FR2988436A1

FR2988436A1 - Dispositif de guidage d'une bougie d'allumage

Info

Publication number: FR2988436A1
Application number: FR1252692A
Authority: FR
Inventors: Jacques Marcel Arthur Bunel; Gilles Ulryck
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2013-09-27
Anticipated expiration: 2032-03-26
Also published as: FR2988436B1

Abstract

Dispositif (120) de guidage d'une bougie d'allumage dans un orifice (118) d'une paroi (110) de chambre de combustion de turbomachine, comprenant une bague (122) et une douille (124) sensiblement coaxiales montées l'une à l'intérieur de l'autre, la bague étant destinée à être traversée axialement par la bougie et comportant un rebord annulaire externe (128) guidé transversalement dans une gorge annulaire interne (130) de la douille, caractérisé en ce que la douille comprend une paroi cylindrique (136) de fixation à un anneau (150) destiné à être rapporté et fixé dans l'orifice de la paroi de chambre de combustion.

Description

Dispositif de guidage d'une bougie d'allumage La présente invention concerne un dispositif de guidage d'une bougie d'allumage dans un orifice d'une paroi de chambre de combustion de turbomachine. Une chambre annulaire de combustion d'une turbomachine est délimitée par deux parois de révolution coaxiales qui s'étendent l'une à l'intérieur de l'autre et qui sont reliées entre elles à leurs extrémités amont par une paroi annulaire de fond de chambre. La paroi de fond de chambre comporte des orifices de montage de moyens d'injection d'un mélange d'air et de carburant à l'intérieur de la chambre, l'air provenant d'un compresseur de la turbomachine et le carburant étant amené par des injecteurs. La paroi externe de révolution de la chambre comporte au moins un orifice de passage d'une extrémité d'une bougie d'allumage dont l'autre extrémité est fixée sur un carter externe de la chambre, cette bougie étant destinée à amorcer la combustion du mélange d'air et de carburant dans la chambre. En fonctionnement de la turbomachine, les parois de la chambre de 20 combustion se dilatent thermiquement, ce qui engendre des déplacements relatifs entre la paroi externe de la chambre et la bougie d'allumage et entre la paroi de fond de chambre et les injecteurs de carburant. Pour compenser et autoriser ces déplacements relatifs, on utilise un dispositif de guidage de la bougie qui comprend une bague et une douille 25 sensiblement coaxiales montées l'une à l'intérieur de l'autre, la bague étant destinée à être traversée axialement par la bougie et comportant un rebord annulaire externe guidé transversalement dans une gorge annulaire interne de la douille qui est fixée sur le bord de l'orifice de la paroi externe de la chambre. Cette douille comprend deux pièces annulaires coaxiales qui sont 30 fixées l'une sur l'autre par soudage et qui définissent entre elles la gorge annulaire de guidage du rebord de la bague. Les demandes de brevet EP- A1-1 770 332 et EP-A1-2 071 241 de la demanderesse décrivent des dispositifs de guidage de ce type. La paroi externe de révolution de la chambre comporte en outre des multiperforations obliques par rapport à l'axe de la chambre, qui sont réalisées par perçage laser, notamment autour de l'orifice de passage de la bougie, au voisinage du bord périphérique de cet orifice. Ces multiperforations débouchent sur une zone annulaire située au droit de la périphérie externe du dispositif de guidage. Dans la technique actuelle, le dispositif de guidage est monté dans l'orifice de la paroi de chambre avant la réalisation des multiperforations. Le dispositif doit donc être protégé pendant le perçage laser pour éviter que le faisceau laser impacte et détériore le dispositif. Pour cela, un bloc de matière telle que du Téflon® est intercalé entre la paroi de chambre et la périphérie externe de la douille du dispositif, ce bloc étant destiné à intercepter le faisceau laser. Cependant, dans les moteurs de petite taille, cette technologie n'est pas applicable car l'espace entre la paroi de la chambre et le carter externe est relativement restreint et la périphérie externe de la douille est située à faible distance de la paroi de chambre si bien que le bloc de matière précité ne peut pas être intercalé dans cette zone. Une solution à ce problème consisterait à réaliser les multiperforations par une autre technologie que le perçage laser, et par exemple par perçage EDM ou à ne pas réaliser de multiperforations au voisinage immédiat de l'orifice de montage de la bougie. Cependant, ces solutions ne sont pas satisfaisantes car le perçage EDM ne permet pas de réaliser un grand nombre d'orifices successifs et est donc difficilement industrialisable, et l'absence de multiperforations autour de l'orifice de la paroi de chambre entraîne une déficience de ventilation dans cette zone, qui dégrade la durée de vie des pièces.

Une autre solution consisterait à réaliser les multiperforations par perçage laser avant le montage du dispositif dans l'orifice de la paroi de chambre. Cependant, cette solution n'est pas non plus satisfaisante car elle pourrait entraîner une déformation locale de la paroi qu'il faudrait alors rectifier, cette étape de rectification pouvant affecter la géométrie des multiperforations situées au voisinage de l'orifice et dégrader la ventilation de la chambre dans cette zone. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un dispositif de guidage d'une bougie d'allumage dans un orifice d'une paroi de chambre de combustion de turbomachine, comprenant une bague et une douille sensiblement coaxiales montées l'une à l'intérieur de l'autre, la bague étant destinée à être traversée axialement par la bougie et comportant un rebord annulaire externe guidé transversalement dans une gorge annulaire interne de la douille, caractérisé en ce que la douille comprend une paroi cylindrique de fixation à un anneau destiné à être rapporté et fixé dans l'orifice de la paroi de chambre de combustion. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la douille est fixée à l'anneau par frettage. Selon l'invention, le dispositif est destiné à être monté en deux étapes, une première étape dans laquelle l'anneau est fixé par exemple par soudage dans l'orifice de la paroi de chambre de combustion, et une autre étape dans laquelle la douille et la bague du dispositif sont rapportées et fixées à l'anneau, par exemple par frettage de la paroi cylindrique de la douille dans ou sur l'anneau. Ce montage en deux étapes permet de réaliser les multiperforations après la fixation de l'anneau dans l'orifice de la paroi et avant la fixation du reste du dispositif à l'anneau, ce qui limite les risques d'endommagement du dispositif par le faisceau laser de réalisation des multiperforations. L'anneau peut comprendre une surface cylindrique interne ou externe de frettage de la paroi cylindrique de la douille. Le frettage peut donc être réalisé par l'intérieur ou par l'extérieur de la douille.

L'anneau peut comprendre un rebord cylindrique dont le sommet définit une surface annulaire d'appui de la douille. Cette surface d'appui permet de retenir la douille et la bague. Avantageusement, la surface annulaire est reliée à la surface cylindrique par un chanfrein annulaire. Ce chanfrein permet de faciliter le montage de la paroi cylindrique de la douille sur ou dans l'anneau. L'anneau a par exemple en section une forme sensiblement en L dont la partie périphérique externe a une épaisseur sensiblement égale à celle de la paroi de chambre de combustion.

L'invention concerne également une chambre de combustion de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend une paroi annulaire externe sur laquelle est fixé au moins un dispositif du type décrit ci-dessus. L'invention concerne encore une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle 15 comprend une chambre de combustion du type précité entourée par un carter annulaire, et en ce que le dispositif de guidage est séparé du carter par un jeu radial qui est inférieur à la distance de frettage de la paroi cylindrique le long de l'axe de la douille. En cas de perte du serrage entre la paroi cylindrique de la douille et 20 l'anneau, la paroi cylindrique peut se désengager partiellement de l'anneau et la douille et la bague peuvent se déplacer radialement vers l'extérieur de la chambre. Le dispositif viendra alors en appui sur le carter, ce qui lui évitera de se désengager complètement de l'anneau et permettra de le maintenir en place pour conserver un guidage de la bougie. 25 L'invention concerne enfin un procédé de montage d'un dispositif du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : a) engager et souder l'anneau dans l'orifice de la paroi de chambre de combustion, b) réaliser des perçages laser au voisinage de l'orifice de la paroi de 30 chambre de combustion, et c) fixer la douille à l'anneau par frettage de sa paroi cylindrique sur une surface cylindrique interne ou externe de l'anneau. Le procédé peut comprendre, avant l'étape b) ou c), une étape de rectification par usinage de la surface cylindrique de l'anneau. Cette étape permet de supprimer ou diminuer les déformations locales de l'anneau liées à son opération de soudage. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective de la paroi externe d'une chambre de combustion d'une turbomachine ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif de guidage selon la technique antérieure ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une paroi de chambre de combustion portant un anneau du dispositif de guidage selon l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale et en perspective du dispositif de guidage selon l'invention, en position de montage ; - la figure 5 est une vue schématique en coupe axiale et en perspective du dispositif de guidage selon l'invention, en position de désengagement ; et - la figure 6 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'une variante de réalisation du dispositif de guidage selon l'invention. La figure 1 représente une partie d'une paroi de révolution externe 10 d'une chambre de combustion d'une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, cette chambre étant par exemple du type de celle décrite dans les demandes EP-A1-1 770 332 et EP-A1-2 071 241. La paroi 10 de la chambre comporte plusieurs orifices 12, 14, 16 obtenus par usinage et des multiperforations 18 réalisées par perçage laser. Les orifices 12 et 14 sont des orifices primaires et de dilution qui permettent d'alimenter en air la chambre. Les multiperforations 18 permettent de ventiler la paroi 10 et de limiter son échauffement en fonctionnement. La paroi 10 comporte au moins un orifice 16 de montage d'un dispositif 20 de guidage d'une bougie d'allumage qui est 5 schématiquement représenté en figure 2, cette bougie permettant d'enflammer le mélange d'air et de carburant injecté dans la chambre. La bougie d'allumage a une forme sensiblement cylindrique et s'étend sensiblement radialement par rapport à l'axe longitudinal de la chambre, l'extrémité radialement interne de la bougie étant guidée par le 10 dispositif 20 dans l'orifice 16 de la paroi 10, et son extrémité radialement externe étant fixée par des moyens appropriés sur un carter de la chambre. Le dispositif de guidage 20 de la technique antérieure, tel que celui représenté en figure 2, est fixé à l'extérieur de la chambre de combustion sur la paroi 10, autour de l'orifice 16, pour compenser les déplacements 15 relatifs entre la paroi externe 10 de la chambre et la bougie portée par le carter pendant le fonctionnement de la turbomachine. Le dispositif 20 comporte une bague 22 traversée axialement par la bougie et montée à l'intérieur d'une extrémité d'une douille 24 coaxiale, dont l'autre extrémité est fixée par brasage ou soudage sur la paroi 10 de la 20 chambre, autour de l'orifice 16 de passage de la bougie. La bague 22 comprend une partie cylindrique dont la surface interne entoure la bougie. Cette partie cylindrique est reliée à une extrémité à une partie tronconique 26 évasée vers l'extérieur qui sert au guidage de la bougie lors de son montage dans le dispositif, et comporte à son autre 25 extrémité un rebord annulaire 28 qui s'étend radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe A de la bague 22 et qui est guidé dans une gorge annulaire interne 30 de la douille 24. La douille 24 comprend deux pièces annulaires 32, 34 coaxiales qui sont fixées par brasage ou soudage l'une sur l'autre et qui définissent entre 30 elles la gorge annulaire 30 de guidage du rebord externe 28 de la bague 22.

La première pièce 32 comprend une paroi cylindrique 36 qui est soudée ou brasée à une extrémité sur la paroi 10 et qui est reliée à son autre extrémité à une paroi radiale 38. Cette paroi radiale 38 de la pièce 32 est raccordée à sa périphérie externe à un rebord cylindrique 40 s'étendant du côté opposé à la paroi cylindrique 36 et sur lequel est appliquée et soudée ou brasée la périphérie de la seconde pièce 34 de la douille, cette seconde pièce étant ici formée par une rondelle. Comme cela est visible en figure 2, les multiperforations 18 sont inclinées, d'environ 30°, par rapport à une normale à la paroi 10. Certaines multiperforations 18 sont situées au voisinage immédiat du dispositif 20 et sont orientées vers le dispositif. Comme expliqué dans ce qui précède, le dispositif 20 est fixé sur la paroi 10 avant la réalisation des multiperforations 18 par perçage laser. Lors de ce perçage, un bloc 42 de matière en Téflon®, schématiquement représenté par des traits pointillés, est engagé entre la paroi radiale 38 de la douille 24 et la paroi 10 de façon à ce que ce bloc 42 soit situé entre les débouchés de multiperforations 18 et le dispositif 20. Ce bloc 42 protège ainsi le dispositif 20 du faisceau laser qui pourrait impacter le dispositif lors du perçage. L'épaisseur de ce bloc 42 ne doit pas dépasser quelques millimètres pour autoriser le montage et le démontage du bloc. Cependant, dans les moteurs de petite taille, le dispositif 20 de guidage a une hauteur ou dimension radiale (par rapport à l'axe de la chambre) qui est relativement petite, ce qui se traduit par un espace de très faible épaisseur entre la paroi radiale 38 de la douille 24 et la paroi 10, qui n'autorise pas le montage d'un bloc du type précité dans cet espace. L'invention permet de remédier à cet inconvénient grâce à la fixation du dispositif, par exemple par frettage dans ou sur un anneau rapporté et fixé dans l'orifice de montage de la bougie de la paroi de chambre, cette technologie permettant de réaliser les multiperforations avant la fixation du dispositif, ce qui évite l'utilisation de moyens de protection du dispositif lors du perçage laser de ces multiperforations et limite donc les risques d'endommagement du dispositif lors de cette opération. On se réfère désormais aux figures 3 à 5 qui représentent un mode de réalisation du dispositif de guidage 120 selon l'invention, ce dispositif de guidage comprenant en plus de la bague 122 et des deux pièces 132, 134 de la douille 124, un anneau 150 qui est destiné à être engagé et fixé par soudage ou brasage dans l'orifice 116 de la paroi 110 de chambre, et dans lequel est destiné à être frettée la douille 124. L'anneau 150 a en section une forme sensiblement en L et comprend une paroi annulaire externe 152 s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe de l'anneau, et reliée à sa périphérie interne à un rebord cylindrique 154 s'étendant vers l'extérieur de la chambre. Le bord périphérique externe de la paroi externe 152 est soudé au bord périphérique de l'orifice 118 de la paroi et son bord périphérique interne définit une surface cylindrique interne 156 de frettage de la douille 124. La paroi externe 152 de l'anneau 150 a une épaisseur sensiblement égale à celle de la paroi 110 de la chambre de combustion. Le rebord cylindrique 154 de l'anneau 150 comprend une surface annulaire externe 158 d'appui de la douille 124, comme cela est visible en figure 4. Cette surface annulaire 158 est reliée à la surface cylindrique 156 par un chanfrein annulaire 162 destiné à faciliter l'engagement et le frettage de la douille 124 dans l'anneau. La bague 122 du dispositif est similaire à celle décrite précédemment et comprend une partie cylindrique qui est reliée à une extrémité à une partie tronconique 126 évasée vers l'extérieur qui sert au guidage de la bougie lors de son montage dans le dispositif, et qui comporte à son autre extrémité un rebord annulaire 128 qui est guidé dans une gorge annulaire interne 130 de la douille 124. Les deux pièces 132, 134 de la douille 124 sont fixées par brasage ou soudage et définissent entre elles la gorge annulaire 130 de guidage du rebord externe 128 de la bague 122.

La première pièce 132 de la douille 124 comprend une paroi cylindrique 136 de frettage dans l'anneau 150 et en particulier sur la surface cylindrique interne 156 précitée (le frettage est donc réalisé par l'extérieur de la douille 124). La paroi cylindrique 136 est reliée à son extrémité située à l'extérieur de la chambre à une paroi radiale 138 qui est raccordée à sa périphérie externe à un rebord cylindrique 140 s'étendant du côté opposé à la paroi cylindrique 136 et sur lequel est appliquée et soudée ou brasée au moins une partie de la périphérie de la rondelle 134 formant la seconde pièce de la douille.

Le diamètre externe du rebord annulaire 128 de la bague 122 est inférieur au diamètre interne du rebord cylindrique 140 de la douille 124 et le diamètre externe de la partie cylindrique 136 de la bague est inférieur au diamètre interne de la rondelle 134 pour autoriser des déplacements du rebord 128 de la bague dans la gorge 130 dans un plan transversal.

Comme cela est schématiquement représenté en figure 4, en position de montage, la rondelle 134 de la douille est séparée d'un faible jeu radial J (ou axial par rapport à l'axe du dispositif) du carter 160 de la chambre de combustion, ce carter s'étendant autour de la paroi 110. Selon l'invention, la dimension L d'engagement et de frettage de la paroi cylindrique 136 de la douille dans l'anneau 150 est supérieure à ce jeu J de sorte que, en cas de perte du serrage entre la paroi cylindrique 136 et l'anneau 150 en fonctionnement, le dispositif de guidage 120 soit retenu par le carter 160 par appui de sa rondelle 134 sur le carter, comme cela est schématiquement représenté en figure 5.

Le dispositif de guidage 120 selon l'invention peut être monté de la façon suivante. L'anneau 150 est engagé dans l'orifice 116 de la paroi 110 puis est soudé ou brasé à cette paroi. Les multiperforations 118 sont réalisées par perçage laser dans la paroi. On obtient alors le montage représenté en figure 3. Pendant les étapes précitées, les pièces 132, 134 de la douille 124 et la rondelle 122 sont pré-assemblées. Si nécessaire, la surface cylindrique interne 156 de l'anneau est rectifiée par usinage pour sa remise aux côtes précises. La paroi cylindrique 136 de la douille est enfin engagée et fixée dans l'anneau par frettage pour obtenir le montage de la figure 4. Cette étape peut être précédée d'une étape préalable de chauffage de l'anneau 150 et/ou de refroidissement de la paroi cylindrique 136. La figure 6 représente une variante de réalisation de l'invention dans laquelle le dispositif de guidage 220 diffère de celui précédemment décrit essentiellement en ce que sa douille 224 est fixée par frettage par l'intérieur et non pas par l'extérieur sur l'anneau 250 porté par la paroi 210 de la chambre de combustion. Pour cela, la paroi cylindrique 236 de la douille est frettée sur une surface cylindrique externe 256 de l'anneau, qui est ici formée par la surface cylindrique externe du rebord cylindrique 254 de l'anneau. La paroi cylindrique 236 est reliée à son extrémité située du côté de la paroi 110 à une paroi radiale 264 destinée à venir en appui sur la surface annulaire 258 du rebord 254. Cette surface annulaire 258 est reliée à la surface cylindrique externe 256 du rebord 254 par un chanfrein tronconique 262 destiné à faciliter le montage de la paroi cylindrique 236 de la douille autour du rebord cylindrique 254 de l'anneau 250. Le montage de ce dispositif 220 est similaire à celui du dispositif 120, la paroi cylindrique 236 de la douille 220 pouvant être chauffée et/ou l'anneau 250 pouvant être refroidi avant le frettage.25

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif (120) de guidage d'une bougie d'allumage dans un orifice (118) d'une paroi (110) de chambre de combustion de turbomachine, comprenant une bague (122) et une douille (124) sensiblement coaxiales montées l'une à l'intérieur de l'autre, la bague étant destinée à être traversée axialement par la bougie et comportant un rebord annulaire externe (128) guidé transversalement dans une gorge annulaire interne (130) de la douille, caractérisé en ce que la douille comprend une paroi cylindrique (136) de fixation à un anneau (150) destiné à être rapporté et fixé dans l'orifice de la paroi de chambre de combustion.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau (150, 250) comprend une surface cylindrique interne (156) ou externe (256) de fixation de la paroi cylindrique (136, 236) de la douille (124, 224).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la douille (136) est fixée à l'anneau par frettage.
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'anneau (150) comprend un rebord cylindrique (154) dont le sommet définit une surface annulaire (158) d'appui de la douille (124).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface annulaire (158, 258) est reliée à la surface cylindrique (156, 256) par un chanfrein annulaire (162, 262).
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau (150) a en section une forme sensiblement en L dont la partie périphérique externe a une épaisseur sensiblement égale à celle de la paroi (110) de chambre de combustion.
7. Chambre de combustion de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend une paroi annulaire externe sur laquelle est fixé au moins un dispositif (120) selon l'une des revendications précédentes.
8. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre de combustionselon la revendication 3 entourée par un carter annulaire (160), et en ce que le dispositif de guidage (120) est séparé du carter par un jeu radial (J) qui est inférieur à la distance (L) de frettage de la paroi cylindrique (136) le long de l'axe de la douille (124).
9. Procédé de montage d'un dispositif (120) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: a) engager et souder l'anneau (150) dans l'orifice (116) de la paroi (110) de chambre de combustion, b) réaliser des perçages laser au voisinage de l'orifice de la paroi de chambre de combustion, et c) fixer la douille (124) à l'anneau, par exemple par frettage de sa paroi cylindrique (136) sur une surface cylindrique interne (156) ou externe (256) de l'anneau.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend, avant l'étape b) ou c), une étape de rectification par usinage de la surface cylindrique (256, 256) de l'anneau (150).