la figure 5, c'est à dire au droit d'un orifice de prélèvement - la figure 6 montre un détail d'un tube d'injecteur adapté à la disposition de chambre selon l'invention.
La figure 1 représentant l'art antérieur ayant déjà été brièvement commentée ci-dessus, l'invention sera maintenant décrite en regard des figures 2 à 6.
La chambre de combustion annulaire 6, représentée en pointillés aux figures 3 et 4 est contenue dans un carter 7 lui aussi annulaire dont la paroi externe 8 est fixée en amont par une bride radiale 9 au carter 10 d'un compresseur haute pression.Le dernier étage de rotor 11 de celui-ci débite l'air comprimé dans un diffuseur 12 dont les aubages 13 sont solidaires d'une paroi externe 14 et deune paroi interne 15 de diffuseur et servent à guider l'air comprimé d'une part vers les dispositifs d'injection de la chambre et d'autre part le long des parois de celleci afin d'en assurer le refroidissement.
L'invention porte plus précisément sur la réalisation du carter de chambre et notamment sur les liaisons réalisées entre le diffuseur et les parois externe 8 et interne 16 du carter ainsi que sur les circulations d'air que ces liaisons permettent.
Le diffuseur 12 est solidarisé par sa paroi externe 14 à la paroi externe 8 du carter au moyen d'une virole externe aval 17 située dans le prolongement du bord intérieur 8a de la paroi 8, la virole aval 17 venant se raccorder en arrondi sur le bord aval de la paroi 14 du diffuseur.
D'autre part, une virole externe amont 18 s accrochant au tiers amont de la paroi 14 vient se raccorder sur la partie amont 8b de la paroi externe de carter 8. La virole amont 18 forme donc ainsi avec la bride 9, l'extrémité amont 8b du carter et la paroi 14 du diffuseur une structure en épingle dont la section en forme de Z assure à l'ensemble du carter une souplesse capable d'absorber les déformations induites par les écarts de température à ce niveau de la chambre et donc réduit les contraintes induites dans la bride 9.
La paroi interne 15 du diffuseur, quant à elle est liée a la paroi interne 16 du carter par une virole interne amont 19 située dans le prolongement de la paroi 16 et venant se raccorder à mi-longueur de la paroi 15 du diffuseur, ainsi que par une virole interne aval 20, qui se raccorde au bord aval de la paroi interne 15 du diffuseur 12. Cette structure forme un caisson annulaire 21 interne qui supporte plus facilement les contraintes de traction qu'exerce le diffuseur sur la chambre et qui permet de faire cheminer les efforts par les aubes du diffuseur.
Les parois aval 17 et 20 forment un dôme de fond de chambre dans lequel débouche l'air issu du diffuseur 12.
Sur la partie externe du carter, la virole 17 forme avec la paroi externe 14 du diffuseur 12, avec la virole amont 18 et avec la paroi externe 8 du carter un caisson annulaire externe 22 qui augmente la rigidité du fond de chambre et qui remplit des fonctions de cheminement d'air qui vont être décrites plus loin.
La paroi externe du carter est percée d'orifices 23 surmontés de bossages 24 destinés à la fixation des injecteurs de carburant 25 dont les tubes 26 traversent des orifices correspondants 27 de la virole externe aval 17 afin que les têtes 28 d'injecteurs puissent prendre position dans la chambre de combustion 6.
Les orifices 27, de forme générale rectangulaire permettent l'entrée de l'air comprimé dans la cavité ou caisson 22 autour des tubes d'injecteurs 26 et tout en ventilant lesdits tubes d'injecteurs, ce qui améliore leur refroidissement et assure un prélèvement d'air à l'intérieur du carter. Pour permettre l'extraction de cet air prélevé dans la chambre et circulant dans le caisson 22, afin de l'utiliser dans d'autres zones du moteur ou de l'avion, des orifices de prélèvement 29 sont percés dans le carter externe 8 au droit des caissons 22.Ces orifices 29 peuvent être peu nombreux, auquel cas l'air circulant dans le caisson 22 devra effectuer un cheminement latéral relativement long avent d'être extrait par les orifices 29 ce qui présente l'avantage d'un refroidissement par convection de l'intérieur du caisson mais peut présenter l'inconvénient de créer des turbulences autour des tubes d'injecteurs et, par là-même, ne pas constituer le mode de prélèvement le plus efficace possible.
Dans la version présentée aux figures 5 et 6, les orifices de prélèvement 29 sont en nombre équivalent avec les orifices d'injection 23 et sont intercalés avec eux en couronne. De ce fait l'air prélevé par chaque orifice d'injecteur 27, subit une très faible perte de charge.
avant d'être extrait par les orifices de prélèvement 29 voisins.
L'air ainsi prélevé pouvant être destiné à un complément de pressurisation de l'avion, il est important qu'il ne soit pas pollué par du carburant, ce qui serait susceptible d'arriver en cas d'extinction fortuite en vol de la combustion ou en cas de démarrage avorté. Dans ce cas, des gouttelettes de carburant sortant de la tête 28 d'injecteur pourraient remonter le long du tube d'injecteur 26. Afin que ces gouttelettes ne puissent pénétrer dans la cavité 22, les tubes d'injecteurs sont munis de casquettes 30 en forme d'étriers dont le détail est représenté à la figure 6. Ces casquettes ont un contour externe rectangulaire et comportent une découpe centrale dans laquelle passe le tube d'injecteur sur lequel elles sont brasées.Elles ne sont pas planes mais possèdent une forme arrondie adaptée à la courbure du dôme de fond de chambre et sont dimensionnées de telle sorte qu'elles viennent recouvrir la partie supérieure 27a des orifices 27. Ainsi les gouttelettes de carburant remontant le long du.tube 26 seront guidées vers l'intérieur 8a du carter 8 et ne risqueront pas de polluer l'air prélevé.
Comme il a été vu plus haut, la paroi interne 16 du carter comporte elle aussi un caisson interne annulaire 21.
Celui-ci est également percé d'orifices 31 et 32 permettant un second prélèvement d'air vers l-'intérieur du moteur, cet air étant canalisé par des aubages 33 usinés dans un support d'abradable 34 pour faire refluer vers l'amont cet air canalisé sur la léchette arrière 35 du compresseur afin de s'opposer aux fuites du compresseur, avant de refluer vers l'aval où il ira refroidir le labyrinthe 36 coopérant avec l'abradable 34.
Un carter de chambre tel que d'écrit peut être moulé de façon monobloc malgré l'apparente complexité du noyau de fonderie que cela suppose. Un tel mode de réalisation s'applique bien S de tels carters de faibles dimensions.
I1 présente également l'avantage d'assurer de bons prélèvements d'air en fond de chambre sans multiplier à l'excès les orifices percés dans le dôme 17,20 de fond de chambre, de tels orifices étant toujours générateurs de perturbations dans le flux d'air de la chambre. Leur diminution par ce mode de réalisation permet de concilier avec un prélèvement d'air important, un flux d'air autour de la chambre 6 suffisamment régulier pour que soit assuré un bon refroidissement par convection de ladite chambre.
Claims (10)
1. - Chambre de combustion annulaire pour turbomachines comportant un carter (7) possédant d'une part une paroi externe (8) ayant une bride radiale de fixation amont (9) et une paroi interne (16) et d'autre part un diffuseur (12) comprenant des aubages (13) de guidage vers la chambre de combustion de l'air comprimé issu d'un compresseur, lesdits aubages étant compris entre une paroi externe de diffuseur (14) et une paroi interne de diffuseur (15), ledit carter comportant dans sa paroi externe (8) des orifices (23) dans lesquels sont fixés des injecteurs de carburant(25,26) caractérisée en ce que le diffuseur (12) est solidaire du carter au moyen d'une virole externe amont (18) reliant le tiers amont de la paroi externe (14) du diffuseur et la paroi externe (8b) du carter et d'une virole externe aval (17) reliant le bord aval de ia paroi externe (14) du diffuseur avec le carter externe (8) pour former un dôme de fond de chambre, les deux viroles externe amont et aval formant Un premier caisson annulaire externe (22) de rigidification de la chambre.
2. - Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que les injecteurs de carburant (26) traversent de part en part le premier caisson externe (22) au travers des orifices d'injecteurs (23) de la paroi externe du carter et d'orifices (27) de la virole externe aval (17).
3. - Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte des orifices (29) de prélèvement d'air comprimé dans la paroi externe du carter.
4. - Chambre de combustion selon la revendication 3, caractérisée en ce que les orifices (29) de prélèvement d'air sont percés dans la paroi externe du carter au droit du premier caisson externe (22).
5. - Chambre de combustion selon la revendication 4, caractérisée en ce que les orifices (29) de prélèvement d'air sont disposés en quinconce avec les orifices (23) d'injecteurs.
6. - Chambre de combustion selon l'une des revendications 4 à 5, caractérisée en ce que le prélèvement d'air comporte une entrée d'air par les orifices (27) de la virole externe aval (17) autour des tubes (26) d'injecteurs, un cheminement latéral de l'air comprimé à l'intérieur du premier caisson externe (22) et une sortie par les orifices de prélèvement (29).
7. - Chambre de combustion selon la revendication 6, caractérisée en ce que les tubes d'injecteurs (26) comportent une casquette (30) en forme d'étrier brasé sur le tube et recouvrant partiellement le bord supérieur (27a) des orifices (27) de la virole externe aval (17), lesdites casquettes étant aptes à dévier à l'intérieur de la chambre d'éventuelles remontées de carburant le long du tube (26) pour empêcher la pollution de l'air comprimé de prélèvement.
8. - Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la virole externe amont (18) forme avec la partie amont (8b) du carter externe et avec la paroi externe (14) du diffuseur une épingle à double courbure apte à supporter des dilatations thermiques et à ne pas les transmettre à la bride radiale (9) de fixation amont.
9. - Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que le carter interne (16) se raccorde à la paroi interne (15) du diffuseur d'une part par une virole interne amont (19) à mi-longueur de la paroi (15) du diffuseur et par une virole interne aval (20) formant dôme de fond de chambre, reliée au bord aval de la paroi interne (15) du diffuseur, lesdites viroles internes amont et aval formant un caisson annulaire interne (21) percé d'orifices de prélèvement interne d'air pour la ventilation de léchettes d'étanchéité (36).
10. - Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce qu'elle est moulée monobloc.
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