FR3070751A1 - Chambre de combustion comportant une repartition amelioree de trous de refroidissement - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une chambre de combustion (10) de turbomachine comportant un axe principal X, un fond de chambre (16) qui est de forme annulaire coaxial à l'axe principal de la chambre de combustion (10) et qui s'étend dans un plan sensiblement radial par rapport à l'axe principal de la chambre, le fond de chambre (16) comportant une pluralité de secteurs (24) répartis de manière régulière autour de l'axe principal de la chambre de combustion (10), dans chacun desquels une ouverture (18), associé à un système d'injection (20), est formée, la chambre de combustion (10) comportant une pluralité de déflecteurs (22), dont chaque déflecteur (22) est associé à un secteur (24) du fond de chambre (16), dans laquelle chaque secteur (24) du fond de chambre (16) comporte une pluralité de trous (30) de multiperforation qui débouchent en direction du déflecteur (22) associé audit secteur (24) du fond de chambre (16), caractérisée en ce que chaque secteur (24) du fond de chambre (16) comporte au moins une rangée (32) de trous de multiperforation, ladite au moins une rangée étant de forme circulaire concentrique à l'ouverture (18) dudit secteur (24) du fond de chambre (16).
Description
CHAMBRE DE COMBUSTION COMPORTANT UNE REPARTITION AMELIOREE DE TROUS DE REFROIDISSEMENT
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne une chambre de combustion de turbomachine, par exemple pour une turbomachine d'aéronef, qui est réalisée de façon à améliorer le refroidissement de déflecteurs.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Une chambre de combustion de turbomachine comporte notamment deux parois de révolution longitudinales (une paroi interne et une paroi externe) qui sont coaxiales à un axe principal de la turbomachine et qui sont reliées à leur extrémité amont respective par une paroi annulaire formant fond de chambre qui s'étend dans un plan radial par rapport à l'axe principal de la turbomachine. Ces parois délimitent la chambre de combustion qui est par conséquent de forme annulaire.
Le fond de chambre muni d'une pluralité d'ouvertures circulaires régulièrement espacées et dans lesquelles sont montés des systèmes d'injection d'un mélange air/carburant destiné à être brûlé à l'intérieur de la chambre de combustion.
Le carburant est fourni aux systèmes d'injection par l'intermédiaire d'injecteurs solidaires du carter de turbomachine et dont les têtes sont centrées sur les systèmes d'injection. Quant à l'air, il est introduit dans chaque système d'injection au moyen d'une ou plusieurs vrilles d'air débouchant en aval de la tête de l'injecteur de carburant. En outre, un bol évasé vers l'aval est monté dans chaque ouverture afin d'assurer une bonne répartition du mélange air/carburant dans la zone primaire du foyer de combustion.
Enfin, un déflecteur est monté sur le côté aval du fond de chambre, au niveau de chaque ouverture de celui-ci.
Ces déflecteurs assurent une protection thermique du fond de chambre contre les températures élevées des gaz issus de la combustion du mélange air/carburant dans la chambre de combustion.
Pour limiter la dégradation de ces déflecteurs, le fond de chambre comporte une pluralité de trous de multiperforation qui débouchent en direction des déflecteurs et au travers desquels un flux d'air de refroidissement des déflecteurs par impact circule.
Afin de garantir un bon refroidissement des déflecteurs, les trous de multiperforation sont répartis selon un maillage particulier, afin d'avoir une densité de trous la plus importante, sans risque d'affaiblir le fond de chambre.
Selon mode de réalisation connu, les trous de multiperforation sont répartis sur une pluralité d'arcs de cercles centrés sur l'axe principal de la turbomachine, qui sont décalés angulairement les uns des autres pour former une répartition en quinconce.
Cependant, une telle répartition ne permet pas d'avoir un nombre correct de trous de multiperforation au niveau du bord des ouvertures circulaires du fond de chambre.
Ainsi, le refroidissement des déflecteurs n'est pas optimisé au niveau des ouvertures circulaires, ce qui peut provoquer leur détérioration prématurée, notamment par l'apparition de criques à ce niveau.
L'invention a pour but de proposer une chambre de combustion ayant une répartition optimisée des trous de multiperforation.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention propose une chambre de combustion de turbomachine comportant un axe principal X, un fond de chambre qui est de forme annulaire coaxial à l'axe principal de la chambre de combustion et qui s'étend dans un plan sensiblement radial par rapport à l'axe principal de la chambre, le fond de chambre comportant une pluralité de secteurs répartis de manière régulière autour de l'axe principal de la chambre de combustion, dans chacun desquels une ouverture, associé à un système d'injection, est formée, la chambre de combustion comportant une pluralité de déflecteurs, dont chaque déflecteur est associé à un secteur du fond de chambre, chaque déflecteur étant monté à distance du secteur du fond de chambre qui lui est associé et comportant un orifice coaxial à l'ouverture du secteur du fond de chambre qui lui est associé dans laquelle chaque secteur du fond de chambre comporte une pluralité de trous de multiperforation qui débouchent en direction du déflecteur associé audit secteur du fond de chambre, caractérisée en ce que chaque secteur du fond de chambre comporte au moins une rangée de trous de multiperforation, ladite au moins un rangée étant de forme circulaire concentrique à l'ouverture dudit secteur du fond de chambre.
La réalisation d'au moins une rangée circulaire de trous de multiperforation permet de positionner cette rangée au plus près du bord de l'ouverture, améliorant ainsi le refroidissement de chaque déflecteur.
De préférence, chaque secteur du fond de cambre comporte plusieurs rangées de trous de forme circulaires qui sont concentriques à l'ouverture dudit secteur du fond de chambre.
De préférence, les trous de deux rangées circulaires adjacentes sont décalés angulairement autour du centre de l'ouverture dudit secteur du fond de chambre pour être répartis en quinconce.
De préférence, les autres trous de multiperforation sont répartis sur plusieurs rangées en arcs de cercles concentriques centrées sur l'axe principal de la chambre de combustion.
De préférence, les trous d'une rangée circulaire sont situés les plus proches du bord de l'ouverture dudit secteur du fond de chambre, par rapport aux autres trous répartis dans lesdites plusieurs rangées en arcs de cercles.
De préférence, les trous d'une rangée circulaire sont répartis de manière homogène le long du cercle formant ladite rangée.
De préférence, les trous d'une rangée circulaire sont répartis de manière hétérogène le long du cercle formant ladite rangée.
De préférence, les trous d'une première rangée circulaire sont répartis de manière homogène le long du cercle formant ladite première rangée et les trous d'une deuxième rangée circulaire sont répartis de manière hétérogène le long du cercle formant ladite deuxième rangée.
De préférence, l'axe principal de perforation de chaque trou de multiperforation est perpendiculaire au fond de chambre et/ou au déflecteur.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles :
la figure 1 est une représentation schématique en section selon un plan axial d'une partie amont de chambre de combustion d'une turbomachine ;
la figure 2 est une représentation montrant la paroi annulaire de fond de chambre et un anneau formé par l'ensemble des déflecteurs disposés côte à côte ;
la figure 3 est un détail à plus grande échelle d'un secteur du fond de chambre montrant la répartition des trous de multiperforation selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3 montrant la répartition des trous de multiperforation selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
la figure 5 est un détail à plus grande échelle du secteur du fond de chambre représenté à la figure 4 montrant une zone ne comportant pas de trou de multiperforation ;
la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 3 montrant la répartition des trous de multiperforation selon un autre mode de réalisation de l'invention ;
les figures 7 et 8 sont des détails à plus grande échelle du secteur du fond de chambre représenté à la figure 6 montrant la disposition des trous d'une deuxième rangée circulaire.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
On a représenté à la figure 1 une partie amont d'une chambre de combustion 10 de turbomachine, par exemple une turbomachine d'aéronef.
Dans la description qui va suivre, on fera référence aux orientations amont et aval comme étant les directions axialement, par rapport à un axe principal X de la chambre de combustion 10, selon le sens d'écoulement des gaz dans celle-ci. Ainsi, les gaz s'écoulent de l'amont vers l'aval dans la chambre de combustion 10.
La chambre de combustion 10 est délimitée par deux parois de révolution d'orientation principale longitudinale, dont l'axe principal de chacune des deux parois 12, 14 est parallèle à l'axe principal X de la chambre de combustion 10 qui est de préférence l'axe principal de la turbomachine.
Les extrémités amont 12A, 14A des parois de révolution 12, 14 sont reliées l'une à l'autre par une paroi annulaire appelée communément fond de chambre. Le fond de chambre 16 est coaxial aux parois de révolution 12, 14 et s'étend principalement radialement par rapport à l'axe principal de la chambre de combustion 10. Il sera compris que l'orientation principalement radiale du fond de chambre sera comprise comme pouvant être inclinée par rapport à la direction radiale par rapport à l'axe principal de la chambre de combustion 10.
Le fond de chambre comporte une pluralité d'ouvertures 18 circulaires qui sont réparties de manière régulière autour de l'axe principal du fond de chambre 16.
Chaque ouverture 18 est associée à un système d'injection 20 d'un mélange d'air et de carburant dans la chambre de combustion 10. Un tel système d'injection 20 étant connu en soi, il ne sera pas décrit par la suite.
La chambre de combustion 10 comporte aussi une pluralité de déflecteurs 22 qui sont agencés en aval du fond de chambre 16.
Chacun de ces déflecteurs 22 protège un tronçon du fond de chambre 16 de la chaleur produite par la combustion du mélange injecté dans la chambre de combustion.
Chaque déflecteur 22 est en forme d'un secteur d'anneau centré sur l'axe principal de la chambre de combustion 10, qui délimite un angle sensiblement égal à l'angle délimité par le tronçon 24 du fond de chambre 16. Les déflecteurs 22 sont assemblés les uns aux autres par leurs bords en vis-à-vis, par exemple, et de manière préférée, par brasage.
Lorsqu'ils sont assemblés dans la chambre de combustion 10, les déflecteurs 22 sont sensiblement parallèles au fond de chambre 16.
Dans la description qui va suivre, on fera référence à un ensemble formé par un tronçon 24 du fond de chambre 16, qui consiste en un secteur d'anneau entourant une ouverture 18 du fond de chambre 16 et d'un déflecteur 22 associé à ce tronçon 24 du fond de chambre 16.
La chambre de combustion 10 présentant une symétrie de révolution autour de son axe principal, la description de l'ensemble qui va suivre se déduira par symétrie autour de l'axe principal de la chambre de combustion 10 selon un angle correspondant à l'angle délimité par le secteur d'anneau correspondant au tronçon 24 du fond de chambre 16.
Le rayon du bord externe 22A du déflecteur 22 est inférieur au rayon du bord externe du tronçon 24 et le rayon du bord interne 22B du déflecteur 22 est supérieur au rayon du bord interne du tronçon 24, pour former un jeu entre les bords 22A, 22B du déflecteur 22 et les parois de révolution 12,14 de la chambre de combustion 10.
Un jeu axial est en outre présent entre le déflecteur 22 et le tronçon 24 du fond de chambre 16, comme on peut le voir à la figure 1, pour permettre au déflecteur de réaliser la fonction de protection thermique.
Le déflecteur 22 comporte aussi un orifice 26 qui est situé dans le prolongement de l'ouverture 18 du tronçon 24 du fond de chambre 16. Cet orifice 26 est de diamètre similaire à celui du diamètre de l'ouverture 18.
Pour limiter réchauffement du déflecteur 22, et comme on peut le voir aux figures 1, 3 et suivantes, le tronçon 24 comporte une pluralité de trous 30 de multiperforation qui permettent à un flux d'air de refroidissement de traverser le fond de chambre 16 pour refroidir le déflecteur 22 par impact d'une pluralité de flux d'air provenant de ces trous 30 de multiperforation sur le déflecteur.
La répartition des trous 30 de multiperforation sur le tronçon 24 est définie pour impacter la plus grande surface possible du déflecteur 22, sans provoquer de fragilités dans le fond de chambre 16. Aussi, chaque trou de multiperforation est orienté perpendiculairement au fond de chambre 16 et de préférence au déflecteur 22.
Selon un premier mode de réalisation de cette répartition des trous 30 de multiperforation, et comme on peut le voir à la figure 3, les trous 30 de multiperforation sont répartis sur plusieurs rangées circulaires 32 qui sont concentriques entre elles et qui sont concentriques à l'ouverture 18 du tronçon 24 du fond de chambre 16.
Selon un mode de réalisation préféré représentée aux figures, les trous 30 de multiperforation sont répartis sur deux rangées circulaires 32 concentriques.
De préférence, les trous 30 de multiperforation qui sont répartis sur chaque rangée circulaire 32 sont répartis de manière homogène, permettant d'optimiser le refroidissement du déflecteur22. A titre d'exemple non limitatif, ils sont répartis selon un pas angulaire constant prédéfini autour de l'ouverture 18 du tronçon 24 du fond de chambre.
Afin d'optimiser la répartition des trous 30 de multiperforation, deux rangées 32 de trous 30 adjacentes sont décalés angulairement l'une par rapport à l'autre. Ainsi, les trous 30 de multiperforation sont agencés en quinconce.
Cela permet de réaliser des rangées 32 de trous 30 circulaires dont la différence de rayons entre deux rangées 32 adjacentes est relativement faible, ce qui permet d'augmenter la densité des trous 30 de multiperforation.
Selon un autre mode de réalisation de la répartition des trous de multiperforation, et comme on peut le voir aux figures 4 et suivantes, certains des trous 30 de multiperforation sont répartis en plusieurs rangées 34 formant des arcs de cercles concentriques centrés sur l'axe principal de la chambre de combustion et les autres trous 30 de multiperforation sont répartis sur au moins une rangée circulaire 32 concentrique à l'ouverture 18 du tronçon 24 du fond de chambre 16.
Les rangées 34 en arcs de cercles sont en outre décalées angulairement autour de l'axe principal de la chambre de combustion 10.
La répartition d'une partie des trous 30 de multiperforation en arcs de cercles centrés sur l'axe principal de la chambre de combustion 10 permet d'avoir une répartition des trous 30 homogène, avec une distance entre les trous 30 sensiblement constante.
Les autres trous 30, qui sont répartis sur au moins une rangée circulaire 32 concentrique à l'ouverture 18 du tronçon 24 du fond de chambre 16, sont situés à proximité du bord de l'ouverture 18 du tronçon 24.
Ainsi, ces autres trous 30 sont placés sur les parties du tronçon 24 du fond de chambre pour lesquelles il n'est pas possible de positionner les trous 30 formant les rangées 34 en arcs de cercles.
Selon le mode de réalisation représenté aux figures 4 et 5, le tronçon 24 ne comporte qu'une seule rangée 32 circulaire qui est concentrique à l'ouverture 18.
Les trous 30 de cette rangée sont les trous 30 du tronçon 24 qui sont situés les plus proches du bord de l'ouverture 18. En effet, comme on peut le voir plus en détails à la figure 5, les trous 30 des rangées 34 en arcs de cercles sont situés à une distance du bord de l'ouverture 18 supérieure à la distance entre les trous 30 de la rangée circulaire 32 et le bord de l'ouverture 18.
Aussi, comme on peut le voir à la figure 5, les rangées 34 en arc de cercle sont interrompues à proximité du bord de l'ouverture. Ces interruptions des rangées 34 en arc de cercle ont notamment pour cause la nécessité d'avoir une certaine distance entre les trous 30 d'une rangée 34 en arc de cercle et les trous 30 d'une rangée circulaire 32,
Il en résulte la présence d'une zone 38 de surface relativement importante qui ne comporte aucun trou 30, de l'une quelconque des deux types de rangée.
Cela a pour résultat que le refroidissement du déflecteur 22 peut ne pas être suffisant au droit de cette zone 38.
Pour compenser ce défaut, le mode de réalisation représenté aux figures 6 à 8 comporte, en plus des rangées 34 en arc de cercle et de la rangée 32 circulaire le long du bord de l'ouverture 18 du mode de réalisation décrit précédemment, en référence au mode de réalisation représenté aux figures 4 et 5, une deuxième rangée de trous 32 qui est circulaire et concentrique à l'ouverture 18.
Les trous 30 de cette deuxième rangée 32 ne sont pas répartis de manière homogène sur cette rangée 32, c'est-à-dire que la deuxième rangée est interrompue.
De préférence, les trous 30 de cette deuxième rangée sont distribués le long de cette deuxième rangée pour compléter les zones que les trous des rangées 34 en arcs de cercle ont laissées vides, c'est-à-dire notamment dans chaque zone 38 mentionnée précédemment.
Selon une variante de réalisation, les trous 30 de multiperforation qui sont répartis sur chaque rangée circulaire 32 sont répartis selon différents multiples d'un pas angulaire prédéfini autour de l'ouverture 18 du tronçon 24 du fond de chambre.
Quel que soit le mode de réalisation de l'invention qui vient d'être décrit, le tronçon 24 du fond de chambre 16 comporte une rangée 32 de trous 30 qui est de forme circulaire et qui est coaxial à l'ouverture 18 du tronçon 24.
Ces trous 30 sont en outre les trous les plus proches du bord de l'ouverture 18 qu'il est possible de réaliser, compte tenu de limitations nécessaires à la résistance du tronçon 24.
Le refroidissement du déflecteur 22, à proximité de son orifice 26 est donc suffisamment efficace pour empêcher toute surchauffe du déflecteur 22 localement.
Aussi, les différents modes de répartition des trous 30 de multiperforation permettent d'impacter le déflecteur 22 sur sensiblement toute sa surface, permettant de le refroidir de façon homogène.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Chambre de combustion (10) de turbomachine comportant un axe principal X, un fond de chambre (16) qui est de forme annulaire coaxial à l'axe principal de la chambre de combustion (10) et qui s'étend dans un plan sensiblement radial par rapport à l'axe principal de la chambre, le fond de chambre (16) comportant une pluralité de secteurs (24) répartis de manière régulière autour de l'axe principal de la chambre de combustion (10), dans chacun desquels une ouverture (18), associé à un système d'injection (20), est formée, la chambre de combustion (10) comportant une pluralité de déflecteurs (22), dont chaque déflecteur (22) est associé à un secteur (24) du fond de chambre (16), dans laquelle chaque secteur (24) du fond de chambre (16) comporte une pluralité de trous (30) de multiperforation qui débouchent en direction du déflecteur (22) associé audit secteur ( 24) du fond de chambre (16), caractérisée en ce que chaque secteur (24) du fond de chambre (16) comporte au moins une rangée (32) de trous de multiperforation, ladite au moins une rangée étant de forme circulaire concentrique à l'ouverture (18) dudit secteur (24) du fond de chambre (16).
- 2. Chambre de combustion (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque secteur (24) du fond de chambre comporte plusieurs rangées (32) de trous de forme circulaires qui sont concentriques à l'ouverture (18) dudit secteur (24) du fond de chambre (16).
- 3. Chambre de combustion (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les trous (30) de deux rangées (32) circulaires adjacentes sont décalés angulairement autour du centre de l'ouverture (18) dudit secteur (24) du fond de chambre (16) pour être répartis en quinconce.
- 4. Chambre de combustion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les autres trous de multiperforation sont répartis sur plusieurs rangées (34) en arcs de cercles concentriques centrées sur l'axe principal de la chambre de combustion (10).
- 5. Chambre de combustion (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les trous (30) d'une rangée (32) circulaire sont situés les plus proches du bord de l'ouverture (18) dudit secteur (24) du fond de chambre (16), par rapport aux autres trous (30) répartis dans lesdites plusieurs rangées (34) en arcs de cercles.
- 6. Chambre de combustion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les trous (30) d'une rangée (32) circulaire sont répartis de manière homogène le long du cercle formant ladite rangée (32).
- 7. Chambre de combustion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les trous (30) d'une rangée (32) circulaire sont répartis de manière hétérogène le long du cercle formant ladite rangée (32).
- 8. Chambre de combustion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que chaque secteur (24) du fond de chambre (16) comporte une première rangée (32) circulaire, les trous (30) de laquelle étant répartis de manière homogène le long du cercle formant ladite première rangée (32) et comporte une deuxième rangée (32) circulaire, les trous (30) de laquelle étant répartis de manière hétérogène le long du cercle formant ladite deuxième rangée (32).
- 9. Chambre de combustion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'axe principal de perforation de chaque trou (30) de multiperforation est perpendiculaire au fond de chambre (16) et/ou au déflecteur (22).
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