FR2896304A1 - Paroi annulaire transversale de chambre de combustion de turbomachine - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une paroi annulaire destinée à relier transversalement des parois longitudinales d'une chambre de combustion annulaire de turbomachine. La paroi (10) est sensiblement plane et comporte une pluralité d'ouvertures (12) pour le passage d'injecteurs de carburant et une pluralité de déformations (18) réparties sur sa circonférence de façon à amener la fréquence propre de résonance de la paroi au-dessus des fréquences de combustion.
Description
Titre de l'invention Paroi annulaire transversale de chambre de combustion
de turbomachine
Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des chambres de combustion de turbomachine. Elle vise plus particulièrement la paroi d'une chambre de combustion annulaire qui est destinée à relier transversalement les parois longitudinales de cette même chambre. Typiquement, une chambre de combustion annulaire de turbomachine est formée de deux parois annulaires longitudinales (une paroi interne et une paroi externe) qui sont reliées en amont par une paroi transversale également annulaire formant fond de chambre. Cette dernière est munie d'une pluralité d'ouvertures permettant le passage de systèmes d'injection de carburant.
La présente invention s'applique plus particulièrement aux chambres de combustion ayant une paroi transversale (ou fond de chambre) de forme sensiblement plane et réalisée en matériau métallique. La paroi transversale d'une chambre de combustion assure la liaison entre les parois interne et externe et permet le maintien des systèmes d'injection de carburant. Aussi, il est primordial que la paroi transversale présente une raideur suffisante pour assurer une bonne stabilité axiale des systèmes d'injection de carburant et une tenue dynamique optimale pour la chambre de combustion. Une raideur adaptée de la paroi transversale permet d'allonger la durée de vie de la chambre de combustion. Or, en pratique, il a été constaté que des criques particulièrement préjudiciables à la durée de vie de la chambre de combustion se forment au niveau de la paroi transversale de celle-ci. De telles criques proviennent du fait que la paroi transversale ne présente généralement pas une raideur suffisante pour résister aux vibrations auxquelles elle est soumise. Les vibrations qui s'appliquent au fond de chambre sont dues à la combustion du mélange air/carburant dans la chambre de combustion.
Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une paroi transversale ayant une raideur suffisante pour supporter sans dommages les vibrations résultant de la combustion à l'intérieur de la chambre. A cet effet, il est prévu une paroi annulaire destinée à relier transversalement des parois longitudinales d'une chambre de combustion annulaire de turbomachine, ladite paroi étant sensiblement plane et comportant une pluralité d'ouvertures pour le passage d'injecteurs de carburant, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une pluralité de déformations réparties sur sa circonférence de façon à amener la fréquence propre de résonance de la paroi au-dessus des fréquences de combustion. Amener la fréquence propre de résonance de la paroi transversale au-delà des fréquences de combustion est obtenu en augmentant la raideur de la paroi transversale et permet d'éviter tout risque de formation de criques. La durée de vie de la chambre de combustion s'en trouve allongée. Par rapport à des raidisseurs à ajout de matière, l'utilisation de déformations jouant le rôle de raidisseurs permet par ailleurs d'éviter d'augmenter la masse de la paroi transversale et d'empêcher l'obstruction d'éventuels trous de multiperforation formés au travers de cette même paroi. Les déformations peuvent se présenter sous la forme de gorges s'étendant sensiblement radialement et/ou sensiblement tangentiellement.
Dans ce cas, la largeur des gorges est comprise entre deux et dix fois l'épaisseur de la paroi et la profondeur des gorges est comprise entre deux et six fois l'épaisseur de la paroi. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les déformations sont obtenues par emboutissage de la paroi.
La présente invention a également pour objet une chambre de combustion et une turbomachine ayant une chambre de combustion comportant une paroi annulaire telle que définie précédemment.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une chambre de combustion de turbomachine dans son environnement ; - la figure 2 est une vue en perspective d'une paroi transversale de chambre de combustion selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une loupe de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue partielle de la paroi de la figure 2 selon une autre perspective ; et - la figure 5 est une vue partielle d'une paroi transversale selon un autre mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation La figure 1 illustre une chambre de combustion pour turbomachine. Une telle turbomachine comporte notamment une section de compression (non représentée) dans laquelle de l'air est comprimé avant d'être injecté dans un carter de chambre 2, puis dans une chambre de combustion 4 montée à l'intérieur de celui-ci. L'air comprimé est introduit dans la chambre de combustion et mélangé à du carburant avant d'y être brûlé. Les gaz issus de cette combustion sont alors dirigés vers une turbine haute-pression 5 disposée en sortie de la chambre de combustion 4. La chambre de combustion 4 est de type annulaire. Elle est formée d'une paroi annulaire interne 6 et d'une paroi annulaire externe 8 qui sont réunies en amont (par rapport au sens d'écoulement des gaz de combustion dans la chambre de combustion) par une paroi transversale 10 formant fond de chambre. Les parois interne 6 et externe 8 s'étendent selon un axe longitudinal X-X légèrement incliné par rapport à l'axe longitudinal Y-Y de la turbomachine.
La paroi transversale 10 de la chambre de combustion est généralement obtenue par emboutissage d'une tôle métallique. Son épaisseur est typiquement de l'ordre de 1,5 mm environ. Quant aux parois longitudinales 6, 8 de la chambre de combustion, elles peuvent être également métalliques ou bien réalisées dans un matériau céramique.
Comme illustré par les figures 2 et 3, la paroi transversale 10 se présente sous la forme d'un anneau centré sur l'axe longitudinal Y-Y de la turbomachine. Elle se compose d'une partie principale 10a sensiblement plane qui se prolonge à ses deux extrémités libres par des parties 10b repliées vers l'amont. La partie principale 10a peut être inclinée par rapport à l'axe longitudinal Y-Y de la turbomachine. Dans ce cas, l'anneau présente une forme sensiblement tronconique comme représenté sur la figure 2. Alternativement, la partie principale 10a pourrait être sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal Y-Y de la turbomachine. Les parties repliées 10b de la paroi transversale 10 sont destinées à permettre la fixation des parois longitudinales interne 6 et externe 8 de la chambre de combustion, par exemple au moyen de boulonnages 11. La partie principale 10a de la paroi transversale 10 est pourvue d'une pluralité d'ouvertures 12 dans lesquelles sont montés des injecteurs de carburant 14. Ces ouvertures 12, par exemple au nombre de dix-huit, peuvent être sensiblement circulaires et régulièrement espacées sur toute la circonférence de la paroi transversale 10. Comme représenté sur la figure 3, la partie principale 10a est également munie d'une pluralité de trous de multiperforation 16 qui sont destinés à permettre un refroidissement par impact d'air des déflecteurs (non représentés) montés dans la chambre de combustion autour de chaque injecteur de carburant 14. Pour des raisons de clarté, de tels trous de multiperforation ne sont pas représentés sur la figure 2. Selon l'invention, la paroi transversale 10 de la chambre de combustion comporte en outre une pluralité de déformations réparties sur sa circonférence de façon à amener la fréquence propre de résonance de la paroi au-dessus des fréquences de combustion à l'intérieur de la chambre. La raideur de la paroi transversale se trouve augmentée par la présence de telles déformations. Ainsi, tout risque que la paroi transversale de la chambre de combustion se trouve en résonance avec les fréquences de combustion de la chambre est écarté. La fréquence propre de résonance de la paroi transversale de la chambre de combustion et les fréquences de combustion sont 35 déterminées par des calculs éléments finis ou des formules analytiques.
A partir de ces données, il est possible d'estimer la forme, le nombre et les dimensions des déformations à apporter à la paroi transversale de la chambre de combustion afin d'amener sa fréquence propre de résonance au-dessus des fréquences de combustion de la chambre de combustion. Grâce au raidissement de la paroi transversale, il est notamment possible de positionner les fréquences propres de la chambre au-delà des plages de fréquences de combustion qui sont interdites du fait des critères de conception de la chambre. Selon un mode de réalisation de l'invention illustré par les figures 2 à 4, les déformations se présentent sous la forme de gorges 18 s'étendant selon une direction sensiblement radiale (par rapport à l'axe longitudinal Y-Y de la turbomachine). Sur cet exemple de réalisation, le nombre de gorges s'élève à dix-huit. Ce nombre peut toutefois être différent.
Plus précisément, ces déformations se présentent sous la forme de gorges 18 du côté aval de la partie principale 10a de la paroi transversale 10 (comme illustré sur les figures 2 et 3) et sous la forme de bossages (ou bosses) du côté amont de celle-ci (comme représenté sur la figure 4). De telles gorges 18 s'étendent radialement entre les deux parties repliées 10b de la paroi transversale. Elles sont par exemple disposées entre deux ouvertures 12 adjacentes. Selon une variante de réalisation de l'invention représentée schématiquement par la figure 5, les déformations peuvent se présenter sous la forme de gorges 18' s'étendant selon une direction sensiblement tangentielle (ou circonférentielle). Sur cette figure 5, ces déformations se présentent sous la forme de gorges 18' du côté aval de la partie principale 10a de la paroi transversale 10 et sous la forme de bossages du côté amont de celle-ci. De telles gorges 18' s'étendent tangentiellement, par exemple entre deux ouvertures 12 adjacentes. Quelque soit le mode de réalisation choisi, les dimensions (largeur et profondeur) et le nombre des gorges 18, 18' sont déterminés en fonction de la fréquence propre de résonance de la paroi transversale 10 et des fréquences de combustion.
Ainsi, la largeur I (figure 3) de chaque gorge 18, 18' peut être comprise entre deux et dix fois l'épaisseur de la paroi transversale 10 et leur profondeur p (figure 4) peut être comprise entre deux et six fois l'épaisseur de la paroi. Par ailleurs, la largeur I et la profondeur p des gorges 18, 18' peuvent être variables sur toute leur longueur. A titre d'exemple, lorsque la paroi transversale 10 de la chambre de combustion présente une épaisseur de 1,5 mm environ et comporte dix-huit ouvertures 12 pour le passage d'injecteurs de carburant 14, le nombre de gorges radiales 18 peut être également de dix-huit, avec une largeur de l'ordre de 5 mm et une profondeur de 3 mm environ. On notera que les déformations de la paroi transversale peuvent se présenter sous d'autres formes, par exemple sous la forme des gorges s'étendant à la fois radialement et tangentiellement. On notera également que les déformations (qu'elles se présentent sous la forme de gorges radiales ou tangentielles) sont de préférence réalisées par emboutissage de la partie principale 10a de la paroi transversale 10. Ce procédé d'obtention des déformations est simple et peu coûteux. On notera enfin que les déformations (qu'elles se présentent sous la forme de gorges radiales ou tangentielles) sont de préférence réalisées dans des zones de la partie principale 10a de la paroi transversale 10 qui sont dépourvues de trous de multiperforation 16 (par exemple entre deux ouvertures 12 adjacentes).
Claims (7)
1. Paroi annulaire (10) destinée à relier transversalement des parois longitudinales (6, 8) d'une chambre de combustion annulaire (4) de turbomachine, ladite paroi (10) étant sensiblement plane et comportant une pluralité d'ouvertures (12) pour le passage d'injecteurs de carburant (14), caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une pluralité de déformations (18, 18') réparties sur sa circonférence de façon à amener la fréquence propre de résonance de la paroi au-dessus des fréquences de combustion.
2. Paroi selon la revendication 1, dans laquelle les déformations (18) se présentent sous la forme de gorges s'étendant sensiblement radialement.
3. Paroi selon la revendication 1, dans laquelle les déformations (18') se présentent sous la forme de gorges s'étendant sensiblement tangentiellement. 20
4. Paroi selon l'une des revendications 2 et 3, dans laquelle la largeur (I) des gorges (18, 18') est comprise entre deux et dix fois l'épaisseur de la paroi et la profondeur (p) des gorges est comprise entre deux et six fois l'épaisseur de la paroi. 25
5. Paroi selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle les déformations (18, 18') sont obtenues par emboutissage.
6. Chambre de combustion (4) de turbomachine comportant une paroi annulaire (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
7. Turbomachine comportant une chambre de combustion (4) ayant une paroi annulaire (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 30
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