FR3020865A1 - Chambre annulaire de combustion - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une turbomachine comprenant une chambre annulaire de combustion (110) formée de deux parois viroles annulaires coaxiales interne (112) et externe (114) par rapport à l'axe (130) de la turbomachine, agencées l'une à l'intérieur de l'autre et reliées à leurs extrémités amont par une paroi annulaire de fond de chambre (118) laquelle est fixée à un carter externe (138) entourant la virole annulaire externe (114), les extrémités aval des viroles annulaires interne (112) et externe (114) étant reliées à des brides fixées à un carter interne (128) et au carter externe (138), respectivement. Selon l'invention, l'extrémité amont d'au moins l'une des viroles interne (112) et externe (114) est centrée par appui radial sur la paroi annulaire de fond de chambre (118) et coopère par coulissement axial à étanchéité avec celle-ci.

Description

CHAMBRE ANNULAIRE DE COMBUSTION La présente invention concerne une turbomachine comprenant une chambre annulaire de combustion, la turbomachine pouvant être un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion.
La figure 1 représente une chambre annulaire de combustion selon la technique connue. Cette chambre de combustion 10, d'axe 11, comprend deux viroles annulaires coaxiales interne 12 et externe 14, fixées par boulonnage 16 à leurs extrémités amont à une paroi annulaire de fond de chambre 18 très rigide. Elle comprend également un carénage annulaire 20 amont fixé par les boulonnages 16 sur le fond de chambre 18 et destiné à orienter le flux d'air en entrée ou en contournement de la chambre de combustion 10. La paroi de fond de chambre 18 et le carénage 20 comprennent des ouvertures 22, 24 permettant l'entrée d'air dans la chambre et l'insertion des têtes des injecteurs 26 diffusant du carburant dans la chambre de combustion 10. L'extrémité aval de la virole annulaire interne 12 est reliée à une bride annulaire 26 de fixation sur un carter interne 28 agencée radialement à l'intérieur de la virole annulaire interne 26 par rapport à l'axe 30 de la turbomachine. La bride annulaire interne 26 comprend également à son extrémité radialement interne une paroi annulaire radiale 32 fixée par boulonnage sur une paroi annulaire radiale 34correspondante du carter interne 28. De même, l'extrémité aval de la virole annulaire externe 14 est reliée à une bride annulaire 36 de fixation sur un carter externe 38 entourant la chambre de combustion 10. L'extrémité radialement externe de la bride externe 36 comprend une paroi annulaire radiale 40 fixée par boulonnage sur une paroi annulaire radiale 42 correspondante du carter externe 38. Comme représenté en figure 1, le carter externe 38 comprend également une pluralité de bossages 44 répartis circonférentiellement autour de l'axe de la turbomachine et permettant chacun la fixation d'un injecteur 26 de carburant dont le bras 46 traverse le bossage 44, l'extrémité aval de l'injecteur ou tête 48 de l'injecteur se logeant dans une ouverture 22 du carénage 20 en vis-à-vis axial d'une ouverture 24 du fond de chambre 18 pour l'injection de carburant dans la chambre de combustion 10. Pour réaliser l'allumage du carburant injecté, une ou plusieurs bougies 50 sont portées par le carter externe 38 et le traverse ainsi que la virole annulaire externe 14 de manière à ce que l'extrémité radialement interne de la bougie 50 affleure la face interne de la virole externe 14. Une telle chambre de combustion est actuellement couramment utilisée puisqu'elle permet d'avoir un bon alignement axial de la sortie de chambre 10 relativement au distributeur de la turbine haute pression (non représenté) agencé en sortie de la chambre de combustion 10. De cette manière, il est possible de limiter les fuites de gaz chauds sortant de la chambre de combustion.
Toutefois, le défaut de fixation de l'extrémité amont de la chambre 10 conduit à un positionnement en porte à faux de celle-ci pouvant conduire en fonctionnement, du fait des vibrations et des températures importantes dans la chambre, à des déformations non élastiques (plastiques) des viroles annulaires interne 12 et externe 14 qui peuvent générer des initiations importantes de criques. La formation de criques sur les viroles annulaires interne 12 et externe 14 peuvent se propager rapidement du fait de la présence des perforations qu'elles présentent pour l'amenée d'air de dilution notamment. De plus, le positionnement des têtes 48 des injecteurs 26 par rapport aux ouvertures du fond de chambre 18 est difficile à réaliser du fait des déformations précitées en fonctionnement et du montage en porte à faux. Ainsi, dans le document FR2686683 de la demanderesse, il a été proposé de fixer le fond de chambre au carter externe au moyen de tiges filetées traversant le carter, les extrémités amont des viroles annulaires interne et externe étant fixées sur le fond de chambre et les extrémités aval étant fixées par boulonnage sur des carters interne et externe. Si ce montage assure un bon positionnement relatif des injecteurs, il conduit toutefois à un montage hyperstatique de la chambre de combustion, ce qui n'est pas souhaitable puisque cela conduit à une augmentation des contraintes sur les viroles annulaires interne et externe.
De plus, le remplacement des fixations aval des viroles annulaires interne et externe par des appuis simples sur les carters interne et externe, respectivement, n'est pas souhaitable puisque cela ne permettrait plus de garantir le bon positionnement axial de la sortie de la chambre par rapport au distributeur de la turbine haute pression et augmenterait les fuites de gaz chauds. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ces problèmes, permettant d'éviter au moins en partie les inconvénients précités. A cet effet, elle propose une turbomachine comprenant une chambre annulaire de combustion formée de deux parois viroles annulaires coaxiales interne et externe par rapport à l'axe de la turbomachine, agencées l'une à l'intérieur de l'autre et reliées à leurs extrémités amont par une paroi annulaire de fond de chambre laquelle est fixée à un carter externe entourant la virole annulaire externe, les extrémités aval des viroles annulaires interne et externe étant reliées à des brides fixées à un carter interne et au carter externe, respectivement, caractérisé en ce que l'extrémité amont d'au moins l'une des viroles interne et externe est centrée par appui radial sur la paroi annulaire de fond de chambre et coopère par coulissement axial à étanchéité avec celle-ci.
Selon l'invention, l'extrémité amont de la chambre et l'extrémité aval de la chambre sont ainsi fixées aux carters interne et externe de la chambre, ce qui permet un positionnement facile des têtes d'injecteurs par rapport aux ouvertures du fond de chambre et un bon positionnement de la sortie de chambre par rapport à un distributeur haute pression d'une turbine haute pression agencée immédiatement en aval de la chambre de combustion. L'ajout d'une liaison coulissante entre la paroi de fond de chambre et au moins l'une des extrémités amont de la virole annulaire interne et externe permet de canaliser les déformations dans le sens de l'allongement. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité amont de la virole interne et l'extrémité amont de la virole annulaire externe sont centrées sur la paroi annulaire de fond de chambre et coopèrent chacune par coulissement axial à étanchéité avec celle-ci. Préférentiellement, la paroi annulaire de fond de chambre comprend deux rebords annulaires interne et externe s'étendant sensiblement axialement, l'extrémité amont de la virole externe étant centrée sur le rebord annulaire externe par appui radialement vers l'intérieur sur le rebord annulaire externe, l'extrémité amont de la virole interne étant centrée sur le rebord annulaire interne par appui radialement vers l'extérieur sur le rebord annulaire interne.
Le carter externe peut comprendre des orifices de passages de tiges de fixation sur le rebord annulaire externe du fond de chambre. La chambre de combustion peut également comprendre un carénage s'étendant vers l'amont depuis le fond de chambre et comportant des rebords annulaires interne et externe fixées par des organes de boulonnage sur les rebords annulaires interne et externe, respectivement, du fond de chambre annulaire. Préférentiellement, les bords amont des viroles annulaires interne et externe comprennent chacun des échancrures traversées par lesdites tiges de fixation sur le rebord annulaire externe du fond de chambre et lesdits 25 organes de boulonnage du carénage sur le fond de chambre. Dans une réalisation pratique de l'invention, elle comprend au moins quatre tiges régulièrement réparties autour de l'axe de la chambre de combustion. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et 30 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 d'une chambre de combustion selon la technique antérieure et déjà décrite ; la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale d'une chambre combustion selon l'invention ; la figure 3 est une vue schématique en coupe de l'extrémité amont de la chambre de combustion de la figure 2 et selon un plan de coupe axial passant par des organes de fixation de l'extrémité amont de la chambre de combustion ; la figure 4 est une vue schématique du dessus de la coopération entre la virole annulaire externe et la paroi annulaire du fond de chambre ; la figure 5 est vue schématique développée de l'extrémité amont de la virole annulaire externe.
On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente une chambre de combustion 100 selon l'invention. Dans la réalisation représentée, la chambre de combustion est du type convergente, c'est-à-dire que son axe 111 d'éjection des gaz chauds converge, vers l'aval, vers l'axe 130 de la turbomachine. La description effectuée en référence à la figure 1 représentant une chambre de combustion divergente s'applique à la figure 2. Les éléments similaires sont incrémentés d'une centaine et ne seront pas nécessairement de nouveau décrits. L'extrémité aval de la virole annulaire interne 112 est reliée à une bride annulaire interne 126 comportant intérieurement une paroi annulaire radiale 132 fixée par boulonnage sur une paroi annulaire radiale 134 correspondante d'un carter interne 128. De même, l'extrémité aval de la virole annulaire externe 114 est reliée à une bride annulaire externe 136 comportant extérieurement une paroi annulaire radiale 140 fixée par boulonnage sur une paroi annulaire radiale 142 de l'extrémité aval du carter externe 138 entourant la chambre de combustion 100.
Comme représenté en figure 2, le fond de chambre 118 comprend deux rebords annulaires interne 152 et externe 154 coaxiaux s'étendant sensiblement axialement. Selon l'invention, l'extrémité amont de la virole annulaire externe 114 est centrée sur le rebord annulaire externe 154 par un appui radialement vers l'intérieur sur celui-ci. De même, l'extrémité amont de la virole annulaire interne 112 est centrée sur le rebord annulaire interne 152 par un appui radialement vers l'extérieur sur celui-ci. Le montage selon l'invention permet un coulissement axial relatif à étanchéité entre les extrémités amont des viroles annulaire interne 112 et 10 externe 114 et les rebords annulaires interne 152 et externe 154, respectivement, de la paroi annulaire du fond de chambre 118. Pour réaliser la fixation de l'extrémité amont de la chambre de combustion, le carter externe 138 comprend des bossages 156 régulièrement répartis sur la face externe du carter externe 138. Ces 15 bossages 156 comprennent chacun un orifice dont l'axe est aligné radialement avec l'axe d'une ouverture d'un bossage tubulaire 158 formé sur la face externe du rebord annulaire externe 154 de la paroi annulaire de fond de chambre 118. Une tige de fixation 160 est engagée depuis l'extérieur du carter externe 138 dans chaque ouverture du bossage 156 du 20 carter externe 138 et comprend une extrémité radialement interne vissée sur un filetage correspondant de la surface interne du bossage tubulaire 158. La tige 160 comprend extérieurement une tête plate 162 venant en butée sur le bossage 156 du carter externe 138 lors du vissage. Comme cela est également représenté en figure 5, le bord amont de 25 la virole annulaire externe 114 comprend des échancrures 164 (évidements ou parties creuses) dans lesquels sont logés les bossages tubulaires 158 du rebord annulaire externe 154 du fond de chambre 118. Ainsi, la virole annulaire externe 114 peut avoir une distance axiale suffisante de contact radial avec le rebord annulaire externe 154 du fond de chambre pour 30 assurer un bon coulissement à étanchéité et ceci quel que soit les déplacements relatifs axiaux des pièces entre elles.
La virole annulaire interne 112 peut également comprendre des échancrures dans lesquelles sont engagés les boulons de fixation 116 du rebord annulaire interne 152 du fond de chambre au rebord annulaire interne 166 du carénage 122.
De même, la virole externe 114 peut également comprendre des échancrures 164 de passage des boulons de fixation 116 du rebord annulaire externe 154 du fond de chambre au rebord annulaire externe 168 du carénage 122. Dans ce cas, les boulonnages 116 du rebord annulaire externe 154 du fond de chambre 118 et les tiges 160 de fixation forment une rangée annulaire et la virole annulaire externe 114 comprend autant d'échancrures 164 en plus, par rapport à la virole annulaire interne 112, qu'il y a de bossages tubulaires 158 pour la fixation des tiges 160 de fixation.15

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1. Turbomachine comprenant une chambre annulaire de combustion (110) formée de deux parois viroles annulaires coaxiales interne (112) et externe (114) par rapport à l'axe (130) de la turbomachine, agencées l'une à l'intérieur de l'autre et reliées à leurs extrémités amont par une paroi annulaire de fond de chambre (118) laquelle est fixée à un carter externe (138) entourant la virole annulaire externe (114), les extrémités aval des viroles annulaires interne (112) et externe (114) étant reliées à des brides fixées à un carter interne (128) et au carter externe (138), respectivement, caractérisé en ce que l'extrémité amont d'au moins l'une des viroles interne (112) et externe (114) est centrée par appui radial sur la paroi annulaire de fond de chambre (118) et coopère par coulissement axial à étanchéité avec celle-ci.
  2. 2. Turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle l'extrémité amont de la virole interne (112) et l'extrémité amont de la virole annulaire externe (114) sont centrées sur la paroi annulaire de fond de chambre (118) et coopèrent chacune par coulissement axial à étanchéité avec celle-ci.
  3. 3. Turbomachine selon la revendication 2, dans laquelle la paroi annulaire de fond de chambre (118) comprend deux rebords annulaires interne (152) et externe (154) s'étendant sensiblement axialement, l'extrémité amont de la virole externe (114) étant centrée sur le rebord annulaire externe (154) par appui radialement vers l'intérieur sur le rebord annulaire externe (154), l'extrémité amont de la virole interne (112) étant centrée sur le rebord annulaire interne (152) par appui radialement vers l'extérieur sur le rebord annulaire interne (152).
  4. 4. Turbomachine selon la revendication 3, dans laquelle le carter externe (138) comprend des orifices de passages de tiges (160) de fixation sur le rebord annulaire externe (154) du fond de chambre (118).
  5. 5. Turbomachine selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle la chambre de combustion (110) comprend un carénage (122) s'étendant vers l'amont depuis le fond de chambre (118) et comportant des rebords annulaires interne (166) et externe (168) fixées par des organes de boulonnage sur les rebords annulaires interne (152) et externe (154), respectivement, du fond de chambre annulaire (118).
  6. 6. Turbomachine selon la revendication 5, dans laquelle les bords amont des viroles annulaires interne (112) et externe (114) comprennent chacun des échancrures (164) traversées par lesdites tiges (160) de fixation sur le rebord annulaire externe (154) du fond de chambre (118) et lesdits organes de boulonnage du carénage (122) sur le fond de chambre (118).
  7. 7. Turbomachine selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle elle comprend au moins quatre tiges (160) régulièrement réparties autour de l'axe (130) de la chambre de combustion.20
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