FR2928994A1 - Chambre de combustion de turbomachine. - Google Patents
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Abstract
Le fond de chambre (2) présente une ouverture (8) destinée à recevoir un bol de prévaporisation (6) de forme générale annulaire dans l'axe (A) duquel est monté un dispositif (3) d'injection d'air et de carburant. Le bo (6) est monté flottant par rapport au fond de chambre (2) selon une direction radiale prédéterminée (XX'). Le bol (6) est évasé vers l'aval de manière à former une collerette (17), un déflecteur (7) formant bouclier thermique étant disposé autour de la collerette (17) du bol (6) sur un côté aval du fond de chambre (2). Des moyens (10-14) sont prévus pour guider le bol (6) en translation selon ladite direction radiale prédéterminée (XX'). Le bol (6) et le déflecteur (7) sont réalisés en une seule pièce de sorte que le mouvement de flottement: de l'ensemble bol (6) - déflecteur (7) se fasse dans un plan de glissement situé entre le déflecteur (7) et le fond de chambre (2).
Description
La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines et concerne une chambre de combustion d'une turbomachine. Dans la suite de la description, les termes "amont" ou "aval" seront utilisés pour désigner les positions des éléments de structure les uns par rapport aux autres en direction axiale, en prenant pour référence le sens d'écoulement des gaz. De même, les termes "interne" ou "radialement interne" et "externe" ou "radialement externe" seront utilisés pour désigner les positions des éléments de structure les uns par rapport aux autres en direction radiale, en prenant pour référence l'axe de symétrie de la structure considérée. Une turbomachine comprend un ou plusieurs compresseur(s) délivrant de l'air sous pression à une chambre de combustion où l'air est mélangé à du carburant et allumé afin de générer des gaz de combustion chauds. Ces gaz s'écoulent vers l'aval de la chambre vers une ou plusieurs turbine(s) qui transforme(nt) l'énergie ainsi reçue afin d'entraîner en rotation le ou les compresseur(s) et fournir le travail nécessaire, par exemple, à la motorisation d'un avion. Typiquement, une chambre de combustion utilisée en aéronautique comprend une paroi longitudinale annulaire interne et une paroi longitudinale annulaire externe, reliées entre elles à leur extrémité amont par une paroi transversale annulaire dite fond de chambre. Le fond de chambre présente, espacées circonférentiellement, une pluralité d'ouvertures recevant chacune un dispositif d'injection au milieu duquel vient se positionner un injecteur, l'ensemble permettant l'amenée du mélange d'air et de carburant destiné à être brûlé dans la chambre de combustion. La chambre de combustion est alimentée par du carburant liquide, mélangé à de l'air issu d'un compresseur. Le carburant liquide est amené jusqu'à la chambre par les injecteurs dans lesquels il est vaporisé en fines 2 gouttelettes. Cette vaporisation est initiée au niveau de l'injecteur grâce à des gicleurs et est poursuivie au niveau d'un venturi et d'un bol de prévaporisation par l'effet d'air sous pression provenant d'un compresseur. Cet air sous pression traverse, d'une part, des vrilles radiales du dispositif d'injection pour mettre en rotation le carburant pulvérisé par l'injecteur, et, d'autre part, des orifices ménagés dans différentes parties du dispositif d'injection telles que le bol. Le bol est évasé vers l'aval de manière à former une collerette, un déflecteur étant disposé autour de la collerette du bol sur un côté aval du fond de chambre. Ce déflecteur forme un bouclier thermique et est refroidi par impact au moyen d'un air de refroidissement issu d'une pluralité de perforations ménagées dans le fond de chambre. A titre d'exemples de chambre de combustion de turbomachine, on peut se reporter aux brevets FR 2 662 784 et FR 2 639 095 au nom de la 15 Demanderesse. Le bol y est monté flottant en translation par rapport au fond de chambre et au déflecteur selon une direction radiale prédéterminée. Des moyens sont prévus pour guider le bol en translation selon ladite direction radiale prédéterminée. 20 Cette disposition permet d'absorber en fonctionnement les mouvements relatifs entre les parois de la chambre de combustion et l'injecteur, mouvements dus aux différences de dilatation thermique de la chambre par rapport au carter de turbomachine. Or, la collerette du bol risque de se déformer du fait des hautes 25 températures atteintes dans cette région de la chambre de combustion, de sorte que le jeu radial nécessaire entre bol et déflecteur soit perturbé et qu'ainsi le décentrage de l'injecteur par rapport au bol qui en résulte puisse conduire à une rotation indésirable de la nappe de carburant pulvérisé par l'injecteur.
La présente invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant une chambre de combustion de turbomachine telle que présentée ci-dessus et dans laquelle le jeu radial nécessaire entre bol et déflecteur soit préservé malgré les fortes températures atteintes dans la région du fond de chambre. A cet effet, l'invention a pour objet une chambre de combustion de turbomachine du type décrit en introduction et dans laquelle le bol et le déflecteur sont réalisés en une seule pièce de sorte que le mouvement de flottement de l'ensemble bol ù déflecteur se fasse dans un plan de glissement situé entre le déflecteur et le fond de chambre. Le plan de glissement étant situé entre le déflecteur et le fond de chambre, une éventuelle déformation de la collerette du bol n'aura pas d'impact sur le mouvement de flottement radial de l'ensemble bol-déflecteur nécessaire pour épouser les mouvements éventuels de la tête d'injecteur. De surcroît, ce plan de glissement est relativement froid par rapport au reste de la chambre de combustion, ce qui préserve le jeu radial de l'ensemble bol-déflecteur en cas de hautes températures dans la chambre. Selon une possibilité avantageuse, l'ensemble bol-déflecteur est 20 réalisé en matériau composite à matrice céramique afin de limiter la masse en porte-à-faux sur l'injecteur. Afin de minimiser encore les risques de perturbation du jeu radial de l'ensemble bol-déflecteur, le déflecteur peut être cle forme générale sensiblement plane parallèlement au fond de chambre et délimitée par un 25 espacement annulaire vide par rapport à une paroi interne de la chambre de combustion. Il est par exemple ménagé dans le fond de chambre au moins un orifice de refroidissement en regard dudit espacement annulaire vide entre le déflecteur et la paroi interne de la chambre de combustion. 4 Dans une forme de réalisation simple de l'invention, lesdits moyens pour guider le bol en translation comprennent deux parties filetées, diamétralement opposées selon ladite direction radiale prédéterminée, et prévues sur le pourtour du bol, chacune de ces parties filetées étant prévue pour se loger dans un écrou de retenue contre le fond de chambre, ledit écrou étant prévu pour être vissé de manière à laisser flotter l'ensemble bolûdéflecteur en translation selon ladite direction radiale prédéterminée, et des moyens sont prévus pour empêcher un desserrage de l'écrou hors de la partie filetée correspondante.
Dans ce cadre, lesdits moyens anti-desserrage de l'écrou hors de la partie filetée correspondante peuvent comprendre une pluralité de trous traversants radialement ménagés dans l'écrou et aptes à coïncider avec des orifices ménagés radialement dans la partie filetée correspondante, ces trous traversants et orifices étant destinés lorsqu'ils coïncident à recevoir une goupille de blocage. Selon une possibilité, sont également prévus des moyens antirotation de forrnes complémentaires entre le fond de chambre et l'ensemble bol-déflecteur. La présente invention a également pour objet une turbomachine 20 munie d'une charnbre de combustion telle que définie ci-avant. L'invention présente notamment comme avantages d'assurer un comportement st:able de la nappe de carburant pulvérisé, de limiter le nombre de pièces dans le fond de chambre et de réduire la masse de la chambre de combustion. 25 De toutes façons, l'invention sera mieux cornprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description d'un mode préféré de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une chambre de combustion selon l'invention, qui montre plus particulièrement la région du fond de chambre ; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 qui 5 représente des moyens de guidage en translation du bol ; - les figures 3 et: 4 sont deux vues analogues en coupe selon la ligne III-III de la figure 1, qui représentent des moyens anti-rotation complémentaires entre le fond de chambre (sur la figure 3) et l'ensemble bol-déflecteur (sur la figure 4).
La figure 1 représente une chambre de combustion de turbomachine selon l'invention. La chambre de combustion comporte une paroi longitudinale annulaire interne 1 et une paroi longitudinale annulaire externe, reliées entre elles à leur extrémité amont par une paroi transversale annulaire 2 dite fond de chambre.
Le fond de chambre 2 présente, espacées circonférentiellement, une pluralité d'ouvertures 8 recevant chacune un dispositif d'injection au milieu duquel vient se positionner un injecteur 3, l'ensemble permettant l'amenée du mélange d'air et de carburant destiné à être brûlé dans la chambre de combustion.
La chambre de combustion est alimentée par du carburant liquide, mélangé à de l'air, amené jusqu'à la chambre par les injecteurs 3 dans lesquels il est vaporisé en fines gouttelettes. Cette vaporisation est initiée au niveau de l'injecteur 3 grâce à des gicleurs et est poursuivie au niveau d'un venturi 5 et d'un bol de prévaporisation 6 de forme générale annulaire par l'effet d'air sous pression provenant d'un compresseur (non représenté). Le dispositif d'injection est monté dans l'axe A du bol 6. L'air sous pression traverse des vrilles radiales 4 du dispositif d'injection pour mettre en rotation le carburant pulvérisé par l'injecteur 3. 6 Le bol 6 est évasé vers l'aval de manière à former une collerette 17, un déflecteur 7 formant bouclier thermique est disposé autour de la collerette 17 du bol 6 sur un côté aval du fond de chambre 2. Le bol 6 est monté flottant par rapport au fond de chambre 2 selon une direction radiale prédéterminée XX', et des moyens de guidage 10-14 (voir ci-après) sont prévus pour guider le bol 6 en translation selon la direction XX'. Selon l'invention, le bol 6 et le déflecteur 7 constituent une seule pièce réalisée, dans cet exemple, en un matériau composite à matrice céramique. Ainsi, le mouvement de flottement (c'est à dire le jeu radial selon la direction XX') de l'ensemble bol 6 -déflecteur 7 se fait: dans un plan de glissement froid situé entre le déflecteur 7 et le fond de chambre 2. En cas de hautes températures dans la chambre de combustion, le plan de glissement étant situé entre le déflecteur et le fond de chambre reste en effet relativement froid (par rapport au reste de la chambre de combustion), ce qui préserve le jeu radial de l'ensemble bol 6 ùdéflecteur 7 nécessaire pour suivre les mouvements éventuels de la tête d'injecteur 3.
Le déflecteur 7 est ici de forme générale sensiblement plane parallèlement au fond de chambre 2 afin de minimiser encore les risques de perturbation du jeu radial de l'ensemble bol 6 ùdéflecteur 7. La couronne du déflecteur 7 est délimitée par un espacement annulaire vide par rapport à la paroi interne 1 de la chambre afin de ne pas gêner le déplacement radial de l'ensemble bol 6 ùdéflecteur 7. Plusieurs orifices de refroidissement 9 sont ménagés dans le fond de chambre 2, régulièrement espacés en regard de l'espacement 7 annulaire vide entre le déflecteur 7 et la paroi interne ] de la chambre de combustion. Les moyens mis en oeuvre pour guider le bol 6 en translation comprennent deux goujons filetés 10, diamétralement: opposés selon la direction radiale prédéterminée XX', et radialement saillants vers l'extérieur sur le pourtour du bol 6. Chacun de ces goujons filetés 10 est prévu pour se loger dans un écrou 11 de retenue contre le fond de chambre 2. L'écrou 11 est prévu pour être vissé de manière à laisser flotter l'ensemble bol 6 ù déflecteur 7 en translation selon la direction radiale prédéterminée XX'. Des moyens représentés sur la figure 2 sont prévus pour empêcher un desserrage de l'écrou 11 vis-à-vis du goujon fileté 10 correspondant. Dans la forme de réalisation représentée, les moyens anti- desserrage comprennent huit trous traversants 13 ménagés radialement dans l'écrou 11 et aptes chacun, selon la position angulaire de l'écrou 11, à coïncider avec l'un de six orifices 12 ménagés radialement dans le goujon fileté 10 correspondante. Ces trous traversants 13 et orifices 12 sont destinés, lorsqu'ils coïncident, à recevoir une goupille de blocage 14.
Le montage de l'ensemble se fait comme suit. L'ensemble bol 6 ùdéflecteur 7 est d'abord monté libre sur le fond de chambre 2 et un écrou 11 se visse sur chaque goujon fileté 10 de l'ensemble bol 6 ùdéflecteur 7 non serré. Puis, l'écrou 11 est serré manuellement jusqu'au contact du fond de chambre 2 et ensuite desserré pour qu'un trou 13 de l'écrou 11 et un orifice 12 du goujon fileté 10 coïncident et que le jeu radial nécessaire entre le bol 6 ù déflecteur 7 et le fond de chambre 2 soit bien assuré.
8 Ici, la goupille de blocage 14 est un rivet que l'on introduit au travers du trou 13 et de l'orifice 12 coïncidant et qui est: finalement brasé. Cette disposition empêche un desserrage de l'écrou 11. Sur les figures 3 et 4 sont représentés des moyens anti-rotation de formes complémentaires entre une ouverture 8 du fond de chambre 2 et l'ensemble bol 6 û déflecteur 7 correspondant. L'ensemble bol 6 û déflecteur 7 comporte ici, sur son pourtour, deux pions anti-rotation 19 (voir figure 3) radialement saillants vers l'extérieur et diamétralement opposés. Ces deux pions 19 sont prévus pour venir se loger chacun dans une encoche 20 (voir figure 4) radialement saillante vers l'extérieur et ménagée dans la paroi de l'ouverture 8 du fond de chambre 2. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas au seul exemple de réalisation décrit ci-dessus; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application entrant dans le cadre des revendications qui suivent. C'est ainsi notamment que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en réalisant le bol et le déflecteur en une seule pièce de fonderie par exemple.
Claims (8)
1. Chambre de combustion de turbomachine comportant en amont, relativement au sens d'écoulement des gaz, une paroi dite fond de chambre (2) qui délimite ladite chambre de combustion, le fond de chambre (2) présentant au moins une ouverture (8) destinée à recevoir un bol de prévaporisation (6) de forme générale annulaire dans l'axe (A) duquel est monté un dispositif (3-5) d'injection d'air et de carburant, ledit bol (6) étant monté flottant par rapport au fond de chambre (2) selon une direction radiale prédéterminée (XX'), ledit bol (6) étant évasé vers l'aval de manière à former une collerette (17), un déflecteur (7) formant bouclier thermique étant disposé autour de la collerette (17) du bol (6) sur un côté aval du fond de chambre (2), des moyens (10-14) étant prévus pour guider le bol (6) en translation selon ladite direction radiale prédéterminée (XX'), caractérisée en ce que le bol (6) et le déflecteur (7) sont réalisés en une seule pièce de sorte que le mouvement de flottement de l'ensemble bol (6) -déflecteur (7) se fasse dans un plan de glissement situé entre le déflecteur (7) et le fond de chambre (2).
2. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble bol (6) û déflecteur (7) est réalisé en matériau composite à matrice céramique.
3. Chambre de combustion selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le déflecteur (7) est de forme générale sensiblement plane parallèlement au fond de chambre (2) et délimitée par un espacement annulaire vide par rapport à une paroi interne (1) de la chambre de combustion.
4. Chambre de combustion selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'il est ménagé dans le fond de chambre (2) au moins un orifice de 10 refroidissement (9) en regard dudit espacement annulaire vide entre le déflecteur (7) et la paroi interne (1) de la chambre de combustion.
5. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits moyens pour guider le bol (6) en translation comprennent deux parties filetées (10), diamétralement opposées selon ladite direction radiale prédéterminée ()OX'), et prévues sur le pourtour du bol (6), chacune de ces parties filetées (10) étant prévue pour se loger dans un écrou (11) de retenue contre le fond de chambre (2), ledit écrou (11) étant prévu pour être vissé de manière à laisser flotter l'ensemble bol (6) û déflecteur (7) en translation selon ladite direction radiale prédéterminée (XX'), et en ce que des moyens (12-14) sont prévus pour empêcher un desserrage de l'écrou (11) vis-à-vis de la partie filetée (10) correspondante.
6. Chambre de combustion selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens anti-desserrage de l'écrou (11) comprennent une pluralité de trous 'traversants (13) ménagés radialement dans l'écrou (11) et aptes à coïncider avec des orifices (12) ménagés radialement dans la partie filetée (10) correspondante, ces trous traversants (13) et orifices (12) étant destinés, lorsqu'ils coïncident, à recevoir une goupille de blocage (14).
7. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que sont prévus des moyens antirotation (19, 20) de formes complémentaires entre le fond de chambre (2) et l'ensemble bol (6) ùdéflecteur (7).
8. Turbomachine munie d'une chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
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