Brevet FR2291358A1 — publié le 19760611

L'invention concerne des tubes à flamme pour moteurs à turbine à gaz. L'invention propose un tube à flamme destiné à un moteur à turbine à gaz et comprenant de multiples anneaux monolithiques de céramique montés en rangée côte à côte dans une enveloppe, des moyens fixes de butée prévus à une extrémité de la rangée et des moyens de serrage prévus à l'extrémité opposée de la rangée et poussant celle-ci contre les moyens de butée. La céramique peu; être le nitrure de silicium. De préférence, à leurs extrémités qui butent l'une contre 11 autre, les anneaux de céramique présentent des surfaces qui font un angle avec un rayon du tube à flamme. Le tube à flamme peut être du type annulaire et la rangée d'anneaux de céramique peut être montée à l'intérieur radialement par rapport à une paroi annulaire extérieure de l'enveloppe et une rangée supplémentaire d'anneaux de céramique peut être espacée radialbment vers l'intérieur par rapport à la première rangée mentionnée et être voisine d'une paroi annulaire intérieure de l'enveloppe, la rangée supplémentaire étant poussée contre des moyens de butée supplémentaires par des moyens de serrage supplémentaires. De préférence, les surfaces de butée entre les moyens de butée et les rangées respectives d'anneaux de céramique et entre les moyens de serrage et les rangées respectives d'anneaux de céramique sont conçues de telle sorte qu'elles sont situées sur des lignes droites partant d'un point situé sur l'axe du tube annulaire à flamme. Les surfaces de butée entre les moyens de butée et les rangées respectives d'anneaux céramiques peuvent être situées sur une ou des surfaces coniques dont le sommet est situé au point mentionné de l'axe du tube. Les surfaces de butée entre les moyens de serrage et les rangées respectives d'anneaux de céramique peuvent être situées sur des rayons du tube à flamme qui partent du point mentionné ou être situées sur des surfaces coniques dont le sommet est situé au point en question, selon le ou les angles de conicité des surfaces de butée entre les moyens du butée et les rangées respectives d'anneaux de céramique. Les moyens de serrage des rangées respectives d'anneaux de céramique peuvent être portés par des étriers de serrage communs espacés angulairement autour de l'axe du tube à flamme et pouvant être rapprochés et éloignés des moyens de butée par réglage. Les extrémités adjacentes des anneaux de céramique de la première rangée peuvent être situées sur des surfaces coniques qui convergent, à leurs sommets respectifs, à l'opposé des moyens de butée de la rangée. Les extrémités adjacentes des anneaux de céramique de la rangée supplémentaire peuvent être situées sur des surfaces coniques qui convergent, à leurs sommets respectifs, en direction des moyens de butée de la rangée supplémentaire. La disposition des anneaux les uns par rapport aux autres et par rapport aux moyens de butée et aux moyens de serrage est prévue de manière à permettre un mouvement de glissement relatif entre les anneaux et les moyens de serrage et de butée pour maintenir pratiquement constante la pression de serrage entre eux malgré toute dilatation et toute contraction relatives, en service, entre les anneaux et l'enveloppe. On décrira maintenant des modes d'exécution de l'invention, à titre d'exemple, à propos des dessins-annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale d'une partie d'un tube à flamme selon l'invention la figure 2 une vue d'une partie du tube à flamme de la figure 1 dans le sens de la flèche a la figure 3 une coupe longitudinale d'une partie du tube à flamme selon l'invention, montrant une forme de pince différente de celle de la figure 1 la figure 4 une coupe longitudinale d'une partie d'un autre tube à flamme selon l'invention et la figure 5 une coupe longitudinale d'une autre partie du tube à flamme de la figure 4. Comme le montrent les figures 1 et 2, le tube à flamme, qui est annulaire, comprend de façon générale une enveloppe 10 munie d'une paroi annulaire intérieure 11 et d'une paroi annulaire extérieure 12. A l'intérieur de la paroi annulaire extérieure 12, en direction radiale, est montée une première rangée d'anneaux monolithiques de nitrure de silicium 13. Les anneaux 13 sont montés côté à côte et une butée métallique annulaire fixe 14 est prévue à une extrémité de la première rangée d'anneaux 13.Dans l'nveloppe 10 est montée, auprès de la paroi angulaire intérieure 11, à l'intérieur radialement par rapport à la première rangée d'anneaux 13, une autre rangée d'anneaux monolithiques de nitrure de silicium 15 qui butent à une extrémité contre une butée métallique annulaire fixe 16 faisant corps avec la paroi annulaire intérieure Il. Comme on peut le voir par la figure 1, les extrémités adjacentes des anneaux 13 et 15 sont situées sur des surfaces coniques de butées qui convergent, respectivement, en s'éloignant et en se rapprochant des butées respectives 14 et 16.L'anneau 13 adjacent à la butée 14 a une section en U et présente une surface de contact avec la butée 14 qui est située sur une surface conique dont le sommet est situé en un point (non représenté) de ltaxe du tube à flamme annulaire. De façon similaire, lian neau 15 adjacent à la butée 16 touche celle-ci par une surface située sur la même surface conique. A l'extrémité opposée de la rangée d'anneaux 13 et 15, relativement aux butées 14 et 16, les anneaux respectifs 13 et 15 ont une section géntralement arquée et subissent l'action de plusieurs étriers communs de serrage 17 qui sont espacés angulairement autour de l'axe du tube à flamme. Chaque étrier 17 est muni de deux patins de serrage 18 et 19 qui s'appliquent respectivement à la première rangée d'anneaux 13 et à la rangée supplémentaire d'anneaux, par des surfaces de butée 20 et 21 situées sur des rayons du tube à flamme qui partent du point mentionné de l'axe de celui-ci. On voit par la figure 2 que les patins 18 et 19 sont dirigés circonférentiellement par rapport au tube à flamme. Chaque étrier de serrage 17 est monté sur une douille filetée extérieurement 22, par un pivot 23. La douille 22 s'adapte à un écrou captif 24 de sorte que la rotation de l'é- crou 24 cause un mouvement axial de la douille 22 et un ajustement axial correspondant de l'étrier 17, le rapprochant ou l'écartant de la butée 14, 16 selon le sens de rotation de l'écrou 24. La douille '2 loge un ensemble de tuyère d'atomisation de combustible 25 qui est conçue pour donner une pulvérisation en éventail. L'ensemble de tuyère 25 fait saillie à travers une ouverture 26 définie par deux évidements alignés des anneaux 13 et 15 contre lesquels butent les étriers 17.D'autres ouvertures 27 et 28 sont prévues dans le tube à flamme pour l'admission d'air comburant et diluant et ces ouvertures 27 et 28 sont formées, de façon similaire, par des évidements alignés prévus dans des extrémités adjacentes des anneaux 13 et 15. Afin d'assurer un alignement correct des évidements respectifs pour définir les ouvertures 26, 27 et 28, les anneaux respectifs 13 et 15 sont munis d'oreilles et d'évidements coopérants (non représentés). On considèrera maintenant la figure 3 des dessins ; la structure représentée est pratiquement identique à celle des figures 1 et 2 et les parties similaires portent des références correspondantes précédées du chiffre 1. La seule différence entre le mode d'exécution des figures 1 et 2 et celui de la figure 3 est que les patins 118 et 119 de chaque étrier de serrage 117 agissent sur des surfaces 120 et 121 qui sont situées sur des surfaces coniques dont les sommets sont situés au même point de 1'axe du tube à flamme. En outre, les surfaces de butée entre la butée 116 et l'anneau 115 adjacent, et entre la butée 114 et l'anneau 113 adjacent sont situées sur des surfaces coniques différentes. Toutefois, ces deux surfaces coniques différentes ont leur sommet au même point déjà mentionné de l'axe du tube à flamme. Dans le mode d'exécution de la figure 3, on notera que la surface de butée de l'anneau 113 qui s'applique à la butée 114 est avantageusement portée par une saillie plutôt plus grande que la surface de butée correspondante du mode d'exécution de la figure 1. Par les deux modes d'exécution ci-dessus, on voit que les surfaces de butée entre les patins de serrage et les rangées respectives d'anneaux ainsi qu'entre les butées et les rangées respectives d'anneaux sont situées sur des lignes droite partant d'un même point de l'axe du tube à flamme annulaire. Les types de construction de tube à flamme selon l'invention qui sont décrits ci-dessus sont conçus pour assurer une grande résistance à la chaleur et en même temps la facilité de mouvement relatif entre les anneaux et les butées et étriers, de manière à compenser la dilatation et la contraction relatives entre l'enveloppe et les rangées d'anneaux 13 et 15 et à maintenir une pression de serrage pratiquement constante entre les anneaux. En outre, la présence de multiples anneaux aide à limiter les effets nuisibles du ragient de température dans la direction longitudinale du tube à flamme. il est évident en outre que les anneaux de céramique peuvent être facilement empilés dans la position voulue depuis l'extrémité de l'enveloppe 10 qui est opposée aux butées 14 et 16 et qu'ils se centrent automatiquement par suite de l'inclinaison de leurs extrémités, tout en étant faciles à aligner de la façon correcte grâce à des languettes et rainures coopérantes. On considèrera maintenant les figures 4 et 5 ; le tube à flamme représenté est similaire à celui des figures 1 à 3 en ce sens que des rangées intérieure et extérieure d'enneaux 212 et 213 en nitrure de silicium sont prévues auprès de parois annulaires respectivement intérieure et extérieure 214 et 215 de l'enveloppe. A une extrémité de la rangée d'anneaux 212, 213 est prévu un anneau en céramique 216 qui a une section généralement en C et qui présente plusieurs ouvertures espacées angulairement 217 (une seule étant représentée sur la figure 4). Chaque ouverture 217 loge une tuyère atomiseuse de combustible 218 (une seule étant représentée), ces tuyères étant conçues pour donner une pulvérisation aplatie en éventail. L'anneau en céramique 216 est supporté en position par une plaque d'extrémité 219 par l'intermédiaire de plusieurs éléments supports 220 (dont un seul est représenté), figure 5.La plaque d'extrémité 219 sert à relier ensemble les parois intérieure et extérieure 214, 215 de l'enveloppe et est fixée par des boulons 221 et 222 (un seul de chaque sorte étant représenté) ; on peut faire varier la pression appliquée à l'anneau de céramique 216 par les éléments supports 220 en réglant convenablement les boulons 221. L'extrémité extérieure de l'anneau de céramique 216 bute contre les surfaces tournées vers l'intérieur de l'anneau extérieur adjacent 213 tandis que l'extrémité intérieure de l'anneau 216 bute contre l'extrémité adjacente de l'anneau intérieur adjacent 212, le contact se faisant par une surface tronconique. Les parties de l'anneau extérieur 213 qui sont adjacentes à l'anneau 216 butent contre des épaulements espacés périphériquement 223 (dont un seul est représenté sur la figure 5) et qui sont fixes relativement à la plaque d'extrémité 219. Le contact entre l'anneau 213 et les butées 223 se fait dans un plan Q qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal du tube à flamme. A l'extrémité opposée de la rangée extérieure d'anneaux 213 est prévu un autre anneau de céramique 224 qui définit la paroi extérieure d'une sortie annulaire 225 de la chambre de combustion du tube à flamme. L'anneau 224 s'applique, auprès de sa périphérie, contre l'extrémité adjacente de l'anneau adjacent 213. Du côté opposé à l'anneau 213, l'anneau 224 est muni d'une surface tronconique 226 contre laquelle s'applique une surface tronconique correspondante 227 d'un collier métallique 228. Les deux surfaces 226 et 227 sont poussées l'une contre l'autre par une série de vis de réglage 229 (dont une seule est représentée sur la figure 5) s'appliquant au collier 228 et montées dans une bride 230 qui est disposée sur le tube à flamme à l'extrémité opposée à la plaque d'extrémité 219.La disposition des surfaces tronconiques 226 et 227 est telle que leur sommet imaginaire coupe l'axe longitudinal du tube à flamme dans le plan Q. Autrement dit, des lignes droites partant d'un point de l'axe du tube à flamme passent par les surfaces de contact entre les anneaux respectifs 213, les butées 223 et l'anneau 224. Des boulons 231 (dont un seul est représenté sur la figure 4) fixent une plaque d'extrémité 232 en travers de l'extrémité de la paroi extérieure 215 de l'en- veloppe. La paroi intérieure 214 de l'enveloppe est munie, à une extrémité opposée à l'anneau de céramique 216, d'une bordure annulaire 233, La bordure 233 est engagée dans un évidement annulaire 234 prévu dans un anneau composite de céramique 235. L'anneau composite 235 est formé de deux moitiés de façon que l'on puisse le placer autour de la bordure 233. L'anneau composite 235 est muni d'une surface tronconique 236 qui s'applique à des extrémités chanfreinées de l'anneau intérieur adjacent 212. La disposition des surfaces de contact 226 et 227, relativement au plan Q, assure la compensation de la dilatation et de la contraction radiales des parois de l'enveloppe relativement aux anneaux de céramique 213, avec le minimum de risque de rupture des anneaux. Des évidements 237, qui sont espacés à la périphérie des anneaux 212 et 213, sont prévus dans les bords de certains des anneaux 212 et 213 de manière à définir des passages d'air dans le tube à flamme assemblé. REVENDICATIONS 1. Tube à flamme comportant une pluralité d'anneaux monolitiques de céral:.ique montós-en rangée côte à côte dans une enveloppe, des moyens de butée fixes prévus à une extréxlit de la rangée et des moyens de serrage prévus à l'extrémité opposée dc la range et poussant celle-ci contre les moyens de butée, caractérisé par le fait que les surfaces de butée entre les moyens de butée et la rangée d'anneaux de céramique et entre les moyens de serrage et cette rangée d'anneaux sont conçues de telle sorte qu'elles sont situées sur des lignes droites partant d'un point situé sur l'axe du tube à flamme. 2. Tube selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à leurs extrémités qui butent l'une contre l'autre, les anneaux de céramique présentent des surfaces qui font un angle avec un rayon du tube à flamme. 3. Tube selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les surfaces de butée entre les moyens de butée et la rangée d'anneaux de caranique sont situées sur une surface conique dont le soumet est situé au point mentionné de l'axe du tube. 4. Tube selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les surface de butée entre les moyens do serrage et la rangée d'anneaux de céramique sont situées sur des rayons du tube à flammes qui partent du point mentionné. 5. Tube selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les surfaces de butée entre les moyens de serrage et la rangée d'anneaux de céramique sont situées sur des surfaces coniques dont les sommets sont situés au point mentionné de l'axe du tube. 6. Tube selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il est de type annulaire, que la rangée din- neaux de céramique est montée a l'intérieur radialoment d'une paroi annulaire extérieure de l'enveloppe et qu'une rangée supplémentaire d'anneaux de céramique est espacée radialement vors l'intérieur par rapport à la première rangée mentionnée et est voisine d'une arci annulaire intérieure de l'enveloppe, ,la rangée supplémentaire étant poussée cotre des moyens de butée supplémentaires par des moyens de serrage supplémentaires. 7. Tube selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les surfaces de butée entre les moyens de butée sup plémentaires et ladite rangée supplénientaire d'anneaux et entre les moyens de serrage supplélilentaires et cette mênie rangée sont conçues de telle sorte qu'elles sont situées sur des lignes droites partant d'un point de l'axe du tube annulaire à flamme. 8. Tube selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que les moyens de serrage des rangées d'an- neaux de céramique sont portés par des étiers de serrage communs espacés angulairement autour de l'axe du tube à flamme et pouvant être rapprochés et éloignés des moyens de butée par réglage. 9. Tube selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que les extrémités adjacentes des anneaux de céramique de la première rangée sont situées sur des surfaces coniques qui convergent, à leurs sommets respectifs, à l'opposé des moyens de butée de la rangée. 10. Tube selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les ext;réités adjacentes des anneaux de céranique de la rangée supplérentaire sont situées sur des srufaces coniques qui convergent, à leurs sommets respectifs, en direction des moyens de butée.de la rangée supplémentaire. Il. Tube selon l'une des revendications 6 à 10, cacaractérisé par le fait que les deux rangées d'anneaux sont rolees entre elles à l'une de leurs extrémités par un anneau de céramique présentant une série d'ouvertures espacées angulairecient, destinées à recevoir des tuyères atomiseuses de combustible. 12. Tube selon la revendication 11, caractérisé par le fait que les tuyères sont du type à pulvérisation en éventail. 13. Tube selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé par le fait qu'à l'extrénité opposée de la rangée d'anneaux est prévu un anneau supplémentaire en céramique présentant une paroi intérieure courbe qui définit la paroi ext- rieure d'une sortie annulaire et que les moyens de serrage agissent sur cet anneau supplé..1elltaire de manière à le faire buter contre la rangée extérieure d'anneaux. 12F. Tube selon la revendication 13, caractérisé par le fait qu'à l'extrémité opposée de la rangée supplémentaire d'anlieaux, l'un des moyens de butée est défini par un anneau composite de céramique présentant un évidement tourné vers l'intérieur, engagé autour d'une bordure annulaire de la paroi intérieure de 1 enveloppe, et que les moyens de serrage de la rangée intérieure d'anneaux agissant sur celtè-ci par l'intermédiaire dc l'anneau perforé de céramique. 15. Tube selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé par le fait que les moyens de serrage de la rangée. extérieure d'anneaux comprennent un élément muni d'une surface tronconique s'appliquant à une surface correspondante de l'anneau: sup1-.lémentaire de céramique, la surface tronconique ayant un sommet imaginaire situé en un point de l'axe du tube à flamme qui est situé dans un plan où se trouvent les surfaces de butée éntre les moyens de butée et l'anneau adjacent de la rangée.