Brevet FR2493920A1 — publié le 19820514

La présente invention concerne une structure envelop- pante pour chambre de combustion, telle que, par ex- emple, la chambre de combustion d'un moteur à turbine à gaz. Ces chambres de combustion nécessitent une réfrigéra- tion permanente de leurs parois qui doivent être main- tenues à une température acceptable, cette réfrigéra- tion devant s'effectuer avec une consommation minimale d'air réfrigérant afin de ne pas trop diminuer le ren- dement du moteur. On a proposé, et en partie mis en oeuvre, divers procédés de refroidissement dont cer- tains consistent à insérer des ramues circulaires de refroidissement dans les parois de la chambre de com- bustion ou à employer une enveloppe à deux ou plus de deux épaisseurs que parcourt l'air réfrigérant par des passages internes et des orifices ménagés dans les en- veloppes interne et externe. La présente invention concerne ce dernier type de dispositif de réfrigéra- tion. L'avantage des parois de chambre de combustion faites de deux ou plus de deux enveloppes est de n'exiger, pour leur refroidissement, qu'un écoulement d'air re- lativement faible, mais ces parois sont sujettes à des inconvénients tels que l'obturation des passages in- ternes d'écoulement et des orifices des enveloppes, le cont élevé de la fabrication et de l'assemblage des diverses enveloppes, la difficulté de la confection d'une chambre de combustion à éléments multiples sans inconvénient pour l'efficacité du refroidissement En outre, du fait de la différence de température entre la partie externe et la partie interne de la paroi, et de la nature cyclique du fonctionnement du moteur dont fait partie la chambre de combustion, cet- te conformation à éléments multiples est exposée à des fissurations o La présente invention vise à réaliser une paroi de chambre de combustion de moteur à turbine à gaz per- mettant de compenser la différence de dilatation et de contraction thermiques de la paroi sans effet né- faste sur l'intégrité de la chambre de combustion. Ce but est atteint, conformément à l'invention, au moyen d'une structure enveloppante comprenant au moins une enveloppe externe et une enveloppe interne, l'en- veloppe externe étant perforée pour permettre à un courant d'air réfrigérant de pénétrer dans l'intervalle séparant l'enveloppe externe de l'enveloppe interne, ladite structure enveloppante possédant des orifices de sortie permettant à l'air réfrigérant de s'échapper de cet intervalle pour gagner l'intérieur de la cham- ore de combustion, l'enveloppe interne comportant une pluralité d'éléments constitutifs dont chacun est fixé positivement à l'enveloppe externe à une des extrémités udit élément et localisé, à l'autre extrémité, entre l'enveloppe externe et une extrémité d'un élément d'en- veloppe interne adjacent, cette localisation et cette fixation positive de chaque élément d'enveloppe interne permettant un Déplacement de l'enveloppe externe par rap:ort aux éléments constitutifs de l'enveloppe in- terne dans deux directions perpendiculaires l'une à l'autre o Chaque él ment d'enveloppe interne pourra comprendre une base, une cheville centrale saillante venant se loer, en usage, dans une ouverture de l'enveloppe ex- terne et fixée, par exemple soudée, à cette enveloppe externe, deux chevilles annexes de part et d'autre de la cheville centrale venant Cgalement se loger dans des ouvertures appropriées de l'enveloppe externe mais jointes à celle-ci de façon à permettre au mcins un déplacement limité dans une ou plusieurs des directions radiale, circonférentielle ou axiale, et une partie localicatrice pouvant faire partie de ladite base. La partie localisatrice pourra être, soit un prolonge- ment de la base pouvant se loger entre l'enveloppe ex- terne et des éminences saillant d'un élément d'enve- loppe interne adjacent, soit un flasque pouvant se lo- ger entre l'enveloppe interne et la base d'un élément d'enveloppe interne adjacent. Chaque élément d'enveloppe interne pourra comporter des orifices à l'une de ses extrémités ou à ses deux extrémités pour permettre à l'air réfrigérant de pas- ser dans la chambre de combustion par l'une ou l'autre desdites extrémités de façon à pouvoir parcourir la structure enveloppante en direction de l'aval ou à con- tre-courant du sens général d'écoulement de l'air r5- frigérant extérieurement à ladite structure envelop- pante Chaque élément d'enveloppe interne pourra comporter une pluralité d'éminences saillantes définissant, avec l'enveloppe externz, une pluralité de passages inter- nes d'écoulement d'air réfrigérant, l'envelorpe externe comPortant une pluralité d'orifices d'entrée d'air ré- frigérant dont chacun sera situé entre deux éminences en direction axiale amont et aval. Les éléments d'enveloppe interne pourront être fixés à l'enveloppe externe par rangées analogues à des tui- les de toiture, les rangées contiguës étant décalées et les rangées alternées étant alignées les unes sur les autres. La structure enveloppante selon l'invention pourra Qtre utilisée pour les trois principaux types de cham- bre de combustion de moteur à turbine à gaz, à savoir les chambres tubulaires, les chambres annulaires et le-S chambres tubannulaires. L'invention est décrite ci-après en détail en se ré- férant à deux exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une partie d'une coupe axiale d'un turboréacteur dont la chambre de combustion comporte une structure enveloppante conforme à l'invention; - la figure 2 est une coupe à plus grande échelle de la chambre de combustion, de type annulaire, du tur oréacteur de la figure 1; - la figure 3 est une coupe à plus grande échelle de la structure enveloppante de 1e chambre de comrbus- tion annulaire De la figure 2; - la figure 4 est une coupe semblable à celle de la figure 3 montrant une variante de la structure en- veloppante E-elon l'invention; - la figure 5 est une vue de dessus, à plus grande échelle, de la partie de la structure enveloppante commune aux figures 3 et 4; - la figure 6 est une vue en élévation de la structure enveloppante de la figure 5; - la figure 7 est une vue perspective de l'élément d'enveloppe interne de la structure enveloppante de la figure 3; - les figures 8 et 9 montrent la fixation de la partie arrière de l'élément d'enveloppe interne de la fi- gure 7 à l'enveloppe externe de la structure enve- loppante des figures 3 et 4, aux points de locali- sation centraux et latéraux, respectivement; - la figure 10 est une vue, en direction de la flèche "A" des figures 3 et 4, montrant le chevauchement des rangées adjacentes d'éléments d'Inveloppe; et - les figures 11, 12 et 13 montrent divers genres de chevauchement de rangées adjacentes d'éléments d'en- veloppes. Les figures 1 et 2 représentent un turboréacteur 10 du type à soufflante avant et à rapport de dérivation élevé équipé d'une chambre de combustion de type annu- laire 12 renfermée dans un carter annulaire 14. Cette chambre de combustion annulaire 12 com9orte une structure enveloppante 16 formée d'une enveloppe ex- terne 18 et d'une enveloppe interne 20 composée d'une pluralité d'éléments d'enveloppe interne 22 (figure 3) ou 24 (figure 4). Les caractéristiques corn:n:unes aux éléments d'enveloppe 22 et 24 des figures 3 et 4 sont que les uns et les autres comportent une base 22a ou 24a, une pluralité d'éminences saillantes 36 et trois organes de fixation 28 et 28' à l'extrémité aval de l'élément. Chaque organe de fixation comprend une cheville. La cheville centrale 28 traverse une ouver- ture 30 de l'enveloppe externe à laquelle elle est fi- xée, par exemple par une souduae (figure 9). Chacune des: chevilles 28' placées de part et d'autre de la cheville centrale 28 traverse une ouverture 32 de la même enveloppe externe et comporte une bague 34 fixée à son extrémité (figure 8). L'extrémité aval de cha- que élément d'enveloppe interne se trouve ainsi bien fixée à l'enveloppe externe par la cheville centrale 28 et maintenue en place sur l'enveloppe externe par les chevilles latérales 28' de sorte que l'élément d'enveloppe interne est susceptible d'un mouvenent limité dans une ou plusieurs des directions axiale, ciroonférentielle ou radiale, par rapport à la che- ville centrale o Chaque élément d'enveloppe interne comporte également une ou plusieurs éminences saillantes 36 qui seront décrites plus en détail à propos des figures 5, 6 et 7. Dans le dispositif de la figure 3, la base 22a comporte un flasque 22b dirigé vers l'intérieur, le flasque de chaque élément d'enveloppe interne étant placé entre l'enveloppe externe 18 et la base d'un élément d'en- 2>z velortDe inte:-ne adjacent de façon que l'2xtrémité a- ont de cheaue élément d'envelo-pe interne puisee ef- fectuer un déplacement limité par raptort à l'enveloppe externe. Dans ce dispositif, l'air réfrigérant, pré- levé sur l'air du cor.nrescur du turboréacteur, pénètre -jG dans lintervalle séparant les enveloppes externe et interne par des orifices 38 ménag5s dans l'enveloppe externe et, du fait que le flasque 22b l'empêche de s'échapper vers l'aval, s'écoule vers l'amont et passe dans la chambre de combustion par des orifices 40 mé- nagés dans la base 22a. Dans le dispositif de la figure 4, la bese 24a ne com- porte pas de flasque mais se prolonge vers l'amont de façon que ce prolongement vienne se placer entre l'enveloppe externe et les éminences 36, les plus en aval, de l'élément amont précédent. L'extrémité amont de chaque élément d'enveloppe interne peut donc se dé- placer comme dans le cas de la figure 3. Dans ce dis- positif, l'air réfrigérant, passant par les orifices 38, continue à s'écouler vers l'aval et sort de la structure enveloppante, pour pénétrer dans la chambre de combustion, en passant entre les éminences 36 les plus en aval de chaque élément d'enveloppe interne. Si l'on se reporte maintenant plus spécialement aux figures 5, 6 et 7, on voit que les éminences 36 sont disposées en rangées axialement alignées, les rangées adjacentes étant décalées les unes sur les autres. Chaque éminence possède.un bord d'attaque arrondi et un bord de fuite plan. Ces éminences sont disposées, par rapport aux orifices d'entrée d'air 38 de l'enve- 3 ppe externe, de façon que chacun de ces orifices soit placé entre deux éminences successives d'une même rangée. De cette fayon, l'air réfrigérant entrant est protégé, par l'éminence adjacente, de l'air réfrigé- rant qui a déjà pénétré dans les passages d'écoulement fo més par les éminences, conjointement avec les en- veloppes externe et interne de la structure envelop- pante. Cette disposition est semblable à celle dé- crite dans le brevet britannique nô 1.550.368 des mê- mes demandeurs. Cans ce brevet, les éminences et les o:'ifices d'entrée d'air étaient disposés de façon iden- tique à celle décrite ici mais les enveloppes interne et externe étaient jointes ensemble à demeure par les éminences tandis que, dans la présente invention, ces enveloppes interne et externe sont indépendantes l'une de l'autre et que leur assemblage permet un certain déplacement relatif de ces enveloppes l'une par rapport à l'autre. Les éminences 36 de l'élément d'enveloppe interne de la figure 4 sont disposées de façon analogue sauf que, du fait que l'écoulement d'air à l'intérieur de la structure enveloppante est dirigé en sens inverse, leur bord d'attaque arrondi sera dirigé vers l'amont et leur bord de fuite plan vers l'aval, à l'inverse du dispositif de la figure 3 La figure 10 représente le mode de fixation des élé- ments d'enveloppe interne à l'enveloppe externe en vue d'empêcher ou de réduire la fuite d'air réfrigérant entre éléments adjacents. Les éléments d'enveloppe interne sont disposés en rangées 42, 44 et les rangées adjacentes. sont décalées les unes sur les autres à peu près à la manière des rangées de tuiles d'une toiture. Ces éléments pourront, soit se chevaucher directement (figure 12), soit comporter un joint de recouvrement soudé sur' une des faces de chaque élément (figure 11), soit encore comporter une bande jointive 44 logée dans une rainure 46 du bord de chaque élément (figure 13). Pour faciliter la fabrication des éléments, ceux-ci -ourront être rmoulés aux dimensions réelles par cou- lée assistée d'une dépression pneumatique. Bien que l'invention ait été décrite pour un dispositif dans lequel l'intérieur de la structure enveloppante est fractionné en passages d'écoulement d'air réfrigé- rant par des éminences saillantes, il est possible de réaliser un refroidissement adéquat sans ces éminences ou avec des passages d'écoulement de forme différente formés par des éminences différemment conformées. En outre, la structure enveloppante selon l'invention pourra s'appliquer à la totalité, ou à une partie seu- lement, de la chambre de combustion. A l'usage, l'air réfrigérant franchit les orifices 38 de l'enveloppe externe, relativement froide, et vient frapper les éléments d'enveloppe interne, relativement chauds, pour s'échapper ensuite, soit par les orifices 46 (figure 3) soit entre les éminences adjacentes 36 de l'extrémité aval de chaque élément de paroi interne (figure 4), protégeant ainsi l'élément de paroi in- terne situé immédiatement plus en aval. Le- éminences remplissent deux fonctions: celle d'augmenter la sur- face de l'élément de paroi interne, et celle de proté- -er les jets entrants d'air réfrigérant contre le cou- rant inverse d'air réfrigérant, comme on l'a précédem- :.ent mentionné. REVENDICATIONS 1. Structure enveloppante pour chambre de combustion de moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'el- le comprend au moins une enveloppe externe (18) et une enveloppe interne (20), l'enveloppe externe é- tant perforée (38) pour permettre à un courant d'air réfrigérant de pénétrer dans l'intervalle séparant l'enveloppe externe (18) et l'enveloppe interne (20), ladite structure enveloppante (16) comportant des orifices permettant à l'air réfrigérant de s'écouler de l'intervalle séparant l'enveloppe externe (18) de l'enveloppe interne (20) vers l'intérieur de la cham- bre de combustion, l'enveloppe interne comportant une pluralité d'éléments d'enveloppe interne (22,24), chaque élément d'enveloppe interne étant fixé posi- tivement à l'enveloppe externe (18) à une des extré- mités dudit élément et étant localisé à l'autre ex- trémité dudit élément entre l'enveloppe externe (18) et une extrémité d'un élément adjacent d'enveloppe interne, ladite localisation et ladite fixation po- sitive permettant à un mouvement relatif de se pro- duire entre l'enveloppe externe et les éléments d'en- veloppe interne dans deux sens perpendiculaires l'un a l'autre. 2. Structure enveloppante selon la Revendication 1, ca- ractérisée en ce que chaque élément d'enveloppe in- terne (22, 24) comporte une base (22a, 24a) et un organe central d'assemblage (28) à une extrémité de ladite base, par lequel ladite base est fixée à l'en- veloppe externe (18) de façon à empêcher tout mouve- ment entre l'organe central d'as:semblage (28) et i'enveloppe externe (18). 3. Structure enveloppante selon la Revendication 2, caractérisée en ce que la base (22a, 24a) comporte deux organes annexes d'assemblage (28') localisant les c8tés de chaque élément d'enveloppe interne (22, 24) sur l'enveloppe externe (18) en ménageant la possibilité d'un certain mouvement relatif entre lesdits organes annexes d'assemblage (28') et l'en- veloppe externe (18). 4. Structure enveloppante selon la Revendication 3, caractérisée en ce que les deux organes annexes d'assemblage (28') sont disposés de part et d'autre de l'organe central d'assemblage (28). 5. Structure enveloppante selon la Revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément d'enveloppe interne (22, 24) comporte une pluralité d'éminences (36) saillant de la base (22a, 24a) et définissant, conjointement avec l'enveloppe externe (18) une plu- ralité de passages internes pour l'écoulement de l'air réfrigérant. 6. Structure enveloppante selon la Revendication 5, caractérisée en ce q-ue les éminences (36) sont dis- posées en rangées décalées chacune par rapport aux deux rangées adjacentes d'émr.inences. 7. Structure enveloppante selon la Revendication 5, caractérisée en ce que l'enveloppe externe (18) com- porte une pluralité d'orifices (38) pour l'entrée de l'air réfrigérant, chacun desdits orifices (38) é- tant placé entre deux éminences successives de cha- cune des rangées adjacentes d'éminences (36). 8. Structure enveloppante selon la Revendication 5, caractérisée en ce que ladite extrémité de locali- sation de chaque élément d'enveloppe interne (24) est localisée entre l'enveloppe externe (18) et un groupe d'éminences (36) d'un élément d'enveloppe interne adjacent, le courant d'air réfrigérant par- courant l'intervalle séparant l'enveloppe externe (18) et l'enveloppe interne (20) dans un sens géné- ral dirigé vers l'aval. 9. Structure enveloppante selon la Revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément d'enveloppe interne (22) oompo:-te un flasque (22b) à son extré- mité de localisation, ledit flasque étant localisé entre l'enveloppe externe (18) et un élément d'en- veloppe interne adjacent, le courant d'air réfrigé- rant parcourant l'intervalle séparant l'enveloppe externe (18) de l'enveloppe interne (20) dans un sens général dirigé vers l'amont et pénétrant dans la chambre de combustion par des orifices (40) con- tigus audit flasque (22b). - 10. Structure enveloppante selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque éminence (36) présente une extrémité avant arrondie, face à l'arrivée d'air réfrigérant, et une extrémité arrière plane. 11. Structure enveloppante selon la Revendication 1, caractérisée en ce que la chambre de combustion est constituée par une ou plusieurs chambres individuel- les dont les parois sont constituées, au moins en partie, par ladite structure enveloppante (10). 12. Structure enveloppante pour chambre de combustion de moteur à turbine à az, caractérisée en ce qu'elle comprend une enveloppe externe (18) et une enveloppe interne (20), l'enveloppe externe ayant, au moins en partie, une configuration échelonnée et comportant une pluralité d'orifices d'entrée (38) permettant à l'air réfrigérant de pénétrer dans les intervalles séparant les enveloppes externes et internes, et une pluralité d'orifices de sortie (40 ou intervalles en- tr, 36 et 36) permettant à l'air réfrigérant de pas- ser dans la chambre de combustion, ladite enveloppe interne (20) comportant une pluralité d'léments d'enveloppe interne (22, 24) fixés à l'enveloppe ex- terne (18) en un p int central de l'extrémité aval dudit élément (22, 24) et joints de façon mobile à l'enveloppe externe (18) en des points adjacents aux cotés de l'élément d'enveloppe interne (20) à l'ex- trémité aval dudit élément (22, 24), l'extrémité am amont de chaque élément d'enveloppe interne (22, 24) étant localisé de façon mobile entre l'enveloppe externe (18) et un élément adjacent d'enveloppe in- terne (22, 24). 13. Structure enveloppante selon la Revendication 12, caractérisée en ce que chaque élément d'enveloppe interne (22, 24) comporte une pluralité d'éminences saillantes (36) disposées en rangées dont chacune est décalée par rapport aux rangées adjacentes, chaque orifice d'entrée d'air (38) d'enveloppe ex- terre (18) étant placé entre deux éminences successi- ves des rangées adjacentes d'éminences (36), et chaque éminence (36) présentant une extrémité avant arrondie, face à l'arrivée d'air réfrigérant, et une extrémité arrière plane o 14. Structure enveloppante selon la Revendication 13, caractérisée en ce que chaque élément d'enveloppe interne (24) est localisé entre l'enveloppe externe (18) et un groupe d'éminences saillantes (36) d'un élément adjacent d'enveloppe interne (24b), l'air réfrigérant parcourant l'intervalle séparant les enveloppes externe et interne dans un sens général dirigé vers l'aval et le quittant à l'extrémité aval de chaque élément d'enveloppe interne (24) 15. Structure enveloppante selon la Revendication 13, caractérisé en ce que chaque élément d'enveloppe interne (22) comporte un flasque (22b) à son extré- mité amont, ledit flasque étant localisé entre l'en- veloppe externe (18) et un élément adjacent d'enve- loppe interne (22b), l'air réfrigérant parcourant l'intervalle séparant les enveloppes externe et in- terne dans un sens général dirigé vers l'amont et le quittant par des orifices (40) contigus à l'extré- mité amont de l'élément d'enveloppe interne (22).