Brevet FR2149287A1 — publié le 19730330

La présente invention est relative aux chambres de combustion pour moteurs d turbine à gaz et elle vise à réaliser une chambre de combustion sous une forme pratique. Une chambre de combustion suivant l'invention comprend un premier tube en matière céramique présentant une ouverture aux deux extrémités, l'une de ces ouvertures formant une entrée de la chambre de combustion, un déflecteur disposé dans l'entrée et adapté pour diriger de l'air pénétrant dans l'entrée contre la paroi du premier tube, un second tube aligné axialement avec le premier et espacé de son extrémité située à ltopposé de l'entrée, ce second tube présentant une ouverture formant la sortie de la chambre de combustion à son extrémité située à l'opposé de l'entrée, plusieurs passages pour l'air prévus dans la paroi du second tube, et un dispositif de serrage coopérant avec les deux tubes et destiné à maintenir ceux-ci alignés et espacés l'un de l'autre, ce dispositif de serrage permettant la dilatation différentielle entre le dispositif de serrage et les tubes, sans exercer des contraintes excessives sur ces derniers. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que des dessins annexés dans lesquels la Fig. I est une vue en perspective d'une chambre de combus tion, suivant l'invention ; la Fig. 2 est une vue en coupe partielle de la chambre de combustion, suivant la ligne 2-2 de la Fig. I ; et les Fig. 3 et 4 sont des vues en coupe longitudinale de variantes de réalisation d'une chambre de combustion suivant l'invention. La chambre de combustion représentée aux Fig. I et 2 comprend deux tubes IO et Il qui sont alignés axialement. Des ouvertures I2 et 13 aux extrémités des tubes IO, II forment une entrée et une sortie de la chambre de combustion. Le tube IO est composé de quatre sections identiques T4 en quart de cercle. Chacune des sections I4 est pourvue de deux pattes de I5 dirigées vers l'exté- rieur. Les paires de pattes T5 adjacentes sont serrées par des dispositifs de serrage 56 afin d'appliquer les sections I4 l'une contre l'autre.Les dispositifs de serrage I6 comportent des pipées de serrage opposées I6a, I6b qui sont fixées à des barres . 7. Celles-ci s'étendent parallèlement à l'axe de la chambre de com bustion. Les pièces de serrage IGa, I6b sont également fixées sur un anneau I? s'étendant tout autour du tube TO. Le tube II est composé, de manière semblable, de quatre sections identiques 19 en quart de cercle, qui sont fixées les unes aux autres par des dispositifs de serrage 20 comprenant des pièces de serrage 20a, 20b. Ces dernières sont également fixées aux barres I7, pour que les tubes I0, Il soient maintenus à une certaine distance axiale l'un de l'autre en délimitant entre eux un intervalle annulaire 2I. Les extrémités des barres 17 situées proche des dispositifs de serrage 20 sont fixées à un anneau 22 qui entoure le tube IT. Les extrémités cpposées des barres 17 sont pourvues d'oreilles au moyen desquelles la chambre de combustion peut être montée dans un ensemble de support d'une mani ère qui va être décrite dans la suite. Les tubes I0 et TT de la chambre de combustion sont en matière céramique, de préférence en nitrure de silicium, tandis que les dispositifs de serrage I6, 20, les barres I7 et les anneaux 8, 22 sont en métal, de préférence en un alliage nimonique. Aux températures de fonctionnement de la chambre de combustion, la différence de dilatation entre les parties céramiques et les parties métalliques est considérable. Comme représenté sur Fig. 2, les faces opposées I5a, I5b des pattes I5 sont conformées pour svoir ensemble la forme d'un con. Les faces correspondantes des pièces de serrage I6a, 16b définissent un angle inclus qui est égal à l'angle inclus des faces I5a, I5b. Une augmentation de température provoque une dilatation radiale de l'anneau I8 qui est supérieure à celle du tube TO. De manière semblable, la dilatation transversale des pièces de serrage I6a, I6b et de la barre I7 est supérieure à celle des pattes I5 correspondantes. L'angle inclus des faces I5a, I5b est défini par la différence entre les dilatations respectivement radiale et transversales des parties métalliques et des parties céramiques.Donc, par suite de la dilatation, un point sur la face interne dtune pièce de serrage 16a ou t6b se déplace, par rapport à la patte I5 adjacente, suivant une trajectoire définie par l'angle inclus mentionné ci-dessus. Les dispositifs de serrage I6 restent donc fermement appliqués sur les pattes 15, tout en permettant la dilatation différentielle des diverses parties. De fa çon analogue, les dispositifs de serrage 20 restent fermement appliqués sur les pattes des sections 19 du tube II, en permettant également la dilatation différentielle. Les sections I9 sont pourvues d'ouvertures 23, et un anneau déflecteur de céramique (non représenté) est supporté d'une manière décrite par la suite dans l'entrée I2. La variante de réalisation d'une chambre de combustion représentée à la Fig. 3 comprend un premier tube 30 et un second tube 31 qui est aligné axialement avec lui, à peu près comme décrit ci-dessus. Le tube 30 est composé d'un certain nombre d'anneaux céramiques tronconiques 32 qui sont alignés les uns avec les autres. Deux anneaux en céramique 33, 34 disposés aux extrémités du tube 30 sont adaptés pour coopérer avec des bagues de serrage en métal 35, 36. Les anneaux de serrage métalliques 35, 36 sont appliqués contre les anneaux en céramique 33, 34, et sont tirés l'un vers l'autre au moyen de tirants filetés 37 qui sont équiangulairement espacés autour de la périphérie du tube 30. Les surfaces correspondantes des anneaux en céramique 33, 34 et des anneaux de serrage 35, 36 sont tronconiques. Les angles de conicité de ces surfaces correspondantes sont tels que, malgré la dilatation radiale différentielle des anneaux céramiques 32, 33, 34 et des anneaux de serrage 35, 36, et malgré la dilatation axiale différentielle des anneaux céramiques et des tirants 37, une force de serrage constante puisse être maintenue aux températures élevées, à peu près comme décrit relativement aux Fig. I et 2. Les sommets des cônes cofncidant avec l'axe des anneaux 35, 36. Le tube 31 est pourvu de pattes 38 servant à le fixer sur les tirants 37 ; le tube 3I est maintenu à une certaine distance du tube 30 au moyen de bagues-entretoises 39 disposées sur les tirants 37. Le tube 31 est pourvu de plusieurs ouvertures 40 équian gulairement espacées et un déflecteur en céramique (non représenté) est monté dans la chambre de combustion, à l'extrémité située près de l'anneau de serrage 35. Ce dernier porte des oreilles 41 au moyen desquelles la chambre de combustion peut être montée dans un ensemble de support, d'une manière décrite ci-après relativement bla Fig. 4. La Fig. 4 montre une autre variante de réalisation d'une chambre de combustion comprenant, comme dans les exemples précédents, deux tubes 45, 46 qui sont espacés l'un de 1'autre et qui sont alignés axialement. Le tube 45 comprend un élément tubulaire 47 en céramique présentant un rebord 48 dirigé vers l'extérieur. Ce rebord 48 présente deux surfaces tronconiques coaxiales 49, 50. Le rebord 48 est maintenu entre deux anneaux de serrage métalliques 51, 52 qui présentent chacun des surfaces tronconiques appliquées contre les surfaces 49, 50. Les angles inclus des surfaces tronconiques des anneaux 51, 52 sont égaux aux angles inclus des surfaces 49, 50 correspondantes, les sommets des cônes colncidant les uns avec les autres ainsi qu'avec l'axe de l'élément tubulaire 47. La dimension axiale de l'anneau 5I à l'intérieur de l'anneau 52 est inférieure à la dimension axiale de l'anneau 52 lui-meme. Pendant la dilatation par conséquent, la face de serrage de l'anneau 52 s'écarte par conséquent de la face de serrage de l'anneau 51. La dilatation radiale des anneaux 51, 52 est supérieure à celle de l'élément tubulaire céramique 47. Les angles inclus des surfaces de serrage tronconiques sont tels que les anneaux 5I, 52 maintiennent leur rebord 48 serré entre eux avec une force constante, à peu près comme décrit relativement aux exemples des Fig. I à 3. Le tube 46 comprend un élément tubulaire 53 en céramique-qui est fixé au moyen d'anneaux de serrage 54, 55, comme décrit précédemment. Les anneaux 52, 55 sont fixés l'un à l'autre au moyen d'un cylindre constitué par une grille en métal du type "métal déployé", comme celui disponible dans le commerce sous la désignation de "Expamet". L'élément tubulaire 5' est pourvu de plusieurs ouvertures 56 prévues à égale distance les unes des autres. Un déflecteur 57 en céramique est monté dans l'anneau 55. Ce déflecteur 57 est serré sur un support métallique 58 au moyen d'un dispositif permettant la dilatation différentielle, de la façon décrite ci-dessus. Le support 58 est fixé sur l'anneau 51 au moyen de plusieurs tubes 59 s'étendant radialement vers l'extérieur et pouvant coulisser sur des tiges 60, s'étendant radialement vers l'intérieur et fixées sur l'anneau 5I. Des pattes 66 sont fixées sur l'anneau 51 et servent au montage de la chambre de combustion sur une plaque d'extrémité 6I qui fait partie d'un ensemble de support, désigné par 62.-- L'ensemble 62 délimite un espace annulaire 63 tout autour de la chambre de combustion. Dans chacun des exemples décrits, une matière appropriée pour former des joints peut être interposée entre les surfaces correspondantes des parties en céramique et des parties métalliques. Une telle matière est disponible dans le commerce sous la désignation "Fibrefax" et 'tKao-Wool". Le fonctionnement d'une chambre de combustion suivant l1in- vention est décrit ci-après relativement à la Fig.4, étant entendu que les chambres de combustion suivant les autres exemples fonctionnent de façon analogue. Un dispositif de pulvérisation de carburant 64 est monté axialement dans le déflecteur 57. De l'air sous pression est envoyé dans l'espace annulaire 63 et passe entre le déflecteur 57 et l'élément tubulaire 47. De l'air pénètre également dans la chambre de combustion 9 travers l'intervalle entre le premier et le second tubes. Les courants d'air provoquent ensemble des tourbillons dans le premier tube 45, tourbillons dans lesquels se produit la combustion. Les gaz traversant le second tube 46 sont dilués par l'air traversant les ouvertures 56. R E V w N n I C A T I û N S Chambre de ccmbustion pour moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend un premier tube en matière céramique présentant une ouverture aux deux extrémités, l'une de ces ouvertures formant une entrée de la chambre de combustion, un déflecteur disposé dans l'entrée et adapté pour diriger de l'air Fénétrant dans l'entrée contre la paroi du premier tube, un second tube aligné axialement avec le premier et espacé de son extrémité située à l'opposé de l'entrée, plusieurs passages pour l'air dans la paroi du second tube, et des dispositifs de serrage appliqués sur les deux tubes et destinés à maintenir ceux-ci alignés et espacés l'un de l'autre, ces dispositifs de serrage permettant la dilatation différentielle entre les dispositifs de serrage et les tubes, sans exercer de contraintes excessives sur ces derniers. 2. Chambre de combustion suivant la revendication T, caractérisée en ce que le premier tube est constitué rar plusieurs sections courbes fixées les unes aux autres. 3. Chambre de combustion suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le premier tube comprend quatre sections en quart de cercle qui sont à peu près identiques. 4. Chambre de combustion suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que les dites sections presen- tent des paires de pattes dirigées vers l'extérieur, chaque patte s'appliquant contre une patte d'une secticn adjacente. 5. Chambre ce combustion suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les surfaces opposées de paires de pattes rp-- quées l'une contre l'autre délimite un coin dont le sommet est 4 > - rigé vers l'intérieur de la chambre de combustion. 6. Chambre de combustion suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif de serrage comprend des paires de pices serrées contre des paires de pattes, et plusieurs éléments s'étendant axialement et fixés chacun auxdites paires de pièces de serrage ainsi qu'au second tube. 7. Chambre de combustion suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif de serrage comprend en outre un anneau de support fixé auxdites pièces de serrage et entourant le premier tube. F. Chambre de combustion suivant l'une quelconque des revendications ' et 7, carne'ér-séc en co que le second tube est en ma tière céramique et est constitué par plusieurs sections courbes fixées les unes aux autres par ledit dispositif de serrage. 9. Chambre de combustion suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le nombre de sections du second tube est égal au nombre de sections du premier tube. 10. Chambre de combustion suivant l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que les sections du second tube comprennent des paires de pattes dirigées vers l'extérieur, chaque patte étant appliquée contre une patte d'une section adjacente. Il. Chambre de combustion suivant la revendication I0, caractérisée en ce que les surfaces éloignées depsaires de pattes appliquées l'une contre l'autre forment un coin dont le sommet est dirigé vers l'intérieur de la chambre de combustion. I2. Chambre de combustion suivant la revendication II, caractérisée en ce que les dispositifs de serrage comprennent des paires de pièces serrées contre des paires de pattes du second tube, et fixées aux dits éléments s'étendant axialement. I3. Chambre de combustion suivant la revendication II, caractérisée en ce que les dispositifs de serrage comprennent en outre un anneau fixé sur les éléments s'étendant axialement et entourant le second tube. I4. Chambre de combustion suivant la revendication I, caractérisée en ce que le premier tube est constitué par plusieurs anneaux tronconiques alignés axialement qui sont appliqués les uns contre les autres par un dispositif de fixation. I5. Chambre de combustion suivant la revendication I4, caractérisée en ce que le premier tube comprend, à l'une de ses extrémités, un anneau présentant une première surface tronconique ap pliquée contre la surface d'un anneau tronconique adjacent, et une seconde surface tronconique dont le sommet est orienté suivant l'axe de la chambre de combustion, mais contrairement à l'orientation des sommets desdits anneaux tronconiques. I6. Chambre de combustion suivant l'une quelconque des revendications I4 et 15, caractérisée en ce que le dispositif de fixation comprend deux anneaux de serrage appliqués chacun contre les anneaux drextrémité du premier tube, et un dispositif tirant les anneaux de serrage l'un vers l'autre. 17. Chambre de combustion suivant la revendication I6, caractérisée en ce que le dispositif de fixation constitue une partie dudit dispositif de serrage, le dispositif destiné à tirer les anneaux de serrage l'un vers l'autre comprenant plusieurs tirants qui sont également fixés au second tube. I8. Chambre de combustion suivant la revendication I, caractérisée en ce que le premier tube oomprend un rebord présentant deux surfaces tronconiques à peu près coaxiales dont les sommets coincident à peu près l'un avec l'autre ainsi qu'avec l'axe de la chambre de combustion, le dispositif de serrage comprenant un priez mier et un second anneasKqui sont coaxiaux au premier tube et qui présentent des surfaces tronconiques dont les angles inclus sont à peu près égaux aux angles inclus des surfaces correspondantes du rebord, et un dispositif fixant les anneaux ensemble. I9. Chambre d combustion suivant la revendication I8, caractérisée en ce que le dispositif de serrage comprend une tôle perforée à peu près cylindrique qui entoure les tubes, cette tô- le étant fixée à l'un desdits anneaux et supportant le second tube. 20. Chambre de combustion suivant l'une quelconque des revendications I8 et I9, caractérisée en ce que le second tube est en matière céramique et comprend un rebord présentant deux surfaces tronconiques à peu près coaxiales dont les sommets cotncident à peu près l'un avec l'autre ainsi qu'avec l'axe de la chambre de combustion, le dispositif de serrage comprenant un troisième et un quatrième anneautqui sont coaxiaux avec le second tube qui présentent des surfaces tronconiques dont les angles inclus sont à peu près égaux aux angles inclus des surfaces du rebord correspondant, et un dispositif pour fixer le troisième et le quatrième anneau l'un à l'autre. 21. Chambre de combustion suivant la revendication 20,caractérisée en ce que la matière céramique est le nitrure de silicium. 22. Chambre de combustion suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier tube est en nitrure de silicium. 23. Chambre de combustion suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le déflecteur est en matière céramique.