FR3088412A1 - Chambre de combustion de turbomachine, turbomachine associee - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à une chambre de combustion (200) de turbomachine comportant une virole externe (210) séparant la chambre de combustion (200) d'une veine périphérique (202) de la turbomachine, la virole externe (210) comportant une ouverture traversante (201) destinée au passage d'une bougie d'allumage de la chambre de combustion (200), la bougie d'allumage étant guidée dans la veine périphérique (202) par des moyens de guidage (106), les moyens de guidage (106) de la bougie d'allumage étant fixés sur un bord tombé (100) formé par la virole externe (210), ledit bord tombé (100) s'étendant dans la veine périphérique (202) et bordant ladite ouverture traversante (201), ledit bord tombé (100) formant une continuité courbée de la virole externe (210).
Description
CHAMBRE DE COMBUSTION DE TURBOMACHINE, TURBOMACHINE ASSOCIÉE
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
L’invention concerne, de manière générale, les chambres de combustion de turbomachine.
L’invention se rapporte plus particulièrement à une chambre de combustion de turbomachine comportant des moyens de guidage d’une bougie d’allumage ainsi qu’à une turbomachine comportant une telle chambre de combustion.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
De manière connue, une turbomachine comprend une chambre annulaire de combustion agencée en sortie d’un compresseur pour brûler le carburant mélangé aux gaz comprimés provenant du compresseur.
La figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d’une partie d’une chambre de combustion de turbomachine.
En référence à la figure 1, la chambre annulaire de combustion 1 comprend une paroi annulaire de fond de chambre 5 reliée à deux viroles, une virole externe 3 et une virole interne 4 coaxiales s'étendant vers l'aval ainsi qu’un carénage 6 ou capotage fixé sur le fond de chambre 5 et s'étendant vers l'amont.
Les termes « amont >> et « aval >> sont définis selon le sens d’écoulement du flux d’air dans la chambre, symbolisé par une flèche sur la figure 1, qui circule de l’amont vers l’aval de la turbomachine. En outre, les adjectifs « interne >> et « externe >> >> sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie d'un élément est plus proche de l'axe de la turbomachine (non représenté) que la partie externe du même élément.
Le carénage 6 guide le flux d'air fourni par le compresseur de la turbomachine et le partage en une veine centrale qui alimente la chambre de combustion 1 et en deux veines périphériques 7 qui contournent la chambre de combustion 1.
L'air issu du compresseur est amené dans la chambre de combustion 1 et mélangé à du carburant pulvérisé par des têtes d’injection 14 selon un axe Y. Les têtes d’injection 14 sont réparties autour de l’axe de la turbomachine au niveau d’une zone dite de combustion primaire 15. La combustion du mélange est initiée par au moins une bougie d'allumage 8 montée sur un carter externe 2 et traversant une ouverture 9 ménagée dans la virole externe 3.
Afin d’assurer le guidage de la bougie d’allumage 8 dans la veine périphérique 7, il est connu de positionner des moyens de guidage 10 au niveau de l’ouverture 9 tel que décrit dans le brevet FR n° 2956187 B1.
Les figures 2 et 3 représentent de façon plus détaillée les moyens de guidage 10 illustrés à la figure 1.
En référence aux figures 2 et 3, les moyens de guidage 10 comportent une cheminée tubulaire 11 fixée directement sur la surface externe de la virole externe 3 ainsi qu’un guide bougie 13 monté sur la cheminée tubulaire 11 et destiné à entourer la bougie d’allumage (non représentée) . Une soudure 12 assure la fixation de la cheminée tubulaire 11 à la virole externe 3 et s’étend autour de toute ou partie de la circonférence de la cheminée tubulaire 11.
Cependant, la présence des moyens de guidage 10 soudés sur la virole externe 3 constitue un obstacle pour le flux d’air s’écoulant dans la veine périphérique 7. En particulier, cela conduit à des décollements du flux d’air ainsi qu’à l’apparition d’un sillage du flux d’air en aval des moyens de guidage 10.
En outre, les viroles externe 3 et interne 4 sont pourvues d'une pluralité de trous permettant à l'air circulant dans une zone froide, i.e. autour de la chambre de combustion 1, de pénétrer à l'intérieur de ladite chambre de combustion 1. À cet effet, des trous dits « primaires » et « de dilution » sont formés dans les viroles externe 3 et interne 4 afin d’acheminer l'air vers une zone chaude, i.e. l'intérieur de la chambre de combustion 1. L'air empruntant les trous primaires 20 contribue à créer un mélange air-carburant qui est brûlé dans la chambre de combustion 1, tandis que l'air provenant des trous de dilution 21 favorise la dilution de ce même mélange air-carburant.
De plus, les viroles externe 3 et interne 4 sont soumises aux températures élevées des gaz provenant de la combustion du mélange air-carburant. Afin d'assurer le refroidissement des viroles externe 3 et interne 4, des orifices supplémentaires (non visibles) dits de multi perforât! on sont également ménagés au travers de ces viroles 3 et 4 sur toute leur surface. En outre, des trous de refroidissement 23 visibles à la figure 3 sont également réalisés dans la paroi de la cheminée tubulaire 11 de manière à ce qu’en fonctionnement, de l'air issu de la veine périphérique 7 entre dans la cheminée tubulaire 11 par les trous 23, de façon à refroidir la bougie d’allumage 8.
Cependant, la présence des moyens de guidage 10 sur la virole externe 3 déstabilise l’alimentation des orifices de multi perforations ainsi que celle des trous de dilution 21 positionnés à proximité des moyens de guidage 10, à cause du sillage généré. De plus, le potentiel de refroidissement de la virole externe 3 est réduit en raison de la suppression des orifices de multi perforations en lieu et place des moyens de guidage
10. Il s’ensuit une détérioration prématurée de la virole externe 3 dans cette zone.
RÉSUMÉ DE L’INVENTION
Dans ce contexte, l’invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique identifiés ci-dessus, notamment en proposant une solution permettant de limiter les détériorations de la virole externe.
Selon un premier aspect, l’invention se rapporte à une chambre de combustion de turbomachine comportant une virole externe séparant la chambre combustion d’une veine périphérique de la turbomachine. La virole externe comporte une ouverture traversante destinée au passage d’une bougie d’allumage de la chambre de combustion, ladite bougie d’allumage étant guidée dans la veine périphérique par des moyens de guidage.
Les moyens de guidage de la bougie d’allumage sont fixés sur un bord tombé, formé par la virole externe, ledit bord tombé s’étendant dans la veine périphérique et bordant l’ouverture traversante. En outre, le bord tombé forme une continuité courbée de la virole externe.
Par « continuité courbée », on entend que le bord tombé ne forme pas d’arête d’angle avec le reste de la virole externe.
L’invention selon le premier aspect permet de résoudre les problèmes préalablement cités.
La présence du bord tombé permet de s’affranchir des effets liés à la soudure des moyens de guidage sur la virole externe. En effet, les moyens de guidage sont fixés sur le bord tombé ce qui permet de reporter les éventuelles déformations de la veine périphérique dans une zone plus froide de la turbomachine.
De plus, dans la mesure où le bord tombé forme une continuité courbée de la virole externe, l’écoulement aérodynamique du flux d’air dans la veine périphérique est amélioré. En particulier, l’absence d’arêtes d’angle au niveau de la virole externe permet de limiter les phénomènes de décollement du flux d’air et de sillage en aval des moyens de guidage. En outre, les gradients thermiques au niveau de la virole externe sont réduits et lissés. Il s’ensuit un refroidissement plus uniforme de la virole externe.
Par ailleurs, l’absence de soudure autour de l’ouverture traversante permet le perçage de trous de refroidissement dans cette zone, notamment dans le bord tombé, ce qui permet d’améliorer le refroidissement de la bougie d’allumage.
En outre, les moyens de guidage de l’art antérieur peuvent être fixés directement sur le bord tombé, sans modifications préalables.
L’invention est donc une solution simple et peu coûteuse permettant d’améliorer considérablement l’écoulement du flux d’air dans la veine périphérique et d’augmenter la durée de vie de la virole externe.
La chambre de combustion selon le premier aspect de l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Selon un mode de réalisation non limitatif, les moyens de guidage comportent :
- une cheminée présentant une extrémité interne fixée sur une extrémité libre du bord tombé,
- un guide bougie monté sur une extrémité externe de la cheminée, le guide bougie étant destiné à entourer la bougie d’allumage.
Selon un mode de réalisation non limitatif, l’extrémité libre du bord tombé est circulaire et présente sensiblement le même diamètre que l’extrémité interne circulaire de la cheminée tubulaire.
Selon un mode de réalisation non limitatif, l’extrémité interne de la cheminée est fixée à l’extrémité libre du bord tombé par une soudure.
Selon un mode de réalisation non limitatif, les moyens de guidage sont formés par fabrication additive depuis l’extrémité libre du bord tombé.
Selon un mode de réalisation non limitatif, une pluralité de trous de refroidissement est ménagée dans le bord tombé pour améliorer le refroidissement de la bougie d’allumage.
Selon un mode de réalisation non limitatif, les trous de refroidissement présentent un diamètre compris dans l’intervalle [0,3 ; 1,4 mm].
Selon un mode de réalisation non limitatif, la virole externe est fabriquée à partir d’une tôle, le bord tombé étant formé par pliage de ladite tôle autour de l’ouverture traversante.
Selon un mode de réalisation non limitatif, la virole externe est réalisée en alliage cobalt-nickel-chrome-tungstène.
Selon un deuxième aspect, l’invention se rapporte à une turbomachine comportant une chambre de combustion selon le premier aspect de l’invention.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
- à la figure 1, une vue en coupe longitudinale d’une partie d’une chambre de combustion selon l’art antérieur,
- à la figure 2, un agrandissement de la virole externe de la chambre de combustion illustrée à la figure 1 au niveau des moyens de guidage,
- à la figure 3, une vue en coupe longitudinale des moyens de guidage illustrés à la figure 2,
- à la figure 4, une vue en perspective d’une chambre de combustion selon un mode de réalisation de l’invention,
- à la figure 5, un agrandissement de la chambre de combustion illustrée à la figure 4 au niveau des moyens de guidage,
- à la figure 6, une vue en coupe longitudinale des moyens de guidage illustrés à la figure 5,
- à la figure 7, une vue de dessous des moyens de guidage illustrés aux figures 5 et 6.
DESCRIPTION D’AU MOINS UN MODE DE REALISATION
La figure 4 représente une chambre de combustion 200 annulaire de turbomachine d’axe X selon un mode de réalisation de l’invention.
Dans la suite de la description, on rappelle que les adjectifs « interne >> et « externe >> sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie d'un élément est plus proche de l'axe X de la turbomachine que la partie externe du même élément.
En référence à la figure 4, la chambre de combustion 200 annulaire comporte une virole externe 210 et une virole interne 220 coaxiales. Les viroles 210 et 220 sont reliées entre elles par une paroi annulaire de fond de chambre (non visible). Par ailleurs, des carénages 205 qui s’étendent vers l’amont de la chambre de combustion 200 sont montés sur les viroles 210, 220. Les carénages 205 assurent le guidage du flux d’air en provenance du compresseur de la turbomachine, en amont de la chambre de combustion 200.
Le flux d’air fourni par le compresseur est partagé en une veine centrale destinée à alimenter la chambre de combustion 200 et en deux veines périphériques 202 contournant la chambre de combustion 200. La virole externe 210 sépare la chambre de combustion 200 des veines périphériques 202 de la turbomachine. En particulier, la virole externe 210 présente une surface externe 211 au contact de la veine périphérique 202 dite zone froide et une surface interne 212 au contact des gaz présents à l’intérieur de la chambre de combustion 200 dite zone chaude.
Le flux d’air circulant dans la veine centrale est mélangé à du carburant injecté par des systèmes d’injection de carburant. Le mélange air-carburant est ensuite « allumé >> par au moins une bougie d’allumage (non représentée) afin d’initier la combustion du mélange air-carburant.
La bougie d’allumage s’étend dans la veine périphérique 202 entre une extrémité interne et une extrémité externe. L’extrémité externe de la bougie d’allumage est fixée dans un alésage d’un carter externe de la turbomachine entourant la chambre de combustion 200. L’extrémité interne de la bougie d’allumage est quant à elle maintenue dans une ouverture traversante 201 ménagée dans la virole externe 210.
La bougie d’allumage est guidée dans la veine périphérique 202, entre le carter externe et la virole externe 210, par des moyens de guidage 120 qui seront décrits de manière détaillée par la suite.
Par ailleurs, les viroles externe 210 et interne 220 sont pourvues de trous dits « primaires » 203 et « de dilution » 204 agencés sur toute la circonférence des viroles 210 et 220 afin d’acheminer de l'air à l'intérieur de la chambre de combustion 200.
L'air traversant les trous primaires 203 contribue à créer un mélange air-carburant qui est brûlé dans la chambre de combustion 200, tandis que l'air provenant des trous de dilution 204 est destiné à favoriser la dilution de ce même mélange air-carburant. On note que les trous primaire 203 sont disposés en amont des trous de dilution 204.
De plus, comme on peut le voir sur les figures 5 à 7, les viroles externe 210 et interne 220 sont perforées par une pluralité d’orifices de refroidissement 213 de faible diamètre par multi perforation. Les orifices de refroidissement 213 sont répartis circonférentiellement sur les viroles externe 210 et interne 220 afin d’assurer leur refroidissement.
Les figures 5 à 7 représentent de manière détaillée les moyens de guidage 120 de la bougie d’allumage.
En référence aux figures 5 à 7, les moyens de guidage 120 comportent une cheminée tubulaire 111 ainsi qu’un guide bougie 112.
La cheminée tubulaire 111 est cylindrique et s’étend selon un axe longitudinal Z entre une extrémité interne 114 et une extrémité externe 115. La cheminée tubulaire 11 présente un diamètre adapté pour le passage de la bougie d’allumage. En outre, l’extrémité externe 115 de la cheminée tubulaire 111 forme une surface d'appui 117 qui s’étend selon un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal Z de la cheminée 111 et est bordée d'un muret 118.
Par ailleurs, des perforations 119 sont ménagées dans la paroi cylindrique de la cheminée tubulaire 111 de manière à ce qu’en fonctionnement, de l'air issu de la veine périphérique 202 s’introduise dans la cheminée tubulaire 111 par lesdites perforations 119 afin de refroidir la bougie d’allumage.
Le guide bougie 112 repose sur la surface d’appui 117 de la cheminée tubulaire 111 par l'intermédiaire d’une collerette 121, visible à la figure 6, ménagée au niveau d’une extrémité interne 125 du guide bougie 112.
En outre, le guide bougie 112 comporte une portion cylindrique 123 destinée à entourer la bougie d’allumage. La portion cylindrique 123 du guide bougie 112 est agencée entre la collerette 121 et une portion tronconique 124 qui s’élargit vers l’extérieur.
De plus, une coupelle 122 soudée sur le muret 118 maintient la collerette 121 contre tout déplacement de ladite collerette 121 selon l’axe Z au-delà du muret 118.
Par ailleurs, le guide bougie 112 est monté sur un bord tombé 100 formant une continuité courbée de la virole externe 210. Le bord tombé 100 borde l’ouverture traversante 109 et s’étend longitudinalement dans la veine périphérique 202. Le bord tombé 100 est dans le prolongement de la virole externe 210 sans former d’arêtes d’angle, appelées également cassures d’angle, susceptibles de perturber le flux aérodynamique dans la veine périphérique 202. Par « arête d’angle >>, on entend une droite délimitant deux demi-plans qui constituent les faces d'un angle diédral. Avantageusement, le bord tombé 100 est formé par pliage de la tôle à partir de laquelle est fabriquée la virole externe 210. Ainsi, la paroi du bord tombé 100 et la paroi de la virole externe 210 présentent la même épaisseur.
Le bord tombé 100 présente une extrémité libre 113 circulaire sur laquelle est fixée l’extrémité interne 114 circulaire de la cheminée tubulaire 111 ainsi qu’une extrémité liée 110, dans le prolongement de la virole externe 210. À cet effet, l’extrémité libre 113 du bord tombé 100 présente sensiblement le même diamètre que l’extrémité interne 114 de la cheminée tubulaire 111.
La fixation de la cheminée tubulaire 111 sur le bord tombé 100 est réalisée au moyen d’un filet de soudure 116. Dans une variante de réalisation non représentée, la cheminée tubulaire 111 est formée directement sur l’extrémité libre 113 du bord tombé 100 par fabrication additive de manière à éliminer toute soudure et ainsi améliorer l’écoulement du flux d’air dans la veine périphérique 202.
De plus, le bord tombé 100 comporte une pluralité de trous de refroidissement 105 ménagés circonférentiellement dans le bord tombé 100 de manière à améliorer le refroidissement de la bougie d’allumage. Les trous de refroidissement 105 sont par exemple circulaires avec un diamètre compris dans l’intervalle [0,3; 1,4 mm], 5 Avantageusement, les trous de refroidissement 105 ménagés à proximité de l’extrémité libre 113 du bord tombé 100 présentent un diamètre compris dans l’intervalle [0,4 ; 1,4 mm] tandis que les trous de refroidissement 105 ménagés à proximité de l’extrémité liée 103 du bord tombé 100 présentent un diamètre compris dans l’intervalle [0,3 ; 0,8 mm] tandis que les trous de refroidissement 105 ménagés.
Avantageusement, les moyens de guidage 106 et la virole externe 210 sont réalisés dans le même matériau, par exemple un alliage cobalt-nickel-chrome-tungstène.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Chambre de combustion (200) de turbomachine comportant une virole externe (210) séparant la chambre de combustion (200) d’une veine périphérique (202) de la turbomachine, la virole externe (210) comportant une ouverture traversante (201) destinée au passage d’une bougie d’allumage de la chambre de combustion (200), la bougie d’allumage étant guidée dans la veine périphérique (202) par des moyens de guidage (106), ladite chambre de combustion (200) étant caractérisée en ce que les moyens de guidage (106) de la bougie d’allumage sont fixés sur un bord tombé (100) formé par la virole externe (210), ledit bord tombé (100) s’étendant dans la veine périphérique (202) et bordant ladite ouverture traversante (201), ledit bord tombé (100) formant une continuité courbée de la virole externe (210).
- 2. Chambre de combustion (200) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de guidage (106) comportent :une cheminée tubulaire (111) dont une extrémité interne (114) est fixée sur une extrémité libre (113) du bord tombé (100), un guide bougie (112) monté sur une extrémité externe (115) de la cheminée tubulaire (111 ) et adapté pour entourer la bougie d’allumage.
- 3. Chambre de combustion (200) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l’extrémité libre (113) du bord tombé (100) est circulaire et présente sensiblement le même diamètre que l’extrémité interne (114) circulaire de la cheminée tubulaire (111).
- 4. Chambre de combustion (200) selon l’une des revendications 2 à 3, caractérisée en ce que les moyens de guidage (106) sont fixés sur l’extrémité libre (113) du bord tombé (100) par une soudure (116).
- 5. Chambre de combustion (200) selon l’une des revendications 2 à 3, caractérisée en ce que les moyens de guidage (106) sont formés par fabrication additive depuis l’extrémité libre (113) du bord tombé (100).
- 6. Chambre de combustion (200) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’une pluralité de trous de refroidissement (105) est ménagée dans le bord tombé (100).
- 7. Chambre de combustion (200) selon l’une des revendications précédentes,5 caractérisée en ce que la virole externe (210) est fabriquée à partir d’une tôle, le bord tombé (100) étant formé par pliage de ladite tôle autour de l’ouverture traversante (201).
- 8. Chambre de combustion (200) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la virole externe (210) est réalisée en alliage cobalt-10 nickel-chrome-tungstène.
- 9. Turbomachine caractérisée en ce qu’elle comporte une chambre de combustion (200) selon l’une des revendications précédentes.
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