FR3101935A1 - Chambre annulaire de combustion pour turbomachine - Google Patents

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Abstract

Un aspect de l’invention concerne une chambre annulaire de combustion B de turbomachine comprenant: une virole annulaire interne 10 et externe 12 coaxiales comprenant chacune une paroi s’étendant d’une extrémité amont à une extrémité aval 100, 120, et une bride de support interne 20 et une bride de support externe 22, comprenant chacune : o deux ouvertures de contournement d'air 225, traversant la bride de support 22 o une partie de support 221, pour venir en contact contre un carter, o une partie de séparation 227 comprenant une première extrémité radiale reliée à la partie de support correspondant 221, la première extrémité radiale s’étendant de manière circonférentielle entre les deux ouvertures de contournement d’air 225, un moyen de chauffage local 7 apte à chauffer une zone locale d’une des parois, située entre une des deux extrémités amont et une des deux premières extrémités de la partie de séparation correspondante. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2

Description

Chambre annulaire de combustion pour turbomachine
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
Le domaine technique de l’invention est celui d’une chambre annulaire de combustion d’une turbomachine. Une turbomachine comprend d'amont en aval des étages de compression basse et haute pression alimentant une chambre annulaire de combustion dont les gaz de combustion entraînent en sortie au moins une turbine.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
Classiquement, comme représenté en figure 1, une chambre annulaire de combustion A comprend deux viroles annulaires interne 10 et externe 12’, s'étendant coaxialement autour d'un axe X reliées l'une à l'autre à leurs extrémités amont par une paroi annulaire 14, dite de fond de chambre, comportant des ouvertures de passage de tête d'injecteurs 16. Seule une partie circonférentielle de la chambre annulaire de combustion A et donc une partie des deux viroles annulaires sont représentées sur la figure 1.
Les viroles annulaires interne 10 et externe 12’ comprennent chacune une extrémité aval 100, 120, chacune reliée respectivement à une partie de raccord 200 d’une bride de support aval interne 20 et à une partie de raccord 220’ d’une bride de support aval externe 22’.
La bride de support aval interne 20 comprend une partie de support interne 201 reliée à un carter interne 30 et à un carter interne 40 de turbine par exemple une turbine haute pression.
Le carter interne 30 est entouré par la virole annulaire interne 10 de la chambre annulaire de combustion A.
Plus précisément, la partie de support interne 201 est fixée par boulonnage entre une bride annulaire radiale 300 du carter interne 30 et une bride radiale 400 du carter interne de turbine haute pression 40.
La bride de support aval externe 22’ comprend une partie de support externe 221’ reliée à un carter externe 32 de la chambre annulaire de combustion A et à un carter externe 42 de turbine, en l’occurrence dans cette exemple une turbine haute pression.
Le carter externe 32 entoure la virole annulaire externe 12’ de la chambre annulaire de combustion A.
Plus précisément, la partie de support externe 221’ est fixée par boulonnage entre une bride annulaire radiale 320 du carter externe 32 et une bride radiale 420 du carter externe de turbine haute pression 42.
La bride de support aval interne 20 et la bride de support aval externe 22’ sont d’un seul tenant avec respectivement la virole annulaire interne 10 et la virole annulaire externe 12’.
Le carter externe 32 se prolonge en aval de la chambre annulaire de combustion 10 pour entourer le carter externe de turbine haute pression 42.
La bride de support aval interne 20 et la bride de support aval externe 22’ comprennent chacune respectivement des ouvertures 205 et 225’ de passage d'air de contournement de la chambre annulaire de combustion A.
Les viroles annulaires interne 10 et externe 12’ comprennent chacune respectivement dans leur partie aval des trous de dilution 105, 125 permettant un apport d'air du compresseur haute pression afin de refroidir les viroles annulaires interne 10 et externe 12’.
La virole annulaire externe 12’ présente également au moins un orifice de bougie, permettant l’introduction d’au moins une bougie 9.
En fonctionnement, le carter interne 30 et le carter externe 32 sont soumis à des températures moins importantes que les viroles annulaires interne 10 et externe 12’ de la chambre annulaire de combustion A et donc par conséquence, il s'ensuit la formation d'un gradient thermique dans la bride de support aval interne 20 et la bride de support aval externe 22’. En effet, la température est plus élevée au niveau des parties de raccord 200, 220’, reliées aux viroles annulaires interne 10 et externe 12, respectivement, qu’au niveau des parties de support interne 201 et externe 221’ de jonction au carter interne 30 et externe 32.
La présence d'ouvertures 205, 225’ de contournement d'air conduit à refroidir respectivement les brides de support aval interne 20 et externe 22’ mais aussi à augmenter la différence de température entre une première zone de liaison carter s’étendant d’une extrémité interne de l’ouverture 205, 225’ le plus proche de la virole, à respectivement une extrémité de la partie de support interne 201, externe 221’ et une deuxième zone de liaison virole s’étendant de l’ouverture 205, 225’ à respectivement l’extrémité de la partie de raccord 200, 220’ en liaison avec la virole annulaire correspondante. En effet, les parties de raccord 200, 220’ respectivement des brides support aval interne 20 et externe 22’ en jonction aux viroles annulaires interne 10 et externe 12’ sont beaucoup plus chaude que les parties de support interne 201 et externe 221’.
Il a été démontré que plus le gradient thermique dans une bride de support aval interne ou externe entre sa zone de liaison carter et sa zone de liaison virole est important, plus les contraintes mécaniques subies sont importantes et plus la durée de vie est faible.
Ainsi, il est connu du brevet FR2921463 que pour augmenter la durée de vie des brides de support aval interne 20 et externe 22’, la technique est de réaliser des perçages inclinés dans les extrémités des parties de raccord 200, 220’ des brides de support aval interne 20 et externe 22’ en jonction avec les viroles annulaires respectivement interne 10 et externe 12’.
Il est connu aussi du brevet FR2930628 que pour diminuer les contraintes mécaniques de monter les extrémités des parties de support interne ou externe 201, 221’ des brides de support aval interne 20 et externe 22’, tel qu’à froid les extrémités des parties de support interne ou externe 201, 221’ sont écartées radialement d’un appui du carter correspondant et à s’appliquer radialement à chaud sur cet appui du carter.
Il est aussi connu du brevet FR3047545, des moyens de chauffage thermique telle qu’une résistance, montés sur les parties de support 201, 221’ afin de diminuer le gradient thermique globale de la bride interne 20 ou externe 22’ entre la partie de support en liaison avec le carter et la partie de raccord avec la virole.
Toutefois, ces solutions ne sont pas satisfaisantes. Les viroles annulaires interne 10 et externe 12’ et les brides interne 20 et externe 22’ sont soumises en fonctionnement à de fortes contraintes mécaniques, ce qui combiné au fort gradient thermique et aux différentes ouvertures de refroidissement ou trous de dilution conduisent à l'apparition de criques locale limitant la durée de vie de ces pièces. Il existe donc un besoin d’augmenter la durée de vie des viroles annulaires et des brides de supports. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de formation de criques dans le but d'améliorer la tenue mécanique et la durée de vie de la chambre annulaire de combustion.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en chauffant des zones locales pour réduire le gradient thermique localement.
Un aspect de l’invention concerne une chambre annulaire de combustion de turbomachine comportant :
  • une virole annulaire interne et une virole annulaire externe coaxiales comprenant chacune :
    • une paroi s’étendant axialement d’une extrémité amont à une extrémité aval,
    • une bride de support interne et une bride de support externe, chacune étant solidaire de l’extrémité aval d’une des viroles annulaires, comprenant chacune une paroi et au moins deux ouvertures de contournement d'air traversant la paroi de la bride de support correspondante,
    • caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un moyen de chauffage local apte à chauffer localement au moins une zone locale d’une des parois, ledit moyen de chauffage local étant situé entre une extrémité amont d’une des viroles annulaires interne ou externe et les ouvertures de contournement d’air de la bride de support interne ou externe.
Grâce à l’invention, le moyen de chauffage locale diminue localement le gradient thermique dans au moins une zone locale de la chambre annulaire de combustion. En effet, contrairement à l’art antérieur où l’on cherche à refroidir la virole annulaire ou une zone de liaison virole de la bride ou encore à réchauffer la zone de liaison carter de la bride pour diminuer le contraste entre la zone liaison carter et la zone liaison virole de la bride, l’invention se focalise à réchauffer des zones locales de la virole annulaire ou de la deuxième zone de liaison virole de la bride de support entre les ouvertures de contournement d’air et le volume de combustion, c’est à dire côté virole annulaire, qui sont des zones proche du volume de combustion entre les deux viroles annulaires et donc des zones très chaudes en fonctionnement. Autrement dit, le moyen de chauffage est situé sur ou dans la deuxième zone de liaison virole de la bride de support entre les ouvertures de contournement d’air et le volume de combustion ou sur ou dans la virole contrairement à l’art antérieur où le moyen de chauffage est situé dans la première zone de liaison de la bride qui est une zone beaucoup plus froide. Autrement dit, l’invention va au contraire de l’enseignement technique de l’art antérieur.
En effet, la chambre de combustion a des parois de la virole annulaire ou de la bride de support proche du volume de combustion avec un gradient de température élevé, c’est à dire ayant une forte disparité de températures, très localement entraînant des criques et donc une durée de vie plus faible. Le moyen de chauffage chauffe donc des zones locales de la virole annulaire ou de la zone de liaison virole (côté virole annulaire) permettant de diminuer ces gradients de température. L’invention permet donc d’augmenter la durée de vie de la chambre de combustion.
Par zone locale on entend une zone de la paroi en contact avec le moyen de chauffage dont le moyen de chauffage influence d’au moins un degré Celsius .
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, la chambre annulaire de combustion selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
Selon un premier mode de réalisation, le moyen de chauffage local comprend un circuit de résistances électriques comprenant au moins une résistance électrique pour chauffer la zone locale de la paroi, au moins une première borne et deuxième borne de connexion pour alimenter l’au moins une résistance. La paroi peut être la paroi d’une des viroles annulaires ou d’une des brides de support.
Selon un premier exemple de ce premier mode de réalisation, le circuit de résistances électriques comprend :
  • au moins une première résistance et une dernière résistance montée en série électriquement avec la première résistance,
  • un conducteur électrique entre chaque résistance,
  • une première borne et une deuxième borne,
  • un premier et un deuxième conducteur électrique chacun raccordant respectivement la première et la dernière résistance, à la première borne et la deuxième borne. Cela permet d’avoir un système simple, facile à mettre en œuvre et d’avoir des conducteurs ayant une faible section ou faible résistance ohmique. Chaque résistance peut avoir une valeur ohmique différente pour consommer différemment et ainsi diminuer le gradient de température dans les zones locales chauffées.
Selon un deuxième exemple qui est une variante du premier exemple, le circuit de résistances électriques comprend :
  • au moins une première résistance et une dernière résistance,
  • une première borne et une deuxième borne par résistance,
  • dans lequel les résistances sont montées en parallèle les unes par rapport aux autres et peuvent être alimentées chacune indépendamment par leur deuxième borne. Cela permet d’alimenter les résistances indépendamment et/ou à différentes consommations électriques et donc de mieux réduire les gradients de température des zones locales à chauffer.
Selon une mise en œuvre de cet exemple, le circuit de résistances électriques comprend un premier conducteur et un deuxième conducteur électrique par résistance, le premier conducteur raccordant la première borne aux résistances et chaque deuxième conducteur raccordant la deuxième borne correspondante à la résistance correspondante.
Cela permet de diminuer la résistance électrique ou la section du premier conducteur.
Selon une variante de cette mise en œuvre de cet exemple, le circuit de résistances électriques comprend une première borne par résistance, un premier conducteur par résistance et un deuxième conducteur électrique par résistance, chaque premier conducteur raccordant la première borne correspondant à la résistance correspondante et chaque deuxième conducteur raccordant la deuxième borne correspondante à la résistance correspondante. Cela permet d’avoir une autonomie de circuit électrique pour chaque résistance et ainsi si un premier conducteur est défectueux que les autres résistances puissent fonctionner.
Selon une mise en œuvre de ces exemples, la bride de support interne et externe comprend une partie de support pour venir en contact contre un carter respectivement interne ou externe pour supporter la virole annulaire correspondante par le biais de la bride correspondante, les bornes sont situées dans la partie de support et sont adaptées pour venir en contact avec un moyen de connexion électrique par borne.
Selon une variante de la mise en œuvre précédente de ces exemples, la virole annulaire externe comprend une ouverture de bougie et en ce que les bornes sont situées autour de l’ouverture de bougie et sont adaptées pour venir en contact avec un moyen de connexion électrique par borne disposée avec la bougie.
Selon une variante de la mise en œuvre précédente de ces exemples, la chambre de combustion comprend en outre un carter externe et un carter interne, comprenant chacun une paroi de fixation fixée à une partie de support de la bride de support externe ou interne de la chambre annulaire de combustion, un volume de contournement d’air externe ou interne entre respectivement la virole interne ou externe et le carter interne ou externe, et un dispositif connecteur traversant le volume de contournement d’air externe ou interne connecté à au moins une borne du circuit de résistance.
Selon un exemple de ce premier mode de réalisation, la paroi de la bride de support interne ou externe comprend en outre une partie de raccord s’étendant radialement de l’extrémité aval de la virole annulaire correspondante aux ouvertures de contournement d’air et en ce que le circuit de résistance comprend une pluralité de résistances située et réparties le long circonférentiel de la partie de raccord de la bride de support interne ou externe correspondante.
Selon un exemple de ce premier mode de réalisation, le circuit de résistances comprend au moins une résistance sur ou dans la paroi de la virole interne ou externe.
Selon une mise en œuvre de cet exemple, la virole interne ou externe comprend des orifices traversant la paroi entre l’extrémité amont et l’extrémité avale, et l’au moins une résistance entoure au moins en partie un des orifices. Les orifices peuvent être un orifice de bougie ou des trous de dilutions. Cela permet de diminuer des gradients thermiques autour des orifices qui peuvent être important localement dans la virole. En effet, dans le cas où la virole interne ou externe comprend des trous multi-perforations pour améliorer le refroidissement, ces trous multi-perforations sont chacun de diamètre (par exemple de l’ordre de 3mm de diamètre) très inférieur aux différents diamètres des orifices, par exemple au moins dix fois moins, et pour des raison mécanique la paroi peut ne pas comporter de trous multi-perforations autour des orifices ce qui peut provoquer dans ces zones une disparité de valeur de températures et donc des gradients de températures élevées. Ainsi il est préférable d’avoir des résistances chauffant localement autour des ces orifices afin d’y diminuer le gradient de température, notamment en élevant la température de la zone la plus faible.
Selon un exemple de cette mise en œuvre, au moins un des orifices est un trou de dilution et en ce que la résistance entoure au moins en partie le trou de dilution.
Selon un exemple, au moins un des orifices est un orifice de bougie et en ce que la résistance entoure au moins en partie l’orifice de bougie. Par exemple la résistance est située en aval de la bougie permettant d’éviter d’avoir un gradient de température trop important autour de la bougie.
Selon un exemple, la paroi de la virole interne ou externe comprend des trous de dilution traversant la paroi entre l’extrémité amont et l’extrémité avale, et au moins une résistance est située entre deux trous de dilution d’une virole annulaire interne ou externe.
Selon un exemple, la paroi de la virole interne ou externe comprend des trous de dilution traversant la paroi entre l’extrémité amont et l’extrémité avale, et le circuit de résistances comprend au moins une résistance entourant au moins en partie un des trous de dilution pour chauffer localement une zone locale autour du trou de dilution.
Selon une mise en œuvre de ces exemples, la chambre de combustion comprend en outre un moyen de chauffage globale comprenant une autre résistance située dans ou sur une zone de liaison carter d’une bride de support interne ou externe, la zone de liaison carter comprenant les ouvertures, une partie de séparation entre les ouvertures et une partie de support pour venir en contact avec un carter. Par exemple la résistance est située le long radial d’une partie de séparation longeant l’ouverture de contournement d’air. Cela permet en outre de diminuer la différence de température globale entre une partie de raccord s’étendant radialement de l’extrémité aval de la virole annulaire correspondante aux ouvertures de contournement d'air et la zone de liaison carter.
Selon un deuxième mode de réalisation pouvant comprendre les caractéristiques du premier mode de réalisation, le moyen de chauffage local est intégré à l’intérieur de la paroi de la virole annulaire interne ou externe ou de la bride de support interne ou externe.
Selon un exemple de ce deuxième mode de réalisation, dans le cas d’une combinaison du premier et deuxième mode de réalisation, le circuit de résistance est situé dans la paroi. La paroi peut être la paroi d’une des viroles annulaires ou d’une des brides de support. Notamment, les résistances, les conducteurs électrique et les bornes peuvent être intégrés dans les parois.
Selon une mise en œuvre de cet exemple, la chambre annulaire de combustion est conçue par une fabrication additive du circuit de résistance du moyen de chauffage dans la paroi de la virole annulaire ou de bride.
Selon un troisième mode de réalisation pouvant se combiner aux modes de réalisation précédent, la chambre annulaire de combustion comprend en outre :
  • une paroi annulaire radiale reliant l’extrémité amont de la virole annulaire interne à l’extrémité amont de la virole annulaire externe,
  • une pluralité de passage de tête d’injecteur traversant la paroi annulaire,
  • une tête d’injecteur par passage de tête d’injecteur,
  • un moyen de de chauffage par tête d’injecteur.
Selon un quatrième mode de réalisation pouvant se combiner aux modes de réalisation précédent, le moyen de chauffage est situé sur ou dans la paroi de la virole annulaire externe. Par exemple, le moyen de chauffage est situé sur ou dans une face de circulation d’air de la paroi de la virole annulaire externe.
Selon un cinquième mode de réalisation pouvant se combiner aux modes de réalisation précédent, le moyen de chauffage est situé sur ou dans la paroi de la virole annulaire interne. Par exemple, le moyen de chauffage est situé sur ou dans une face de circulation d’air de la paroi de la virole annulaire interne.
Selon un sixième mode de réalisation pouvant se combiner aux modes de réalisation précédent, la bride de support externe comprend :
  • une partie de support pour venir en contact contre un carter pour supporter la virole annulaire correspondante par le biais de la bride correspondante, et
  • une partie de séparation comprenant une première extrémité radiale reliée à la partie de support correspondante, la première extrémité radiale s’étendant de manière circonférentielle entre deux ouvertures de contournement d’air,
  • le moyen de chauffage est situé sur la bride de support externe entre la première extrémité radiale de la partie de séparation et l’extrémité avale de la virole annulaire externe. Par exemple le moyen de chauffage est situé sur ou dans une face de support d’une partie de raccord de la bride à la virole, en appui sur une aube de distribution haute pression. Selon un autre exemple le moyen de chauffage est situé dans ou sur une face de la partie de séparation délimitant une ouverture de contournement d'air.
Selon un septième mode de réalisation pouvant se combiner aux modes de réalisation précédent, la bride de support interne comprend :
  • une partie de support pour venir en contact contre un carter pour supporter la virole annulaire correspondante par le biais de la bride correspondante, et
  • une partie de séparation comprenant une première extrémité radiale reliée à la partie de support correspondante, la première extrémité radiale s’étendant de manière circonférentielle entre deux ouvertures de contournement d’air,
  • le moyen de chauffage est situé sur la bride de support interne, entre la première extrémité radiale de la partie de séparation et l’extrémité avale de la virole annulaire interne. Par exemple le moyen de chauffage est situé sur ou dans une face de support d’une partie de raccord de la bride en appui sur une aube de distribution haute pression. Selon un autre exemple, le moyen de chauffage est situé dans ou sur une face de la partie de séparation délimitant une ouverture de contournement d'air.
Selon un huitième mode de réalisation pouvant se combiner aux modes de réalisation précédent, la chambre annulaire de combustion comporte en outre des capteurs de températures positionnés dans ou contre les zones locales de la paroi chauffée par les résistances du moyen de chauffage pour permettre à un calculateur de régulation de contrôler l’alimentation de chacune des résistances afin d’influencer sur la température de la zone locale.
Un autre aspect de l’invention concerne un système de turbomachine comprenant une turbomachine comprenant une chambre de combustion décrite précédemment, une alimentation électrique et un calculateur de régulation moteurs, une ligne d’alimentation électrique comprenant le circuit de résistance du moyen de chauffage local décrit précédemment et un interrupteur entre l’alimentation électrique et le circuit de résistance pour l’alimenter électriquement, et en ce que le calculateur de régulation moteurs commande l’interrupteur pour commander l’alimentation du circuit de résistance du moyen de chauffage.
L’interrupteur peut être un ou des relais électromécaniques ou encore un ou des interrupteurs électroniques, par exemple des transistors de puissance.
Selon l’exemple dans lequel les résistances ou des groupes de résistances sont montées en parallèle, la ligne d’alimentation électrique comprend un interrupteur par résistance ou groupe de résistances et en ce que le calculateur de régulation moteurs commande chaque interrupteur pour commander l’alimentation de chaque résistance ou groupe de résistances.
Selon le huitième mode de réalisation dans lequel la chambre annulaire de combustion comporte en outre des capteurs de températures, le calculateur de régulation moteurs commande chaque interrupteur en fonction des signaux reçus de chaque capteur de températures.
Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’une chambre annulaire de combustion selon les différents modes de réalisation décrient précédemment, dans lequel le procédé de fabrication comprend une étape de fabrication additive d’une résistance dans une paroi de la virole annulaire interne ou externe ou de la bride de support interne ou externe par dépôt de matière par énergie dirigée.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
montre une représentation schématique d’une coupe d’une partie d’une turbomachine selon l’art antérieur, déjà décrite précédemment.
montre une représentation schématique en perspective d’une portion d’une chambre annulaire de combustion selon un exemple d’un premier mode de réalisation.
montre une représentation schématique en coupe d’une portion d’une chambre annulaire de combustion selon un autre exemple du premier mode de réalisation.
montre une représentation schématique en coupe d’une portion d’une chambre annulaire de combustion selon un deuxième mode de réalisation.
montre une représentation schématique en coupe d’une portion d’une chambre annulaire de combustion selon un troisième mode de réalisation.
DESCRIPTION DETAILLEE
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 concernant une partie d’une chambre annulaire de combustion A d'un type connu et ayant déjà été décrite précédemment, on se réfère maintenant à la figure 2 qui représente une coupe d’une partie d’une chambre annulaire de combustion B selon l'invention.
La chambre annulaire de combustion B comprend comme dans la chambre annulaire de combustion A, deux viroles annulaires interne 10 et externe 12, s'étendant coaxialement autour d'un axe X, reliées l'une à l'autre à leurs extrémités amont par une paroi annulaire 14 dite de fond de chambre comportant des ouvertures de passage de tête d'injecteurs 16. Les viroles annulaires interne 10 et externe 12 peuvent être appelées dans la suite les viroles annulaires 10, 12.
Dans cet exemple de ce mode de réalisation les deux viroles annulaires 10, 12 sont monoblocs et la chambre annulaire de combustion B comprend une deuxième paroi annulaire 142 reliant la virole annulaire interne 10 et la virole annulaire externe 12. Seule une partie circonférentielle de chaque virole annulaire 10,12 est représentée sur la figure 2.
La chambre annulaire de combustion B comprend comme dans la chambre annulaire de combustion A, une bride de support aval interne 20 et à une bride de support aval externe 22. Les deux viroles annulaires 10 et 12 comprennent chacune une paroi comprenant une extrémité aval 100, 120 reliées chacune respectivement à une bride de support aval interne 20 et à une bride de support aval externe 22. Les brides de support aval interne 20 et externe 22 sont donc chacune solidaire de l’extrémité aval d’une des viroles annulaires. La bride de support aval interne 20 et la une bride de support aval externe 22 comprennent chacune une paroi comprenant une partie de raccord 200, 220 s’étendant à partir de l’extrémité aval 100, 120, la partie de raccord 200, 220 étant la partie de la bride s’étendant radialement de l’extrémité avale 100, 120 de la virole correspondante.
Les parties de raccord 200 et 220 comprennent une face d’appui pour être en appui contre une aube de distribution haute pression, et une face amont du côté de la virole annulaire correspondante.
La paroi de chaque virole annulaire 10,12 s’étend axialement de leur extrémité aval 100, 120 à une extrémité amont de la paroi, l’extrémité amont est reliée à la deuxième paroi annulaire 142. La paroi des deux viroles annulaires 10,12 comprend une face de combustion et une face de circulation d’air. Les deux faces de combustion des deux viroles annulaires 10,12 sont en vis-à-vis l’une de l’autre.
Les deux viroles annulaires 10, 12 comprennent aussi au moins un orifice traversant la paroi entre l’extrémité amont et l’extrémité avale 100, 120. Notamment dans cet exemple, les deux viroles annulaires 10, 12 comprennent une pluralités d’offices qui sont des trous de dilution 105, 125. Autrement dit, les trous de dilution 105, 125 traversent chacune la paroi de la face de combustion à la face de circulation d’air.
En l’occurrence cinq trous de dilution 105, 125 par portion de virole annulaire sont représentés sur la figure 2. Ces trous de dilution 105, 125 permettant un apport d'air du compresseur haute pression afin de refroidir les viroles annulaires interne 12 et externe 14.
Un des orifices de la virole annulaire de support externe 12 est un orifice de bougie 129 pour insérer une bougie 9 comme celle de la figure 1.
Dans ce mode de réalisation, la chambre annulaire de combustion B comprend une bride de support interne 20 identique à celle de la figure 1 et une bride de support externe 22 différente de celle de la figure 1 mais pourrait être identique.
La bride de support interne 20 et la bride de support externe 22 sont appelées dans la suite les brides de support 20, 22. Les brides de support comprennent chacune au moins deux ouvertures de contournement d'air 205, 225, traversant la bride de support 20, 22 correspondantes. En l’occurrence une ouverture de contournement d'air 205 et une partie d’une deuxième ouverture de contournement d’air 205 de la bride de support interne 20 sont représentée et deux ouvertures de contournement d'air 225 sont représentées sur la partie de de la bride de support externe 22.
Chaque bride de support 20, 22 comprend une paroi comprenant une partie de support 201,221, pour venir en contact contre un carter tel que celui représenté sur la figure 1. La partie de support 201 de la bride de support interne 20 permet au carter de supporter la virole annulaire interne 10 par le biais de sa paroi et la partie de support 221 de la bride de support externe 20 permet au carter de supporter la virole annulaire externe 10 par le biais de sa paroi.
La paroi de chaque bride de support 20, 22 comprend une partie de séparation 207, 227 entre deux ouvertures de contournement d’air 205, 225. La partie de raccord 200, 220 de chaque bride de support 20, 22 s’étend donc radialement de l’extrémité aval 100, 120 de la virole annulaire correspondante aux ouvertures de contournement d'air 205, 225.
Chaque partie de séparation 207, 227 comprend une première extrémité radiale 2071, 2271 représentée en pointillée, reliée à la partie de support correspondant 201, 221 et une deuxième extrémité radiale reliée à la partie de raccord 200, 220 correspondantes. Autrement dit chaque partie de séparation 207, 227 s’étend radialement de la partie de support correspondant 201, 221 à la partie de raccord 200, 220 le long de deux ouvertures de contournement d’air 205, 225. Ainsi la première extrémité radiale 2071, 2271 et la deuxième extrémité radiale de partie de séparation 207, 227 s’étend de manière circonférentielle entre deux ouvertures de contournement d’air 205, 225.
La bride de support 20, 22 peut donc être séparée en deux zones, une zone de liaison carter comprenant les ouvertures de contournement d’air 205, 225, les parties de séparation 207, 227 et la partie de support 201,221, et une zone de liaison carter comprenant la partie de raccord 200, 220.
La bride de support externe 22 est différente de celle de la figure 1 en ce que chaque partie de séparation 227 est courbe, en l’occurrence la partie de séparation 227 comprend une face amont convexe et une face aval concave. La face amont est du côté de la virole annulaire externe 12.
Au contraire de la technique antérieure, l'invention propose pour réduire les contraintes thermiques et mécaniques d'ajouter au moins un moyen de chauffage local 7 apte à chauffer au moins une zone locale d’une des parois des viroles annulaires ou des brides, située entre une des deux extrémités amont des viroles et les ouvertures de contournement d’air. C’est-à-dire le moyen de chauffage local 7 est situé dans la paroi de la virole interne ou externe ou dans la partie de raccord 200, 220.
Autrement dit, le moyen de chauffage est situé sur ou dans la zone de liaison virole ou sur ou dans la paroi de la virole.
Dans le premier mode de réalisation, comme représenté en figure 2, des moyens de chauffage 7 peuvent être disposés radialement sur ou dans la paroi d’une des viroles annulaires.
Dans l’exemple de ce premier mode de réalisation représenté en figure 2, la chambre annulaire de combustion B comprend un moyen de chauffage 7 situé sur ou dans la paroi de la virole annulaire externe 12. Bien entendu ce mode de réalisation et ses différents exemples peuvent aussi s’appliquer sur ou dans la paroi de la virole annulaire interne 10.
En particulier dans l’exemple de de ce premier mode de réalisation représenté en figure 2, le moyen de chauffages comprend un circuit de résistances électriques comprenant des résistances électriques 72 et des conducteurs 71 pour alimenter électriquement les résistances 72.
Chaque résistance électrique 72 permet de chauffer une zone locale de la paroi de la virole annulaire externe.
En particulier dans cet exemple représenté sur la figure 2, le circuit de résistance est situé du côté de la face de circulation d’air de la paroi de la virole annulaire externe 12.
La figure 3 représente une partie de chambre annulaire de combustion B’ selon un autre exemple du premier mode de réalisation différent de celui représenté sur la figure 2 en ce que le circuit de résistance est du côté de la face de combustion de la paroi de la virole annulaire externe.
Selon un exemple de ce premier mode de réalisation, la chambre annulaire de combustion B ou B’ est conçue par une fabrication additive du circuit de résistance du moyen de chauffage 7 dans la paroi de la virole annulaire externe 12. Les conducteurs 71 peuvent être ainsi dans la face de circulation d’air de la virole annulaire externe 12 dans l’exemple de la figure 2 et dans la face de combustion de la virole annulaire externe 12 dans l’exemple de la figure 3.
Les conducteurs 71 peuvent être des traces incorporées par une fabrication additive dans la paroi et les résistances sont incorporées dans la paroi par la même fabrication additive.
Dans ce premier mode de réalisation, le circuit de résistance comprend en outre au moins une première borne et deuxième borne de connexion non représentées pour alimenter l’au moins une résistance par le biais des conducteurs.
La première borne et la deuxième borne peuvent être par exemple situées du côté de la face amont de la partie de raccord 220, 200 en connexion avec une connectique située dans un volume de contournement d’air externe ou interne délimité entre respectivement la virole interne ou externe et le carter interne ou externe. Par exemple, un dispositif connecteur non représenté peut s’étendre du carter externe à la face amont de la partie de raccord 220 en traversant le volume de contournement d’air externe. Selon un autre exemple non représenté, la première borne et la deuxième borne peuvent être par exemple situées sur une face de circulation d’air de la paroi de la virole annulaire externe ou interne et un dispositif connecteur non représenté peut s’étendre du carter externe à cette face de circulation d’air pour être connectées aux bornes du circuit de résistances. Selon une mise en œuvre de cet exemple, le dispositif connecteur peut longer la bougie.
Dans l’exemple de la figure 3, la première borne et la deuxième borne sont située dans la partie de support 221, en particulier à une extrémité radiale de la partie de support 221 pour être connectée avec une connectique située sur le carter externe.
Dans ces deux exemples de ce premier mode de réalisation, le circuit de résistance comprend une première résistance 72, une deuxième résistance 72 et une dernière résistance 72 montée en parallèle électriquement avec la première résistance et la deuxième résistance 72 mais elles pourraient aussi être montées aussi en série. Dans ces deux exemples, le circuit de résistance comprend une deuxième borne par résistance 72, soit en l’occurrence trois bornes. Les trois résistances 72 peuvent être ainsi alimentées chacune indépendamment par leur propre deuxième borne.
Ainsi un système de turbomachine comprenant une alimentation électrique et un calculateur de régulation moteurs et une turbomachine comprenant une chambre de combustion B, B’ selon ces deux exemples, peut alimenter une ligne d’alimentation électrique comprenant le circuit de résistance du moyen de chauffage local 7 pour alimenter électriquement chacune des résistances 72.
Le conducteur 71 comprend donc plusieurs traces conductrices ou fils conducteurs pour alimenter chacune des résistances indépendamment.
Le système de turbomachine comprend un interrupteur par résistance monté entre l’alimentation électrique et la résistance correspondante du circuit de résistance pour l’alimenter électriquement. Le calculateur de régulation moteurs commande chaque interrupteur pour commander l’alimentation de chaque résistance du circuit de résistance du moyen de chauffage. La chambre annulaire de combustion peut comporter en outre des capteurs de températures non représentés positionnés dans ou à proximité des zones locales de la paroi chauffée par les résistances pour permettre au calculateur de régulation de contrôler l’alimentation de chacune des résistances afin d’influencer sur la température de la zone locale.
L’interrupteur peut être un ou des relais électromécaniques ou encore un ou des interrupteurs électroniques, par exemple des transistors de puissance.
Dans ces deux exemples, chacune des trois résistances 72 est positionnée localement à côté d’un orifice en l’occurrence d’un trou de dilution. Trois zones locales proche de trois trous de dilution 125 sont donc réchauffées par le moyen de chauffage. En l’occurrence chaque résistance 72 a une forme de d’arc de cercle d’axe entourant une partie d’un trou de dilution. En effet, le fait d’avoir un refroidissement par l’entrée d’air dans chaque trou de dilution entraîne des différences de températures importante entre deux zones locales et chaque résistance est positionnée pour réchauffer la zone locale la plus refroidis pour diminuer la différence de température et donc le gradient de température ce qui permet de diminuer la formation de crique.
Selon un autre exemple non représenté, le circuit de résistance comporte en outre ou uniquement une résistance entourant l’orifice de bougie 129.
La virole interne 10 ou externe 12 peut comprendre des trous multi-perforations non représentés, perforant la paroi de la virole interne 10 ou externe 12 pour améliorer le refroidissement. Ces trous multi-perforations sont chacun de diamètre (par exemple de l’ordre de 3mm de diamètre) très inférieur aux différents diamètres des orifices (trous de dilution par exemple au moins dix fois moins). Pour des raisons mécaniques la paroi peut avoir des zones plates dépourvue de trous multi-perforations autour des orifices ce qui peut provoquer dans ces zones des gradients de températures élevées. Les résistances du circuit de résistance peuvent donc être placées dans les zones locales des zones plate les moins chaude afin de chauffer localement les zones locales des zones plates. La paroi de la virole peut notamment avoir ces zones plates autour de ces orifices (trou de dilution et orifice de bougie) afin d’y diminuer le gradient de température autour de ces orifices. Selon un exemple la résistance entourant en partie l’orifice de bougie peut être située en amont de la bougie du fait que la bougie provoque un bouclier d’air entrainant localement en aval de la bougie une zone locale plus chaude qu’une zone locale aval de la bougie.
En outre dans ces deux exemples, le circuit de résistance ondule entre les orifices en l’occurrence entre trois trous de dilutions qui sont en avales et qui sont alignées. Bien entendu le circuit pourrait aussi onduler entre les deux autres trous de dilutions 125 en amont ou encore avec l’orifice de bougie.
La figure 4 représente une partie externe de la chambre annulaire de combustion C d’un exemple d’un deuxième mode de réalisation identique au premier mode de réalisation sauf en ce le moyen de chauffage 7 est situé dans ou sur la bride de support externe 22 et non dans la paroi de la virole annulaire interne 10 ou externe 20. Bien entendu ce deuxième mode de réalisation et ses différents exemples peuvent aussi s’appliquer sur la bride de support interne 20.
Dans cet exemple, comme dans le premier mode de réalisation, le moyen de chauffage comprend un circuit de résistance comprenant une pluralité de résistances 721 situées et réparties le long circonférentiel de la partie de raccord 220 de la bride de support externe 22. En l’occurrence, le circuit de résistance comprend cinq résistances.
Les résistances 721 sont situées du côté de la face d’appui de la partie de raccord 220 mais peuvent être du côté de la face amont.
En particulier, les résistances 721 et les conducteurs 71 entre les résistances 721 ondulent du côté de la face d’appui. Les résistances 721 ont donc une forme courbe permettant d’avoir une zone locale dans la partie de raccord entourée par cette résistance courbe afin d’y varier la température plus efficacement. Cependant les résistances peuvent aussi être positionnées linéairement, par exemple formant un conduit entre elles pour cibler la zone locale à chauffer.
En particulier, les résistances 721 et les conducteurs 71 entre les résistances 721 sont intégrées dans la partie de raccord 220 par un procédé de fabrication additive de chacune des résistances 721 et des conducteurs 71 par dépôt de matière par énergie dirigée.
En particulier dans cet exemple, comme dans les exemples du premier mode de réalisation, les résistances 721 sont montées en parallèles les unes par rapport aux autres pour être alimentées séparément par une alimentation électrique mais pourrait aussi être montées en série ou par groupe série/parallèle.
Le calculateur de régulation moteurs peut aussi commander chaque interrupteur pour commander séparément l’alimentation de chaque résistance du circuit de résistance du moyen de chauffage 7. En outre, comme dans l’exemple du premier mode de réalisation, le système peut comporter des capteurs de température positionnés
Dans cet exemple de ce deuxième mode de réalisation, la chambre de combustion comprend en outre un moyen de chauffage globale comprenant un circuit de résistance comprenant en l’occurrence une résistance 722 sur la partie de séparation 227.
Dans cet exemple, il y a qu’une seule résistance 722 mais il pourrait avoir une résistance 722 sur plusieurs parties de séparation ou sur chaque partie de séparation 227, ou encore plusieurs résistances sur une partie de séparation 227.
Cette résistance permet de chauffer la partie de séparation pour diminuer le gradient de température entre la partie de séparation et la partie de raccord 220.
Le circuit de résistance du moyen de chauffage globale et le circuit de résistance du moyen de chauffage locale peuvent être relié, ils peuvent être en parallèle ou en série.
En particulier, la résistance 722 et les conducteurs 71 sont intégrées dans la partie de séparation 227 par un procédé de fabrication additive par dépôt de matière par énergie dirigée.
Dans cet exemple, la première borne et la deuxième borne du circuit de résistance sont située comme dans l’exemple de la figure 3, dans la partie de support 221, en particulier à l’extrémité radiale de la partie de support 221 pour être connectée avec une connectique située sur le carter externe.
Selon un exemple de ce deuxième mode de réalisation non représenté, la paroi de la virole externe ou interne peut être dépourvue de trous de dilution.
La figure 5 représente une partie externe d’une chambre annulaire de combustion D d’un exemple d’un troisième mode de réalisation identique à l’exemple représenté sur la figure 3 du premier mode de réalisation sauf en ce le moyen de chauffage comprend en outre les résistances 721 du deuxième mode de réalisation situé dans la partie de raccord 220 de la bride de support externe 22. Bien entendu ce troisème mode de réalisation et ses différents exemples peuvent aussi s’appliquer sur la bride de support interne 20 et la virole annulaire interne 10.
Dans ces exemples de ces modes de réalisation, le procédé de fabrication de la chambre annulaire de combustion B, B’, C et D comprend une étape de fabrication additive de chacune des résistances 72, 721, 722, et des conducteurs 71 dans la paroi de la virole annulaire ou de la bride par dépôt de matière par énergie dirigée.
Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.

Claims (10)

  1. Chambre annulaire de combustion (B, B’ C, D) de turbomachine comprenant une comportant :
    • une virole annulaire interne (10) et une virole annulaire externe (12) coaxiales comprenant chacune :
      • une paroi s’étendant axialement d’une extrémité amont à une extrémité aval (100, 120),
    • une bride de support interne (20) et une bride de support externe (22), chacune étant solidaire de l’extrémité aval d’une des viroles annulaires, comprenant chacune une paroi et au moins deux ouvertures de contournement d'air (205, 225) traversant la paroi de la bride de support correspondante (20, 22),
    • caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un moyen de chauffage local (7) apte à chauffer localement au moins une zone locale d’une des parois, ledit moyen de chauffage locale étant situé entre une extrémité amont d’une des viroles annulaires interne ou externe et les ouvertures de contournement d’air (205, 225) de la bride de support interne ou externe(20).
  2. Chambre annulaire de combustion (B, B’, C, D) selon la revendication 1, dans laquelle le moyen de chauffage local (7) comprend un circuit de résistances électriques comprenant au moins une résistance électrique (72, 721, 722) pour chauffer la zone locale de la paroi et au moins une première borne et deuxième borne de connexion pour alimenter l’au moins une résistance.
  3. Chambre annulaire de combustion (B, B’, C, D) selon la revendication 2, dans laquelle le circuit de résistances électriques comprend:
    • au moins une première résistance (72, 721, 722) et une dernière résistance(72, 721, 722),
    • une première borne par résistance (72, 721, 722),
    • dans lequel les résistances (72, 721, 722) sont montées en parallèle les unes par rapport aux autres et peuvent être alimentées chacune indépendamment par leur première borne.
  4. Chambre annulaire de combustion (C, D) selon l’une des revendications 2 à 3, dans laquelle la paroi de la bride de support interne (21) ou externe (22) comprend en outre une partie de raccord (200, 220) s’étendant radialement de l’extrémité aval (100, 120) de la virole annulaire correspondante aux ouvertures de contournement d'air (205, 225) , le circuit de résistance comprenant une pluralité de résistances (721) situées et réparties le long circonférentiel de la partie de raccord (200, 220) de la bride de support interne (21) ou externe (22) correspondante.
  5. Chambre annulaire de combustion (B, B’, D) selon l’une des revendications 2 à 4, dans laquelle le circuit de résistance comprend au moins une résistance (72) sur ou dans la paroi de la virole interne (10) ou externe (12).
  6. Chambre annulaire de combustion (B, B’, D) selon la revendication 5, dans laquelle la paroi de la virole interne (10) ou externe (12) comprend des orifices (129, 105, 125) traversant la paroi entre l’extrémité amont et l’extrémité avale (100, 120), et l’au moins une résistance (72) entoure au moins en partie un des orifices (129, 105, 125).
  7. Chambre annulaire de combustion (B, B’, C, D) selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle le moyen de chauffage local (7) est intégré à l’intérieur de la paroi de la virole annulaire interne (10) ou externe (12) ou de la bride de support interne (20) ou externe (22).
  8. Chambre annulaire de combustion (B, B’, C, D) selon l’une des revendications 2 à 6 et la revendication 7, dans laquelle la chambre annulaire de combustion (B, B’, C, D) est conçue par une fabrication additive du circuit de résistance du moyen de chauffage (7) dans la paroi de la virole annulaire ou de la bride interne ou externe.
  9. Système de turbomachine comprenant une chambre annulaire de combustion (B, B’, C, D) selon l’une quelconque des revendications précédentes, une alimentation électrique et un calculateur de régulation moteurs, une ligne d’alimentation électrique comprenant le circuit de résistance du moyen de chauffage local (7) et au moins un interrupteur entre l’alimentation électrique et le circuit de résistance pour l’alimenter électriquement, et en ce que le calculateur de régulation moteurs commande l’au moins un interrupteur pour commander l’alimentation du circuit de résistance du moyen de chauffage.
  10. Procédé de fabrication d’une chambre annulaire de combustion (B, B’, C, D) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le procédé de fabrication comprend une étape de fabrication additive d’une résistance (72, 721, 722) dans une paroi de la virole annulaire interne (10) ou externe (12) ou de la bride de support interne (20) ou externe (22) par dépôt de matière par énergie dirigée.
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