FR2952700A1 - Guidage d'une bougie dans une chambre de combustion de turbomachine - Google Patents

Guidage d'une bougie dans une chambre de combustion de turbomachine Download PDF

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Abstract

L'invention concerne une chambre de combustion d'une turbomachine, comprenant au moins une bougie d'allumage portée par un carter extérieur et s'étendant dans un guide tubulaire (16) monté avec un jeu axial et transversal sur une cheminée fixée sur la paroi de révolution de la chambre et débouchant dans celle-ci, le guide (16) s'étendant au moins en partie dans une veine de circulation d'air à l'extérieur de la chambre. La partie tronconique (18) du guide (16) s'étendant dans la veine de circulation comporte des ouvertures (26) de passage d'air, afin de réduire la pression aérodynamique sur le guide (16) et la pression de contact du guide (16) sur la bougie.

Description

Guidage d'une bougie dans une chambre de combustion de turbomachine
La présente invention concerne essentiellement le guidage d'une bougie d'allumage dans une chambre annulaire de combustion d'une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Une chambre annulaire de combustion de turbomachine comprend une paroi annulaire de fond de chambre reliée à deux viroles sensiblement cylindriques de révolution et coaxiales s'étendant vers l'aval, et un carénage ou capotage fixé sur le fond de chambre et s'étendant vers l'amont. Le carénage guide le flux d'air fourni par le compresseur de la turbomachine et le partage en une veine centrale qui alimente la chambre de combustion et en deux veines externes qui contournent la chambre de combustion. L'air issu du compresseur est amené dans la chambre de combustion et mélangé à un carburant, la combustion du mélange étant initiée par au moins une bougie d'allumage montée sur un carter externe et traversant un orifice de la virole externe.
Afin de réaliser l'étanchéité de la chambre de combustion au niveau de cet orifice, il est connu de monter dans cet orifice des moyens de guidage, qui comprennent un guide tubulaire traversé axialement par la bougie et monté avec un jeu axial et transversal sur une cheminée fixée sur la virole externe de la chambre et débouchant dans celle-ci par l'orifice précité. Le jeu autorise des déplacements axiaux et radiaux entre la chambre et le carter externe résultant de leurs dilatations différentielles pendant les différentes phases de vol, sans que la bougie ne vienne buter ou s'appuyer contre les bords de l'orifice de la virole externe de la chambre.
II existe également un jeu fonctionnel entre le guide et la bougie afin que le guide puisse être déplacé en translation par rapport à la bougie.
Le guide s'étend dans une veine périphérique délimitée par le carter externe et la chambre de combustion, de sorte que l'air qui circule dans cette veine appuie le guide sur la bougie. Le contact entre la surface interne cylindrique du guide et la surface externe cylindrique de la bougie est situé du côté amont par rapport à l'écoulement d'air. Les dimensions de la zone de contact étant réduites, la pression de contact ou pression de Hertz est élevée. En outre, les vibrations et le flux d'air précité ont tendance à faire tourner le guide autour de la bougie.
Ceci crée une usure prématurée de la bougie au niveau de la zone de contact entre le guide et la bougie. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose une chambre de combustion d'une turbomachine, comprenant au moins une bougie d'allumage portée par un carter extérieur et s'étendant dans des moyens de guidage portés par une paroi de révolution de la chambre et comprenant un guide tubulaire traversé axialement par la bougie et monté avec un jeu axial et transversal sur une cheminée fixée sur la paroi de révolution de la chambre et débouchant dans celle-ci, le guide s'étendant au moins en partie dans une veine de circulation d'air à l'extérieur de la chambre, caractérisé en ce que la partie du guide s'étendant dans la veine de circulation comporte au moins une ouverture de passage d'air, afin de réduire la pression aérodynamique sur le guide et la pression de contact du guide sur la bougie. L'ouverture ainsi formée diminue la surface du guide exposée au flux d'air circulant dans la veine. De cette manière, l'effort exercé sur le guide, tendant à appuyer celui-ci contre la bougie, est réduit, de même que l'usure de la bougie.
Avantageusement, le guide comporte une paroi tronconique à une extrémité du côté du carter externe, et l'ouverture de passage d'air est ménagée dans cette paroi tronconique. De façon préférée, la paroi tronconique du guide comporte une pluralité d'ouvertures de passage d'air. Il est avantageux également que les ouvertures de passage soient alignées et forment une rangée annulaire s'étendant autour de l'axe du guide. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, chaque 10 ouverture de passage d'air présente une forme oblongue et s'étend le long d'une circonférence centrée sur l'axe du guide. Selon une forme de réalisation de l'invention, les extrémités de chaque ouverture sont incurvées. Selon une variante de réalisation de l'invention, chaque ouverture 15 de passage d'air présente une forme circulaire. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, chaque ouverture de passage d'air présente la forme d'une encoche s'étendant depuis le bord externe de la paroi tronconique. Selon une caractéristique de l'invention, les dimensions de 20 l'ouverture ou de chaque ouverture sont faibles par rapport à celles de l'extrémité de la bougie. De cette manière, l'insertion de la bougie dans le guide est facilitée car on évite que l'extrémité de la bougie puisse se bloquer dans une des ouvertures du guide lorsqu'on amène la bougie à l'intérieur du guide. 25 L'invention concerne en outre une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant une chambre annulaire de combustion selon l'invention. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 30 description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'une chambre annulaire de combustion de l'état de la technique ; - la figure 2 est une vue en perspective d'une partie de la chambre annulaire de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue agrandie des moyens de guidage d'une bougie utilisés dans la chambre des figures 1 et 2 ; - la figure 4 est une vue en coupe médiane des moyens de guidage de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue en coupe médiane d'un guide selon une première forme de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue partielle et de dessus, du guide de la figure 5; - la figure 7 est une vue en perspective du guide selon une deuxième forme de réalisation de l'invention - la figure 8 est vue en perspective des moyens de guidage selon la deuxième forme de réalisation de l'invention ; - la figure 9 est une vue correspondant à la figure 7, d'une troisième forme de réalisation de l'invention. Comme cela est illustré aux figures 1 et 2, une chambre annulaire de combustion 1 d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion est montée dans un carter externe 2 et comprend une virole externe 3 de révolution comportant une bride annulaire aval de fixation sur le carter 2, une virole interne 4 de révolution comportant une bride annulaire aval de montage sur un carter interne, et un fond de chambre 5 sur lequel sont montés des carénages 6 s'étendant vers l'amont. Des cannes d'injection de carburant 7, réparties autour de l'axe de la turbomachine, débouchent dans le fond de chambre 5, par des têtes d'injection 8. Des déflecteurs 9 sont disposés autour de chaque tête d'injection 8.
Le flux d'air fourni par le compresseur de la turbomachine est guidé par les carénages 6 et partagé en une veine centrale destinée à alimenter la chambre de combustion 1 et en deux veines externes destinées à contourner la chambre de combustion.
Les déflecteurs 9 forment un flux d'air entrant de manière tourbillonnante dans une zone de combustion primaire 10 de la chambre de combustion 1. Cet air est mélangé au carburant pulvérisé par les têtes d'injection 8, le mélange étant allumé par au moins une bougie 11. La bougie 11 est montée, par son extrémité externe, sur un adaptateur 12 fixé au carter externe 2. L'extrémité interne de la bougie 11 traverse un orifice 13 ménagé dans la virole externe 3, jusqu'à affleurer la surface interne de la virole externe 3. L'orifice 13 est équipé de moyens de guidage 14 de la bougie 11 comprenant une cheminée tubulaire 15 (voir figures 3 et 4) fixée sur la virole externe 3 et débouchant dans la chambre 10 par ledit orifice 13, ainsi qu'un guide 16 entourant la bougie et monté avec un jeu axial j1 et transversal j2 sur la cheminée 15. Le guide 16 comprend une surface interne cylindrique 17, destinée à entourer la bougie 11, et raccordée du côté du carter externe 2 à une surface tronconique 18, et du côté opposé à une collerette annulaire 19, destiné à être engagée avec jeu dans une gorge annulaire interne 20 de la cheminée 15. La surface tronconique 18 s'étend, au moins en partie, dans la veine de circulation d'air 21 située à l'extérieur de la chambre. Comme indiqué ci-dessus, l'air qui circule dans cette veine 21 appuie le guide 16 sur la bougie 11 et sous l'effet combiné des vibrations en fonctionnement, peut faire tourner le guide 16 sur la bougie 11, ce qui crée une usure plus ou moins rapide de la bougie 11. Cette dernière est de forme générale cylindrique à section circulaire. Une extrémité radialement interne 22 de la cheminée 15 est montée et soudée sur la virole 3, par l'intermédiaire d'un épaulement prenant appui sur le bord de l'orifice 13 et facilitant le positionnement de la cheminée 15. L'extrémité externe de la cheminée comporte un rebord annulaire 23 s'étendant radialement vers l'extérieur, par rapport à l'axe A de la cheminée 15, sur lequel est fixée une plaque annulaire 24 s'étendant parallèlement au rebord 23 et délimitant la gorge annulaire interne 20 avec celui-ci. La collerette 19 du guide s'étend dans la gorge annulaire 20, un jeu radial j1 étant formé entre le bord périphérique de la collerette 19 et le fond de la gorge 20, un jeu axial j2 étant en outre formé entre la collerette 19 et la paroi annulaire 24. Ces jeux j1, j2 ainsi que le coulissement de la bougie 11 dans le guide 16 permettent de compenser les déplacements et les désaxages relatifs entre la bougie d'allumage 11 et la cheminée 15, provoqués par les dilatations dues aux fortes températures apparaissant lors du fonctionnement de la turbomachine. Des trous de refroidissement 25 (figure 4) sont en outre ménagés dans la paroi cylindrique de la cheminée 15. En fonctionnement, de l'air issu de la veine périphérique 21 entre dans la cheminée 15 par les trous 25, de façon à refroidir la bougie 11. Un guide 16 selon une première forme de réalisation de l'invention est illustré aux figures 5 et 6. Celui-ci diffère du guide de l'art antérieur en ce que des ouvertures 26 sont ménagées dans sa paroi tronconique 18. Les ouvertures 26 sont de forme oblongue, sont alignées et forment une rangée annulaire s'étendant sur une circonférence autour de l'axe B du guide 16. Les extrémités 27 des ouvertures 26 sont incurvées et les dimensions de chaque ouverture 26 sont faibles par rapport à celles de l'extrémité de la bougie 11, ce qui permet de faciliter l'insertion de la bougie 11 dans le guide 16. En effet, la paroi tronconique 18 permet le centrage et le guidage de la bougie 11 lors de son insertion dans le guide 16. Les dimensions adaptées des ouvertures 26 et leurs extrémités incurvées 27 permettent d'éviter le coincement de l'extrémité libre de la bougie 11 contre le bord d'une des ouvertures 26. En fonctionnement, l'air circulant dans la veine périphérique 21 appuie le guide 16 contre la bougie 11. Toutefois, la surface du guide 16 exposée au flux d'air étant réduite par les ouvertures 26, l'effort appliqué par le flux d'air sur le guide 16 est réduit, par comparaison avec l'art antérieur. De cette manière, l'usure de la bougie 11 est sensiblement réduite.
Selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, représentée aux figures 7 et 8, les ouvertures 26 sont formées par des encoches s'étendant depuis le bord externe 28 de la partie tronconique 18. Chaque encoche 26 s'étend parallèlement à l'axe B du guide 16, sur une majeure partie de la partie tronconique 18, le fond 29 de chaque encoche 26 étant arrondi. Selon une troisième forme de réalisation de l'invention, représenté en figure 9, les ouvertures 26 sont de forme circulaire, les ouvertures 26 étant alignées et formant une rangée annulaire s'étendant sur une circonférence autour de l'axe B du guide 16.20

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Chambre de combustion (1) d'une turbomachine, comprenant au moins une bougie d'allumage (11) portée par un carter extérieur (2) et s'étendant dans des moyens de guidage (14) portés par une paroi de révolution (3) de la chambre et comprenant un guide tubulaire (16) traversé axialement par la bougie (Il) et monté avec un jeu axial (j2) et transversal (j1) sur une cheminée (15) fixée sur la paroi de révolution (3) de la chambre et débouchant dans celle-ci, le guide (16) s'étendant au moins en partie dans une veine de circulation d'air (21) à l'extérieur de la chambre, caractérisé en ce que la partie (18) du guide (16) s'étendant dans la veine de circulation (21) comporte au moins une ouverture (26) de passage d'air, afin de réduire la pression aérodynamique sur le guide (16) et la pression de contact du guide (16) sur la bougie (11).
  2. 2. Chambre de combustion (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le guide (16) comporte une paroi tronconique (18) à une extrémité du côté du carter externe (2), et en ce que l'ouverture (26) de passage d'air est ménagée dans cette paroi tronconique (18).
  3. 3. Chambre de combustion (1) selon la revendication 2, 20 caractérisée en ce que la paroi tronconique (18) du guide (16) comporte une pluralité d'ouvertures (26) de passage d'air.
  4. 4. Chambre de combustion (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que les ouvertures (26) de passage sont alignées et forment une rangée annulaire s'étendant autour de l'axe (B) du guide (16). 25
  5. 5. Chambre de combustion (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que chaque ouverture (26) de passage d'air présente une forme oblongue et s'étend le long d'une circonférence centrée sur l'axe (B) du guide (16).
  6. 6. Chambre de combustion (1) selon la revendication 5, 30 caractérisée en ce que les extrémités (27) de chaque ouverture (26) sont incurvées.
  7. 7. Chambre de combustion (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque ouverture (26) de passage d'air présente une forme circulaire.
  8. 8. Chambre de combustion (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque ouverture (26) de passage d'air présente la forme d'une encoche s'étendant depuis le bord externe de la paroi tronconique.
  9. 9. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les dimensions de l'ouverture (26) ou de chaque ouverture (26) sont faibles par rapport à celles de l'extrémité de la bougie (11).
  10. 10. Turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant une chambre annulaire de combustion (1) selon l'une des revendications 1 à 9.15
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