FR3038364A1 - Paroi de chambre de combustion - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une paroi de chambre de combustion de turbomachine, caractérisée en ce que ladite paroi est en mousse métallique.
Description
PAROI DE CHAMBRE DE COMBUSTION 1. Domaine technique de l’invention L’invention concerne une chambre de combustion de turbomachine. En particulier, l’invention concerne une paroi d’une telle chambre de combustion et son refroidissement. 2. Arrière-plan technologique
Afin d’améliorer le rendement thermique des turbomachines, la température à l’intérieur de leur chambre de combustion tend à être de plus en plus élevée. L’élévation des températures entraîne des contraintes thermomécaniques considérables sur les parois des chambres. Les parois doivent donc être refroidies pour limiter l’impact de ces contraintes et améliorer leur durée de vie.
Typiquement, ce refroidissement est effectué par le biais d’un grand nombre de trous de petit diamètre réalisés dans la paroi. L'air entrant dans la chambre de combustion à travers ces trous, dits trous de refroidissement, forme un film relativement froid du côté chaud de chaque paroi, protégeant ainsi la paroi de la chaleur de combustion.
Toutefois, l’efficacité de ce type de système de refroidissement reste limitée.
Afin d’améliorer l’efficacité du refroidissement, il a été envisagé d’utiliser une paroi en matériau poreux. Les pores fournissent alors une surface très importante au travers de laquelle se fait le transfert de chaleur.
En pratique, cette solution n’est pas utilisée car peu de matériaux poreux peuvent résister aux contraintes thermomécaniques rencontrées dans les chambres de combustion. De plus, l’obstruction des pores de tels matériaux entraîne une faible durée d’utilisation.
Pour se rapprocher des caractéristiques thermiques des matériaux poreux sans subir de les inconvénients précités, des feuilles de multi-laminés sont utilisées. Le matériau de la paroi est, alors, formé par une superposition de feuilles d’alliage. Chaque feuille d’alliage présente des trous et/ou des rainures. Ainsi, la superposition de ces feuilles mime un matériau poreux.
Toutefois, la fabrication de ces systèmes de refroidissement présente un coût élevé. En effet, le perçage de trous de refroidissement est l’un des premiers postes des coûts de production des chambres de combustion.
En outre, les parois qu’elles soient en tôle pleine, percée ou en multi-laminé sont sujettes à des couplages vibratoires avec d’autres phénomènes aérodynamiques ou d’autres composants des turbomachines. 3. Objectifs de l’invention L’invention vise à pallier au moins certains des inconvénients précités.
En particulier, l’invention vise à fournir une paroi qui permet, dans au moins un mode de réalisation, de diminuer les coûts de production des chambres de combustion. L’invention vise aussi à fournir une paroi qui permet, dans au moins un mode de réalisation, un meilleur refroidissement des parois des chambres de combustion. L’invention vise également à fournir, dans au moins un mode de réalisation, une paroi présentant une bonne résistance aux contraintes thermomécaniques ainsi qu’une durée de vie élevée. L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, une paroi aux propriétés acoustiques et vibratoires améliorées. 4. Description détaillée
Pour ce faire, l’invention concerne une paroi de chambre de combustion de turbomachine, ladite paroi étant en mousse métallique.
Le demandeur a, en effet, démontré que les parois en mousse métallique améliorent considérablement le transfert de chaleur du fait de leur porosité élevée tout en résistant aux fortes contraintes des chambres de combustion. Outre leurs propriétés thermomécaniques, les parois selon l’invention se sont avérées présenter d’excellentes propriétés acoustiques et vibratoires. Ces parois amortissent fortement les vibrations mécaniques et acoustiques, supprimant ainsi les phénomènes de couplage aéroacoustiques et les instabilités de combustion. L’ensemble de ces caractéristiques confèrent aux parois selon l’invention une durée de vie supérieure aux parois de l’art antérieur.
La paroi peut être en une ou plusieurs mousse métallique.
La ou les mousses métalliques qui composent la paroi peuvent être des mousses métalliques en alliage réfractaire, de préférence en alliage réfractaire à base de nickel ou de cobalt.
De préférence, la paroi est en seul type de mousse métallique.
Selon un mode de réalisation, la paroi comprend au moins deux parties, chaque partie ayant un volume de pores différent. La paroi peut, par exemple, comprendre un volume de pores élevé au niveau d’une partie nécessitant un refroidissement important et/ou un volume de pores faible au niveau d’une partie nécessitant un faible refroidissement.
Selon une variante de ce mode de réalisation, lesdites parties ont une épaisseur différente. Typiquement, la porosité des mousses métalliques de chaque partie est identique. Le volume de pores souhaité est alors obtenu en faisant varier l’épaisseur de chaque partie.
Selon une autre variante de ce mode de réalisation, lesdites parties ont une porosité différente. L’épaisseur de chaque partie est identique. Le volume de pores souhaité est alors obtenu en faisant varier la porosité de chaque partie.
De préférence, la paroi ne comprend qu’une partie. Elle est d’épaisseur et de porosité constante. L’invention concerne également une chambre de combustion de turbomachine comprenant au moins une paroi selon l’invention. La chambre de combustion peut être de tout type. Selon un mode de réalisation préféré, cette dernière est une chambre de combustion annulaire, de préférence à flux inversé.
Selon un mode de réalisation préféré, la chambre de combustion comprend plusieurs parois selon l’invention.
Une chambre de combustion peut comprendre plusieurs parois selon l’invention présentant des caractéristiques différentes. Les parois peuvent, par exemple, avoir un type de mousse, un volume de pores, une porosité et/ou une épaisseur différentes. De préférence, les parois selon l’invention que comprend la chambre de combustion présentent les mêmes caractéristiques.
De préférence, la chambre de combustion comprend une paroi interne et une paroi externe, la paroi externe et/ou la paroi interne étant des parois selon l’invention. Selon un mode de réalisation préféré, la chambre de combustion comprend une paroi externe et une paroi interne selon l’invention.
La chambre de combustion peut, également, comprendre une ou plusieurs parois formant un coude, la ou les parois formant le coude pouvant être des parois selon l’invention.Avantageusement, le volume des pores desdites parties d’au moins une paroi est adaptée en fonction du type de paroi et de la position de cette partie de paroi dans la chambre de combustion. L’invention concerne également une turbomachine comprenant au moins une paroi selon l’invention. L’invention concerne aussi une turbomachine comprenant au moins une chambre de combustion selon l’invention. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une chambre de combustion de turbomachine selon l’invention. L’invention concerne aussi un procédé de fabrication d’une chambre de combustion de turbomachine comprenant une étape d’assemblage d’au moins deux parois selon l’invention. Le procédé peut comprendre en outre une étape de formage d’au moins une paroi selon l’invention préalablement à l’étape d’assemblage. 5. Liste des figures D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d’une turbomachine, - la figure 2 est une coupe longitudinale schématique d’une chambre de combustion selon l’invention. 6. Description détaillée d’un mode de réalisation de l’invention
Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d’illustration et de clarté.
La figure 1 représente schématiquement une turbomachine 1, plus spécifiquement sous forme d'un turbomoteur. Ce turbomoteur 1 comporte, dans le sens d'écoulement d'un fluide de travail, un compresseur centrifuge 2, une chambre de combustion annulaire 3, une première turbine axiale 4, et une deuxième turbine axiale 5.
La figure 2 montre une vue schématique en coupe d’une chambre de combustion 3. La chambre de combustion représentée est une chambre annulaire du type à écoulement inversé. Toutefois, l’invention n’est pas limitée à ce type de chambre.
La chambre de combustion 3 comprend une paroi externe 6 et une paroi interne 7 toutes deux en mousse métallique. Dans sa partie amont la chambre 3 comprend un fond de chambre 8. Le fond de chambre 8 comporte une pluralité d'ouvertures, régulièrement espacées circonférentiellement. Dans chacune de ces ouvertures est monté un dispositif d'injection 9. Les gaz de combustion s'écoulent vers l'aval dans la chambre de combustion 3. Les dispositifs d'injection 9 sont alimentés en air par un compresseur haute pression. La chambre de combustion 3 est du type présentant un coude 10 afin de limiter l'encombrement axial. Ce type de chambre de combustion est particulièrement courant parmi les turbomachines à compresseur centrifuges, surtout quand elles sont des turbomoteurs comme celui illustré sur la figure 1.
La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation présentées. D’autres variantes et modes de réalisation peuvent être déduits et mis en œuvre par la personne du métier à la lecture de la présente description et des Figures annexées.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Paroi de chambre de combustion de turbomachine, caractérisée en ce que ladite paroi est en mousse métallique.
- 2. Paroi selon la revendication 1, caractérisée en ce que la mousse métallique est une mousse métallique en alliage réfractaire.
- 3. Paroi selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce qu’elle comprend au moins deux parties, chaque partie ayant un volume de pores différent.
- 4. Paroi selon la revendication 3 caractérisée en que lesdites parties ont une épaisseur différente.
- 5. Paroi selon la revendication 3 caractérisée en que lesdites parties ont une porosité différente.
- 6. Chambre de combustion (3) de turbomachine comprenant au moins une paroi telle que définie à l’une quelconque des revendications 1 à 5.
- 7. Chambre de combustion (3) de turbomachine selon la revendication 6 caractérisée en ce quelle comprend une paroi interne (7) et une paroi externe (6), la paroi interne (7) et/ou la paroi externe (6) étant des parois telles que définies à l’une quelconque des revendications 1 à 5.
- 8. Chambre de combustion (3) de turbomachine selon la revendication 6 ou 7 caractérisée en ce qu’elle comprend une ou plusieurs parois formant un coude, la ou les parois formant le coude étant telles que définies à l’une quelconque des revendications 1 à 5.
- 9. Turbomachine (1) comprenant au moins chambre de combustion telle que définie à Tune quelconque des revendications 6 à 8.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR1556196A FR3038364B1 (fr) | 2015-07-01 | 2015-07-01 | Paroi de chambre de combustion |
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| FR3038364A1 true FR3038364A1 (fr) | 2017-01-06 |
| FR3038364B1 FR3038364B1 (fr) | 2020-01-03 |
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ID=54366313
Family Applications (1)
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| FR1556196A Active FR3038364B1 (fr) | 2015-07-01 | 2015-07-01 | Paroi de chambre de combustion |
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| Country | Link |
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| FR (1) | FR3038364B1 (fr) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP2159380A1 (fr) * | 2008-08-29 | 2010-03-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Dispositif de turbine à gaz avec carter poreux et son procédé de fabrication |
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| US20110185738A1 (en) * | 2009-12-29 | 2011-08-04 | Bastnagel Philip M | Gas turbine engine component construction |
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-
2015
- 2015-07-01 FR FR1556196A patent/FR3038364B1/fr active Active
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| FR3038364B1 (fr) | 2020-01-03 |
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