FR3015384A1 - Chambre annulaire de combustion dans une turbomachine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de support et de centrage d'un injecteur de carburant dans une chambre de combustion de turbomachine, comprenant des moyens de centrage selon un axe d'un injecteur de carburant qui sont déplaçables dans un plan radial à l'axe de centrage (52) dans des moyens de support destinés à être fixés à un fond de chambre annulaire (18). Selon l'invention les moyens de support (38) comprennent un rebord annulaire (42) s'étendant le long de l'axe de centrage (52) et sur lequel les moyens de centrage (49) sont retenus axialement de manière amovible dans un premier sens (50) s'étendant selon ledit axe de centrage (52).

Description

CHAMBRE ANNULAIRE DE COMBUSTION DANS UNE TURBOMACHINE La présente invention concerne une chambre annulaire de combustion de turbomachine ainsi qu'une turbomachine équipée d'une chambre annulaire de combustion. De manière connue, une chambre annulaire de combustion comprend deux parois de révolution coaxiales interne et externe, reliées l'une à l'autre en amont par une paroi annulaire dite de fond de chambre comportant des ouvertures de passage de tête d'injecteurs de carburant entre les parois de révolution interne et externe. Chaque injecteur est engagé dans des moyens de centrage qui sont déplaçables en direction radiale dans des moyens de support solidaires du fond de chambre annulaire. Dans la technique actuelle, les moyens de centrage de chaque injecteur sont formés par une bague de centrage dans laquelle est engagé un injecteur et comportant une collerette annulaire radiale s'étendant radialement vers l'extérieur et montée à coulissement dans une gorge annulaire des moyens de support. La gorge annulaire des moyens de support permet un déplacement radial et circonférentiel de la bague de centrage logeant l'injecteur afin de compenser les tolérances de fabrication pouvant conduire à des défauts d'alignement de l'injecteur avec l'axe d'injection de carburant entre les parois interne et externe de la chambre de combustion. Elle permet également de compenser les dilatations différentielles en fonctionnement entre injecteur et chambre. La gorge annulaire de déplacement radial de la bague est définie par des moyens de retenue axialement vers l'amont et vers l'aval de la collerette annulaire radiale de la bague de centrage. En pratique, les moyens de retenue axialement vers l'aval sont formés par une paroi radiale aval d'un fourreau annulaire fixé sur le fond de chambre annulaire, la paroi radiale étant reliée à un rebord cylindrique s'étendant vers l'amont et sur lequel est fixé par soudage ou brasure une rondelle rapportée sur le rebord cylindrique. Cette rondelle est donc fixée de manière indémontable sur les moyens de support. Dans le cas où il est nécessaire de remplacer tout ou partie des moyens de centrage d'un injecteur lors d'une opération de maintenance, on est amené à dessouder ou débraser cette rondelle, ce qui constitue une opération délicate car le fourreau qui est fixé sur la paroi annulaire de fond de chambre ne doit pas être endommagé. Par ailleurs, on a constaté des ruptures des cordons de soudure, ce qui n'est pas admissible, et ne permet pas de garantir une intégrité mécanique parfaite des systèmes d'injection de carburant. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de l'art antérieur décrit 15 précédemment. A cet effet, elle propose un dispositif de support et de centrage d'un injecteur de carburant dans une chambre de combustion de turbomachine, comprenant des moyens de centrage selon un axe d'un injecteur de carburant qui sont déplaçables dans un plan radial à l'axe de centrage dans 20 des moyens de support solidaires d'un fond de chambre annulaire, caractérisé en ce que les moyens de support comprennent un rebord annulaire s'étendant le long de l'axe de centrage et sur lequel les moyens de centrage sont retenus axialement de manière amovible dans un premier sens s'étendant selon ledit axe de centrage. 25 Selon l'invention, les moyens de centrage sont retenus axialement dans un premier sens directement sur le rebord annulaire des moyens de support, ce qui évite d'avoir à utiliser des rondelles comme dans la technique antérieure. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de 30 centrage comprennent des premiers moyens de montage à baïonnette coopérant avec des seconds moyens de montage à baïonnette portés par les moyens de support pour le blocage axiale des moyens de centrage sur les moyens de support. Dans cette configuration de l'invention, les moyens de centrage sont ainsi engagés axialement sur les moyens de support puis effectuent une rotation afin que les bloquer axialement sur le rebord annulaire des moyens de support. Préférentiellement, le rebord annulaire est un rebord cylindrique. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les premiers moyens de montage à baïonnette comprennent au moins une patte 10 s'étendant radialement vers l'extérieure depuis une bague des moyens de centrage dans laquelle un injecteur est destiné à être engagé. Les seconds moyens de montage à baïonnette comprennent avantageusement au moins un logement axial s'étendant selon l'axe de centrage et débouchant dans le premier sens à une extrémité du rebord 15 annulaire et dans un second sens opposé au premier sens dans un logement circonférentiel du rebord annulaire. Préférentiellement, le logement axial et le logement circonférentiel forment des ajours ou ouvertures axial et circonférentiel, respectivement, du rebord annulaire qui sont traversés radialement par la patte radiale et 20 délimitent une languette circonférentielle du rebord annulaire. Ces ajours ou ouvertures sont simples à réaliser sur le rebord annulaire même lors d'une opération de maintenance, ce qui permet d'envisager le montage du dispositif selon l'invention sur des chambres de combustion de turbomachines actuellement en service. 25 Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend des moyens de butée circonférentielle des premiers moyens de montage à baïonnette dans l'ouverture circonférentielle des seconds moyens de montage à baïonnette. Les moyens de butée circonférentielle dans un premier sens de 30 rotation des moyens de centrage autour de l'axe de centrage sont formés par une première face axiale délimitant une extrémité circonférentielle de l'ouverture circonférentielle opposée à celle communiquant avec l'ouverture axiale. Dans une première réalisation, les moyens de butée circonférentielle dans un second sens de rotation opposé au premier sens de rotation sont formés par une face axiale d'une dent en saillie axiale dans l'ouverture circonférentielle et orientée circonférentiellement dans le sens opposé à l'ouverture axiale. La dimension axiale de l'ouverture circonférentielle mesurée au niveau de la paroi radiale de la dent est inférieure à la dimension axiale de la patte, ce qui permet de réaliser un encliquetage ou clipsage de la patte sur la dent et assure le maintien circonférentiel de la dente entre ses deux butées circonférentielles. Dans une seconde réalisation, les moyens de butée circonférentielle dans un second sens de rotation opposé au premier sens de rotation sont formés par la partie d'extrémité libre de la languette qui est recourbée radialement vers l'extérieur de manière à servir de butée circonférentielle à l'extrémité libre recourbée de la patte radiale traversant le logement circonférentiel. Préférentiellement, les premiers moyens de montage à baïonnette 20 comportent deux pattes radiales diamétralement opposées coopérant chacune avec un logement axial et un logement circonférentiel des seconds moyens de montage à baïonnette. L'utilisation de deux pattes diamétralement opposées l'une à l'autre permet de réaliser un maintien axial optimal selon le premier sens des 25 moyens de centrage dans les moyens de support. Les moyens de butée circonférentielle des première et seconde pattes radiales sont configurés de manière à ce que le débattement angulaire de la seconde patte dans les moyens de support soit inférieur au débattement angulaire de la première patte radiale dans les moyens de 30 support.

Préférentiellement, le débattement angulaire de la seconde patte radiale est très faible et déterminé de manière à ne pas gêner le débattement angulaire de la première patte. La limitation du débattement angulaire de l'une des pattes permet de réduire l'usure globale des pattes des moyens de centrage dans les moyens de support par rapport à un dispositif à deux pattes pouvant se déplacer angulairement dans les moyens de support. Il permet également et surtout de limiter l'usure de l'interface entre la tête de l'injecteur et la bague des moyens de centrage dans laquelle l'injecteur vient se loger.

L'invention concerne également une chambre annulaire de combustion dans une turbomachine, comprenant au moins un dispositif tel que précédemment. L'invention concerne encore une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant une chambre de 15 combustion comme ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : 20 la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale de la partie amont d'une chambre de combustion selon la technique antérieure ; la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale de la partie amont d'une chambre de combustion selon l'invention ; la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de 25 support et de centrage d'un injecteur selon une première réalisation ; les figures 4A et 4B sont des vues schématiques en perspective du débattement angulaire des moyens de centrage de la figure 3 ; la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de support et de centrage d'un injecteur selon une deuxième réalisation ; 30 les figures 6A et 6B sont des vues schématiques en perspective du débattement angulaire des moyens de centrage de la figure 5.

On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente la partie amont d'une chambre de combustion 10 dans une turbomachine selon la technique connue comprenant deux parois de révolution interne 12 et externe 14 s'étendant autour de l'axe 16 de la chambre de combustion et fixées à leurs extrémités amont sur un fond de chambre annulaire 18 s'étendant entre les parois de révolution interne 12 et externe 14 et traversé par des injecteurs 19 de carburant. Le fond de chambre annulaire 18 comprend une paroi annulaire radiale 20 reliée à sa périphérie externe à un rebord cylindrique externe 22 s'étendant vers l'amont et fixé par des éléments de boulonnage 24 sur l'extrémité amont de la paroi de révolution externe 14. La paroi radiale 20 du fond de chambre annulaire 18 est reliée à sa périphérie interne à un rebord cylindrique interne 26 s'étendant vers l'amont et fixé par des éléments de boulonnage 28 sur l'extrémité amont de la paroi de révolution interne 12.

Un carénage annulaire 30 ayant une forme incurvée concave vers l'aval selon un plan de coupe contenant l'axe 16 de la chambre de combustion 10, est également traversé par les injecteurs 19 de carburant et ses extrémités aval radialement interne 32 et externe 34 sont fixées par boulonnage sur les rebords cylindrique interne 26 et externe 22 du fond de chambre 18 et sur les extrémités amont des parois de révolution interne 12 et externe 14. L'extrémité amont de la paroi de révolution externe 14 est agencée radialement entre l'extrémité aval externe 34 du carénage 30 et le rebord cylindrique externe 22 du fond de chambre annulaire 18. L'extrémité amont de la paroi de révolution interne 12 est agencée radialement entre l'extrémité aval interne 32 du carénage 30 et le rebord cylindrique interne 26 du fond de chambre annulaire 18. Le fond de chambre annulaire 18 comprend une pluralité d'ouvertures de passage des têtes d'injecteurs 19 pour la pulvérisation de carburant entre les parois de révolution interne 12 et externe 14 et en aval 30 du fond de chambre 18.

Chaque injecteur 19 est engagé axialement dans des moyens de centrage 36 de l'injecteur 19, lesquels moyens de centrage 36 sont déplaçables en direction radiale et circonférentielle dans des moyens de support 38 solidaires du fond de chambre annulaire 18.

Les moyens de support 38 de chaque injecteur 19 comprennent une paroi annulaire radiale 40 fixée autour de l'ouverture de passage de l'injecteur et sur la face amont de la paroi annulaire de fond de chambre 18. La paroi annulaire radiale 40 est reliée à son extrémité radialement externe à un rebord cylindrique 42 s'étendant vers l'amont.

Dans la technique antérieure (figure 1), pour chaque système d'injection, une tôle 44 ou rondelle est fixée par soudage ou brasage de sa périphérie externe sur l'extrémité amont du rebord cylindrique 42 du fourreau. Les moyens de centrage de chaque injecteur 19 comprennent une bague 46 traversée axialement par la tête et comportant à une extrémité aval une collerette annulaire 48 s'étendant radialement vers l'extérieur et montée à coulissement radial dans la gorge délimitée en amont par la rondelle 44, en aval par la paroi annulaire radiale 40. Le fond de la gorge est délimité par le rebord cylindrique 42.

Comme expliqué dans ce qui précède, les cordons de soudure des rondelles 44 de tenue des moyens de centrage vers l'amont peuvent être fragilisés et sont ainsi susceptibles de se rompre en fonctionnement, ce qui impacte l'injection de carburant entre les parois de révolution interne 12 et externe 14 et peut également user prématurément la tête de l'injecteur par déplacement axial de la bague de centrage relativement à la tête de l'injecteur. L'invention permet de remédier à ce problème en réalisant la retenue axiale de manière amovible et dans un premier sens des moyens de centrage 49 sur le rebord cylindrique 42 des moyens de support 38.

Comme représenté en figure 2, le premier sens 50 est ici orienté vers l'amont selon la direction formée par l'axe des moyens de centrage 52 qui est parallèle à l'axe 16 de la chambre de combustion. Pour réaliser cette fixation, les moyens de centrage 48 comprennent 5 des premiers moyens de montage à baïonnette qui coopèrent avec des seconds moyens de montage à baïonnette portés par les moyens de support 38. Dans une réalisation pratique des premiers moyens de montage à baïonnette, la périphérie externe de la collerette annulaire 48 porte une 10 première 54 et une seconde 56 pattes s'étendant radialement vers l'extérieur. La première patte 54 et la seconde 56 patte sont diamétralement opposés l'une à l'autre par rapport à l'axe de centrage 52 de manière à être alignées selon une droite perpendiculaire à l'axe de centrage 52 et passant par cet axe 52. 15 Les seconds moyens de montage à baïonnette comprennent des ajours ou ouvertures formées dans l'épaisseur du rebord cylindrique 42. Le rebord cylindrique 42 comprend ainsi une première ouverture axiale 58 débouchant axialement dans le premier sens, c'est-à-dire vers l'amont, à l'extrémité amont du rebord cylindrique 42 et axialement dans le second 20 sens opposé au premier sens, c'est-à-dire vers l'aval, dans une première ouverture circonférentielle 60. Diamétralement à l'opposé de la première ouverture axiale 58 et de la première ouverture circonférentielle 60, le rebord cylindrique 42 comprend une seconde ouverture axiale 62 et une seconde ouverture circonférentielle 64. 25 La première ouverture axiale 58 et la première ouverture circonférentielle 60 forme ainsi un évidement en L délimitant une première languette circonférentielle 66 du rebord cylindrique 42. De même, la seconde ouverture axiale 62 et la seconde ouverture circonférentielle 64 forme également un évidement en L délimitant une seconde languette 30 circonférentielle 68 du rebord cylindrique 42.

Les pattes radiales 54, 56 de la bague de centrage sont dimensionnées radialement de manière à ce que leurs extrémités libres dépassent radialement vers l'extérieur par rapport au rebord cylindrique 42. En pratique, le montage de la bague de centrage dans les moyens de support est ainsi réalisé en alignant la première patte radiale 54 avec la première ouverture axiale 58 ainsi que la seconde patte radiale 56 avec la seconde ouverture axiale 62. On fait ensuite translater vers l'aval la bague de centrage puis une rotation lui est appliquée de manière à ce que la première patte radiale 54 coulisse circonférentiellement dans la première ouverture circonférentielle 60 et que la seconde patte radiale 56 coulisse circonférentiellement dans la seconde ouverture circonférentielle 64. Des moyens de butée circonférentielle sont prévus pour empêcher le désengagement circonférentiel des première 54 et seconde 56 pattes radiales des première 60 et seconde 64 ouvertures circonférentielles.

Dans une première réalisation, les moyens de butée des première 54 et seconde 56 pattes comprennent une première et une seconde dents 70, 72 formées sur les première 66 et seconde 68 languettes et s'étendant axialement dans les première 60 et seconde 64 ouvertures circonférentielles. Les première 70 et seconde 72 dents comprennent chacune une face 74, 76 axiale et radiale faisant face circonférentiellement à une face radiale et axiale 78, 80 délimitant l'extrémité circonférentielle de l'ouverture circonférentielle 60, 64 qui est opposée circonférentiellement à l'ouverture axiale 58, 62. Ainsi, les parois 74, 76 radiales et axiales des dents 70, 72 et les faces d'extrémités 78, 80 des ouvertures circonférentielles 60, 64 forment des butées circonférentielles permettant de maintenir chaque patte radiale 54, 56 dans son logement circonférentiel respectif. La dimension axiale de chaque première 70 et seconde 72 dents augmente progressivement en s'éloignant de l'extrémité libre de chaque 30 première 66 et seconde 68 languettes, afin de former une surface de glissement circonférentiel 73, 75 des pattes 54, 56 sur les dents 70, 72. Au niveau de chaque paroi radiale 74, 76, l'espace axial J1 entre la dent 70, 72 et la paroi radiale 40 des moyens de support est légèrement inférieure à la dimension axiale J2 de chaque première 54 et seconde 56 pattes. Ainsi, on assure un montage par encliquetage de chaque première 54 et seconde 56 patte entre les faces de butée circonférentielle des premières et secondes ouvertures circonférentielles. Comme représenté sur les figures 4A et 4B, la première dent 70 est agencée à l'extrémité libre de la première languette 66 et la seconde dent 72 est agencée sensiblement aux deux tiers de l'extrémité libre de la seconde languette 68. Le débattement angulaire de la première patte radiale 54 dans les moyens de support est ainsi supérieur au débattement angulaire de la seconde patte radiale 56 dans les moyens de support, ce qui permet de réduire les frottements de l'une des pattes radiales sur les moyens de support et surtout de limiter la rotation de la bague de centrage autour de l'axe 52 des moyens de centrage sous l'effet des vibrations de la turbomachine pouvant user prématurément l'interface entre la bague de centrage et la tête de l'injecteur. Dans une seconde réalisation de l'invention représentée aux figures 5, 6A et 6B, les dents 70, 72 sont remplacées par des rebords 82, 84 s'étendant radialement vers l'extérieur des première 166 et seconde 168 languettes coopérant avec des rebords 86, 88 correspondants des première 154 et seconde 156 pattes s'étendant selon le premier sens (vers l'amont). On comprend que les rebords 82, 84, 86, 88 des pattes radiales 154, 156 et des languettes circonférentielles 166, 168 sont formés par pliage après montage par baïonnette des moyens de centrage dans les moyens de support. Le débattement angulaire différent entre la première 154 et la seconde 156 pattes dans les moyens de support est obtenu en faisant varier le positionnement circonférentiel des lignes de pliures 90 sur les languettes circonférentielles 168, 166.

Dans une autre réalisation possible de l'invention, les extrémités libres des pattes radiales coopèrent par montage à baïonnette avec des gorges axiales et circonférentielles formées sur la face interne du rebord annulaire. Ainsi, le terme « logement » utilisé dans la présente demande de brevet couvre simultanément des gorges ou évidements du rebord annulaire ou des ouvertures comme représentées sur les figures.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de support et de centrage d'un injecteur de carburant dans une chambre de combustion de turbomachine, comprenant des moyens de centrage selon un axe d'un injecteur de carburant qui sont déplaçables dans un plan radial à l'axe de centrage (52) dans des moyens de support destinés à être fixés à un fond de chambre annulaire (18), caractérisé en ce que les moyens de support (38) comprennent un rebord annulaire (42) s'étendant le long de l'axe de centrage (52) et sur lequel les moyens de centrage (49) sont retenus axialement de manière amovible dans un premier sens (50) s'étendant selon ledit axe de centrage (52).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de centrage (49) comprennent des premiers moyens de montage à baïonnette coopérant avec des seconds moyens de montage à baïonnette portés par les moyens de support pour le blocage axial des moyens de centrage sur les moyens de support.
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premiers moyens de montage à baïonnette comprennent au moins une patte (54, 56, 154, 156) s'étendant radialement vers l'extérieure depuis une bague des moyens de centrage dans laquelle un injecteur est destiné à être engagé.
4. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les seconds moyens de montage à baïonnette comprennent au moins un logement axial (58, 62) s'étendant selon l'axe de centrage et débouchant dans le premier sens (50) à une extrémité du rebord annulaire (42) et dans un second sens opposé au premier sens dans un logement circonférentiel (60, 64) du rebord annulaire (42).
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le logement axial (58, 62) et le logement circonférentiel (60, 64) forment des ajours ou ouvertures axial et circonférentiel, respectivement, du rebord annulaire (42) qui sont traversés radialement par la patte radiale (54, 56) et délimitent une languette circonférentielle (66, 68) du rebord annulaire.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de butée circonférentielle des premiers moyens de montage à baïonnette dans l'ouverture circonférentielle (60, 64) des seconds moyens de montage à baïonnette.
7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de butée circonférentielle dans un premier sens de rotation des moyens de centrage autour de l'axe de centrage (52) sont formés par une première face axiale (78, 80) délimitant une extrémité circonférentielle de l'ouverture circonférentielle (60, 64) opposée à celle communiquant avec l'ouverture axiale (58, 62).
8. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de butée circonférentielle dans un second sens de rotation opposé au premier sens de rotation sont formés par une face axiale et radiale (74, 76) d'une dent (70, 72) en saillie axiale dans l'ouverture circonférentielle et orientée circonférentiellement dans le sens opposé à l'ouverture axiale.
9. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la dimension axiale de l'ouverture circonférentielle mesurée au niveau de la paroi axiale et radiale (74, 76) de la dent (70, 72) est inférieure à la dimension axiale de la patte (54, 56).
10. 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de butée circonférentielle dans un second sens de rotation opposé au premier sens de rotation sont formés par la partie d'extrémité libre de la languette (166, 168) qui est recourbée radialement vers l'extérieur de manière à servir de butée circonférentielle à l'extrémité libre recourbée de la patte radiale (154, 156) traversant le logement circonférentiel.
11. 11. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que les premiers moyens de montage à baïonnette comportent une première et une seconde pattes radiales (54, 56, 154, 156) diamétralement opposées et coopérant chacune avec un logement axial et un logement circonférentiel des seconds moyens de montage à baïonnette.
12. 12. Dispositif selon la revendication 11 lorsqu'elle dépend de la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de butée circonférentielle des première et seconde pattes radiales sont configurés de manière à ce que le débattement angulaire de la seconde patte dans les moyens de support (56, 156) soit inférieur au débattement angulaire de la première patte radiale (54, 154) dans les moyens de support.
13. 13. Chambre annulaire de combustion dans une turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes.
14. 14. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre de combustion selon la revendication 13.