Brevet FR2122308A1 — publié le 19720901

L'invention concerne la fixation d'une rampe d'injection servant à injecter un carburant dans un espace où se produit sa combustion. Un tel espace sera appelé dans ce qui suit "chambre de combustion"; ce pourra être notamment une chambre 5 de combustion principale ou un canal de post-combustion de propulseur d'aviation. Le cycle de fonctionnement d'un. tÉÊfboréacteur est grandement amélioré par une réchauffe des gaz sortant de la "turbine du turboréacteur, c'est-à-dire par la combustion^ au sein ' 10 de ces gaz, d'un carburant injecté dans un canal dit de postcombustion. La poussée du turboréacteur est ainsi accrue dans de notables proportions. Le carburant est injecté dans le canal de post-combustion par un ou plusieurs injecteurs placés soit en amont d'un stabilisateur de flamme, soit à l'intérieur de ce 15 stabilisateur. Les injecteurs sont généralement disposés sous la forme d'une rampe circulaire placée à l'intérieur du canal de post-combustion. La fixation de cette rampe d'injection pose un problème difficile à résoudre en raison des fortes températures aux-20 quelles elle est soumise en service et qui provoquent des dilatations thermiques importantes. Celles-ci provoquent à leur tour des contraintes et des déformations. Les déformations risquent de modifier notablement les positions respectives de la rampe d'injection et des éléments voisins, en particulier la 25 position de la rampe par rapport au stabilisateur de flamme,et par conséquent de nuire au bon fonctionnement de la post-com-bustion. Si l'on cherche à immobiliser la rampe d'injection dans le canal de post-combustion, on risque de provoquer des contraintes inadmissibles. Ce problème est rendu encore plus 30 difficile à résoudre par le fait que le carburant, qui est stocké à l'intérieur du réacteur, doit être amené à la rampe d'injection par une tuyauterie traversant la paroi du canal de postcombustion. Le tronçon de cette tuyauterie compris entre la rampe et la paroi du canal doit être aussi court que possible pour 35 éviter le risque de cokéfaction du carburant par la température élevée des gaz dans le canal de post-combustion. Des problèmes du même ordre se posent pour la fixation d'une rampe d'injection dans une chambre de combustion, c'est-à-dire dans un espace où se produit une combustion à haute tempé-40 rature, par exemple dans une chambre de combustion principale de 71 01683 2122308 2 turboréacteur ou de turbine à gaz. L'invention permet de résoudre ces problèmes grâce à une suspension pratiquement isostatique de la rampe d'injection, éliminant les contraintes importantes d'origine thermique en 5 autorisant des déplacements limités de la rampe par rapport aux éléments voisins auxquels elle est liée fonctionnellement. Il est connu, notamment par le brevet français 1 232 450 de la Demanderesse, de relier une rampe d'injection à la chambre de combustion par des biellettes articulées. 10 Conformément à la présente invention, la rampe est re liée à une structure de référence, située à l'intérieur de la chambre de combustion, par une tringlerie articulée autorisant ladite rampe à se déplacer parallèlement à elle-même en maintenant deux points de celle-ci dans un plan axial de ladite cham-15 bre contenant le point où le tronçon de tuyauterie d'alimentafcLon. de la rampe traverse la paroi de ladite chambre de combustion. De préférence, le raccordement de ce tronçon de tuyauterie avec la rampe d'injection est décalé transversalement par rapport au point de pénétration, de façon à ne pas se trouver dans ce même 20 plan axial. Le tronçon de tuyauterie est par exemple recourbé en "col de canard". Dans un mode de réalisation, la tringlerie comprend deux biellettes reliant respectivement à la structure de référence les deux points de la rampe qui sont situés dans ce plan 25 axial, et articulées chacune à chaque extrémité autour d'un axe perpendiculaire audit plan, et plusieurs paires de biellettes disposées symétriquement par rapport audit plan et articulées à rotule ou à cardan sur la rampe et sur la structure de référence. Toutes ces biellettes sont de préférence montées parallè-30 lement à l'axe de la chambre de combustion. Elles sont avantageusement équidistantes. La structure de référence est avantageusement un stabilisateur de flamme. Un déplacement de quelques millimètres de la rampe^, parallèlement à elle-même, par rapport au stabilisa-35 teur qui/sert d'appui, ne nuit pas au bon fonctionnement de ^7 l'ensemble et n'introduit pas de contrainte ni de déformation de la rampe, et cela quel que soit l'écart de température, entre la rampe et le stabilisateur, provoquant ce déplacement relatif. 40 Dans un mode de réalisation, la rampe d'injection sert 71 01683 3 2122308 elle-même de support à un autre organe de la chambre de combustion, par exemple à un organe annulaire appelé enclume sur lequel elle projette le carburant pour assurer sa pulvérisation, étant reliée audit organe par d'autres biellettes articulées 5 sur cet organe et sur la rampe autour d'axes disposés tangen-tiellement. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre les avantages de l'invention et l'art de la réaliser, 10 les particularités qui ressortent tant du texte que des figures faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue en coupe axiale schématique d'un canal de post-combustion de turboréacteur d'aviation. La figure 2 est une vue en coupe à plus grande échel-15 le selon la ligne II-II de la figure 1. Les figures 3» 4 et 5 sont des vues en coupe à encore plus grande échelle selon les lignes III-III, IV-IV et V-V,respectivement, de la figure 2. Les figures 3a, 4a et 5a sont des vues en coupe selon 20 les lignes IlIa-IIIa, IVa-IVa et Va-Va respectivement, des figures 3? 4 et 5* Les figures 6 et 7 sont des vues en coupe selon les lignes VI-VI et VII-VII, respectivement, de la figure 5.« La figure 8 est une vue en coupe selon la ligne VIII-25 VIII de la figure 2, montrant taie variante. La figure 9 est une vue partielle analogue à la figure 2, montrant une autre variante. La figure 9a est une vue selon la flèche IX de la figure 9» 30 Le canal de post-combustion représenté sur la figure 1 comprend une paroi 1 de révolution autour d'un axe X-X'. Il reçoit un flux de gaz chauds venant de la turbine d'un turboréacteur d'aviation (non représentée), s'écoulant dans le sens de la flèche F1. Ces gaz sont réchauffés dans le canal par la 35 combustion d'un carburant injecté par une rampe 2, et sortent: du canal suivant la flèche F2 pour être éjectés/dans une tuyère non représentée. La rampe d'injection 2 est un conduit circulaire coaxial au canal et pourvu sur sa faoe amont d'ajustages2a (figure 2) par où elle injecte du carburant qui se pulvérise sur 40 une enclume annulaire 3 située plus en amont. Cette enclume 3 71 01683 4 2122308 a une section en II dont les branches sont tournées vers l'amont; sa forme est représentée notamment sur les figures 3 et 3a. Dans d'autres modes de réalisation (non représentés), les branches de l'U sont tournées vers l'aval. En aval de la rampe d'injec-5 tion 2 est disposé un anneau brûleur 4 jouant le rôle d?accroche-flamme. Cet accroche-flamme a une section en forme de V à sommet arrondi dont les branches sont tournées vers l'aval,comme on le voit notamment sur les figures 3 et 3a. Cet anneau brûleur 4 est fixé à la paroi 1 du canal 10 de post-combustion, d'une façon bien connue, par un dispositif de biellettes dont une est représentée partiellement en 4a sur la figure 4. La rampe d'injection 2 est alimentée en carburant par une tuyauterie comprenant un tronçon recourbé en "col de canard" 15 5 (figure 2) qui traverse la paroi 1 du canal de post-combustion et est relié par d'autres tronçons, dont un coude figuré en 6, à -une source de carburant sous pression non représentée. Le tronçon 5 communique avec la rampe d'injection 2 par un raccord à trois voies soudé 5a et avec le coude 6 par un raccord 20 5b situé à l'aplomb de la paroi 1, qui est serrée entre un écrou dormant 5c et uû écrou tournant 5d. Le raccord 5b a son axe disposé perpendiculairement à la paroi 1 et on appellera A le point d'intersection entre l'axe du raccord 5b et la fibre neutre de la paroi 1. La rampe 1 et le tronçon 5 sont conformés de façon 25 que le serrage de la paroi 1 entre les deux écrous 5c et 5d corresponde, en absence de toute autre suspension de la rampe et lorsque le canal de post-combustion est froid, à une position de la rampe telle qu'elle soit centrée sur l'axe X X' et située dans un plan perpendiculaire à cet axe. 30 La rampe d'injection 2 est reliée à l'anneau brûleur 4 par deux biellettes articulées respectivement sur la rampe, autour d'axes tangentiels, en deux points B et C situés dans le plan axial P passant par le point A, et par quatre paires de biellettes articulées à cardan sur la rampe en des points D et E, 35 P et G, H et I, J et K symétriques par rapport à ce plan axial. Les deux biellettes articulées en B et C sont également articulées sur l'anneau brûleur 4 autour d'axes tangentiels et les autres biellettes sont également articulées à cardan sur l'anneau brûleur. Toutes les biellettes sont montées parallèlement à l'a-40 xe X X' du canal de post-combustion. Dans le mode de réalisation 71 01683 5 2122308 représenté, les points B, D,F,H,J,K,I,G et E sont disposés aux sommets d'un polygone régulier à neuf côtés; le dixième point d'attache C, diamétralement opposé au point B, n'est pas situé à un sommet de ce polygone et se trouve à égale distance des 5 deux points voisins J et K. Le point d'attache B se trouvant dans le plan diamétral P qui contient le point A, le raccord 5a est déporté hors de ce plan, à l'extrémité du tronçon de tuyauterie 5 recourbé en "col de canard". La rampe 2 comprend en C une douille usinée 7 (figu-10 res 4 et 4a) portant une chape 7a tournée vers l'aval et, respectivement aux autres points d'articulation des bielles, neuf douilles 8 portant chacune une chape 8a tournée vers l'aval et une chape 8b tournée vers l'amont (figures 3, 3a et 5, 5a). Ces douilles usinées 7 et 8 sont assemblées par soudage à des tron-15 çons de tube cintrés 9 (figure 2) percés des trous d'injection de carburant 2a, pour former la rampe 2 qui est reliée au raccord 5a. La biellette 10 (figures 3 et 3a) reliant le point B de la rampe 2 à l'anneau brûleur 4 est articulée à celui-ci au-20 tour d'un axe 10a disposé tangeniiellement, porté par une chape 11 soudée à cet anneau brûleur. La biellette 10 est articulée à la rampe 2 autour d'un axe 10b également disposé tangentielle-ment (c'est-à-dire monté perpendiculairement au plan axial P)et porté par la chape 8a. Le point C est de même relié à l'anneau 25 brûleur par une biellette 12 (figures 4 et 4a) articulée à l'anneau brûleur par un axe 12a porté par une chape 11a, et à la rampe par un axe 12b porté par la chape 7a, les deux axes 12a et 12b étant également disposés tangentiellement à l'anneau brûleur et à la rampe respectivement. Les branches des chapes 11, 30 11a, 8a et 7a sont écartées de façon que les biellettes 10 et 12 aient une large prise sur l'anneau brûleur et sur la rampe, de façon à conserver aussi strictement que possible le parallélisme du plan de cette rampe. Les biellettes 10 et 12 forment une fourche à leur extrémité adjacente à l'anneau-brûleur, ce 35 qui permet de monter entre les branches de cette fourche, au milieu des axes 10a et 12a, des bielles telles que 4a (figure 4) servant à la fixation de l'anneau brûleur 4 à la paroi 1 de la chambre de combustion. Chacun des axes 10a, 10b, 12a, 12b est pourvu à une extrémité d'une tête hexagonale 13 et à l'autre ex-40 trémité d'une bague rainurée 14, dans la rainure de laquelle est 71 01683 6 2122308 engagée une goupille d'arrêt 15 en forme de II traversant l'axe et la "bague. Au début du fonctionnement de la post-combustion, la dilatation thermique de la rampe 2 déplace respectivement le 5 point B en B1, le point C en C1 et le centre 0 de la rampe en 01, sensiblement dans la direction de l'axe du raccord 5b et de la partie droite du tronçon de tubulure 5» dont la partie biaise est la plus courte possible pour la raison déjà exposée.le déplacement des points B et C de la rampe est donc orthogonal aux 10 axes 10b et 12b, de sorte que les biellettes 10 et 12 pivotent sans déformation autour des axes 10a et 12a portés par l'anneau-brûleur 4. La rampe 2 ne se déplacera pas sensiblement dans la direction de l'axe X X', puisque les biellettes 10 et 12 sont, à froid, parallèles à cet axe. De toute façon, la rampe 2 se dé-15 placera parallèlement à elle-même. Les autres points d'attache de la rampe, à savoir les points D,E,F,G,H,I,J et K sont placés en dehors du plan axial P passant par le point A. Si ces points de la rampe étaient fixés à l'anneau brûleur 4- par des biellettes articulées autour 20 d'axes tangentiels comme les biellettes 10 et 12, il se produirait dans la rampe 2 et dans son dispositif de suspension des contraintes provoquant des déformations, puisque le déplacement de la rampe parallèlement à elle-même ne serait pas,en ces points, orthogonal aux axes d'articulation tangentiels.Pour obtenir une 25 suspension pratiquement isostatique, on relie chacun de ces points de la rampe à l'anneau-brûleur 4 par une biellette 16 (figures 5 et 5a) articulée autour d'axes 16a et 16b, eux-raÔ-nes montés respectivenent dans des noix pivotantes 17, 18, de façon à réaliser une suspension à rotule ou à cardan,c'est-à— 50 dire une suspension dans laquelle chaque extrémité de la bielle est articulée autour d'un point et non pas autour d'un axe. Chacune des noix cylindriques 17, 18 est traversée transversalement, perpendiculairement à son axe, par une ouverture oblongue 17a, 18a dont l'épaisseur est suffisante pour re-35 cevoir avec un peu de jeu 1'extrémité méplate 16c, 16d de la biellette 16 et dont la longueur est suffisante pour permettre le débattenent de cette biellette correspondant aux plus hautes températures susceptibles de régner dans le canal de post-combustion. La noix 17 est montée dans une chape 19,analogue aux 4-0 chapes 11 et 11a, soudée sur l'anneau brûleur 4; la chape 18 est S 71 01683 7 2122308 montée pivotante dans la chape 8a. Chacune des deux noix 17 et 18 de chaque biellette 16 tourne donc dans sa chape respective de façon que les axes 16a et 16b soient constamment orthogonaux au mouvement du point d'articulation de cette biellette sur la 5 rampe 2, qui se dilate du fait de sa montée en température. L'enclume annulaire 3 a, comme on l'a déjà indiqué, une section en U dont la surface active de pulvérisation,constituée par la base de l'U, forme un anneau plat parallèle au plan moyen de la rampe 2 qui lui fait vis à vis. Cet anneau 10 plat est percé, en regard de chacun des points C,D,E,F,G,H,I,J et K, d'une ouverture 20 livrant passage à une biellette 21 qui est articulée à son extrémité aval autour d'un axe 21a supporté par la chape 8b, et à son extrémité amont autour d'un axe 21b supporté par deux équerres 22 soudées à l'intérieur de 15 l'enclume 3« Les axes 21a et 21b sont maintenus en place, respectivement, par des goupilles traversantes 23, 25, elles-mêmes immobilisées par des points de soudure 24 (figures 6 et 7)• La figure 8 montre une variante dans laquelle les raccords 8 situés aux points J et K ne sont pas reliés par des 20 bielieutes telles que 16 à l'anneau brûleur 4, mais supportent néanmoins l'axe d'articulation 21a d'une biellette 21 faisant partie des biellettes qui supportent l'enclume 3« Dans cette variante, la rampe d'injection 2 n'est donc reliée à l'anneau brûleur 4 que par les deux biellettes 10, 12 et trois paires 25 de biellettes 16. Dans un autre mode de réalisation, les points tels que B, C, D, E, F, G, H, I, J et K pourraient être situés aux dix sommets d'un polygone régulier, les points diamétralement opposés B et C étant bien entendu situés dans le plan diamétral 30 p contenant le point A. Dans le mode de réalisation représenté, les points A, B et C sont alignés. Cependant, le tronçon de canalisation 5 pourrait être déporté vers l'amont ou vers l'aval du canal de post-combustion, pourvu que les points B et C soient situés, au 35 montage, dans le plan axial P contenant le point A. Le tronçon de canalisation en "col de canard" pourrait aussi être remplacé (figure 9) par un tronçon 5' bifurqué en V, le raccord de traversée de cloison 5'"k étant un raccord en Y et les deux branches du tronçon 5* étant raccordées res— 40 pectivement à la rampe d'injection 2 par deux raccords 5'a et % • 71 01683 8 2122308 5'b disposés symétriquement par rapport au plan axial de la rampe passant au milieu du raccord 5'h. Le tronçon 5' pourrait aussi être déporté vers l'amont ou vers l'aval comme le montre la figure 9a. * Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'on pourrait les modifier notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. 71 01683 9 2122308 REVENDICATIONS 1. Dispositif de fixation, dans une chambre de combustion, d'une rampe d'injection reliée à la paroi de ladite chambre par un tronçon de tuyauterie, comprenant une tringle- 5 rie articulée reliant la rampe à une structure de référence située à l'intérieur de la chambre, ladite tringlerie étant articulée de façon à autoriser la ranpe à se déplacer parallèlement à elle-même en maintenant deux points de celle-ci dans un plan axial de la chambre contenant le point de traver-10 sée de ladite paroi par le tronçon de tuyauterie. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le tronçon de tuyauterie est raccordé à la rampe par un ou plusieurs raccords décalés transversalement par rapport au point de traversée de cloison, c'est-à-dire situés en dehors 15 du plan axial contenant ce point. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le ou les raccords sont décalés axialement par rapport à ce point. 4. Dispositif selon une quelconque des revendica-20 tions précédentes, dans lequel la tringlerie comprend deux biellettes reliant respectivement à la structure de référence les deux points de la rampe situés dans le plan axial contenant le point de traversée de paroi, et articulées chacune à ^ autour VI chaque extrémité/d'un axe perpendiculaire à ce plan, et plu-25 sieurs paires de biellettes disposées symétriquement par rapport audit plan et articulées à rotule ou à cardan sur la rampe et sur la structure de référence. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les biellettes sont montées parallèlement à l'axe de la cham- 30 bre de combustion. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications 3 ou 4 dans lequel, la rampe étant circulaire, les points d'articulation sur celle-ci des biellettes articulées à rotule ou à cardan forment, avec un des points de ladite rampe situés 35 dans le plan précité, les sonr.:ets d'un polygone régulier ayant un nombre de côtés impair. 7. Dispositif selon une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel, la rampe étant circulaire, les points d'articulation sur celle-ci des biellettes articulées 40 à rotule ou à cardan forment, avec les deux points de ladite 71 01683 10 2122308 rampe situés dans le plan précité, un polygone régulier ayant un nombre pair de côtés. 8. Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la structure de référence est un stabilisateur de flamme tel qu'un anneau brûleur. 9. Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la rampe sert elle-même de support à un organe de la chambre de combustion, tel qu'une enclume de pulvérisation, étant reliée à cet effet audit organe par d'autres biellettes articulées sur cet organe et sur la rampe autour d'axes disposés tangentiellement.