Brevet FR2519412A1 — publié le 19830708

l e 251941 ú La présente invention concerne le refroidissement des parois de chambres de combustion utilisées dans des moteurs à turbines à gaz. Pour obtenir une durée de service acceptable de chambres de combustion sans utiliser des parois ayant une structure excessivement épaisse, il est classique de faire intervenir une certaine forme de refroidissement de paroi Les agence- ments connus de refroidissement de parois comportent tous des inconvénients. Dans le refroidissement par film, qui est le plus couram- ment utilisé et o un film d'air de refroidissement est dirigé sur les parois intérieures d'unecliambre, l'air se mélange avec les gaz de combustion Il en résulte que l'air de re- froidissement est dérivé de la paroi et il se produit également une perturbation du processus de combustion avec en consé- quence une perte de rendement et une augmentation de la pollution. Un refroidissement par convection, suivant lequel de l'air de refroidissement est insufflé sur la paroi extérieure d'une chambre de combustion, est limité dans son efficacité finale par l'échauffement rapide du fluide réfrigérant dans une zone adjacente à la paroi. Le moyen de refroidissement potentiellement le plus efficace consiste à assurer le refroidissement par projection de jets d'air de refroidissement contre une"surface extérieure de la paroi Cependant, en pratique, un écoulement au delà de la paroi sous l'action de jets d'amont produit une déviation des jets d'aval, et par conséquent une diminution de l'effet de refroidissement en aval. Conformément à la présente invention, une chambre de combustion à turbine à gaz comprend une paroi dont au moins une partie est formée par une pluralité de tubes qui se touchent et qui s'étendent dans l'ensemble parallèlement à l'axe de chambre, chaque tube comportant une entrée d'air comprenant une série, s'étendant axialement, de trous orientés tangentiellement à son extrémité d'amont de manière que, en service, de l'air de refroidissement soit introduit dans chaque tube pour produire dans celui-ci un vortex forcé et pour sortir à l'extrémité de chaque tube. La chambre peut avoir une configuration annulaire et com- porter des parois intérieure et extérieure formées par lesdits tubes, ou bien la chambre peut avoir une configuration cylin- drique Les extrémités d'entrée des tubes peuvent être situées à ou à proximité de l'extrémité d'amont de la-chambre de combustion. La chambre peut comporter un bouclier annulaire qui s'étend autour des trous d'entrée d'air et qui, en service, dirige de l'air froid s'écoulant au delà de la chambre dans les trous d'entrée. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence, dans la suite dela description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:- la Fig 1 est une vue en élévation et en coupe d'une chambre de combustion; la Fig 2 est une vue en perspective, en partie arrachée et en partie en coupe, d'un détail de la Fig 1; la Fig 3 est une vue en bout d'un détail de la Fig 2 dans la direction de la flèche 3 de la Fig 2; et la Fig 4 est une vue en élévation en coupe d'un détail d'une version modifiée de l'invention. Une chambre de combustion 10 d'un moteur à turbine à gag (Fig 1) du type dans lequel plusieurs chambres sont-disposées annulairement en aval d'un compresseur (non représenté), comporte une alimentation en carburant -l, un moyen pour mélanger le carburant avec de l'air et un moyen pour enflammer le mélange air/carburant Des moyens pour mélanger du carburant avec de l'air et pour enflammer le mélange sont bien connus dans l'art antérieur, ils ne font pas partie de la présente invention et ils n'ont pas par conséquent à être décrits dans la suite Dans une zone adjacente à une extrémité d'amont 12 de la chambre de combustion 10, une section d'une paroi 13 de la chambre est formée à partir d'un agencement annulaire 14 de tubes qui se touchent, tels que ceux indiqués en 15. Comme le montrent mieux les Fig 2 et 3, chaque tube 15 est fermé à une extrémité d'amont 116 et il comporte une série, s'étendant axialement, de trous 17 qui sont chacun dirigés tangentiellement (Fig 3) dans le tube. En service, quand le moteur est en marche, de l'air fourni par le compresseur est en partie introduit dans la chambre de combustion 10 pour se mélanger à du carburant provenant de l'orifice d'alimentation Il et pour entretenir une combustion à l'intérieur de la chambre En outre, de l'air (qui est canalisé par un-guide tel que celui indiqué en 18 sur la Fig 1) passe par les trous 17 ménagés dans les tubes 15 L'air se trouvant dans les tubes 15 est obligé d'exécuter un mouvement tourbillonnaire (Fig 3, 4), le pas du tourbillon augmentant vers l'aval à mesure que de l'air provenant des trous d'aval 17 est ajouté à-l'air se trouvant déjà dans les tubes Après avoir rempli sa fonction de refroidissement à l'intérieur des tubes 15, l'air est éjecté dans la chambre de combustion 10 o il peut être suffisamment froid pour remplir une fonction de refroidissement le long - de l'intérieur de la paroi 13 En variante, comme indiqué. sur la Fig 4, une série d'ensembles annulaires de tubes 15 en recouvrement peuvent s'étendre vers l'aval le long de la paroi 13. On voit par conséquent qu'une chambre annulaire de combustion conforme à l'invention comporte au moins un ensemble de tubes 15 qui sont adjacents à l'extrémité d'amont de chacune de ses parois intérieure et extérieure. Avec cet agencement, de l'air froid introduit par l'intermédiaire des trous d'aval 17 a tendance, du fait de sa plus grande densité et sous l'influence de son mouvement tourbillonnaire, à circuler sur la surface des tubes 15 à la placé de l'air déjà chauffé et par conséquent moins dense qui se trouve déjà à l'intérieur du tube Cet agencement assure par conséquent un refroidissement efficace de la paroi. L'agencement fait également en sorte qu'une rupture d'un ou plusieurs tubes 15 se produise sur les arcs intérieurs (par rapport à l'intérieur de la chambre de combustion 10), 4 2519412 ce qui permet à l'air de refroidissement de s'écouler à l'in- térieur de la chambre en continuant à passer par les trous 17, et également d'empêcher l'échappement des gaz de combustion - chauds au travers de la paroi 13 du fait de la présence des arcs restants de tubes 15. L'agencement annulaire peut commodément être réalisé en perçant axialement des tubes 15 dans un anneau de matière jusqu'aux extrémités d'amont 16 et en perçant également des trous 17 depuis le côté extérieur de l'anneau jusqu'aux tubes 15. REVENDICATIONS 1. Chambre de combustion de turbine à gaz comprenant une paroi ( 10), caractérisée en ce qu'au moins une partie ( 13) de la paroi ( 10) est formée par une pluralité de tubes ( 15) qui se touchent et qui sont orientés dans l'ensemble parallèlement à l'axe de chambre, chaque tube comportant une entrée d'air comprenant une série, s'étendant axialement, de trous ( 17) orientés tangentiellement à son extrémité d'amont, et en ce que, en service, de l'air de refroidisse- ment est introduit dans chaque tube de façon à produire dans celui-ci un tourbillon forcé et à sortir par l'extrémité de chaque tube. 2. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre ( 10) a une configuration annulaire et comporte des parois intérieure et extérieure,- et en ce qu'au moins une partie de chaque paroi est formée par une pluralité desdits tubes ( 15). 3. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre ( 10) a une configuration cylindrique. 4. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisée-en ce que l'extrémité d'entrée des tubes ( 15)-est située à, ou à proximité de, l'extrémité d'amont ( 12) de la chambre de combustion ( 10). 5 Chambre de combustion selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que les trous d'entrée d'aiai X 17) sont formés sur le côté extérieur de la paroi formée par les tubes ( 15) et en ce qu'il est en outre prévu un bouclier annulaire qui s'étend autour des trous d'entrée d'air et qui, en service, dirige de l'air de refroidissement s'écoulant au delà de la chambre ( 10) vers les trous d'entrée ( 17). 6. Moteur à turbine à gaz comportant une chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications l à 5. Il