TITRE : CHAMBRE DE COMBUSTION POUR UNE TURBOMACHINE

Domaine technique de l’invention

L’invention concerne une chambre de combustion pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion.

Etat de la technique antérieure

La figure 1 représente une partie d’une chambre de combustion annulaire 1 d’une turbomachine telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, conformément à l’art antérieur.

La chambre de combustion 1 est agencée en sortie d’un diffuseur non représenté, lui-même situé à la sortie d’un compresseur. La chambre 1 comporte une paroi de révolution interne 2 et une paroi de révolution externe 3, reliées en amont par une paroi annulaire de fond de chambre 4.

La paroi de fond de chambre 4 comporte des ouvertures 5 dans lesquelles sont montés des systèmes d’injection 6 d’un mélange d’air et de carburant dans la chambre 1 , l’air provenant du diffuseur et le carburant étant amené par des injecteurs (non représentés) régulièrement répartis sur la circonférence de la chambre de combustion 1. Chaque injecteur comprend une tête d’injection de carburant aligné sur l’axe A de l’ouverture 5 correspondante.

Une partie du débit d’air fourni par le compresseur et sortant du diffuseur alimente des conduits annulaires interne et externe de contourement de la chambre de combustion. L’autre partie du débit d’air pénètre dans les système d’injection et est ensuite mélangée au carburant amené par les injecteurs avant d’être pulvérisée dans la chambre de combustion 1.

Pour chaque système d’injection 6, un injecteur de carburant central est entouré par une paroi annulaire 7 dudit système d’injection 6 formant un venturi. Un bol 8 entoure la paroi annulaire, ledit bol 8 s’évasant vers l’aval. Le système d’injection 6 comporte classiquement des ailettes 9 destinées à imprimer au flux d’air le traversant un mouvement de giration favorisant l’homogénéisation du mélange d’air et de carburant.

La périphérie radialement externe du bol comporte un rebord radial 10 monté de façon mobile dans une gorge radiale 11 délimitée par un fourneau 12 soudé sur la paroi de fond 4 de la chambre de combustion 1 et par une bague de fermeture 13 soudée au fourreau 12.

Le déplacement radial du rebord 10 dans la gorge 11 permet de compenser les déplacements relatifs entre les injecteurs et le carter de la turbomachine sur lequel ils sont fixés, d’une part, et la chambre de combustion 1, d’autre part. De tels déplacements apparaissent en fonctionnement en raison des dilatations différentielles entre les divers éléments de la turbomachine. Un déflecteur 14 est par ailleurs monté en aval de la paroi de fond 4, le déflecteur 14 comportant une partie cylindrique 15 montée à l'intérieur d’une partie cylindrique 16 du fourreau 12 et fixée par brasage ou soudage à ladite partie cylindrique 16 du fourreau 12.

Il existe un risque que le déflecteur 14 se détache du fourreau 12, et provoque un endommagement des éléments situés en aval, notamment la turbine.

L’invention vise à éviter un tel endommagement, de manière simple, fiable et peu onéreuse. Présentation de l'invention

A cet effet, l'invention concerne une chambre de combustion de turbomachine, comportant

- une paroi de fond comportant au moins une ouverture,

- au moins un fourreau monté en amont de la paroi de fond et fixé à la paroi de fond,

- une bague de fermeture délimitant une gorge annulaire avec le fourreau et fixée au fourreau,

- au moins un système d’injection d’air et de carburant, présentant un axe, monté dans l’ouverture de la paroi de fond, le système d’injection comprenant un rebord annulaire s’étendant radialement par rapport audit axe, monté dans ladite gorge avec un jeu radial,

- un déflecteur situé en aval de la paroi de fond, fixé au fourreau et/ou à la paroi de fond, comportant une partie radialement interne située axialement entre la paroi de fond et une extrémité aval du système d’injection,

caractérisé en ce que le système d’injection comporte au moins une partie en saillie apte à être introduite dans une partie en creux du déflecteur, ou inversement, dans une première position angulaire de montage du système d’injection par rapport au déflecteur, ladite partie en saillie étant apte à venir axialement en butée sur une face radiale ou face aval du déflecteur, ou respectivement, du système d’injection, dans une seconde position angulaire de maintien du système d’injection par rapport au déflecteur, ladite partie en saillie étant décalée angulairement de la partie en creux dans ladite seconde position.

Le déflecteur et le système d’injection comportent ainsi un système de type baïonnette permettant le montage de système d’injection dans le déflecteur, dans la première position angulaire, et maintenant axialement le déflecteur par rapport au système d’injection, dans la seconde position angulaire. En cas de séparation du déflecteur, d’une part et du fourreau et/ou de la paroi de fond, d’autre part, le déflecteur reste maintenu axialement par la partie en saille, de façon à ce qu’il n’y ait pas de risque d’endommager des éléments de la turbomachine qui sont situés en aval.

Les termes amont et aval sont définis par rapport au flux de gaz circulant dans la chambre de combustion.

Les termes radial, axial et circonférentiel sont définis par rapport à l’axe du système d’injection. La chambre de combustion peut comporter des moyens de maintien en position aptes à maintenir le système d’injection dans sa seconde position par rapport au déflecteur La partie en saillie peut s’étendre radialement depuis l’extrémité aval du système d’injection, la partie en creux étant formée dans le déflecteur.

La partie en saillie est par exemple formé par un ergot ou une patte s’étendant radialement vers l’extérieur. La partie en creux est par exemple formée par une rainure ou une encoche du déflecteur.

Le nombre de parties en saillie et de parties en creux est par exemple égal à trois. Les parties en saillie et en creux peuvent alors être régulièrement réparties sur la circonférence.

Le système d’injection peut comporter une patte de blocage en rotation maintenue ou immobilisée en rotation par des butées circonférentielles du fourreau et/ou de la bague de fermeture.

Le fourreau peut comporter une première butée circonférentielle et une deuxième butée circonférentielle, la patte de blocage en rotation étant apte à venir en appui sur la première butée circonférentielle dans la première position angulaire du système d’injection, la patte de blocage en rotation étant apte à venir en appui sur la deuxième butée circonférentielle dans la seconde position angulaire du système d’injection.

Les butées circonférentielles forment ainsi des butées de fin de course, autorisant et limitant le débattement angulaire du système d'injection par rapport au déflecteur. Une telle structure permet de faciliter le montage de l’ensemble.

La bague de fermeture peut comporter une troisième butée circonférentielle, la patte étant apte à être maintenue en position entre les deuxième et troisième butées circonférentielles, de façon à maintenir le système d’injection dans sa seconde position angulaire.

Les deuxième et troisième butées circonférentielles forment ainsi les moyens de maintien en position précités, avec la patte de maintien en position.

Le fourreau peut comporter une partie cylindrique radialement interne, montée dans l’ouverture de la paroi de fond et fixée à la périphérie de ladite ouverture.

La fixation correspondante est par exemple assurée par brasage ou soudage.

Le déflecteur peut comporter une partie cylindrique montée dans la partie cylindrique radialement interne du fourreau et fixée à ladite partie cylindrique radialement interne.

La fixation correspondante est par exemple assurée par brasage ou soudage.

Le fourreau peut comporter une partie cylindrique radialement externe, située axialement en amont de la partie cylindrique radialement interne, la bague de fermeture étant montée radialement à l’intérieur de la partie cylindrique radialement extere.

La chambre de combustion peut comporter un injecteur comportant une tête d’injection montée dans le système d’injection, le système d’injection comportent des moyens d’amenée d’air et des moyens de formation d’un mélange de l’air avec le carburant issu de l’injecteur.

L’invention concerne également une turbomachine comportant une chambre de combustion du type précité. L’invention concerne de plus un procédé de montage d’une chambre de combustion du type précité, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à :

- fixer le fourreau et le déflecteur sur la paroi de fond,

- positionner le système d’injection dans la première position angulaire et introduire le système d’injection dans l’ouverture de la paroi de fond, au travers du fourneau et du déflecteur, par translation suivant l’axe du système d’injection et de ladite ouverture, la partie en saillie traversant la partie en creux,

- faire pivoter le système d’injection dans sa seconde position angulaire de façon à ce que la partie en saillie soit apte à former une butée axiale avec le déflecteur,

- monter la bague de fermeture de façon à maintenir axialement le rebord annulaire du système d’injection dans la gorge délimitée par la bague de fermeture et le fourreau et immobiliser en rotation le système d'injection.

Brève description des figures

[Fig. 1] est une vue en coupe d’une partie d’une chambre de combustion selon l’art antérieur, [Fig. 2] est une vue correspondant à la figure 1 , illustrant une chambre de combustion selon une forme de réalisation de l’invention,

[Fig. 3] est une vue en perspective du système d’injection,

[Fig. 4] est une vue en perspective du système d’injection,

[Fig. 5] est une vue en perspective du déflecteur,

[Fig.6] est une vue en perspective d’une partie de la chambre de combustion selon l’invention, le système d’injection étant dans sa seconde position angulaire par rapport au déflecteur, [Fig. 7] est une vue en perspective illustrant le fourreau, le fond de chambre et le système d’injection, dans la seconde position angulaire du système d'injection,

[Fig. 8] est une vue correspondant à la figure 7, dans laquelle la bague de fermeture a été ajoutée.

Description détaillée de l’invention

Les figures 2 à 8 illustrent une partie d’une chambre de combustion 1 selon une forme de réalisation de l’invention, destinée à équiper une turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion.

La chambre 1 comporte une paroi de révolution interne et une paroi de révolution externe, reliées en amont par une paroi annulaire de fond de chambre 4.

La paroi de fond de chambre 4 comporte des ouvertures 5 dans lesquelles sont montés des systèmes d’injection 6 d’un mélange d’air et de carburant dans la chambre 1 , l’air provenant du diffuseur et le carburant étant amené par des injecteurs (non représentés) régulièrement répartis sur la circonférence de la chambre de combustion 1. Chaque injecteur comprend une tête d’injection de carburant aligné sur l’axe A de l’ouverture 5 correspondante. Une partie du débit d’air fourni par le compresseur et sortant du diffuseur alimente des conduits annulaires interne et externe de contournement de la chambre de combustion. L’autre partie du débit d’air pénètre dans les système d’injection et est ensuite mélangée au carburant amené par les injecteurs avant d’être pulvérisée dans la chambre de combustion 1.

Pour chaque système d’injection 6, un injecteur de carburant central est entouré par une paroi annulaire 7 dudit système d’injection 6 formant un venturi. Un bol 8 entoure la paroi annulaire, ledit bol 8 s’évasant vers l’aval.

L’extrémité aval du bol 8 comporte un rebord annulaire 17 s’étendant radialement vers l’extérieur. Comme cela est mieux visible aux figures 3 et 4, des ergots ou des pattes 18 s’étendent radialement vers l’extérieur depuis la périphérie radialement externe du rebord annulaire 17. Les ergots sont ici au nombre de trois et sont régulièrement répartis sur la circonférence, c'est-à-dire sont décalés angulairement les uns par rapport aux autre d’un angle de 120°.

Le système d’injection 6 comporte en outre classiquement des ailettes 9 destinées à imprimer au flux d’air entrant par le canal délimité entre le bol 8 et la paroi annulaire un mouvement de giration favorisant l’homogénéisation du mélange d’air et de carburant.

La périphérie radialement externe du bol comporte un rebord radial 10 relié au rebord 17 par une partie cylindrique 19. Le rebord 10 est situé axialement en amont du rebord 17. Le rebord 10 est monté de façon mobile dans une gorge radiale 11 délimitée par un fourreau 12 soudé sur la paroi de fond 4 de la chambre de combustion 1 et par une bague de fermeture 13 soudée au fourreau 12. Le rebord 10 comporte une patte 10a s’étendant radialement vers l’extérieur depuis l’extrémité radialement externe du rebord 10.

Le déplacement radial du rebord 10 dans la gorge 11 permet de compenser les déplacements relatifs entre les injecteurs et le carter de la turbomachine sur lequel ils sont fixés, d’une part, et la chambre de combustion 1, d’autre part. De tels déplacements apparaissent en fonctionnement en raison des dilatations différentielles entre les divers éléments de la turbomachine.

Plus particulièrement, le fourreau 12 comporte, d’amont en aval, une partie cylindrique 20, une partie annulaire s'étendant radialement 21 et une partie cylindrique 16. La partie cylindrique 20 présente une diamètre plus importante que la partie cylindrique 16. La partie cylindrique 16 est montée dans l’ouverture 5 de la paroi de fond et est fixée à ladite paroi de fond 4 par soudage ou brasage. La zone radialement interne de la partie radiale 21 comporte une surface d’appui aval venant en appui sur la paroi de fond 4.

La partie cylindrique 20 s’étend sur une partie seulement de la circonférence. En particulier, le fourreau comporte un secteur angulaire dépourvu de partie cylindrique 20, comme cela est mieux visible à la figure 7, ce secteur angulaire s’étend ici sur 120°. Les extrémités circonférentielles 20a, 20b de la partie cylindrique 20 sont aptes à former des butées pour la patte 10a qui est logée dans ledit secteur angulaire dépourvu de partie cylindrique 20.

La bague de fermeture 13 présente une section générale en T, comportant une partie radiale 22 et une partie cylindrique 23 annulaires. L'extrémité aval de la partie cylindrique 23 vient en appui sur la partie radiale 21 du fourreau 12. Ladite partie radiale 21 du fourreau 12 et la partie radiale 22 de la bague de fermeture 23 sont ainsi écartées axialement l’une de l’autre et délimitent entre elle la gorge 11.

L’extrémité aval de la partie cylindrique 23 comporte une encoche 23a (figure 8) dont la fonction est expliquée après.

Un déflecteur 14 est par ailleurs monté en aval de la paroi de fond 4.

Le déflecteur 14 comporte, d’amont vers l’aval, une partie cylindrique 15, une partie radiale 24 présentant une forme de secteur d’anneau, et des rebords 25 s’étendant axialement vers l’aval au niveau des bords radialement interne et externe de la partie radiale 24. La partie cylindrique 15 est montée à l'intérieur de la partie cylindrique 16 du fourreau 12 et fixée par brasage ou soudage à ladite partie cylindrique 16.

La partie cylindrique 16 comporte en outre des rainures 26, ici au nombre de trois, régulièrement réparties sur la circonférence.

Le montage d’une telle chambre de combustion est réalisé de la manière suivante.

Le fourreau 12, en particulier la partie cylindrique 16, est tout d’abord monté dans l’ouverture 5 de la paroi de fond 4. Le déflecteur 14, en particulier la partie cylindrique 15, est montée dans la partie cylindrique 16 du fourreau. La partie cylindrique 16, la partie cylindrique 15 et la paroi de fond sont alors assemblées les unes aux autres par soudage ou brasage.

Le système d’injection est ensuite monté dans l’ouverture 5 de la paroi de fond, au travers du fourreau 12 et du déflecteur 14. En particulier, le système d’injection est positionné dans une première position angulaire de façon à ce que les ergots 18 du système d’injection 6 soit situés en regard des rainures 26 du déflecteur 14. Le système d’injection est ensuite déplacé en translation vers l’aval, jusqu'à ce que le rebord 10 soit en appui sur la partie radiale 21 du fourreau. Les ergots 18 sont alors situés juste en aval de la partie radiale 24 du déflecteur et la patte 10a est logée dans la zone du fourreau 12 dépourvue de rebord cylindrique 20.

Le système d’injection 16 est ensuite pivoté dans une seconde position angulaire, illustrée aux figures 6 à 8. En particulier le système d’injection est pivoté d’un angle de 60° entre les première et seconde positions angulaires, cet angle correspondant à la moitié de l’écartement angulaire entre deux rainures 26 ou entre deux ergots 18.

Dans la seconde position angulaire, la patte 10a du système d’injection 6 vient en appui sur la butée circonférentielle 20a, de façon à faciliter le montage. Dans la seconde position angulaire, les ergots 18 sont décalés des rainures 26 et sont aptes à venir en appui sur la partie radiale 24 du déflecteur 14, de façon à empêcher le déplacement axial du système d’injection 6.

La bague de fermeture 13 est montée dans la partie cylindrique 20 du fourreau 10, de façon à 5 ce que la patte 10a sort logée et maintenue en position dans l'encoche 23a. La bague de fermeture 13 est ensuite fixée par soudage ou brasage au fourreau 12. Le système d’injection 6 est ainsi immobilisé en rotation.

Une telle structure permet d’assurer un montage simple de l’ensemble tout en empêchant le retrait du déflecteur 14 en cas de débrasage ou dessoudage de la partie cylindrique 15. On0 évite ainsi une dégradation des parties de la turbomachine qui sont situées en aval de la paroi de fond 4 ou de la chambre de combustion 1.