FR3035707A1

FR3035707A1 - Chambre de combustion coudee d'une turbomachine

Info

Publication number: FR3035707A1
Application number: FR1553876A
Authority: FR
Inventors: Guillaume Aurelien Godel; Romain Nicolas Lunel; Thomas Olivier Marie Noel; Matthieu Francois Rullaud
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2016-11-04
Anticipated expiration: 2035-04-29
Also published as: CN107532800B; US20180299132A1; CN107532800A; FR3035707B1; US10883720B2; WO2016174363A1; EP3289288A1; EP3289288B1

Abstract

L'invention concerne une chambre de combustion d'une turbomachine, comprenant : - un carter annulaire externe (10a) ; - un tube à flamme (20) connecté au carter externe (10a), ledit tube à flamme comprenant une paroi annulaire interne (20b) et une paroi annulaire externe (20a) définissant d'une part une première portion (201) radiale en entrée du tube à flamme et d'autre part une seconde portion (202) axiale en sortie du tube à flamme, la première portion s'étendant vers la seconde portion (202) en formant un coude entre l'entrée et la sortie du tube à flamme.

Description

1 DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine des chambres de combustion pour des turbomachines et plus particulièrement la structure et la fixation d'un tube à flamme dans une chambre de combustion d'une turbomachine.

ETAT DE LA TECHNIQUE De manière connue et en relation avec la figure 1, en aval d'un compresseur à haute pression (non représenté), une turbomachine comprend une chambre de combustion délimitée par des carters de révolution interne lb et externe la qui sont concentriques.

La chambre à combustion comprend un tube à flamme 2 disposé dans l'espace défini par les carters interne lb et externe la. Le tube à flamme 2 est délimité par des parois interne 2b et externe 2a appelées viroles interne et externe et une plaque de fond de chambre 3 qui sert de support à des injecteurs 4.

Par ailleurs, la chambre de combustion comprend également un carénage 5 disposé devant le fond de chambre pour couvrir partiellement les injecteurs 4 et les protéger des chocs éventuels (que peut produire l'ingestion d'un oiseau ou d'un bloc de glace dans des moteurs). Et la chambre de combustion comprend un diffuseur 6 d'air débouchant sur l'injecteur 4.

La plaque de fond 3, les parois interne 2b et externe 2a du tube à flamme 2 et le carénage 5 sont assemblées par des boulons (non représentés). La chambre de combustion de la figure 1 est dite annulaire axiale directe en ce qu'elle s'étend selon la direction privilégiée de l'axe moteur sans retournement des viroles cylindriques du tube à flamme. Cette architecture est la référence pour les turbomachines modernes, notamment sur les fortes puissances. Sur le domaine des petites puissances, elle cohabite avec l'architecture de chambre à retour qui est très compacte axialement. Cependant elle possède pour principal inconvénient un important ratio surface sur volume qui rend difficile le refroidissement des parois du tube à flamme et handicape leurs durées de vie.

A l'opposé, un problème avec le type de chambre axiale directe est que l'encombrement axial du tube à flamme est conséquent. Un autre problème est que les fixations du carénage, des parois interne 2b et externe 2a et de la plaque de fond sont soumises à des vibrations de la turbomachine ainsi qu'à des dilatations thermiques des sous-composants du module chambre qui peuvent 3035707 2 dégrader son fonctionnement de sorte que des systèmes de compensations vibratoires et thermiques généralement complexes sont prévus. PRESENTATION DE L'INVENTION 5 L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients. A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, une chambre de combustion d'une turbomachine, comprenant : un carter annulaire externe ; un tube à flamme connecté au carter externe, ledit tube à flamme comprenant une paroi annulaire interne et une paroi annulaire externe définissant d'une part une première portion radiale 10 en entrée du tube à flamme et d'autre part une seconde portion axiale en sortie du tube à flamme, la première portion s'étendant vers la seconde portion en formant un coude entre l'entrée et la sortie du tube à flamme. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible.

15 Le tube à flamme comprend un fond de chambre situé en entrée du tube flamme, la chambre comprenant au moins un injecteur de combustible configuré pour injecter du combustible dans le tube à flamme via l'entrée du tube à flamme, le tube à flamme étant connecté au carter externe par l'intermédiaire dudit injecteur en liaison avec le fond de chambre.

20 L'injecteur présente une direction principale coaxiale à un axe longitudinal Y selon lequel la première portion s'étend. L'injecteur comprend un corps d'injecteur entourant un tuyau d'injection par lequel est amené du combustible dans le tube à flamme, le corps d'injecteur étant inséré dans un cylindre surmontant un disque de liaison connecté au fond de chambre.

25 Les parois annulaires interne et externe du tube à flamme sont connectées au carter externe par l'intermédiaire du corps d'injecteur. Le corps d'injecteur est connecté au tuyau d'injection, le corps d'injecteur étant mobile par rapport au cylindre. La chambre comprend des trous primaires percés dans les parois annulaire interne 30 et externe au niveau de la première portion et des trous de dilution percés dans les parois annulaire interne et externe au niveau d'un coude du tube à flamme. Selon un autre aspect, l'invention concerne une turbomachine comprenant une chambre de combustion selon l'invention.

3035707 3 L'invention permet de réduire fortement l'encombrement axial de la chambre de combustion. Ceci présente les avantages suivants. la masse du moteur est réduite : o la forme du tube à flamme permet de réduire la longueur du carter externe, 5 qui est souvent commun avec la turbine haute pression en aval de la chambre de combustion; o la réduction de longueur pour les équipements - canalisations - nacelle et l'ensemble des constituants « hors-veine » ; o la structure de la chambre est simplifiée notamment par le fait que le tube à 10 flamme est connecté au carter externe par l'intermédiaire de l'injecteur ce qui permet de supprimer le capotage et les boulons associés. Ces pièces sont généralement utilisées sur des chambres de type axial direct ; la situation dynamique du rotor haute pression, située sous la chambre de combustion, est améliorée : 15 o cette pièce est en effet un élément complexe de la turbomachine et doit respecter de nombreux critères de dimensionnement. Pour des turbomachines de petite dimension et avec des impératifs de performances élevées (en consommation et émissions), on est tenté de positionner un régime de rotation élevé : la difficulté étant alors d'assurer une raideur et 20 une dynamique d'arbre acceptable. Ainsi, la forme coudée donnée au tube à flamme permet de diminuer la longueur d'arbre haute pression (constitué d'un compresseur haute pression en amont de la chambre de combustion et de la turbine haute pression en aval de la chambre de combustion) ; l'interface avec la turbine haute pression est améliorée : 25 o en effet, la sortie du tube à flamme est colinéaire au dessin des plateformes du DHP : cela permet de limiter le nombre de lignes de courant d'écoulement chaud qui impacteraient la paroi (notamment sur la virole interne) et pourraient potentiellement interférer avec le refroidissement de ces pièces dont la durée de vie est critique 30 la bougie d'allumage peut être positionnée à différentes positions : en fond de chambre et/ou en coin de chambre et/ou sur la paroi externe.

4 3035707 PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels outre la figure 1 déjà discutée, La figure 2 illustre une vue en coupe d'un chambre de combustion ; - La figure 3 illustre une vue en perspective d'une chambre de combustion ; - La figure 4 illustre une vue détaille de la vue en perspective de la figure 3. Sur l'ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.

10 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Les figures 2 et 3 illustrent des vues d'une chambre de combustion selon un mode de réalisation. La chambre de combustion comprend un carter externe 10a auquel est connecté un 15 tube à flamme 20. Le tube à flamme 20 comprend une paroi annulaire interne 20b et une paroi annulaire externe 20a. Les parois annulaire interne et externe définissent d'une part une première portion 201 radiale autour d'un axe radial Y de la chambre de combustion et qui s'étend radialement 20 par rapport à un axe longitudinal XX de rotation de la turbomachine. D'autre part, Les parois annulaire interne et externe définissent une seconde portion 202 axiale autour d'un axe longitudinal X perpendiculaire à l'axe radial Y et parallèle à l'axe longitudinal )0( de rotation de la turbomachine. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2 la première portion 201 s'étend vers la 25 seconde portion 202 en formant un coude entre l'entrée et la sortie du tube à flamme. Un tel coude permet une liaison aérodynamique efficace avec un étage haute pression en aval de l'écoulement des gaz (flèche en pointillés sur la figure 2). En outre, cette forme coudée permet de réduire l'encombrement axial du tube à flamme 20.

30 La chambre de combustion comprend également un fond de chambre 30 qui a la forme d'une plaque situé en entrée du tube à flamme 20. A ce fond de chambre 30 est attaché un injecteur 40 par lequel est connecté le tube à flamme 20 au carter externe 10a de la turbomachine. En outre, la chambre de combustion peut éventuellement comprendre un bouclier thermique 50 sous la forme d'une plaque attachée au fond de chambre 30 situé dans le tube 3035707 5 à flamme 20. Ce bouclier thermique 50 est situé à l'entrée du tube à flamme 20 et protège l'injecteur 40 des fortes températures supérieures à 2200 K pouvant régner dans le tube à flamme 20. Des trous primaires 202a, 202b sont percés dans les parois annulaires interne et 5 externe au niveau de de la première portion 201 en entrée du tube à flamme. En outre, des trous de dilution 203a, 203b sont percés dans les parois annulaires interne et externe au niveau de la partie coudée du tube à flamme 20 (voir la figure 3). Le nombre de trous, leurs diamètres et positions respectifs pouvant varier selon l'application visée.

10 Comme cela est visible sur la figure 4, l'injecteur 40 comprend un corps 40a d'injecteur entourant un tuyau 40b d'injection par lequel est amené le combustible en tant que tel dans le tube à flamme 20. Le corps 40a d'injecteur est fixé au carter externe 10a par l'intermédiaire de boulons 70 et de plaques 80 de fixation (voir la figure 3). Les parois annulaires interne et externe sont fixées au carter externe 10a par 15 l'intermédiaire du corps 40a d'injecteur permettant ainsi de simplifier la liaison bol - fond de chambre et ainsi éviter l'utilisation d'un système de rattrapage des jeux. Un disque de liaison 40c surmonté d'un cylindre 40d dans lequel est inséré le corps 40a de l'injecteur est connecté au fond de chambre 30 dans lequel un évidement 30a à la taille du disque de liaison a été ménagé.

20 Le corps 40a de l'injecteur est en liaison avec le tuyau 40b d'injection et le corps 40a de l'injecteur 40 est inséré dans le cylindre 40d surmontant le disque de liaison 40c de telle sorte que le corps 40a d'injecteur (et donc le tuyau 40b d'injection) est mobile par rapport au cylindre 40d. Ceci permet une compensation des mouvements auxquels est soumis le tube à flamme 20. Il n'y a donc pas besoin de systèmes de compensation complexes.

25 Le corps 40a de l'injecteur comprend une entrée d'air 40e par laquelle de l'air issu d'un diffuseur 60 est introduit. Cet air permet de refroidir l'injecteur 40. L'entrée d'air 40e a la forme d'un évidement ovale formé dans le corps 40a d'injecteur. 30

Claims

REVENDICATIONS1. Chambre de combustion d'une turbomachine, comprenant : - un carter annulaire externe (10a) ; - un tube à flamme (20) connecté au carter externe (10a), ledit tube à flamme (20) comprenant une paroi annulaire interne (20b) et une paroi annulaire externe (20a) définissant d'une part une première portion (201) radiale en entrée du tube à flamme et d'autre part une seconde portion (202) axiale en sortie du tube à flamme, la première portion (201) s'étendant vers la seconde portion (202) en formant un coude entre l'entrée et la sortie du tube à flamme.
2. Chambre selon la revendication 1, dans laquelle le tube à flamme comprend un fond de chambre (30) situé en entrée du tube flamme, la chambre comprenant au moins un injecteur (40) de combustible configuré pour injecter du combustible dans le tube à flamme via l'entrée du tube à flamme, le._tube à flamme étant connecté au carter externe (10a) par l'intermédiaire dudit injecteur (40) en liaison avec le fond de chambre (30).
3. Chambre selon la revendication 2, dans lequel l'injecteur présente une direction principale coaxiale à un axe longitudinal Y selon lequel la première portion (201) s'étend.
4. Chambre selon l'une des revendications 2 à 3, dans laquelle l'injecteur (40) comprend un corps (40a) d'injecteur entourant un tuyau (40b) d'injection par lequel est amené du combustible dans le tube à flamme (20), le corps d'injecteur (40a) étant inséré dans un cylindre (40d) surmontant un disque de liaison (40c) connecté au fond de chambre (30).
5. Chambre selon la revendication 4, dans laquelle les parois annulaires interne et externe du tube à flamme sont connectées au carter externe (10a) par l'intermédiaire du corps d'injecteur (40a). 30
6. Chambre selon l'une des revendications 4 à 5, dans laquelle le corps (40a) d'injecteur est connecté au tuyau (40b) d'injection, le corps (40a) d'injecteur étant mobile par rapport au cylindre (40d).
7. Chambre selon l'une des revendications précédentes, comprenant des trous primaires 35 (202b, 202a) percés dans les parois annulaire interne et externe au niveau de la première 25 3035707 7 portion (201) et des trous de dilution (203a, 203b) percés dans les parois annulaire interne et externe au niveau d'un coude du tube à flamme (20).
8. Turbomachine comprenant une chambre de combustion selon l'une des revendications 5 précédentes.