annulaire 16) orientee vers la sortie.
1 2840974
Domaine de ['invention La presente invention se rapporte au domaine des chambres de combustion notamment dans les turbines a gaz. Plus particulierement, I 'i nvention concerne le refroidissement, entre deux vi roles, de parois de
telles chambres de combustion.
Art anterieur La figure 1 represente une coupe axiale de la partie aval diune turbine a gaz de moteur d'avion qui comprend classiquement une chambre de combustion 51 disposee dans un carter de chambre 56 de fason
annulaire autour de l'axe du moteur 60.
La chambre de combustion 51 comprend principalement une paroi externe 51a et une paroi interne 51b respectivement en liaison mecanique avec la partie externe 56a et la partie interne 56b du carter de chambre 56. Plus precisement, la paroi externe 51a de la chambre de combustion est reliee a la partie externe 56a du carter de chambre 56 au moyen d'une pluralite de pastes souples d'accrochage 61 fixees sur la paroi externe 51a de la chambre de combustion 51 grace a des organes de fixation 57 du type boulonnerie. De meme, la paroi interne 51b de la chambre de combustion est reliee a la partie interne 56b du carter de chambre par l'intermediaire d'une pluralite de pastes souples 62 maintenues sur la paroi interne de la chambre par des organes de fixation 58 et sur la partie
interne du carter de chambre par des organes de fixation 59.
Comme illustre sur la figure 1, I'extremite de la chambre de combustion est reliee de fason etanche a un distributeur haute-pression - 2 52 par un dispositif d'etancheite qui est forme, pour la partie virole externe de la turbine, d'un anneau 65 en contact avec un joint circulaire a lamelles 67 maintenu en compression contre 1'anneau par un element de maintien elastique 69. Pour la partie virole interne de la turbine, le dispositif d'etancheite comprend un anneau 66 en contact avec un joint circulaire a lamelles 68 maintenu en compression contre 1'anneau par un element de maintien elastique 70. Les anneaux d'etancheite 65 et 66 vent maintenus respectivement entre la paroi interne et externe de la chambre de combustion et les pastes soupies d'accrochage 61 et 62 par serrage des organes de fixation 57 et 58. Dans d'autres types de chambre de combustion, les anneaux servent seulement a la fixation des pastes couples. Dans ce cas, ils ne comprennent pas de collerette de contact pour
le joint circulaire.
Typiquement, dans une turbine a gaz de moteur d'avion, la chambre de combustion resoit, d'une part, du carburant qui est injecte par un ou plusieurs systemes d'injection 55 et, d'autre part, de 1'air comprime servant de comburant. Le carburant et l'air vent alors melanges au niveau
du fond de chambre 54 afin de realiser la combustion.
L'air qui est utilise pour bruler le combustible dans la chambre provient d'une fraction d'un flux d'air comprime E delivre par un dispositif de compression (non represente) dans un conduit de diffusion 71. L'autre fraction du flux d'air comprime forme un flux d'air de contournement 63, 64 qui circule dans 1'espace annulaire 72 defini entre le carter de chambre 56 et la chambre de combustion 51. Le flux d'air de contournement permet d'assurer la dilution des gaz de combustion, par reinjection dans la
chambre, ainsi que le refroidissement des parois.
Pour resister aux temperatures elevees qui regnent a l'interieur de la chambre de combustion, les parois de celle-ci vent realisees en un materiau composite thermostructural plus resistant aux hautes temperatures qu'une structure metallique classique. Toutefois, meme
- 3 - 2840974
constituees d'un tel materiau, les parois de la chambre doivent encore etre refroidies. A cet effet, la chambre de combustion comprend une pluralite de perforations 53 rea lisees da ns la pa roi interne et externe afin que le flux d'air de contournement 63 ou 64 qui circule dans l'espace annulaire 72 penetre dans la chambre de combustion. Par consequent, le film d'air qui circule le long des parois de la chambre ainsi que les multiples flux penetrant par les perforations permettent d'abaisser de fason significative
la temperature du materiau constituent la chambre.
Cependant, avec le type d'accrochage de la figure 1, il subsiste inevitablement en extremite de chambre une zone non refroidie HT
delimitee par la portion de contact de l'anneau sur la paroi de la chambre.
En effet, la zone de recouvrement de la paroi de la chambre par l'anneau interdit tout passage d'un film de refroidissement le long de la paroi et
rend a fortiori ineffficace toute perforation situee dans cette zone.
L'extremite des parois de la chambre de combustion situee dans la zone d'accrochage de l'anneau peut alors etre exposee a des temperatures nettement superieures a la temperature admissible par le materiau pour
les durees de vie specifiees.
Objet et description succincte de ['invention
La presente invention vise a remedier aux inconvenients precites et a realiser un anneau d'etancheite qui permet la circulation d'un flux d'air
de refroidissement dans la zone d'accrochage de la chambre au carter.
Ces buts vent atteints grace a un anneau destine a etre fixe sur l'extremite dune chambre de combustion, I'anneau etant forme d'une bague qui est fixee autour de l'extremite d'une paroi de la chambre de combustion par une pluralite d'orifices destines a recevoir des organes de fixation, caracterise en ce que la bague comprend sur sa face en regard de la paroi de la chambre de combustion au moins un evidement de - 4 maniere a reduire la surface d'appui de la bague sur la paroi de la chambre de combustion et a former avec ladite paroi une cavite ouverte
dans laquelle un flux d'air de refroidissement peut circuler.
Ainsi, gr3ce a l'anneau selon la presente invention, un flux d'air de refroidissement peut circuler jusq u 'a l'extremite de la pa roi de la chambre de combustion sans avoir 3 modifier le systeme d'accrochage de la chambre au carter. La paroi de la chambre peut etre munie de perforations jusqu'a son extremite. La duree de vie de la chambre est
alors augmentee.
Selon un aspect particulier de ['invention, I'anneau comprend en outre un epaulement annulaire qui delimite le fond de la cavite formee
entre la bague et la paroi de la chambre.
Ainsi, I'epaulement annulaire, qui forme un becquet, contribue a forcer le flux d'air de contournement qui circule dans la cavite vers la paroi
de la chambre.
Selon un autre aspect de ['invention, la surface d'appui de la bague sur la paroi de la chambre de combustion comprend en outre des portions d'appui menagees autour des orifices, ces portions d'appui definissant une pluralite d'evidements repartis uniformement sur la face de la bague en
regard de la paroi de la chambre de combustion.
L'anneau forme alors une pluralite de cavites entre lui-meme et la paroi de la chambre, ce qui permet de calibrer plus finement le debit du
flux d'air de refroidissement.
Selon une caracteristique de ['invention, les portions d'appui ont une epaisseur superieure a celle de l'epaulement annulaire afin de permettre un debit de fuite pour une partie du flux d'air de refroidissement qui circule dans la ou les cavites formees par l'anneau d'etancheite. Ainsi, la virole externe du distributeur haute pression reSoit une partie du flux d'air de refroidissement et le debit d'air rentrant dans la
chambre peut etre controle.
2840974
L'anneau selon ['invention peut etre forme en un materiau
composite thermostructural ou en un alliage metallique.
Selon un mode de realisation particulier de l'anneau, celui-ci comprend en outre une collerette prolongeant la bague, la collerette s'etendant audela de l'extremite de la chambre. La presente invention a egalement pour objet une chambre de combustion, caracterisee en ce qu'elle comprend au moins un anneau tel que decrit ci-dessus, I'anneau etant fixe sur l'extremite d'une des parois de
la chambre au moyen d'organes de fixation.
Grace a la structure de l'anneau selon la presente invention, la chambre peut comprendre une pluralite de perforations dans la zone d'accrochage de l'anneau, ces perforations etant alimentees par un flux d'air de refroidissement qui circule dans la ou les cavites formees entre
l'anneau d'etancheite et la paroi de la chambre.
Selon un mode particulier de realisation, la chambre comprend en outre un joint entre l'anneau et la paroi de la chambre pour obstruer toute fuite en sortie d'anneau. Le joint peut etre maintenu dans le fond de la cavite ouverte ou bien etre place a l'extremite de l'anneau. Dans ce dernier cas, le joint est maintenu a ltextremite de l'anneau par un
clinquant fixe avec l'anneau sur la chambre.
Le clinquant peut etre forme d'une seule piece ou diune pluralite de secteurs maintenus sur la paroi de la chambre de combustion par les
organes de fixation.
Selon un autre mode particulier de realisation, chaque organe de fixation comprend une rondelle d'epaisseur superieure a celle de la cavite ouverte formee entre la paroi de la chambre et l'anneau afin de permettre un debit de fuite pour une partie du flux d'air de refroidissement qui
circule dans la ou les cavites formees sous l'anneau.
Selon un mode de realisation de la chambre, celle-ci comprend un decrochement menage en extremite de sa paroi afin de permettre un
- 6 - 2840974
debit de fuite pour une partie du flux d'air de refroidissement qui circule
dans la ou les cavites formees par l'anneau.
Le debit de fuite permet le refroidissement de la virole externe du distributeur haute pression qui peut, par consequent, etre refroidie par un film d'air frais supplementaire. De plus, le debit diair entrant dans la
chambre peut etre contr81e.
La presente invention a encore pour objet une chambre de combustion, caracterisee en ce qutelle comprend des premier et second anneaux tels que decrits ci-dessus, le premier anneau etant fixe a I'extremite de la paroi externe de la chambre et le second anneau etant
fixe 3 I'extremite de la paroi interne de la chambre.
Les deux parois de la chambre de combustion vent ainsi pourvues de l'anneau selon ['invention de sorte que la duree de vie de l'extremite de
la chambre est augmentee.
Les parois de la chambre de combustion peuvent etre formees en un materiau composite thermostructural, en un materiau metallique eventuellement poreux ou bien en un materiau composite 3 matrice metallique.
Breve description des dessins
D'autres caracteristiques et avantages de ['invention ressortiront de
la description suivante de modes particuliers de realisation de ['invention,
donnes 3 titre d'exemples non limitatifs, en reference aux dessins annexes, sur lesquels: - la figure est une demi-vue en coupe axiale d'une chambre de combustion de turbine 3 gaz de moteurs d'avions selon 1'art anterieur, - la figure 2A est une vue en coupe de la paroi externe d'une chambre de combustion avec etancheite 3 I'interieur de l'anneau montrant la ventilation sous 1'anneau selon un mode de realisation de 1'invention,
- 2840974
- la figure 2B est une vue en coupe de la partie d'accrochage de la paroi externe d'une chambre de combustion avec etancheite a l'interieur de l'anneau selon un mode de realisation de ['invention, - la figure 3 est une vue schematique en perspective tronquee d'un premier mode de realisation d'un anneau d'etancheite selon ['invention, - la figure 4 est une vue schematique en perspective tronquee d'un second mode de realisation d'un anneau d'etancheite selon ['invention, - la figure 5 est une vue en coupe de la partie d'accrochage de la paroi externe d'une chambre de combustion avec etancheite en aval de I'anneau selon un mode de realisation de ['invention, - la figure 6 est une vue schematique en perspective tronquee d'un exemple de clinquant de la figure 5, - la figure 7 est une vue en coupe, hors zone d'accrochage, d'un anneau d'etancheite monte sur la paroi externe d'une chambre de combustion avec debit de fuite en sortie de l'anneau selon ['invention, et - la figure 8 est une vue en coupe, hors zone d'accrochage, d'un anneau d'etancheite monte sur la paroi externe d'une chambre de combustion comprenant un decrochement pour le debit de fuite en sortie
de l'anneau selon ['invention.
Description detaillee des modes de realisation de ['invention
La presente invention va etre decrite en relation avec un anneau destine 3 assurer l'etancheite entre une chambre de combustion et un distributeur. Toutefois, I'homme du metier pourra envisager sans difficulte ['application de ['invention a un anneau destine 3 I'accrochage de pastes souples de fixation sur la chambre tel que decrit dans les demandes de brevet fransais du present deposant FR 01 07361 et FR 01 07363. D'une maniere generale, la presente invention s'applique 3 tout type d'anneau 8 qui recouvre une partie d'une paroi d'une structure qui doit etre refroidie
par circulation d'un flux d'air.
Les figures 2A, 2B et 3 montrent un anneau d'etancheite conformement a un premier mode de realisation de ['invention. Sur la figure 2, les elements de la chambre de combustion et du carter qui restent inchanges comportent les memes signes de references que ceux indiques en figure 1. L'anneau d'etancheite 1 selon ce premier mode de realisation definit une structure annulaire qui comprend deux parties: une bague la et une collerette lb. La bague la correspond a la partie de I'anneau d'etancheite qui est disposee autour de l'extremite de la paroi 51a de la chambre de combustion 51. L'anneau d'etancheite 1 est fixe sur la paroi 51a de la chambre par serrage des organes de fixation 57 qui passent chacun respectivement dans un des orifices 5 prevus sur la bague la. L'anneau peut etre aussi fixe par tout autre systeme de liaison de
I'anneau a la paroi.
La bague la est prolongee par une collerette lb qui s'etend vers l'exterieur de la chambre de maniere a couvrir l'espace entre l'extremite de la chambre et le debut du distributeur haute pression 52 afin de venir
en contact avec un joint a lamelles 67 dispose sur le diffuseur.
Plus particulierement, la face inferieure de la bague la a ete usinee sur une grande partie pour former un evidement 3. La portion de la surface inferieure de la bague qui n'a pas ete usinee forme un epaulement annulaire 2. La bague la presente une epaisseur plus importante au niveau de l'epaulement annulaire 2. Dans les zones d'accrochage des pastes souples 61 sur la paroi 51a de la chambre, comme illustre en figure 2B, une rondelle 4 est prevue avec chaque organe de fixation 57. La rondelle 4 a une epaisseur determinee en fonction de la hauteur de l'evidemment 3 pour assurer le positionnement de l'anneau par rapport a
la paroi et garantir le serrage des liaisons mecaniques.
9 2840974
Comme illustre sur les figures 2A et 2B, I'epaulement annulaire 2 ne represente qu'une falble portion de la bague par rapport a l'evidemment 3. Ainsi, une fois l'anneau monte sur la paroi externe 51a de la chambre de combustion, I'evidement 3 forme une cavite 6 sous 1'anneau qui permet d'assurer, lorsqu'elle est alimentee par le flux d'air de contournement ou de refroidissement 63, le refroidissement de la paroi
jusqu'a son extremite tel que represente en figure 2A.
De plus, lorsque la chambre de combustion est munie, en outre des perforations 53 realisees typiquement hors de la zone d'accrochage, de perforations supplementaires 70 sous 1'anneau, un film de refroidissement continu 10 peut etre entretenu jusqu'3 I'extremite de la paroi a l'interieur de la chambre. L'epaulement annulaire 2 joue le r81e de becquet au fond de la cavite 6 afin de forcer le flux d'air de refroidissement 63 dans les perforations 70.. D'autre part, en choisissant un angle de perSage incline pour les perforations supplementaires 70, des trous debouchant quasiment a l'extremite de la paroi de chambre peuvent etre alimentes par le flux de refroidissement. Le film de refroidissement 10 constitue alors avantageusement un film de refroidissement pour la virole interne du
distributeur haute pression 52.
Un deuxieme mode de realisation de l'anneau d'etancheite selon la
presente invention va maintenant etre decrit en relation avec la figure 4.
Un anneau d'etancheite 100 est forme d'une bague lOOa prolongee par une collerette lOOb qui s'etend au-dela de ltextremite de la paroi 151a de la chambre. La bague lOOa comprend une pluralite d'evidements 103 qui ont ete usines sur la face de la bague qui est destinee a etre placee en regard de la paroi 15la de la chambre de combustion. Ces evidements forment chacun une cavite 106 pour permettre au flux d'air de refroidissement 63 de circuler jusqu'a 1'extremite de la paroi de la chambre.
- 10- 2840974
Les evidements 103 ont ete usines entre les orifices 105 de passages des organes de fixation 157 de maniere a laisser en plus d'un epaulement annulaire 102 des portions de contact 104 autour de chaque orifice 105. Ce mode de realisation permet de supprimer l'utilisation des rondelles necessaires au positionnement de l'anneau du premier mode de realisation. Par consequent, avec ce deuxieme mode de realisation de l'anneau d'etancheite selon ['invention, le flux d'air de refroidissement 63 peut egalement circuler dans les cavites 106 jusqu'a liextremite de la chambre et alimenter des perforations 70 realisees dans la zone
d'accrochage tout en simplifiant la technologie de montage de l'anneau.
Selon un mode de realisation de ['invention, on utilise un joint pour obstruer les fuites existent entre l'anneau et la paroi de la chambre en sortie des cavites, fuites dues aux tolerances de fabrication des pieces et/ou a l'ajustement de l'anneau sur la chambre. A cet effet, tel que represente sur la figure 2, un joint 1l, comme par exemple une tresse, un fil metallique, un joint section C ou omega, ou bien un tube capillaire, peut etre maintenu en position et en compression grace aux rondelles de fixation, d'une part, et le fond de la cavite, d'autre part. Dans le cas de l'anneau 100 selon le second mode de realisation de l'anneau, une saignee (non representee) est menagee dans chaque portion de contact 104 pour
permettre le placement du joint t! comme sur la figure 2.
Selon une variante, I'etancheite entre l'anneau et la paroi de la chambre peut etre realisee en aval l'epaulement, c'est a dire a l'exterieur de la cavite. Dans ce cas, comme illustre a la figure 5, un joint 13, tel qu'une tresse ou un tube capillaire, est maintenu en position contre la surface externe de l'anneau par un organe de maintien ou clinquant 12. Le clinquant 12 est fixe entre la paroi 51a de la chambre et les rondelles 4 ou
les portions de contact 104 par serrage des organes de fixation 57.
Comme illustre sur la figure 6, le clinquant 12 peut etre forme d'une seule piece ou d'une pluralite de secteurs 14 maintenus adjacents les uns aux
- 11 - 2840974
autres autour de la paroi de la chambre. La surface de contact entre la paroi de la chambre et le clinquant 12 est reduite au minimum requis pour leur fixation afin de ne pas obstruer les perforations 70 de la chambre de
combustion presentes dans cette zone.
Selon un autre mode de realisation d'une chambre de combustion comprenant un anneau d'etancheite selon la presente invention, on autorise un debit de fuite pour une partie du flux d'air de refroidissement qui circule dans la ou les cavites formees par l'anneau d'etancheite. Ainsi, comme represente sur la figure 7, I'epaisseur des portions de contact 104, ou bien des rondelles 4 suivant le mode de realisation de l'anneau considere, peut etre determinee de maniere a menager un espace entre l'epaulement et la paroi de la chambre pour le debit de fuite. Par consequent, sans ajout des dispositifs d'etancheite decrits plus haut, il existe un debit de fuite 107 d'une partie du flux d'air 23 qui sera calibre
par l'epaulement de l'anneau.
Selon un mode de realisation particulier de la chambre de combustion illustre en figure 8, un decrochement 152 peut etre realise en extremite de sa paroi afin de permettre un debit de fuite 107 pour une partie du flux d'air de refroidissement 63 qui circule dans les cavites 106 de l'anneau d'etancheite 101. Pour cela, il faut que le decrochement 152 soit realise en amont de l'epaulement 102 pour menager un passage de fuite pour une partie du flux d'air de refroidissement 63 qui entre dans les cavites 106. Si la chambre de combustion comprenant le decrochement 152 peut etre indifferemment utilisee avec l'anneau d'etancheite 1 ou 100, I'anneau 100 conformement au deuxieme mode de realisation presente l'avantage de pouvoir regler plus finement le debit de fuite alimentant la virole externe ou interne du distributeur haute pression du fait des
multiples cavites 106 qu'il forme avec la paroi de la chambre.
Les exemples de realisation d'assemblage avec debit de fuite en sortie d'anneau montres en figures 7 et 8 peuvent etre indifferemment
- 12- 2840974
realises avec l'anneau 1 ou 100 du premier ou second mode de realisation
selon ['invention.
D'autre part, quel que soit le mode realisation autorisant un debit de fuite en sortie d'anneau considere, le becquet forme par l'epaulement permet non seulement de forcer le flux d'air de refroidissement dans les perforations mais aussi de calibrer le debit de fuite avec la paroi pour creer un film de refroidissement pour la virole externe du diffuseur haute pression. Ce calibrage permet de contr81er le debit d'air entrant dans la
chambre de combustion.
Les figures 2 a 8 montrent des modes de realisation de 1'anneau
d'etancheite de la presente invention dans une configuration adaptee pour relier la paroi externe de la chambre de combustion au distributeur haute pression. Toutefois, I'homme du metier pourra envisager sans diffficultes
un anneau similaire pour l'extremite de la paroi interne 51b de 1'anneau.
Dans ce cas, I'anneau d'etancheite presentera simplement une configuration inverse pour comprendre le ou les evidements sur sa surface superieure en regard de la paroi interne Sib de la chambre et une
collerette qui s'etend vers l'interieur de l'anneau.
L'anneau d'etancheite selon la presente invention peut etre realise en un materiau composite thermostructural, tel que du C/SIC ou SiC/SiC, ou bien en u n al liage meta llique. Les pa rois de la chambre de combustion peuvent etre egalement realisees en un materiau composite thermostructural, comme du C/SIC ou SiC/SiC, mais aussi en un materiau metallique eventuellement poreux, ou bien en un materiau composite a
matrice metallique.
La ou les cavites de l'anneau selon la presente invention permettent de maximiser le refroidissement par multiperforation des parois de la chambre de combustion sous l'anneau. Les calculs effectues sur une chambre de combustion equipee de l'anneau d'etancheite selon ['invention
- 13- 2840974
ont permis de constater une diminution de la temperature d'environ 400 C
dans la zone d'accrochage.
La duree de vie en extremite de la chambre est par consequent augmentee et un film de refroidissement pour la virole interne et, eventuellement, externe du distributeur haute pression peut etre genere. La presente invention propose done une solution pour le refroidissement des parois de la chambre de combustion qui autorise l'accrochage de la chambre au carter directement sur ses parois tout en assurant l'etancheite entre le flux des gaz de combustion et le flux de contournement qui sert
de flux d'air de refroidissement.
- 14- 2840974