FR3055950B1

FR3055950B1 - Chambre de combustion pour turbomachine comprenant des moyens pour ameliorer le refroidissement d'une paroi annulaire dans le sillage d'un obstacle

Info

Publication number: FR3055950B1
Application number: FR1658599A
Authority: FR
Inventors: Huacan Hernandez Lorenzo; Claude Berat; Olivier LAMAISON; Patrick DUCHAINE; Nils Lenfant; Sylvain Labeaune
Original assignee: Safran Helicopter Engines SAS
Current assignee: Safran Helicopter Engines SAS
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2019-09-27
Anticipated expiration: 2036-09-14
Also published as: FR3055950A1; WO2018050999A1

Abstract

Une chambre de combustion (40) pour turbomachine comprend une paroi annulaire (12) délimitant un volume interne (11) de la chambre de combustion, un film d'air de refroidissement pariétal (28) le long de la paroi annulaire (12) dans le volume interne de la chambre de combustion et un obstacle (42) générant un sillage dans le film d'air de refroidissement pariétal (28). La paroi annulaire (12) comporte des orifices d'entrée d'air additionnels (50) agencés dans une région (52) de la paroi annulaire (12) située dans ledit sillage, et un déflecteur (54) est agencé en regard des orifices d'entrée d'air additionnels (50) dans le volume interne de manière à créer, à partir d'air issu des orifices d'entrée d'air additionnels (50), un film d'air de refroidissement pariétal complémentaire (56) dans le sillage.

Description

CHAMBRE DE COMBUSTION POUR TURBOMACHINE COMPRENANT DES MOYENS POUR AMÉLIORER LE REFROIDISSEMENT D'UNE PAROI ANNULAIRE DANS LE SILLAGE D'UN OBSTACLE

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention se rapporte au domaine des chambres de combustion des turbomachines, notamment des turbomachines utilisées pour la propulsion des aéronefs. Elle concerne plus particulièrement le refroidissement par film d'air pariétal d'une paroi annulaire de chambre de combustion.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

La température interne des chambres de combustion est telle qu'il est en général souhaitable de créer un film d'air de refroidissement entre la flamme et chaque paroi annulaire délimitant la chambre afin d'augmenter la durée de vie de cette dernière.

La création d'un tel film d'air pariétal s'effectue en général au moyen d'une languette annulaire agencée dans la chambre de combustion, en regard d'orifices d'entrée d'air formés dans la paroi annulaire délimitant la chambre, de manière à canaliser l'air issu de ces orifices en un film s'écoulant vers l'aval le long de cette paroi annulaire.

Toutefois, dans certaines chambres de combustion, le film d'air pariétal est interrompu par un obstacle, tel qu'une douille de guidage de bougie d'allumage ou une bougie d'allumage.

Cette configuration est illustrée sur les figures 1 et 2 qui montrent une partie amont d'une chambre de combustion annulaire 10 de type connu. Le volume interne 11 de cette chambre de combustion est délimité extérieurement par une paroi annulaire 12 raccordée à une paroi de fond 14 dans laquelle sont montés des systèmes d'injection 16. Le volume interne de la chambre de combustion est délimité intérieurement par une autre paroi annulaire (non visible sur les figures) de même axe 17 que la paroi annulaire 12 (figure 2) et également raccordée à la paroi de fond 14.

La figure 1 montre en particulier un injecteur de démarrage 18 monté dans la paroi de fond 14, axialement en regard d'une bougie d'allumage 20 montée dans la paroi annulaire 12. La figure 2 montre un orifice 19 de la paroi de fond 14 destiné à recevoir l'injecteur de démarrage 18 et un orifice 21 de la paroi annulaire 12 destiné à recevoir la bougie d'allumage 20.

De plus, la figure 1 montre la languette annulaire 22, qui s'étend en saillie vers l'aval à partir de la paroi de fond 14, de manière à délimiter un espace annulaire 24 fermé du côté amont et ouvert du côté aval. Comme le montre la figure 2, la paroi annulaire 12 comporte deux rangées annulaires d'orifices d'entrée d'air 26 agencés en regard de la languette annulaire 22 et débouchant ainsi dans l'espace annulaire 24.

En fonctionnement, de l'air relativement frais pénètre dans l'espace annulaire 24 par les orifices d'entrée d'air 26 et est canalisé par la languette annulaire 22 de manière à constituer un film d'air pariétal 28 (figure 1). Ce film d'air pariétal 28 est ensuite alimenté en aval par des rangées de micro-perforations 29 successives.

Dans l'exemple illustré, les deux rangées annulaires d'orifices 26 sont interrompues par l'orifice 21 destiné à recevoir la bougie d'allumage 20. Dans d'autres types de chambres de combustion, les rangées annulaires d'orifices 26 peuvent être agencées en amont d'une extrémité amont de l'orifice 21 de passage de la bougie d'allumage de manière à ne pas être interrompues par cet orifice 21.

Dans tous les cas, il en résulte un sillage chaud 30 (figure 2) en aval de la bougie d'allumage 20, au sein du film d'air pariétal 28.

Un tel sillage est susceptible d'engendrer des gradients de température élevés, pouvant atteindre plusieurs centaines de degrés Celsius sur une distance de quelques millimètres. II est donc souhaitable d'améliorer le refroidissement de la région de la paroi annulaire située au niveau du sillage d'un obstacle tel qu'une bougie d'allumage ou une douille de guidage de bougie d'allumage.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème.

Elle propose à cet effet une chambre de combustion pour turbomachine, comprenant une paroi annulaire qui délimite un volume interne de la chambre de combustion, des moyens de création d'un film d'air de refroidissement pariétal le long de ladite paroi annulaire, dans le volume interne de la chambre de combustion, et un obstacle générant un sillage dans le film d'air de refroidissement pariétal.

Selon l'invention, la paroi annulaire comporte des orifices d'entrée d'air additionnels agencés dans une région de la paroi annulaire située dans ledit sillage, et la chambre de combustion comprend en outre un déflecteur agencé en regard des orifices d'entrée d'air additionnels dans le volume interne de la chambre de combustion de manière à créer, à partir d'air issu des orifices d'entrée d'air additionnels, un film d'air de refroidissement pariétal complémentaire dans ledit sillage.

Ainsi, en fonctionnement, de l'air peut pénétrer dans le volume interne de la chambre de combustion par les orifices d'entrée d'air additionnels de manière à être canalisé par le déflecteur en un film d'air de refroidissement pariétal complémentaire s'écoulant le long de la région de la paroi annulaire située dans le sillage de l'obstacle. L'invention permet ainsi de réduire considérablement les gradients de température induits par la présence d'un obstacle interrompant le film d'air de refroidissement pariétal.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'obstacle est une douille de guidage de bougie d'allumage.

En variante, lorsque la chambre de combustion est équipée d'une bougie d'allumage montée dans la paroi annulaire par d'autres moyens qu'une telle douille, l'obstacle peut être constitué de la bougie d'allumage elle-même. L'invention est plus généralement applicable à tout type d'obstacle susceptible d'interrompre le film d'air de refroidissement pariétal.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la douille de guidage de bougie d'allumage porte le déflecteur.

La douille et le déflecteur peuvent ainsi former une même pièce, de sorte qu'une seule opération de montage permette à la fois la mise en place de la douille et du déflecteur au sein de la chambre de combustion.

Le déflecteur est de préférence formé d'une languette ayant une première partie s'étendant en saillie à partir de la douille de guidage de bougie d'allumage et une deuxième partie plus mince que la première partie et qui prolonge la première partie et présente un bord libre du côté opposé.

La deuxième partie de la languette est avantageusement délimitée latéralement par des rebords s'étendant en saillie en direction de la paroi annulaire.

Ces rebords permettent d'améliorer le guidage de l'air issu des orifices d'entrée d'air additionnels dans le sillage de l'obstacle. D'une manière connue en soi, lesdits moyens de création du film d'air de refroidissement pariétal sont par exemple du type comportant au moins une rangée annulaire d'orifices d'entrée d'air formés dans la paroi annulaire en amont d'une extrémité aval de l'obstacle, et une languette annulaire agencée en regard de la rangée annulaire d'orifices d'entrée d'air, dans le volume interne de la chambre de combustion, de manière à délimiter un espace annulaire fermé vers l'amont et ouvert vers l'aval et dans lequel débouche la rangée annulaire d'orifices d'entrée d'air.

Dans ce cas, une partie amont du déflecteur et une partie aval de la languette annulaire s'étendent avantageusement à une même distance de la paroi annulaire.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le déflecteur présente une étendue tangentielle inférieure au triple d'une étendue tangentielle de l'obstacle.

De préférence, les orifices d'entrée d'air additionnels sont répartis en au moins une rangée circonférentielle présentant une étendue tangentielle comprise entre une fois et trois fois l'étendue tangentielle de l'obstacle. L'invention concerne également une turbomachine pour aéronef, comprenant une chambre de combustion du type décrit ci-dessus.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 et 2, déjà décrites, sont des vues schématiques partielles, respectivement en coupe axiale et de côté, d'une chambre de combustion de turbomachine d'un type connu ; - la figure 3 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une chambre de combustion de turbomachine selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique partielle en perspective de la chambre de combustion de la figure 3 vue depuis l'intérieur ; - la figure 5 est une vue schématique partielle de dessus de la chambre de combustion de la figure 3 ; - la figure 6 est une vue schématique en perspective d'une pièce de la chambre de combustion de la figure 3, formant une douille de guidage de bougie d'allumage et un déflecteur destiné à la génération d'un film d'air de refroidissement pariétal complémentaire.

Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS A défaut de stipulation contraire, la présente description utilise un système de coordonnées cylindriques par rapport à l'axe 17 de la chambre de combustion, permettant de définir une direction axiale X, une direction radiale R et une direction tangentielle T.

Les figures 3-5 illustrent une partie amont d'une chambre de combustion 40 d'une turbomachine pour aéronef, qui est globalement semblable à la chambre de combustion 10 de la figure 1. Cette chambre de combustion comprend donc en particulier une paroi annulaire 12 qui délimite extérieurement le volume interne 11 de la chambre de combustion, des moyens de création d'un film d'air de refroidissement pariétal 28 le long de la paroi annulaire 12, à l'intérieur de la chambre de combustion, et un obstacle 42 générant un sillage 30 dans le film d'air de refroidissement pariétal 28.

Les moyens de création du film d'air de refroidissement pariétal 28 sont par exemple formés d'une languette annulaire 22 semblable à celle des figures 1 et 2, et de deux rangées annulaires d'orifices d'entrée d'air 26 formés dans la paroi annulaire 12 en amont d'une extrémité aval 43 de l'obstacle 42 (figure 5). Comme expliqué ci-dessus, la languette annulaire 22 s'étend en saillie vers l'aval à partir de la paroi de fond de la chambre de combustion de manière à délimiter un espace annulaire 24 fermé du côté amont et ouvert du côté aval, dans lequel débouchent les orifices d'entrée d'air 26.

De plus, l'obstacle 42 précité est par exemple une douille de guidage de bougie d'allumage 42A. Cette douille 42A est par exemple montée dans l'orifice 21 de la paroi annulaire 12, et retenue dans cet orifice au moyen d'une bague 44 soudée autour d'une extrémité externe de la douille 42A, comme le montre la figure 3.

Dans l'exemple illustré, la languette annulaire 22 comporte une encoche 46 dans laquelle s'étend une partie de l'obstacle 42, et les rangées annulaires d'orifices 26 sont interrompues par l'encoche 46 (figure 5). Dans d'autres modes de réalisation, la languette annulaire 22 peut bien entendu être dépourvue d'une telle encoche, et les rangées annulaires d'orifices 26 peuvent être dépourvues de toute interruption en regard de l'obstacle 42. D'une manière générale, la chambre de combustion 40 se distingue de la chambre de combustion 10 des figures 1 et 2 du fait que : la paroi annulaire 12 comporte des orifices d'entrée d'air additionnels 50 agencés dans une région 52 de la paroi annulaire 12 située dans le sillage 30 de l'obstacle 42 précité, et du fait que la chambre de combustion comprend un déflecteur 54 agencé en regard des orifices d'entrée d'air additionnels 50 de manière à créer, à partir d'air issu des orifices d'entrée d'air additionnels 50, un film d'air de refroidissement pariétal complémentaire 56 (figures 3-5) dans le sillage 30.

Dans l'exemple illustré, le déflecteur 54 est porté par la douille de guidage de bougie d'allumage 42A. La douille 42A et le déflecteur 54 forment ainsi une même pièce 58, représentée isolée sur la figure 6. Cette pièce présente notamment l'avantage de pouvoir être montée simplement sur la paroi annulaire 12 comme une simple douille de type connu, par exemple au moyen de la bague 44 comme expliqué ci-dessus. Cela est également vrai en ce qui concerne le démontage de la pièce 58. II est à noter que la figure 3 montre en outre à titre d'exemple un tube de guidage de bougie d'allumage 45 monté dans la douille 42A et destiné à recevoir une bougie d'allumage. Ce tube 45 n'est pas visible sur les figures 4-6, et peut être omis, en fonction du type de bougie d'allumage utilisée.

Plus précisément, le déflecteur 54 est formé d'une languette ayant une première partie 54A s'étendant d'un côté de la douille de guidage de bougie d'allumage 42A, en saillie à partir de cette douille 42A, transversalement à un axe 60 de la douille. La première partie 54A est sensiblement appliquée sur la paroi annulaire 12 de la chambre de combustion. Le déflecteur 54 comporte en outre une deuxième partie 54B, qui est plus mince que la première partie 54A, et qui prolonge la première partie 54A et présente un bord libre 62 à son extrémité située du côté opposé par rapport à la douille 42A.

Au sein de la chambre de combustion, la pièce 58 est orientée de sorte que le déflecteur 54 s'étende globalement vers l'aval, le bord libre 60 étant donc agencé d'un côté aval par rapport à la douille 42A.

Dans l'exemple illustré (figure 6), la deuxième partie 54B de la languette formant le déflecteur 54 est délimitée latéralement par des rebords 64 s'étendant en saillie en direction de la paroi annulaire 12. Ces rebords 64 ne sont pas représentés sur la figure 4 pour laisser apparaître les orifices additionnels 50. La deuxième partie 54B est en outre délimitée en direction de la douille 42A par un rebord 66 formé par une extrémité de la première partie 54A.

Les rebords 64 et 66 permettent d'améliorer le guidage de l'air vers l'aval au sein du sillage 30.

Comme le montre la figure 6, la première partie 54A présente une extrémité amont 68 qui épouse la forme de la douille 42A de sorte que des extensions latérales 70 de la première partie 54A s'étendent au-delà de l'extrémité aval 43 de la douille 42A, dans la direction allant de l'aval vers l'amont.

De plus, la première partie 54A présente deux ailettes 72 qui s'étendent en saillie latéralement, respectivement de part et d'autre de la douille 42A.

Comme le montre la figure 5, le déflecteur 54 s'étend sensiblement dans une continuité aérodynamique de la languette annulaire 22. Autrement dit, une partie amont du déflecteur 54, correspondant à la première partie 54A, et une partie aval de la languette annulaire 22, à savoir l'extrémité aval 74 de celle-ci, s'étendent sensiblement à une même distance de la paroi annulaire 12.

Les ailettes 72 forment des butées à l'encontre de la languette annulaire 22 (figure 4) et permettent ainsi de bloquer la pièce 58 en rotation autour de son axe 60 au cours des opérations d'assemblage de la pièce 58 à la paroi annulaire 12 de la chambre, avant que la bague 44 ne soit soudée à la douille 42A.

Du fait de sa fonction, le déflecteur 54 présente une étendue limitée selon la direction tangentielle. En particulier, le déflecteur 54 présente de préférence une étendue tangentielle El supérieure à l'étendue tangentielle E2 de la douille 42A, et inférieure à trois fois l'étendue tangentielle E2 de la douille 42A (figure 5).

De plus, les orifices d'entrée d'air additionnels 50 sont répartis en rangées circonférentielles 50A, 50B présentant une étendue tangentielle E3 comprise entre une fois et trois fois l'étendue tangentielle E2 de la douille 42A. Le nombre de ces rangées circonférentielles est par exemple égal à deux.

En fonctionnement, de l'air pénètre par les orifices d'entrée d'air 26 jusque dans l'espace annulaire 24 et s'écoule vers l'aval en formant le film d'air de refroidissement pariétal 28. Ce dernier est interrompu par l'obstacle 42. Toutefois, de l'air pénètre également dans le volume interne de la chambre de combustion par les orifices d'entrée d'air additionnels 50 et est canalisé par le déflecteur 54 de manière à former le film d'air de refroidissement pariétal complémentaire 56 le long de la région 52 de la paroi annulaire 12 située dans le sillage 30 de l'obstacle 42. En aval de la région 52, le film d'air de refroidissement pariétal complémentaire 56 se mélange au film d'air de refroidissement pariétal 28.

La paroi annulaire 12 est ainsi refroidie d'une manière optimale.

Bien entendu, la configuration décrite ci-dessus en relation avec la paroi annulaire 12 délimitant extérieurement le volume interne de la chambre de combustion peut, en variante ou de manière complémentaire, être appliquée au refroidissement de la paroi annulaire 14 qui délimite intérieurement ce volume interne.

Par ailleurs, le déflecteur 54 peut, en variante, être indépendant de l'obstacle 42. Le déflecteur 54 peut en particulier être fixé directement à la paroi annulaire 12, par exemple par des extensions latérales du déflecteur 54 raccordées à la paroi annulaire, de part et d'autre du déflecteur. En variante encore, le déflecteur 54 peut être porté par la languette annulaire 22. A cet effet, le déflecteur 54 peut comporter des extensions latérales amont s'étendant de part et d'autre de l'obstacle 42 et fixées directement à la languette annulaire 22.

Claims

REVENDICATIONS

1. Chambre de combustion (40) pour turbomachine, comprenant : - une paroi annulaire (12) délimitant un volume interne (11) de la chambre de combustion ; - des moyens de création d'un film d'air de refroidissement pariétal (28) le long de ladite paroi annulaire (12) dans le volume interne (11) de la chambre de combustion ; - un obstacle (42) constitué d'une douille de guidage de bougie d'allumage (42A) ou d'une bougie d'allumage, et générant un sillage (30) dans le film d'air de refroidissement pariétal (28) ; la chambre de combustion étant caractérisée en ce que la paroi annulaire (12) comporte des orifices d'entrée d'air additionnels (50) agencés dans une région (52) de la paroi annulaire (12) située dans ledit sillage (30), et en ce que la chambre de combustion comprend en outre un déflecteur (54) agencé en regard des orifices d'entrée d'air additionnels (50) dans le volume interne (11) de la chambre de combustion de manière à créer, à partir d'air issu des orifices d'entrée d'air additionnels (50), un film d'air de refroidissement pariétal complémentaire (56) dans ledit sillage (30).
2. Chambre de combustion selon la revendication 1, dans laquelle la douille de guidage de bougie d'allumage (42A) porte le déflecteur (54).
3. Chambre de combustion selon la revendication 2, dans laquelle le déflecteur (54) est formé d'une languette ayant une première partie (54A) s'étendant en saillie à partir de la douille de guidage de bougie d'allumage (42A) et une deuxième partie (54B) plus mince que la première partie (54A) et qui prolonge la première partie et présente un bord libre (62) du côté opposé au côté de la première partie.
4. Chambre de combustion selon !a revendication 3, dans laquelle la deuxième partie (54B) de la languette est délimitée latéralement par des rebords (64) s'étendant en saillie en direction de la paroi annulaire (12).
5. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle lesdits moyens de création du film d'air de refroidissement pariétal (28) comportent au moins une rangée annulaire d'orifices d'entrée d'air (26) formés dans la paroi annulaire (12) en amont d'une extrémité aval (43) de l'obstacle (42), et une languette annulaire (22) agencée en regard de la rangée annulaire d'orifices d'entrée d'air (26), dans le volume interné (11) de la chambre de combustion, de manière à délimiter un espace annulaire (24) fermé vers l'amont et ouvert vers l'aval et dans lequel débouche la rangée annulaire d'orifices d'entrée d'air (26).
6. Chambre de combustion selon la revendication 5, dans laquelle une partie amont du déflecteur (54) et une partie aval de la languette annulaire (22) s'étendent à une même distance de la paroi annulaire (12).
7. Chambre de combustion selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le déflecteur (54) présente une étendue tangentielle (El) inférieure au triple d'une étendue tangentielle (E2) de l'obstacle (42).
8. Chambre de combustion selon la revendication 7, dans laquelle les orifices d'entrée d'air additionnels (50) sont répartis en au moins une rangée circonférentielle (50A) présentant une étendue tangentielle (E3) comprise entre une fois et trois fois l'étendue tangentielle (E2) de l'obstacle (42).
9. Turbomachine pour aéronef, caractérisée en ce qu’elle comprend une chambre de combustion (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.