Brevet FR2254720A1 — publié le 19750711

La présente invention se rapporte à un tube de flamme pour moteur à turbine à gaz. Suivant l'invention, il est prévu un tube de flamme pour un moteur à turbine à gaz qui est au moins en partie formé par plusieurs anneaux céramiques, lesdits anneaux étant composés de plusieurs carreaux céramiques. De préférence ces carreaux céramiques sont formés de nitrure de silicium. Avantageusement les carreaux sont positionnés à l'aide dlune liaison à rainure et languette entre les carreaux et un carter entourant lesdits carreaux. Dans un mode de réalisation, la liaison à rainure et languette est disposée sur un axe des canaux ou bien, dans un autre mode de réalisation, la liaison à rainure et languette est décalée par rapport à l'axe des carreaux. Cependant dans une disposition préférée, les carreau: sont pourvus de languettes à leurs extrémités et des languettes jointives de carreaux périphériquement adjacents s'engagent dans des partiesdlfférentes de la même rainure. Il est préférable d'agencer les rainures de façon qu'elles soient délimités par des plaques métalliques profilées qui sont fixées sur une surface intérieure dudit carter. Il est très avantageux que les anneaux céramiques soient disposés côte à côte dans une rangée s 'étendant dans le sens longitudinal du tube de flamme de manière que les carreaux d'anneaux respectifs soient situés dans des rangées alignées longitudinalement et il est prévu entre le carter et une extrémité de cette ragée de carreaux des butées ainsi que des moyens de blocage servant à pousser chaque rangée de carreaux contre sa butée respective. L'invention est en particulier applicable à des tubes de flamme de forme annulaire dans lesquels il est prévu des rangées-radialement intérieures et extérieures d'anneaux céramiques formés de carreaux. Dans un tel tube annulaire, on peut prévoir deux anneaux formés de carreaux céramiques ayant la forme d'une moitié d U et qui relient entre elles les rangées intérieure et extérieure de carreaux céramiques à une extrémité au moins certains des carreaux céramiques ayant une forme de moitié de U étant pourvus d'évidements alignés afin de délimiter des trous destinés à recevoir des buses d'atomisation de carburant qui ont le plus avantageusement possible une forme permettant d'obtenir un pulvérisat en éventail. Les carreaux céramiques ayant la forme de moitié de U peuvent être positionnés par les moyens de blocage utilisés pour positionner les rangées de carreaux, chaque moyen de blocage étant agencé pour positionner une rangée intérieure de carreaux et une rangée extérieure correspondante de carreaux. De préférence, chaque butée et le carreau correspondant comportent des surfaces mutuellement en contact qui sont situées sur des droites partant d'un seul point de l'axe du tube de flamme annulaire de manière qu'un mouvement longitudinal relatif entre la rangée de carreaux et le carter fasse glisser les surfaces l'une sur l'autre afin que la force de blocage exercée sur la rangée de carreaux soit maintenue essentiellement constante. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, les rangées intérieures et extérieures de carreaux sont reliées entre elles à une extrémité par un anneau céramique pourvu d'une série de trous répartis à intervalle angulaire et destinés à recevoir des buses d'atomisation de carburant. A l'extrémité opposée des rangées extérieures de carreaux, on peut prévoir un autre anneau céramique présentant une surface intérieure incurvée définissant la paroi extérieure d'un orifice annulaire de sortie et un moyen de blocage agit sur l'autre anneau céramique de façon à l'appliquer contre les rangées extérieures de carreaux. A l'extrémité opposée des rangées intérieures de carreaux une des butées peut être constituée par un anneau céramique composite pourvu d'un évidement dirigé vers l'intérieur et s'engageant autour d'un rebord annulaire d'une paroi intérieure du carter, la butée prévue sur ledit anneau comportant une surface tronconique entrant en contact avec les carreaux et dont le sommet imaginaire est situé en un point de l'axe du tube de flamme qui est placé dans un plan passant par les sur faces mutuellement en contact de l'anneau céramique évidé et des carreaux adjacents des rangées intérieures, les moyens de blocage des rangées intérieures de carreaux agissant sur ceux-ci par l'intermédiaire dudit anneau céramique évidé. De préférence également, les moyens de blocage des rangées extérieures dè carreaux comprennent un élément présentant une surface-tronconiquer qui entre en contact avec une surface correspondante dudit autre anneau céramique, la surface tronconique comportant un sommet imagina-ire qui est placé en un point de l'axe du tube de flamme qui est situé dans un plan passant par les surfaces mutuellement en contact des butées et des carreaux adjacents des rangées extérieures. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d t exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale d'une partie d'un tube de flamme annulaire suivant -l'invention, la figure 2 est une vue d'une partie du tube de flamme de la figure 1 suivant la flèche A de cette figure, la figure 3 est une vue similaire de la figure 2 et montrant une variante d'un tube de flamme suivant l'invention, la figure 4 est une e en bout partiellement évidée montrant une partie d'un.autre tube de flamme annulaire suivant l'invention, la figure 5 est une section droite faite suivant la ligne B-B de la figure 4, et la figure est une section droite, similaire à la figure 5, d'une autre partie du tube de flamme En référence aux figures 1 et 2, le tubè de flamme comprend plusieurs anneaux radialement intérieurs et extérieurs 10 et il en-nitrure de silicium qui sont chacun formés de plusieurs carreaux 12 et 13. Les anneaux intérieurs et extérieurs Je et il sont montés respectivement sur'des parois intérieures et extérieures 14, 15 d'un carter de manière que les anneaux intérieur et extérieur 10, 11 délimitent des rangées intérieures et extérieures-,situées côte à côte et s'étendant dans le sens longitudinal du tube de flamme afin que les carreaux 12 et 13 des rangées respectives soient situés dans des rangées longitudinalement alignées.Comme le montre la figure 2, chaque carreau 12, 13 est pourvu d'une languette respective i6, 17 engagée dans une rainure longitudinale correspondante 18, 19. La disposition est telle que chaque rangée de carreaux intérieur 12 d'une rainure particulière 18 est poussée en direction d'une butée 20 de la paroi intérieure 14 du carter par un étrier 21 qui sert également à pousser une rangée extérieure correspondante de carreaux 13 se trouvant dans une rainure particulière 19 contre une butée correspondante 22 de la paroi extérieure de carter 15. Chaque étrier 21 agit sur les rangées respectives de carreaux 12 et 13 par l'intermédiaire de deux carreaux intérieur et extérieur 23, 24 ayant une forme de demi-U et pourvus respectivement de languettes 25, 26 qui sont engagées dans les rainurés respectives 18, 19. Chaque étrier 21 est fixé sur un manchon 27 fileté extérieurement par l'intermédiaire d'un pivot 28.Le mancnon 27 coopère avec un fourreau 29 fileté intérieurement et qui peut être tourné par rapport aux carters 14 et 15 afin de produire un déplacement relatif de l'étrier 21. Chaque manchon 27 reçoit un ensemble de buses d'atomisation de carburant 30 qui pénètredans le tube de flamme au travers d'une ouverture 31 délimitée par deux évidements alignés ménagés dans les carreaux respectifs 25 et 24. Chaque ensemble de buses 30 est agencé pour produire en service un pulvérisat de carburant en forme d'éventail à l'intérieur du tube de flamme. Les-carreaux 13 de l'anneau 11 adjacent à la butée 22 ont chacun une forme de U de manière à délimiter un orifice annulaire de sortie 32 pour le tube de flamme. Comme le montre la figure 1, chaque carreau 13 en forme de U et sa butée correspondante 22- sont en contact l'un avec l'autre le long de surfaces qui sont inclinées par rapport à un rayon du tube de flamme. L'agencement des surfaces mutuellement en contact est tel qu'un mouvement relatif entre les carters 15 et une rangée longitudinale particulière de carreaux 13 fasse glisser lesdites surfaces de contact mutuel l'une par rapport à l'autre afin que la force de blocage exercée par l'étrier 21 soit maintenue essentiellement conStante pendant les conditions de travail existant dans le tube de flamme.Un tel effet est obtenu en plaçant les surfaces de contact mutuel de chaque carreau 13 et de sa butée correspondante 22 dans le même plan que les surfaces de contact mutuel du carreau d'extrémité 12 de la rangée intérieure opposée et de la butée correspondante 20, en plaçant les surfaces de contact d'étrier des languettes 25 et 26 de chaque rangée dans le meme plan et en disposant les deux plans précités correspondant à une rangée particulière de manière qu'ils se coupent sur l'axe de la chambre de combustion annulaire. De cette manière, les surfaces entre les carreaux 13 et les butées 22, les carreaux 12 et les butées 20 et entre les carreaux 12 et 13 et les étriers 21 sont toutes situées sur des droites partant d'un seul point de l'axe du tube de flamme. Comme le montre la figure 2, chaque carreau intérieur 12 a une forme essentiellement plane et s' appuie par ses extrémités sur des saillies chanfreinées 33 s'étendant à partir de la paroi intérieure de carter 14. Chaque saillie 33 est partagée par les extrémités adjacentes de deux carreaux jointifs 12. Chaque carreau extérieur 13 est pourvu d'extrémités 34 vevant buter contre la surface interne de la paroi de carter 15 de manière que le carreau 13 soit maintenu en position par l'extrémité 34 et la languette 17 qui est placée sur l'axe du carreau 13. Sur la figure 3 on a représenté une variante de carreaux des figures 1 et 2 sur la figure 3, chaque carreau intérieur 112 est formé de nitrure de silicium et comporte une languette 116 qui est engagée dans une rainure longitudinale 118 d'une paroi intérieure de carter 114 de la mdme manière que les carreaux intérieurs 112 du mode de réalisation des figures 1 et 2. Cependant dans ce mode de réalisation, la languette 116 est excentrée par rapport à l'axe de chaque carreau 112 et il n'est prévu qu'unie seule saillie 133 pour supporter une extrémité du carreau 112. La saillie 133 est en contact avec l'ex extrémité du carreau 112 qui est la plus rapprochée de la languette 116.L'extrémité opposée de chaque carreau 112 est chanfreinée et est en contact avec une extrémité chanfreinée correspondante d'un carreau adjacent 112 amont l'autre extrémité s'appuie contre une autre saillie 133. De la même manière que les carreaux 112, chaque carreau extérieur 1-13 est formé de nitrure de silicium et est pourvu d'une languette 117 qui s'engage dans une rainure longitudinale 119 ménagée dans une paroi extérieure de carter 115. Une extrémité 135 de chaque carreau 113 s'applique contre une saillie 136 de la paroi de carter 115. L'extrémité opposée 137 de chaque carreau 133 est plus éloignée de la languette 117 que l'extrémité 135 et elle est chanfreinée de manière à venir buter contre l'extrémité 135 d'un carreau adjacent, l'extrémité 135 de chaque carreau 113 étant également chanfreinée en correspondance. Mises à part les differences décrites ci-dessus, le tube de flamme représenté sur la figure 3 a la même structure que celui décrit en référence aux figures 1 et 2. En ce qui concerne le mode de réalisation de la figure 3, on voit que les carreaux 112 et 113 sont des carreaux flottants du- fait qu'ils peuvent pivoter autour de leur liaison respective à languette et rainure. On estime que cette forme de construction permet d'absorber une dilatation et une contraction radiales des parois de carter 114 et 115 d'une meilleure façon que la structure de carreaux représentés sur les figures 1 et 2.La raison de l'excentrement des languettes 116 et 117 par rapport à l'axe des carreaux respectifs 112 et 113 est que les carreaux ont moins de risque de basculer--- autour de leur point de pivotement en cours d'usage puisqu'une différence de pression qui existe toujours entre les parties avant et arrière des carreaux oblige ces derniers à prendre une position correspondant aux parties différentielles de carreaux se trouvant sur les côtés opposés de l'axe de pivotement de chaque carreau. Le tube de flamme représenté sur-les figures 4 à 6 est similaire à celui des figures 1 à 3 en ce qu'il est prévu des rangées intérieure et extérieure de carreaux 212 et 213 en niture de silicium dans des positions adjacentes aux parois intérieure et extérieure de carters 214 et 215. Comme le montre la figuré 4, les carreaux 216 et 217 sont disposés entre les parois de carters 214, 215 de manière que les languettes 216, 217 s'engagent dans dés rainures correspondantes 218, 219. Les languettes adjacentes 216, 217 de carreaux périphériquement adjacents 212, 213 sont disposées dans les parties différentes de la même rainure 218, 219. Il en résulte que chaque carreau 212, 213 est étroitement appliqué contre le carreau périphériquement adjacent. Comme dans le cas des tubes de flamme des figures 1 et 2 et de la figure 3, les carreaux de chaque rangée sont engagées dans les mêmes rainures. Les rainures 218, 219 sont délimitées par des bandes métalliques 220, 221 ayant une forme de canal, lesdites bandes 220, 221 étant fixées sur les parois respectives 214, 215. A une extrémité des rangées de carreaux 212, 213, il est prévu un anneau céramique 222 qui a une section droite en forme de C et qui est pourvu de plusieurs trous 223 répartis angulairement (et dont un seul est' visible sur la figure 6). Chaque trou 223 reçoit une buse d'atomisation de carburant 224 (dont une Seule est représentée) qui est agencée pour produire un puivérisat aplati en.forme d'éventail. L'anneau céramique 222 est-maintenu en position par une plaque d'extrémité 225 par l'intermédiaire de plusieurs éléments porteurs 226 (dont un seul est visible sur la figure 6).Le plateau d'extrémité 225 sert à relier entre elles les parois intérieure et extérieure 214, 215 du carter et il est fixé par des boulons respectifs 227, 228 de manière que la pression exercée sur l'anneau céramique 222 par les éléments porteurs 226 puisse être modifié par un réglage approprié desdits boulons 227. L'anneau 222 et les carreaux adjacents peuvent coulisser les uns par rapport aux autres. L'extrémité extérieure de I'anneau.céramique 222 vient buter contre les surfaces, tournées vers l'intérieur de carreaux extérieurs adjacents 213 tandis que l'extrémité intérieure dey'anneau 222 vient buter contre les extrémités adjacentes de carreaux intérieurs adjacents 212, la surface de contact s'étendant sur une zone annulaire située dans un plan P qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal du tube de flamme annulaire. Certains des carreaux extérieurs 213 adjacents à l'anneau 222 viennent buter contre des épaulements respectifs 229 (dont un seul est visible sur la figure 5). Le contact entre les carreaux 213 et les butées 229 s'établit dans un plan Q qui est orienté perpendiculairement à l'axe longitudinal du tube de flamme. A l'extrémité opposée de la rangée extérieure de carreaux 213, il est prévu un autre anneau céramique 230 qui définit la paroi extérieure d'un orifice annulaire 231 de sortie de la chambre de combustion. L'anneau céramique 230 est appliqué, dans une zone adjacente à sa périphérie extérieure, contre des extrémités adjacentes de carreaux adjacents 213. Sur le côté de l'anneau 230 qui est opposé aux carreaux 213, cet anneau est pourvu d'une surface tronconique 231 qui est en contact avec une surface tronconique correspondante 232 prévue sur une bague métallique 233. Les deux surfaces 231 et 232 sont appliquées l'une contre l'autre à l'aide d'une série de vis de réglage 234 (dont une seule est visible sur la figure 6) en contact avec une bague 233 et montées dans une plaque d'extrémité 235 qui est disposée à l'extrémité du tube de flamme qui est opposé à la plaque 225.La plaque d'extrémité 235 est fixée par des boulons 236 (dont un seul est visible sur la figure 5) sur la paroi extérieure de carter 215. L'agencement des surfaces tronconiques 231 et 232 est choisi de manière que leurs sommets imaginaires soient situés sur l'axe longitudinal du tube de flamme dans le plan Q. La paroi intérieure de carter 214 est pourvue d'un rebord annulaire 237 à une extrémité éloignée de l'anneau céramique 222. Le rebord 237 est engagé dans un évidement annulaire 238 ménagé dans un anneau céramique composite 239. L'anneau composite 239 est formé de deux moitiés permettant sa mise en place autour du rebord 237. L'anneau composite a une forme annulaire et est pourvu d'une surface tronconique 240 qui est en contact avec des extrémités chanfreinées de carreaux intérieurs adjacents 212. La surface tronconique 240 est agencée de manière que son sommet imaginaire soit situé sur l'axe longitudinal du tube de flamme dans le plan P. L'agencement des surfaces de contact mutuel 2xi1, 232 et 239, 240 par rapport aux plans P et Q fait en sorte qu'une dilatation et une contraction radiales relatives des parois du carter par rapport aux carreaux céramiques soient absorbées avec un minimum de risque de fracture des carreaux. Les types de construction de tubes de flamme décrits ci-dessus présentent l'avantage de limiter l'effet de gradients de température à la fois dans le sens longitudinal et dans le sens périphérique du tube de flamme. Cette action est imputable à la prévision de plusieurs carreaux céramiques individuels dans le tube de flamme. REVENDICATIONS 1. Tube'de flamme pour moteur -à turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il est formé au moins en partie de plusieurs anneaux céramiques qui sont chacun composés de plusieurs carreaux céramiques. 2, Tube de flamme suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les carreaux céramiques sont formés de nitrure de silicium. 3. Tube de flamme suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les carreaux sont maintenus en posi tion par une liaison à languette et rainure établie entre les carreaux et le carter entourant lesdits carreaux. 4. Tube de flamme suivant la revendication 3, caractérisé en ce- que la liaison- à rainure et languette est située sur un axe des carreaux. 5. Tube de flamme suivant la revendication 3, caractérisé -en ce que la liaison à rainure et languette est excentrée par rapport à l'axe des carreaux. 6. Tube.de flamme suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les carreaux sont pourvus à leurs extrémités de languettes et en ce que les languettes jointives de carreaux périphériquement adjacents s'engagent dans des parties différentes de la même rainure. 7. Tube de flamme suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les rainures sont délimitées par des plaques métalliques profilées qui sont fixées sur une surface intérieure dudit carter. 8. .Tube de flamme suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les anneaux céramiques sont disposés côte à côte dans une rangée s'étendant dans la direction longitudinale du tube de flamme de manière que les carreaux d'anneaux respectifs soient situés dans des rangées longitudinalement alignées, des butées étant prévues entre le carter et une extrémité de chaque rangée de carreaux et des moyens de blocage servant à pousser chaque rangée de carreaux contre sa butée respective. 9. Tube de flamme suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il a une forme annulaire et en ce qu'il est prévu des rangées radiales intérieures et extérieures d'anneaux céramiques formés de carreaux. 10. Tube de flamme suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est prévu deux anneaux de carreaux céramiques ayant une forme de demi-U de manière à relier entre elles les rangées intérieure et extérieure de carreaux céramiaues à une - - certains extremlte, au moins/des carreaux ceramiques en norme de demi-U étant pourvus d'évidements alignés de manière à délimiter des trous destinés à recevoir des buses d'atomisation de carburant. 11. Tube de flamme suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les buses d'atomisation de carburant produisent un pulvérisat en forme d'éventail. 12. Tube de flamme suivant l'une des revendications 10 etll, caractérisé en ce que les carreaux céramiques en forme de demi-U sont maintenus en position par les moyens de blocage utilisés pour positionner les rangées de carreaux, chaque moyen de blocage étant agencé pour positionner une rangée intérieure de carreaux et une rangée extérieure correspondante de carreaux. 13. Tube de flamme suivant l'une des revendications 10, 11 et 12, caractérisé en ce que chaque butée et le carreau en contact avec elle comportent des surfaces de contact mutuel qui sont situées sur des droites partant d'un seul point de l'axe du tube de flamme annulaire de manière qu'un mouvement longitudinal relatif entre les rangées de carreaux et le carter oblige les surfaces à glisser l'une par rapport à l'autre de façon que la force de blocage exercée sur la rangée de carreaux soit maintenue essentiellement constante. 14. Tube de flamme suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les rangées intérieure et extérieure dé carreaux sont reliées entre elles à une de leurs extrémités par un anneau céramique comportant une série de trous répartis angulairement de manière à recevoir des buses d'atomisation de carburant. 15. Tube de flamme suivant la revendication 14, caractérisé en ce que les buses d'atomisation de carburant sont du type formant un pulvérisat en éventail. 16. Tube de ~flamme suivant l'une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce qu'il est prévu à l'extrémité op poseie des rangées extérieures de carreaux un autre anneaucéra- mique présentant une paroi intérieure incurvée délimitant la paroi extérieure de l'orifice annulaire de sortie et en ce que les moyens de blocage agissent sur le second anneau céramique de façon à l'appliquer contre les rangées extérieures de carreaux. 17. Tube de flamme suivant la revendication 16, caractérisé en ce que, à l'extrémité opposée des rangées intérieures d'anneaux, une des butées est définie par un anneau céramique composite comportant un évidement tourné vers l'intérieur et s'engageant autour d'un rebord annulaire prévu sur une paroi intérieure du carter, la butée comportant une surface tronconique de contact de carreau dont le sommet imaginaire est placé en un point de l'axe du tube de flamme qui est situé dans un plan contenant les surfaces de contact mutuel de l'anneau céramique évidé et les carreaux adjacents des rangées intérieures les moyens de blocage des rangées intérieures de carreaux agissant sur celles-ci par l'intermédiaire dudit anneau céramique évidé. 18. Tube de flamme suivant l'une des revendications 14, 15, 16 et 17, caractérisé en ce que les moyens de blocage des rangées extérieures de carreaux comprennent un élément présentant une surface tronconique qui rentre en contact avec une surface correspondante dudit second anneau céramique, la surface tronconique comportant un sommet imaginaire qui est disposé en un point de l'axe du tube de flamme qui est situé dans un plan passant par les surfaces de contact mutuel des butées et des carreaux adjacents des rangées extérieures.