FR3015641A1 - Dispositif d'injection 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 et autour de l'axe de centrage (52) et portant au moins un organe de retenue axiale (54, 56, 58, 66) dans un premier sens des moyens de centrage qui coopèrent par liaison de forme avec le rebord annulaire (42) des moyens de support pour l'anti-rotation des moyens de centrage sur les moyens de support.

Description

DISPOSITIF D'INJECTION DANS UNE TURBOMACHINE La présente invention concerne un dispositif d'injection dans une chambre annulaire de combustion de turbomachine ainsi qu'une chambre de combustion et une turbomachine équipée d'un tel dispositif d'injection.

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. 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 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 des moyens de support destinés à être fixés à un fond de chambre annulaire, caractérisé en ce que les moyens de support comprennent un rebord annulaire s'étendant le long et autour de l'axe de centrage et portant au moins un organe de retenue axiale dans un premier sens des moyens de centrage qui coopèrent par liaison de forme avec le rebord annulaire des moyens de support pour l'anti-rotation des moyens de centrage sur les moyens de support. 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.

Le blocage axial dans un premier sens des moyens de centrage sur les moyens de support est assuré par des organes de retenue axiale des moyens de support. Enfin, l'anti-rotation des moyens de centrage est réalisée de manière simple par coopération de forme avec le rebord annulaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de centrage comprennent une collerette annulaire portant des moyens faisant saillie radialement vers l'extérieur et coopérant avec au moins un logement du rebord annulaire.

Préférentiellement, les moyens faisant saillie comprennent au moins un doigt s'étendant radialement vers l'extérieur et engagé dans une ouverture du rebord annulaire. Dans une réalisation particulière de l'invention, l'ouverture débouche dans le premier sens à une extrémité du rebord annulaire de manière à 15 former une encoche axiale. Selon une autre caractéristique de l'invention, le ou les organes de retenue axiale s'étendent radialement vers l'intérieur depuis le rebord annulaire et sont chacun agencés en vis-à-vis axial d'une collerette annulaire des moyens de centrage. 20 Avantageusement, le ou les organes de retenue axiale sont chacun accouplé de manière amovible par clipsage par coulissement circonférentiel sur une languette circonférentielle du rebord annulaire. Chaque organe de retenue axiale peut ainsi comprendre un anneau engagé circonférentiellement autour d'une languette circonférentielle et 25 coopérant par clipsage avec une dent de ladite languette circonférentielle, l'anneau étant relié à une patte s'étendant radialement vers l'intérieur et en vis-à-vis axial d'une collerette annulaire des moyens de centrage. Dans une autre réalisation de l'invention, chaque organe de retenue axiale est formé par une patte formé d'une seule pièce avec le rebord 30 annulaire et repliée radialement vers l'intérieur.

Le rebord annulaire est préférentiellement de forme cylindrique et porte au moins deux organes ou pattes s'étendant radialement vers l'intérieur depuis le rebord annulaire. 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 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 : 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 une première réalisation de l'invention ; les figures 3 à 5 sont des vues schématiques en perspective de la réalisation du dispositif selon la figure 3 ; les figures 6 et 7 sont des vues schématiques en perspective d'une deuxième et troisième réalisation du dispositif selon l'invention ; les figures 8 et 9 sont des vues schématiques en perspective d'une quatrième réalisation d'un dispositif selon l'invention ; la figure 10 est une vue schématique en perspective d'une languette du rebord annulaire des moyens de support selon la quatrième réalisation ; la figure 11 est une vue schématique en perspective d'un organe de retenue axiale selon la quatrième réalisation. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente la partie amont 30 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 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 librement déplaçables en direction radiale 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 20 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 partie cylindrique 46 traversée axialement par la tête de l'injecteur 19 et reliée à son extrémité aval à 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. L'invention permet de remédier à ce problème en assurant une retenue axiale dans un premier sens des moyens de centrage sur le rebord cylindrique au moyen d'organes de retenue axiale et en réalisant une antirotation des moyens de centrage sur le rebord cylindrique des moyens de support afin de limiter l'usure des moyens de centrage. 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. Dans une première réalisation de l'invention, le rebord cylindrique 42 30 comprend une première patte, une seconde patte et une troisième patte 54, 56, 58 de forme générale en L s'étendant en direction de l'axe de centrage 52. Chaque patte 54, 56, 58 comprend ainsi une première partie axiale 54a, 56a, 58a positionnée radialement à l'intérieur du rebord cylindrique 42 et raccordée à son extrémité amont au rebord cylindrique 42 et à son extrémité aval à une seconde partie 54b, 56b, 58b s'étendant radialement vers l'intérieur. La première 54 et la seconde 56 pattes sont diamétralement opposées l'une à l'autre par rapport à l'axe de centrage 52. La troisième patte 58 est agencée à la même distance angulaire de la première patte 54 et de la seconde patte 56.

Le rebord cylindrique 42 comprend un orifice 60 ou ouverture à contour fermé, positionné diamétralement à l'opposée de la troisième patte par rapport à l'axe 52 et dans lequel est engagé un doigt 62 s'étendant radialement vers l'extérieur depuis la périphérie externe de la collerette annulaire 48.

Dans une première étape de montage des moyens de centrage dans les moyens de support, les moyens de support comprenant le rebord cylindrique 42 peuvent être réalisé d'une seule pièce avec les première 54, seconde 56 et troisième 58 pattes telles que représentées en figure 4 où elles sont chacune alignées selon l'axe de centrage 52.

Dans une seconde étape, les pattes 54, 56, 58 sont repliées radialement vers l'extérieur de manière à obtenir une forme en L comme représenté en figure 5. Les pattes 54, 56, 58 sont ensuite repliées radialement vers l'intérieur de manière à obtenir la forme en L précédemment décrite en référence aux figures 3 et 4 et ainsi réaliser la retenue axiale vers l'amont des moyens de centrage sur les moyens de support au moyen des secondes parties des pattes en vis-à-vis axial de la collerette annulaire 48. Dans une troisième étape, les moyens de centrage sont engagés axialement vers l'aval de manière à ce que la collerette 48 vienne en butée avec la paroi annulaire radiale 40 des moyens de support.

Lors de cette étape, selon le diamètre externe de la collerette annulaire et le diamètre interne du rebord cylindrique 42, il peut être nécessaire de plier le doigt 62 vers l'amont de manière à pouvoir l'insérer dans l'orifice sans que la périphérie externe de la collerette vienne en contact avec les pattes du rebord cylindrique. Le doigt est ensuite redéformé de manière à retrouver sa forme initiale allongée en direction radiale. Les pattes 54, 56, 58 sont dimensionnées de manière à ce que les extrémités libres des secondes parties 54b, 56b, 58b de chacune des pattes 54, 56, 58 soit située à une distance suffisante de la partie cylindrique 46 pour assurer un déplacement radial des moyens de centrage dans les moyens de support. Le dimensionnement radial des secondes parties des pattes est également prévu pour éviter un désengagement axial de la collerette annulaire des moyens de support.

De même, un jeu axial est prévu entre les première 54, seconde 56 et troisième 58 pattes et la face amont de la collerette annulaire 48 de manière à ne pas bloquer le déplacement radial des moyens de centrage dans les moyens de support. Dans une seconde réalisation de l'invention représentée en figure 6, le rebord cylindrique 42 porte une seule patte qui est identique à la troisième patte 58 décrite en référence à la figure 3. De plus, cette patte 58 est également positionnée diamétralement à l'opposé de l'orifice 60 du rebord cylindrique 42. Dans une troisième réalisation de l'invention représentée en figure 7, le rebord cylindrique 42 comprend une encoche 64 débouchant à l'extrémité amont du rebord cylindrique. Dans cette réalisation, les moyens de centrage sont identiques à ceux décrits en référence à la figure 3, le doigt 62 étant logé dans l'encoche 64 du rebord cylindrique 42. Toutefois, le rebord cylindrique 42 ne comprend qu'une première 54 et une seconde 56 pattes diamétralement opposées l'une à l'autre et ne comprend pas de troisième patte comme décrit en référence aux figures 3 à 5.

Notons qu'il serait également possible de remplacer l'orifice de la figure 3 par une encoche sans que cela modifie l'esprit de l'invention. Les figures 8 à 11 représentent une quatrième réalisation de l'invention dans laquelle les moyens de centrage comprennent également un doigt radial comme décrit précédemment et coopèrent indifféremment avec un orifice (figure 3) ou une encoche (figure 7) bien que cela ne soit pas représenté. Dans cette réalisation, seuls les moyens de retenue axiale sont configurés différemment et comprennent un ou plusieurs organes de blocage amovibles et répartis de manière similaire aux pattes décrites en référence aux figures 3 à 7. Chaque organe 66 de retenue axiale des moyens de centrage comprend un anneau 68 relié à une patte 70 s'étendant radialement vers l'intérieur. L'anneau 68 est engagé autour d'une languette circonférentielle 72 du rebord annulaire 42. Préférentiellement, l'anneau 68 à une ouverture 73 dont la section est sensiblement similaire à celle de la languette de manière à faciliter l'engagement de l'anneau 68 sur la languette 72. Dans l'exemple représenté l'ouverture est à section rectangulaire. Chaque languette circonférentielle 72 du rebord cylindrique 42 délimite avec le reste du rebord cylindrique 42 une encoche axiale 74 communiquant avec une ouverture circonférentielle 76 du rebord cylindrique 42. L'encoche axiale 74 permet ainsi l'engagement axial de l'anneau 68 de manière à ce que son ouverture 73 se positionne en vis-à-vis circonférentiel de l'extrémité libre de la languette 72.

La languette comprend des moyens de butée circonférentielle pour empêcher le désengagement circonférentiel de l'organe de la languette 72. Ainsi, la languette 72 comprend une dent axiale 78 formée en aval de la languette 72. Cette dent 78 comprend une face 80 radiale et axiale en vis-à-vis circonférentielle d'une face axiale et radiale 82 de l'ouverture circonférentielle 76.

La dimension axiale L de chaque dent augmente progressivement jusqu'à la face radiale 80 en s'éloignant circonférentiellement de l'extrémité libre de la languette 72 afin de former une surface de glissement 84 circonférentiel de l'anneau 68. Au niveau de la paroi radiale 80 de la dent 78, l'espace axial J1 (figure 10) est inférieur à la dimension axiale J2 de l'anneau 68 destinée à venir coulisser dans l'ouverture circonférentielle 76. De plus, la dimension axiale J3 de l'ouverture de l'anneau 68 est supérieure à la dimension axiale J4 de languette 72 au niveau de la paroi radiale 80 de la dent 78. De cette manière, il est possible de garantir un glissement circonférentielle de l'anneau 68 autour de la languette 72 et d'assurer son blocage circonférentiel. Dans cette quatrième réalisation, seul un organe de blocage a été représenté. On comprend toutefois, que l'on peut utiliser par exemple autant de couples organes de retenue axiale/languette que nécessaire et agencés comme les pattes décrites en références aux figures 3 à 7 par exemple.

Claims (11)

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 et autour de l'axe de centrage (52) et portant au moins un organe de retenue axiale (54, 56, 58, 66) dans un premier sens des moyens de centrage qui coopèrent par liaison de forme avec le rebord annulaire (42) des moyens de support pour l'anti-rotation des moyens de centrage sur les moyens de support.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de centrage comprennent une collerette annulaire (48) portant des moyens faisant saillie radialement vers l'extérieur et coopérant avec au moins un logement du rebord annulaire.
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens faisant saillie comprennent au moins un doigt (62) s'étendant radialement vers l'extérieur et engagé dans une ouverture (60, 64) du rebord annulaire (42).
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ouverture débouche dans le premier sens à une extrémité du rebord annulaire (42) de manière à former une encoche axiale (64).
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les organes de retenue axiale (54, 56, 58, 66) s'étendent radialement vers l'intérieur depuis le rebord annulaire (42) et sont chacun agencés en vis-à-vis axial d'une collerette annulaire (48) des moyens de centrage.
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les organes de retenue axiale (66) sont chacun accouplé demanière amovible par clipsage par coulissement circonférentiel sur une languette circonférentielle (72) du rebord annulaire (42).
7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque organe de retenue axiale (66) comprend un anneau (68) engagé circonférentiellement autour d'une languette circonférentielle (72) et coopérant par clipsage avec une dent de ladite languette circonférentielle (72), l'anneau (68) étant relié à une patte s'étendant radialement vers l'intérieur et en vis-à-vis axial d'une collerette annulaire des moyens de centrage.
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque organe de retenue axiale est formé par une patte (54, 56, 58) formé d'une seule pièce avec le rebord annulaire et repliée radialement vers l'intérieur.
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rebord annulaire (42) est un rebord de forme cylindrique et porte au moins deux organes ou pattes s'étendant radialement vers l'intérieur depuis le rebord annulaire.
10. 10. Chambre annulaire de combustion dans une turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes.
11. 11. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre de combustion selon la revendication 10.25