Brevet FR2309729A1 — publié le 19761126

La présente invention se rapporte à un anneau collecteur de réfrigérant réalisé en un matériau extrêmement résistant, par exemple en acier, et destiné à la paroi,parcourue par le réfrigérant, de la chambre de combustion ou de la tuyère de poussée d'un propulseur-fusée comportant une bride annulaire déposée par galvanoplastie sur ladite paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère de poussée et raccordée à l'anneau collecteur, des canaux d'amenée ou d'évacuation du réfrigérant qui partent de l'anneau collecteur de section transversale fermée, traversent la bride annulaire et pén*- trent à l'intérieur de la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère, et un raccordement étanche aux hautes pressions entre ladite bride annulaire de la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère et la partie de paroi, tournée vers cette bride annulaire, de l'anneau collecteur. Dans des anneaux collecteurs de ce genre qui, pour des raisons de rigidité, sont généralement en acier et présentent, dans le sens radiale section transversale essentiel liement fermée, tandis que la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère qui lui est associée et qui est refroidie par régénération est, afin de surmonter les énormes quantités de chaleur dégagées , généralement en nickel, en cuivre ou un alliage de cuivre déposé par galvanoplastie, il se produit, dans la zone du point de racc::ordement entre l'anneau collecteur et la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère, d'importantes sollicitations provoquées, en partie, par les pressions excessivement élevées du réfrigérant ou les différences de pression de celui-ci, et, en partie , par les températures excessives ou les différences de température entre le réfrigérant et les gaz de combustion à l'intérieur de la chambre de combustion ou de la tuyère de poussée.A ceci s'ajoute le fait que les tensions thermiques intervenant ne sont pas constantes mais varient fortement pendant la mise- fl route du propulseur à mesure que l'échauffqFeet augmente jusqu 'à obtention de la température de service e-à la fin de la combustion à mesure qu'augmente le refroidissement de la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère.Dans les anneaux collecteurs dans lesquels l'étanchéité par rapport à la bride annulaire de la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère est assurée par un joint de contact amovible (modèle d'utilité RFA 6901 525 brevet RFA 1 626 062, demande de brevet RFA 2 114 256), il en résulte des variations dans la pression d'application des surfaces d'étanchéité, si bien que, en particulier en cas de charges élevées, il y a risque de fuite dans la zone du point de raccordement entre l'anneau collecteur et la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère. On contact, en outre, des raccordements inamovibles réalisés sous la forme de raccordements soudés ou brasés pour assurer l'étanchéité et la transmission des efforts entre l'anneau collecteur et la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère (brevets américains 2 968 918, 2 975 592, 3 235 947 et demande de brevet RFA 1 751 180). Si toutefois, 1'anneau d'amenée ou d'évacuation est, pour les raisons précitées, réa-. lisé en acier ou en un autre matériau extrêmement résistant et que la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère est revêtue d'une couche de nickel ou de cuivre déposée par galvanoplastie, il est impossible, en raison de la grande sensibilité thermique de ce revêtement galvanique, d'exécuter un raccordement soudé ayant la rigidité nécessaire à la transmission des efforts.Par ailleurs, si un raccordement brasé permet de diminuer dans certaines limites le risque de surchauffe pour le revêtement galvanoplastique et si une brasure plate permet également d'obtenir la rigidité nécessaire entre l'anneau en acier et la bride annulaire rapportée par galvanoplastie, il se produit néanmoins en pareil cas, par suite des inclusions d'air, des défauts locaux dans le raccordement brasé qui apparaissent sous forme de fuites lors du premier essai de pression et qui ne peuvent alors outre éliminés qu'au prix de grosses difficultés. L'objet de l'invention est par conséquent de perfectionner un anneau collecteur du type précité de façon à obtenir avec la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère, et ce, de façon simple, un raccordement solide et qui reste étanche aux hautes pressions même en cas de conditions de service extrême. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait qu'entre la bride annulaire et la partie de paroi, lui laisant face, de l'anneau collecteur, il est prévu un raccordement par conjugaison des formes pour la transmission des efforts en combinaison avec un autre raccordement de nature à assurer l'étanchéité. L'anneau collecteur selon l'invention permet, par suite de la dissociation de l'étanchéité et de la transmission des efforts, de concevoir le joint d'étanchéité en tant que raccordement approprié soumis à des sollicitations relativement faibles et réalisé sous la forme d'un mince cordon de brasure ou de soudure qui peut être déposé sans aucun risque pour le re vêtement galvanique sensible à la chaleur, et, le cas échéant, retouché sans difficulté de l'extérieur, tandis que la transmission des efforts est assurée séparément au moyen d'un autre raccordement par conjugaison des formes directement voisines ét agissant en parallèle des points d'étanchéité qu'il porte, ce deuxième raccordement permettant une répartition et une transmission régulière des efforts internes, s'exerçant surtout dans le sens radial, entre l'anneau collecteur et la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère, sans pointes de tension locales inadmissibles. Grâce à cette combinaison particulière de raccordements de nature et de forme différentes, on obtient une étanchéité extremement efficace, meme dans les conditions de service extrêmes, sans déformation inadmissible de la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère. Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, le raccordement d'étanchéité est, de préférence, constitué par deux cordons de soudure disposés des deux côtés des canaux de refroidissement et plus faciles à réaliser que les cordons de soudure annulaires fermés. Dans un mode de réalisation préféré, le raccordement par conjugaison des formes est constitué par un assemblage en queue d'aronde entre une surface d'appui, dirigée radialement vers l'intérieur, de l'anneau collecteur, et une surface correspondante, dirigée radialement vers l'extérieur, de la bride annulaire, de sorte que, malgré les faibles dimensions de la bride annulaire rapportée par galvanoplastie, on obtient une répartition sur une grande surface des forces de pression radiales dans la zone du point de raccordement entre- l'anneau collecteur et la bride annulaire. Pour simplifier le montage, il est préférable, en pareil cas, de prévoir une demi queue d'aronde c'est-à-dire réalisée que d'un seul cavé, et un support pour empocher un déplacement axial dans le sens non bloqué par la queue d'aronde, entre l'anneau collecteur et la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère, ledit support étant constitué par un anneau support fixé, d'une part, sur l'anneau collecteur et, d'autre part, sur la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère et/ou par plusieurs goupilles de sécurité réparties dans le sens périphérique le long de la surface d'appui de l'anneau collecteur et s'engageant dans la surface correspondante de la bride annulaire.On obtient ainsi une transmission des efforts également dans le sens axial, en particulier pour le cas où,par exemple dans le cas d'un support de la tuyère de poussée ou de la chambre de combustion par l'intermédiaire de l'anneau collecteur ou par suite de variations de longueur thermiques de la conduite d'amenée ou d'évacuation du réfrigérant raccordée à 11 anneau collecteur, des efforts axiaux externes viendraient s'exercer sur ledit anneau collecteur en plus des efforts internes On peut également réaliser la queue d'aronde des deux côtés, et, dans ce cas, on obtient un raccordement extrêmement résistant aussi bien radialement qu'axialement entre la surface d'appui de l'anneau collecteur et la surface correspondante de la bride annulaire en raccordant les branches de l'anneau collecteur qui reçoivent l'appendice trapézoidal, formé sur la bride annulaire, de la queue d'aronde, au moyen d'un assemblage soudé empêchant tout déplacement d'écartement axial desdites branches et/ou en les comprimant en plus contre cet appendice au moyen de plusieurs vis réparties dans le sens périphérique. Pour réaliser une pression superficielle aussi régulière que possible, la queue d'aronde s'étend avantageusement de façon ininterrompue sur toute la longueur périphérique de la bride annulaire. Pour des raisons de montage, il est recommandé de diviser l'anneau collecteur en plusieurs tronçons individuels qui, lors de l'assemblage avec la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère, sont successivement réunis entre eux, de préférence par soudure. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes de réalisation pris comme exemples mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel la figure 1 représente,en coupe radiale, un premier exemple de réalisation de l'invention avec demi-queue d'aronde, c'est-à-dire réalisée d'un seul c8té ; la figure 2 représente, également en coupe radiale, un mode de réalisation légèrement modifié la figure 3 représente, en coupe radiale, un troisième mode de réalisation avec queue d'aronde complète c'est-à-dire réalisée des deux c8tés ; la figure 4 représente également en coupe radiale un quatrième mode de réalisation avec anneau collecteur constitué par plusieurs tronçons soudés. La figure 1 représente un anneau collecteur sous la forme d'un anneau d'amenée 2 en acier qui est raccordé à la paroi 8 de la tuyère de poussée, cette paroi contenant les chambres de réfrigérant 14 et étant constituée par une partie.eT- terne 10 en nickel déposée par galvanoplastie et par une partie/ 12 en cuivre, cet anneau d'amenée 2 supportant une section d'extrémité de tuyère 38 à laquelle il amène le réfrigérant, par exemple un combustible cryogénique. La section d'extrémité de tuyère 38 est fixée à l0an- neau d'amenée 2 de la façon habituelle par l'intermédiaire d'une bride de fixation 42 et de boulons filetés 50 répartis sur la périphérie, le réfrigérant étant, par les alésages 44 aménagés dans l'anneau 2 et par les canaux 46 raccordés à ces alésages et aménagés dans la bride de fixation 42, amené à l'enveloppe de refroidissement 40 de la section d'extrémité de tuyère 38 d'où il est évacué sous forme de vapeur à l'extrémité arrière de cette tuyère de poussée.L'étanchéité de ce raccordement réalisé de façon classique entre l'anneau d'amenée 2 et la section d'extrémité de tuyère 38 est assurée par les bagues d'étanchéité 48 L'anneau d'amenée 2 est relié à la paroi 8 de la tuyère de poussée par l'intermédiaire d'un raccordement en forme de demi-queue d'aronde 30, c'est-à-dire réalisée d'un seul ceté, et constituée par une surface d'appui 16, dirigée radialement vers l'intérieur, de l'anneau d'amenée 2, et par une surface correspondante 20, dirigée radialement vers l'extérieur, d'une bride annulaire 18 également en nickel et déposée par galvanoplastie sur la partie externe 10 de la paroi 8 de la tuyère L'amenée du réfrigérant de l'anneau 2 aux chambres de refroidissement 14 de la paroi 8 de la tuyère s'effectue par des canaux 22 répartis dans le sens périphérique dans l'anneau 2 et par des canaux 24 raccordés aux premiers et aménagés dans la bride annulaire 18. Pour assurer llétancheité du point de raccordement entre l'anneau d'amenée 2 et la bride annulaire 18 dans la zone de la queue d'aronde 30 des deux côtés des canaux de réfrigérant 22, 24 il est prévu à chaque fois sur des appendices en forme de lèvres de l'anneau d'amenée 2 ou de la bride annulaire 18, un cordon de soudure d'étanchéité 26 qui s'étend dans le sens périphérique sur toute la longueur des surfaces annulaires 16, 20. Pour des raisons de montage, l'anneau d'amenée 2 est divisé en deux parties et est constitué par une surface d'appui interne 6 et une surface externe 4 formant couvercles, ces deux surfaces étant raccordées par un cordon de soudure 36. Sur la surface externe 4 sont fixées des pattes ?8 qui, en cas de montage oscillant de l'ensemble de la tuyère de poussée, permettent de transmettre les efforts de réglage externes à la paroi 8 de la tuyère par l'intermédiaire de l'anneau d'amenée 2 D'autres efforts externes engendrés par une variation de longueur thermique de la conduite d'alimentation du réfrigérant (non représentée) débouchant dans l'anneau d'amenée 2 peuvent également agir sur ce dernier.Pour empêcher cet anneau d'amenée 2 d'effectuer des déplacements dans le sens axial non bloqué par la queue d'aronde 30, un anneau support 32, par exemple soudé à ces deux extrémités, est inséré entre l'anneau d'amenée 2 et la partie externe 10 de la paroi 8 de la tuyère. Le mode de réalisation selon la figure 2 ne diffère de celui déjà décrit que par le simple fait que la queue d'aronde 30 empoche un mouvement relatif axial entre l'anneau d'amenée 2 et la bride annulaire 18 le long de leurs surfaces de contact 16, 20 dans le sens opposé à celui du premier exemple de réalisation, et qu'entre la surface d'appui interne 6 de l'anneau 2 et la bride annulaire 18 sont insérées des goupilles de sécurité 34 qui, en plus de l'anneau support 32, transmettent les charges axiales internes et éventuellement les charges axiales externes supplémentaires de l'anneau 2 à la paroi 8 de la tuyère et ainsi, en liaison avec la queue d'aronde 30, soulagent les.cordons de soudure d'étanchéité 26 de la transmis sion des efforts. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 3 où on a renoncé à disposer une section d'extrémité de tuyère placée en aval de la paroi 8 de la tuyère, le raccordement par conjugaison des formes est constitué par une queue d'aronde complète 52, c'est-à-dire réalisée des deux côtés, et comportant un appendice trapézoidal 54 qui, venu d'une seule pièce avec la bride annulaire 18, est inséré entre les branches de même forme 58, 59 de deux pièces arrondies 56, 57 formant l'anneau d'amenée 2. Pour le montage, on place tout d'abord la pièce arrondie 56 sur la bride annulaire 18 et on les raccorde par un cordon de soudure d'étanchéité 26a.Ensuite on soude la deuxième pièce arrondie 57 par un cordon en V 60 sur la pièce 56 et on comprime fortement contre l'appendice 54, par leurs branches 58 et 59, les deux pièces arrondies 56 et 57 en serrant les vis 62 réparties dans le sens de la périphérie. Pour finir, on soude de façon étanche l'une sur l'autre les surfaces annulaires 16, 20 sur le côté, opposé au premier cordon de soudure d'étanchéité 26a, des canaux de réfrigérant 24 au moyen d'un deuxième cordon de soudure d'étanchéité 26b. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 4 qui est semblable à celui de la figure 3, l'anneau d'amenée 2 n' est pas vissé , mais constitué par plusieurs tronçons individuels soudés entre eux, à savoir un premier tronçon 64, un deuxième tronçon 66, une pièce d'insertion 68, un tronçon supérieur 70 et un tronçon de fermeture 72, tous réalisés en acier. Pour le montage, on place tout d'abord la pièce d'insertion 68 sur un bourrelet annulaire 80, de section transversale en forme de T, de la bride annulaire 18, et, tout en alignant les canaux de réfrigérant 22, 24, on raccorde cette pièce d' in- sertion et le bourrelet par deuxcordons de soudure d'étanchéité 26 de chaque côté desdits canaux 22, 24 . Puis après avoir appliqué sur l'appendice 54 de la queue d'aronde 52 les deux tronçons d'anneau 64, 66, par leurs branches 82 et 84 , on les fixe par un cordon de soudure annulaire 74 sur la pièce d'insertion 68 et on clôture le tout par le tronçon supérieur O au moyen des cordons de soudure 76.Pour finir, on achève le raccordement en queue d'aronde entre l'anneau d'amenée 2 et la paroi 8 de la tuyère par le tronçon de fermeture 72 de section transversale en forme de L qui est raccordée à la branche 84 du deuxième tronçon d'anneau 66 par un cordon de soudure annulaire 78. Dans ce mode de réalisation, les cordons de soudure 26 servent aussi uniquement à l'étanchéité du point de raccordement entre l'anneau d'amenée 2 et la paroi 8 de la tuyère, alors que la transmission des efforts, aussi bien dans le sens radial que dans le sens axial, est assurée au moyen d'un raccordement par conjugaison des formes disposé parallèlement aux points d'étanchéité qu'il ponte et qui, selon les figures 3 et 4 , est une double queue d'aronde 52 qui empuche les déplacements axiaux relatifs au niveau du point de raccordement entre l'anneau d'amenée et la bride annulaire 18 dans les deux sens, sans que, comme sur les figures 1 et 2 un anneau support ou des goupilles de sécurité soient nécessaires. REVENDICATIONS 1. Anneau collecteur de réfrigérant en matériau à haute résistance, par exemple en acier, pour la paroi parcourue par le réfrigérant, de la chambre de combustion ou de la tuyère de poussée d'un propulseur-fusée comportant une bride annulaire déposée par galvanoplastie sur ladite paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère de poussée et raccordée à l'anneau collecteur, des canaux d'amenée ou d'évacuation du réfrigérant qui partent de l'anneaucollecteur de section transversale pratiquement fermée, traversen la bride annu- laire et pénètrent à l'intérieur de la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère, et un raccordement étanche aux hautes pressions entre la bride annulaire de la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère et la partie de paroi, tournée vers cette bride annulaire, de l'anneau collecteur, caractérisé par le fait qu'entre la bride annulaire et la partie de paroi, lui faisant face, de l'anneau collecteur est disposé un raccordement par conjugaison des formes pour la transmission des efforts combinés à un autre raccordement de nature à assurer l'étanchéitéz 2. Anneau collecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le raccordement d'étanchéité est constitué par deux cordons de soudure d'étanchéité disposés de chaque conté des canaux de refroidissement. 3. Anneau collecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le raccordement par conjugaison des formes est constitué par un assemblage en queue d'aronde entre une surface d'appui, dirigée radialement vers l'intérieur, de l'anneau collecteur, et une surface correspondante, dirigée radialement vers l'extérieur, de la bride annulaire. 4. Anneau collecteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comporte une queue d'aronde réalisée d'un seul ctté et un support pour empêcher un déplacement axial entre l'anneau collecteur et la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère dans le sens non bloqué par ladite queue d'aronde. 5. Anneau collecteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le support comporte un anneau support fixé, d'une part, sur l'anneau collecteur et, d'autre part, sur la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère. 6. Anneau collecteur selon la revendication 4 ou 5 caractérisé par le fait que le support est constitué par plusieurs goupilles de sécurité réparties dans le sens périphérique le long de la surface d'appui de l'anneau collecteur et s'engageant dans la surface correspondante de la bride annulaire. 7. Anneau collecteur selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la queue d'aronde est réalisée des deux cotés. 8. Anneau collecteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les branches de l'anneau collecteur qui reçoivent l'appendice trapézoldal, formé sur la bride annulaire de la queue aronde, sont mutuellement raccordés par un assemblage soudé empêchant tout déplacement d'écartement axial desdites branches. 9. Anneau collecteur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé par le fait que les branches recevant l'appendice trapézoldal de la queue d'aronde, de ' anneau collecteur sont comprimées contre ledit appendice au moyen de plusieurs vis réparties dans le sens périphérique. 10. Anneau collecteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé par le fait que le raccordement en queue d'aronde s'étend de façon ininterrompue sur toute la longueur périphérique de la bride annulaire. 11. Anneau collecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10,. caractérisé par le fait que l'anneau collecteur est divisé en plusieurs tronçons individuels qui, lors de l'assemblage avec la paroi de la chambre de combustion ou de la tuyère, sont successivement réunis entre eux, de préférence par soudure.