FR3084461A1

FR3084461A1 - Ensemble d'essai

Info

Publication number: FR3084461A1
Application number: FR1856902A
Authority: FR
Inventors: Louis Andre Acquaviva Jerome; Paul Gibaud Corentin; Gabriel Ligreau Fabien
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2020-01-31
Anticipated expiration: 2038-07-25
Also published as: FR3084461B1

Abstract

L'invention concerne un ensemble d'essai comportant une chambre de combustion (6) d'axe X, caractérisé en ce qu'il comporte une veine (14) d'écoulement des gaz située en aval de la chambre de combustion (6), un bras (18) s'étendant au moins en partie dans la veine (14), le bras (18) étant destiné à créer les conditions d'apparition d'une flamme dans la veine (14), une enceinte (17) comportant des moyens de refroidissement de manière à abaisser la température dans l'enceinte (17), et des moyens de visualisation aptes à visualiser l'apparition d'une flamme dans la veine (14).

Description

ENSEMBLE D’ESSAI

DOMAINE [001] La présente invention concerne un ensemble d’essai destiné à la réalisation d’essais visant à caractériser le comportement d’une chambre de combustion de turbomachine.

CONTEXTE [002] Un tel ensemble d’essai comporte classiquement une chambre de combustion en aval de laquelle est agencée une veine annulaire destinée à l’écoulement des gaz issus de la chambre de combustion.

[003] La présente invention vise à permettre la détection de flammes en aval de la chambre, à l’intérieur de la veine. En particulier, lorsque la chambre de combustion fonctionne avec un mélange d’air et de carburant fortement enrichi, c’est-à-dire comportant un excès de carburant, il convient de s’assurer qu’il n’existe pas de phénomène de rallumage du mélange en aval de la chambre de combustion.

[004] Pour cela, la Demanderesse a réalisé un bras dit « accrocheflamme », qui est monté en aval de la chambre de combustion, la forme et la position du bras étant étudiées de façon à créer des conditions favorisant l’apparition d’une flamme si les conditions indispensables à un tel phénomène sont présentes dans la veine.

[005] Il existe un besoin de pouvoir visualiser l’apparition d’une telle flamme au niveau dudit bras. Compte tenu de la température élevée des gaz dans la veine, de l’ordre de 1500°C, il n’est pas possible d’installer une caméra dans la veine. Par ailleurs, la présence de surfaces vitrées en regard du bras de façon à pouvoir réaliser une observation depuis l’extérieur de la veine n’est également pas envisageable. En effet, les suies produites lors des essais viendraient recouvrir les surfaces vitrées et empêcher toute observation.

RESUME DE L’INVENTION [006] L’invention vise à répondre à ce besoin de manière fiable, simple et peu onéreuse.

[007] A cet effet, elle concerne un ensemble d’essai comportant une chambre de combustion s’étendant autour d’un axe X, caractérisé en ce qu’il comporte une veine d’écoulement des gaz située en aval de la chambre de combustion, un bras s’étendant au moins en partie dans la veine, le bras étant configuré pour créer les conditions d’apparition d’une flamme dans la veine, une enceinte comportant des moyens de refroidissement de manière à abaisser la température dans l’enceinte par rapport à la température de la veine, ladite enceinte étant située axialement en aval de la chambre de combustion et étant radialement décalée par rapport à la veine, des moyens de visualisation aptes à visualiser l’apparition d’une flamme dans la veine, lesdits moyens de visualisation comportant au moins un bâtonnet réalisé dans un matériau apte conduire la lumière et à supporter une température de l’ordre de 1500°C, ledit bâtonnet étant monté axialement en aval du bras et comportant une première extrémité débouchant dans la veine et une seconde extrémité reliée à une fibre optique, la fibre optique étant disposée dans l’enceinte et reliant la seconde extrémité du bâtonnet à une caméra.

[008] Le bâtonnet étant apte à supporter des températures importantes, celui-ci est placé au niveau ou à proximité de la veine, de façon à conduire la lumière jusqu’à une fibre optique placée dans une enceinte dont la température est plus basse, par exemple de l’ordre de 80°C. La température de l’enceinte peut être contrôlée par tous moyens, par exemple par circulation d’air et/ou par circulation d’eau de refroidissement. Une caméra est placée à l’extrémité libre de la fibre optique, dans l’enceinte ou dans une autre zone contrôlée thermiquement, de façon à recueillir une image. Des moyens de traitement automatisés ou une observation visuelle permettent ensuite de détecter l’apparition éventuelle d’une flamme au niveau du bras. [009] Chaque bâtonnet peut être réalisé en saphir.

[010] La seconde extrémité du bâtonnet peut être arrondie.

[011] Chaque fibre optique peut être réalisée en verre.

[012] L’ ensemble d’essai peut comporter au moins deux bâtonnets rectilignes, présentant des inclinaisons différentes dans un plan radial.

[013] L’ ensemble d’essai peut comporter au moins un bâtonnet incliné vers l’amont, au moins un bâtonnet incliné vers l’aval et au moins un bâtonnet sensiblement radial.

[014] Au moins un bâtonnet rectiligne peut être incliné vers l’amont et former un angle compris entre -10° et +10° avec le bord de fuite. Au moins un bâtonnet peut être incliné vers l’aval et former un angle compris entre 40° et 80°, par exemple 60° avec le plan radial. Au moins un bâtonnet peut être rectiligne et s’étendre dans le plan radial. Au moins un bâtonnet amont et au moins un bâtonnet aval peuvent être symétriques (à plus ou moins 10°) par rapport au plan radial.

[015] Le bras peut comporter un bord d’attaque situé en amont et un bord de fuite situé en aval. Les premières extrémités des bâtonnets peuvent être situées en aval du bord de fuite, par exemple à une distance comprise entre 2 et 10mm du bord de fuite.

[016] Les bâtonnets forment un cône d’observation d’apparition d’une flamme dans la veine ouvert entre 30° et 45°, de préférence de l’ordre de 45°.

[017] La position, l’orientation et la zone d’observation des bâtonnets permettent ainsi de couvrir une large zone en aval du bras, de façon à détecter aisément une éventuelle apparition de flamme.

[018] Le bras peut comporter une partie s’étendant radialement dans la veine et une partie s’étendant radialement dans l’enceinte.

[019] Le bras peut comporter un circuit de refroidissement permettant l’écoulement d’un fluide de refroidissement, de préférence de l’eau, le circuit de refroidissement étant situé au moins dans la partie du bras s’étendant dans la veine.

[020] Chaque bâtonnet peut être logé dans un logement du bras débouchant dans la veine, la première extrémité de chaque bâtonnet étant logée dans le logement ou affleurant l’extrémité du logement débouchant dans la veine.

[021] L’ enceinte peut être située radialement à l’intérieur de la veine.

[022] Le bras peut être formé d’une partie radialement interne et d’une partie radialement externe fixées l’une à l’autre, l’interface entre les deux parties étant située dans la veine.

[023] Le circuit de refroidissement peut comporter au moins un canal s’étendant dans la partie radialement interne et au moins un canal s’étendant dans la partie radialement externe, au moins une douille de raccordement étant montée de façon étanche entre lesdits canaux.

[024] Au moins un joint peut être monté dans la zone d’interface entre lesdites parties radialement interne et externe.

[025] Le circuit de refroidissement peut comporter une chambre de refroidissement s’étendant, pour partie au niveau de la veine et pour partie au niveau de l’enceinte.

[026] L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES la figure 1 est une demi-vue en coupe d’une partie d’un ensemble d’essai selon une forme de réalisation de l’invention ;

les figures 2 et 3 sont des vues en perspective et en coupe d’une partie dudit ensemble d’essai ;

la figure 4 est une vue en perspective de la partie radialement interne du bras, seuls certains bâtonnets étant représentés ;

la figure 5 est une vue schématique d’un ensemble d’essai selon l’invention.

DESCRIPTION DETAILLEE [027] Les figures 1 à 5 représentent un ensemble d’essai selon une forme de réalisation de l’invention. Celui-ci comporte un carter 2 présentant notamment une partie annulaire radialement interne 3 et une partie annulaire radialement externe 4, d’axe X, délimitant une zone annulaire 5 dans laquelle est logée une chambre de combustion 6. Des conduits 7 d’amenée d’air s’étendant axialement débouchent à l’extrémité amont de la zone annulaire

5.

[028] La chambre de combustion 6 comporte une virole radialement interne et une virole radialement externe 8, d’axe X, reliées à leurs extrémités amont par une paroi de fond annulaire 9. Des flasques annulaires 10 comportant des orifices 11 (figure 2) relient les extrémités aval des viroles 7, aux parties radialement interne et externe 3, 4, respectivement, du carter

2. Les orifices 11 permettent le passage d’une partie de l’air débouchant dans la zone annulaire 5.

[029] La paroi de fond 9 de la chambre de combustion 6 est équipée de systèmes d’injection d’air et de carburant, comme cela est connu en soi, régulièrement répartis autour de l’axe X. Les système d’injection d’air et de carburant comportant des cannes 12 permettant l’amenée de carburant, fixées sur le carter 2, et des vrilles 13 permettant l’amenée d’air depuis la zone annulaire 5 ainsi que le mélange de cet air avec le carburant.

[030] L’ensemble d’essai comporte en outre une veine 14 d’écoulement des gaz issus de la chambre de combustion 6, située en aval de ladite chambre de combustion 6 et du carter 2. La veine 14 est délimitée par une paroi annulaire radialement externe 15, fixée directement ou indirectement au carter 2, et par une paroi annulaire radialement interne 16. La paroi interne 16 délimite également une enceinte 17 située radialement à l’intérieur de la veine 14. L’enceinte 17 est équipée de moyens de refroidissement, par exemple par l’intermédiaire d’air de refroidissement, permettant de limiter la température de l’enceinte 17 par rapport à la température au sein de la veine

14.

[031] Un bras 18 dit « accroche-flamme » est monté sur la paroi interne 16. [032] Le bras 18 comporte deux parties fixées l’une à l’autre, à savoir une partie radialement interne 19, fixée sur la paroi interne 16, et une partie radialement externe 20, fixée sur la partie radialement interne 19.

[033] Un joint plat d’étanchéité 21 est monté à l’interface entre les deux parties 19, 20, cette interface présentant ici une forme générale périphérique rectangulaire. L’interface est située dans la veine 14. En d’autres termes, la partie 19 s’étend partiellement dans la veine 14.

[034] La partie externe 20 comporte une base 20a à partir de laquelle une zone profilée 20b s’étendant radialement vers l’extérieur, ladite base 20a étant fixée à la partie interne 19 du bras 18. La zone profilée 20b comporte un bord d’attaque 22 situé en amont, et un bord de fuite 23, situé en aval.

[035] La zone profilée 20b comporte une zone en creux 24 débouchant vers l’aval. La partie interne 19 du bras 18 comporte une base 19a, fixée à la base 20a de la partie externe 20 du bras 18, et à partir de laquelle une partie en saillie 19b s’étend radialement vers l’intérieur.

[036] Le bras 18 comporte des moyens de refroidissement. En particulier, la partie interne 19 du bras 18 comporte un canal 25 d’arrivée de fluide de refroidissement situé en amont et un canal 26 de sortie de fluide de refroidissement, situé en aval, lesdits canaux 25, 26 étant orientés radialement et débouchant au niveau de l’extrémité interne de la zone en saillie 19b. Le canal de sortie 26 est en outre relié à une zone creuse 27 débouchant radialement vers l’extérieur. Comme cela est mieux visible à la figure 4, la zone creuse 27 comporte une rainure 28 s’étendant radialement et située en partie aval de la zone creuse 27.

[037] La partie externe 20 du bras 18 comporte un canal amont 29 de circulation de fluide de refroidissement, relié au canal 25 d’arrivée de fluide par l’intermédiaire d’une douille 30 montée dans un logement de la partie externe 20. La zone profilée 20b comporte une peau externe 31 a et une peau interne 31b (figure 3) délimitant entre elles une zone d’écoulement de fluide de refroidissement. La partie externe 20 comporte en outre une zone creuse 32 débouchant radialement vers l’intérieur et délimitant avec la zone creuse 27 de la partie interne 19 du bras 18, une chambre globalement fermée dans lequel débouche le canal de sortie 26 et un canal de liaison 33 reliant la zone creuse 32 et la zone située entre les deux peaux 31 a, 31 b de la partie externe 20.

[038] En fonctionnement, de l’eau peut être utilisée en tant que fluide de refroidissement et peut circuler successivement au travers du canal d’arrivée 26, de la douille 30, du canal 29, de la zone située entre les peaux 31a, 32b, du canal de liaison 33, de la chambre 27, 32 et du canal de sortie 26, de manière à refroidir le bras 18.

[039] L’ensemble d’essai comporte en outre des moyens de visualisation comprenant des bâtonnets 34 (figure 4), ici trois paires de bâtonnets 34, montés dans le bras 18.

[040] Les bâtonnets 34 sont rectilignes et réalisés dans un matériau apte à conduire la lumière et apte à résister aux températures élevées des gaz circulant dans la veine 14, par exemple apte à résister à une température de 1500°C au moins. Les bâtonnets 34 sont par exemple réalisés en saphir.

[041] Chaque bâtonnet 34 est logé dans un logement 35 rectiligne du bras 18 formé, pour partie, dans la partie interne 19, et pour partie, dans la partie externe 20.

[042] Les bâtonnets 34 d’une première paire, situés à l’amont, sont inclinés radialement de l’intérieur vers l’extérieur et de l’aval vers l’amont, d’un angle compris entre -10° et +10° par rapport au plan radial, par exemple d’un angle de l’ordre de plus ou moins 10°, comme cela est visible à la figure 1 notamment. Les axes 34a des bâtonnets 34 sont illustrés schématiquement par des traits pointillés.

[043] Les bâtonnets 34 d’une seconde paire, situés à l’aval, sont inclinés radialement de l’intérieur vers l’extérieur et de l’amont vers l’aval, d’un angle compris entre 40° et 80° par rapport au plan radial, par exemple d’un angle de l’ordre de 60°.

[044] Les bâtonnets 34 d’une troisième paire, situés axialement entres les bâtonnets 34 précédemment décrits, s’étendent sensiblement dans le plan radial.

[045] Les logements 35 des bâtonnets 34 débouchent dans la veine 14, au niveau de la base 20a, en aval de la zone profilée 20b. La distance axiale entre l’extrémité débouchante des logements 35 et la zone profilée 20b est comprise entre 2 et 10 mm par exemple.

[046] Chaque bâtonnet 34 comporte une première extrémité radialement externe, orientée vers la veine 14 et affleurant la surface de la base 20a de la partie externe 20 au niveau de laquelle débouche le logement 35. Chaque bâtonnet 34 comporte en outre une seconde extrémité, radialement interne, située radialement dans l’enceinte 17, dans la partie interne 19 du bras 18, ou hors de ladite partie interne 19. Une première extrémité d’une fibre optique 36 est raccordée par tout moyen approprié à la seconde extrémité de chaque bâtonnet 34. La première extrémité de la fibre optique 36 est ainsi située dans la zone de l’enceinte 17, c’est-à-dire dans une zone dont la température est limitée. La température au sein de l’enceinte 17 est par exemple de l’ordre de 80°C en fonctionnement, tandis que la température au niveau de la veine 14 est de l’ordre de 1500°C.

[047] Les bâtonnets 34 forment un cône d’observation d’apparition d’une flamme dans la veine ouvert entre 30° et 45°, de préférence de l’ordre de 45°.

[048] Les secondes extrémités des fibres optiques 36 sont reliées à une caméra 37 (figure 5) de manière à former une image permettant de détecter une éventuelle présence de flamme en aval de la zone profilée 20b du bras 18.

[049] En particulier, la position, l’orientation et la zone d’observation des bâtonnets 34 permettent de couvrir une large zone en aval du bras 18 et permettent de détecter une éventuelle apparition de flamme dans cette zone.

[050] Les secondes extrémités des fibres optiques 36 et la caméra 37 peuvent être situées dans l’enceinte 17 ou dans une autre zone dont la température est limitée, de façon à éviter leur dégradation.

Claims

REVENDICATIONS

1. Ensemble d’essai comportant une chambre de combustion (6) s’étendant autour d’un axe X, caractérisé en ce qu’il comporte une veine (14) d’écoulement des gaz située en aval de la chambre de combustion (6), un bras (18) s’étendant au moins en partie dans la veine (14), le bras (18) étant configuré pour créer les conditions d’apparition d’une flamme dans la veine (14), une enceinte (17) comportant des moyens de refroidissement de manière à abaisser la température dans l’enceinte (17) par rapport à la température de la veine (14), ladite enceinte (17) étant située axialement en aval de la chambre de combustion (6) et étant radialement décalée par rapport à la veine (14), des moyens de visualisation aptes à visualiser l’apparition d’une flamme dans la veine (14), lesdits moyens de visualisation comportant au moins un bâtonnet (34) réalisé dans un matériau apte à conduire la lumière et à supporter une température de l’ordre de 1500°C, ledit bâtonnet (34) étant monté axialement en aval du bras (18) et comportant une première extrémité débouchant dans la veine (14) et une seconde extrémité reliée à une fibre optique (36), la fibre optique (36) étant disposée dans l’enceinte (17) et reliant la seconde extrémité du bâtonnet (34) à une caméra (37).
2. Ensemble d’essai selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bâtonnet (34) est réalisé en saphir.
3. Ensemble d’essai selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comporte au moins deux bâtonnets (34) rectilignes, présentant des inclinaisons différentes dans un plan radial.
4. Ensemble d’essai selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un bâtonnet (34) incliné vers l’amont, au moins un bâtonnet (34) incliné vers l’aval et au moins un bâtonnet (34) sensiblement radial.
5. Ensemble d’essai selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les bâtonnets (34) forment un cône d’observation d’apparition d’une flamme dans la veine (14) ouvert entre 30° et 45°, de préférence de l’ordre de 45°.
6. Ensemble d’essai selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bras (18) comporte une partie s’étendant radialement dans la veine (14) et une partie s’étendant radialement dans l’enceinte (17).
7. Ensemble d’essai selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bras (18) comporte un circuit de refroidissement permettant l’écoulement d’un fluide de refroidissement, de préférence de l’eau, le circuit de refroidissement étant situé au moins dans la partie du bras (18) s’étendant dans la veine (14).
8. Ensemble d’essai selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque bâtonnet (34) est logé dans un logement (35) du bras (18) débouchant dans la veine (14), la première extrémité de chaque bâtonnet (34) étant logé dans le logement (35) ou affleurant l’extrémité du logement (35) débouchant dans la veine (14).
9. Ensemble d’essai selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l’enceinte (17) est située radialement à l’intérieur de la veine (14).
10. Ensemble d’essai selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le bras (18) est formé d’une partie radialement interne (19) et d’une partie radialement externe (20) fixées l’une à l’autre, l’interface entre les deux parties (19, 20) étant située dans la veine (14).