Brevet FR2523646A1 — publié le 19830923

La présente invention concerne un dispositif pour supporter l'équipement de combustion d'un moteur à turbine à gaz L'invention se rapporte à un dispositif pour supporter un tube de flamme annulaire à l'intérieur d'un carter porteur espacé radialement vers l'extérieur du tube de flamme annulaire. L'équipement de combustion d'un moteur à turbine à gaz est soumis à des températures élevées et à de grandes contraintes thermiques qui varient du fait des différentes conditions de marche du moteur Pendant l'accélération du moteur, la température dans l'équipement de combustion augmente et cela provoque une dilatation radiale du tube de flamme annulaire et du carter porteur De façon semblable, pendant la décélération du moteur, la température dans l'équipement de combustion diminue et il en résulte une contraction radiale du tube de flamme annulaire et du carter extérieur Le tube de flamme annulaire et le carter porteur ont des taux différents de dilatation/contraction radiale thermique et, dans un équipement de combustion o le tube de flamme annulaire est fixé rigidement sur le carter porteur, cette différence entre les taux de dilata- tion/contraction radiale thermique crée des contraintes dans le tube de flamme annulaire et le carter porteur et peut provoquer une déformation ou une fissuration du tube de flamme annulaire ou du carter porteur. La présente invention a pour but de créer un dispositif de fixation d'équipement de combustion qui élimine les problèmes de déformation et de fissuration dans le tube de flamme annulaire et dans le carter porteur sous l'effet de différences de dilatation/contraction radiale thermique du tube de flamme annulaire et du carter porteur. En conséquence, la présente invention concerne un dispositif de support d'équipement de combustion compre- nant un tube de flamme annulaire, un carter porteur qui est espacé radialement vers l'extérieur du tube de flamme annulaire, une structure portante relativement flexible qui a une section droite dans l'ensemble en forme de U et qui est positionnée radialement entre le tube de flamme annulaire et le carter porteur, une première branche de la structure portante flexible étant fixée sur le tube de flamme annu- laire tandis qu'une seconde branche de la structure portante flexible est fixée sur le carter porteur, ladite structure portante flexible permettant un mouvement radial relatif entre le tube de flamme annulaire et le carter porteur. Le tube de flamme annulaire peut être fixé sur la première branche de la structure portante flexible par un certain nombre d'entretoises qui s'étendent du tube de flamme annulaire jusqu'à une paroi extérieure de diffuseur qui est espacée radialement vers l'extérieur du tube de flamme annulaire et qui est fixée sur la première branche de la structure portante flexible. La paroi extérieure de diffuseur peut être fixée sur un certain nombre de carénages qui s'étendent dans une direction radiale, chaque carénage étant fixé sur la première branche de la structure portante flexible. La paroi extérieure de diffuseur peut être fixée sur un certain nombre de carénages qui s'étendent dans une direction radiale, chaque carénage s'étendant au travers d'une fente ménagée dans la première branche de la structure portante flexible, les carénages n'étant pas fixés sur la première branche de la structure portante flexible. Les carénages peuvent être fixés sur la première branche de la structure portante flexible dans une position située en amont de la position o la paroi extérieure de diffuseur est fixée sur la première branche de la structure portante flexible. L'extrémité d'aval de la paroi extérieure de diffuseur peut être fixée sur l'extrémité d'aval de la première branche de la structure portante flexible. L'ex'trémité d'aval de la paroi extérieurede diffuseur peut comporter un bras formant une partie intégran- te et qui s'étend vers l'aval en étant fixé sur l'extrémité d'aval de la première branche de la structure portante flexible. Le carter porteur peut être fixé sur la seconde branche de la structure portante flexible par un certain nombre de boulons qui s'étendent au travers de bossages respectifs prévus dans le carter porteur et assurant la fixation d'un brûleur sur une plaque associée de support de brûleur, la plaque de support de brûleur étant fixée sur la seconde branche de la structure portante flexible. La paroi extérieure de diffuseur peut être espacée radialement vers l'intérieur du carter porteur. La structure portante flexible peut avoir une section complètement annulaire. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la fig 1 est une vue en coupe schématique en partie arra- chée d'un moteur à turbine à gaz montrant l'équipement de combustion, la fig 2 est une vue faite dans la direction de la flèche A de la fig 1 à échelle agrandie, la fig 3 est une coupe faite suivant la ligne B-B de la fig 2 et montrant un mode de réalisation d'un dispositif de support conforme à la présente invention, la fig 4 est une coupe faite suivant la ligne C-C de la fig 2, la fig 5 est une vue semblable à celle de la fig 3 mais montrant un autre mode de réalisation d'un dispositif de support conforme à la présente invention, la fig 6 est une vue semblable à celle de la fig 3 mais montrant encore un autre mode de réalisation d'un dispositif de support conforme à la présente invention. Un moteur à turbine à gaz 10, représenté sur la fig 1, comprend, en série, un ventilateur 12 et un moteur central 14 Le moteur central 14 comprend un compresseur 16, un équipement de combustion 18, une turbine 20 et une tuyère d'échappement 22 En fonctionnement, de l'air est aspiré dans le moteur à turbine à gaz 10 et il est initiale- ment comprimé par le ventilateur 12, l'écoulement d'air étant alors divisé en deux parties Une première partie de l'air, appelé air central, pénètre dans le compresseur 16 o l'air est comprimé avant de passer dans l'équipement de combustion 18 Du carburant injecté dans l'équipement de combustion 18 est mélangé à l'air central et le mélange de carburant et d'air est brûlé pour produire des gaz chauds. Les gaz chauds produits par la combustion du mélange d'air et de carburant pénètrent dans la turbine 10 qui est ainsi entraînée et qui actionne à son tour le ventilateur 12 et le compresseur 16 Les gaz chauds sortent ensuite du moteur à turbine à gaz par l'intermédiaire de la tuyère d'échappe- ment 22 La seconde partie de l'écoulement d'air passe dans un anneau entourant le moteur central 14. La partie indiquée en vue arrachée montre une partie de l'équipement de combustion 18 qui comprend un carter extérieur 24, un carteur porteur 26, un tube de flamme annulaire 28 et un carter intérieur 30. On va maintenant se référer aux figures 2 à 4 qui représentent un dispositif de support pour l'équipement de combustion 18. Le tube de flamme annulaire 28 comporte une entrée d'air 38 à son extrémité d'amont et une tête 32 qui est pourvue d'une rangée circonférentielle de trous 34. Une buse de brûleur de carburant à pulvérisation d'air est positionnée coaxialement dans chaque trou 34 et elle intro- duit un mélange de carburant et d'air dans la zone primaire 36 du tube de flamme annulaire 28 Le carter porteur 26 est espacé radialement vers l'extérieur du tube de flamme annu- laire 28 et un passage extérieur d'air 46 est délimité entre le carter porteur 26 et le tube de flamme annulaire 28 De même le carter intérieur 30 est espacé radialement vers l'intérieur du tube de flamme annulaire 28 et un passage intérieur d'air 48 est délimité entre le carter intérieur 30 et le tube de flamme annulaire 28 Un certain nombre d'aubes directrices de sortie de compresseur 40 réparties circonfé- rentiellement dirigent l'air comprimé provenant du compres- seur 16 vers l'entrée d'air 38 du tube de flamme annulaire 28 et respectivement dans les passages extérieur et inté- rieur d'air 46 et 48 Une paroi intérieure de diffuseur 44 s'étend de l'extrémité d'aval des aubes directrices de sortie 40 jusqu'à l'extrémité d'amont du carter intérieur et une paroi extérieure de diffuseur 42 est espacée de l'extrémité d'aval des aubes directrices de sortie 40 et s'étend vers l'aval et vers l'extérieur en direction du carter porteur 26, mais elle est espacée radialement du carter porteur. Une structure cylindrique 50, qui a une section droite conique, assure la fixation de l'extrémité d'amont des aubes directrices de -sortie 40 sur le carter porteur 26. La paroi extérieure du diffuseur 42 est fixée sur l'extrémité d'amont du tube de flamme annulaire 28 par un certain nombre d'entretoises 60 qui s'étendent radialement au travers du passage extérieur d'air 46 Un certain nombre de structures de carénage 56 sont fixées sur et s'étendent vers l'extérieur à partir de la paroi extérieure de diffu- seur 42 et en direction du carter porteur 26 mais elles sont espacées radialement du carter porteur 26. Une structure portante relativement flexible, qui est constituée dans ce cas par un anneau relativement flexi- ble 54, a une section droite dans l'ensemble en forme de U et elle comprend une branche dirigée vers l'intérieur 62 et une branche dirigée vers l'extérieur 64 L'anneau 54 est disposé radialement entre l'extrémité extérieure des structures de carénage 56 et le carter porteur 26, et la branche intérieure 62 de l'anneau 54 est fixée sur l'extré- mité extérieure des structures de carénage 56 et également sur l'extrémité d'aval de la paroi extérieure de diffuseur 42 Un rebord 66 prévu sur la branche extérieure 64 de l'anneau 54 est fixé sur le carter porteur 26 Dans ce mode de réalisation particulier, la branche intérieure 62 de l'anneau 54 est fixée sur les structures de carénage 56 et sur la paroi extérieure de diffuseur 42 par brasage mais on peut utiliser d'autres méthodes appropriées de fixation la branche extérieure 64 de l'anneau 54 est fixée par brasage ou par d'autres méthodes appropriées sur un certain nombre de plaques de fixation de brûleur 58 qui sont elles- mêmes fixées sur un bossage correspondant 52 prévu dans le carter porteur 26 à l'aide d'un certain nombre de boulons qui assurent également la fixation de chaque brûleur de carburant en position. La branche intérieure 62 comporte un certain nombre de trous permettant le positionnement des brûleurs avec le tube de flamme annulaire 28. En fonctionnement, de l'air comprimé provenant du compresseur 16 est dirigé par les aubes-directrices de sortie 40 de manière à pénétrer dans l'entrée 38 du tube de flamme annulaire 28 et à parvenir par l'intermédiaire des buses de pulvérisation d'air dans la zone primaire 36 o l'air primaire est mélangé au carburant provenant des buses du brûleur de carburant, ce qui permet le brûlage du mélange. La chaleur engendrée par la combustion du mélange de carburant et d'air primaire provoque une dilatation radiale du tube de flamme annulaire 28 et du carter porteur annulaire 26 Lorsque le moteur à turbine à gaz 10 fonctionne par exemple dans des conditions de marche de croisière, le tube de flamme annulaire 28 et le carter porteur 26 attei- gnent une relation fixe l'un par rapport à l'autre mais, au cours d'une accélération ou d'une décélération du moteur à turbine à gaz, c'est-àdire lorsque le taux de générateur de chaleur dans le tube de flamme annulaire n'est pas constant, ce tube de flamme annulaire 28 se dilate ou se contracte à un degré plus fort que le carter porteur annulaire 26. Dans un grand nombre des moteurs à turbines à gaz utilisés à l'heure actuelle, le tube de flamme annulaire est monté rigidement sur le carter porteur au moyen de structures de carénage qui sont semblables à celles représen- tées sur la fig 3 mais qui s'étendent dans une direction orientée radialement vers l'extérieur depuis la paroi extérieure du diffuseur jusqu'au carter porteur, au moyen d'un certain nombre d'entretoises qui s'étendent radialement depuis le tube de flamme annulaire jusqu'à la paroi extérieu- re de diffuseur Les structures de carénage comportent des bossages de fixation et un certain nombre de boulons assu- rent la fixation des bossages de chaque structure de caréna- ge et des brûleurs correspondants sur un bossage associé du carter porteur. Cette fixation rigide du tube de flamme annulaire sur le carter porteur fait en sorte que des contraintes sont créées dans le tube de flamme annulaire, le carter porteur et notamment dans les entretoises et il en résulte souvent une déformation ou une fissuration du tube de flamme annulaire, de la paroi extérieure de diffuseur ou du carter porteur. La présente invention remédie aux inconvénients de déformation ou de fissuration du tube de flamme annulaire 28 ou du carter porteur 26 par une disposition de l'anneau 54 entre l'extrémité extérieure des structures de carénage 56 et le carter porteur 26 La branche extérieure 64 de l'anneau 54 est fixée sur le carter porteur 26 tandis que la branche intérieure 62 est fixée sur les structures de carénage 56 et sur la paroi extérieure de diffuseur 42, l'extrémité d'aval de la paroi extérieure de diffuseur 42 étant espacée radialement du carter porteur 26. Lorsque le moteur à turbine à gaz 10 accélère, le tube de flamme annulaire 28 se dilate à un taux plus fort que le carter porteur 26, ce qui provoque un déplace- ment des entretoises 60 et de la paroi extérieure de diffu- seur 42 dans une direction orientée radialement vers l'extérieur. La paroi extérieure de diffuseur 42 n'est pas limitée dans son mouvement radial du fait qu'il existe un intervalle entre l'extrémité d'aval de la paroi de diffuseur -42 et le carter porteur 26, et l'anneau 54, qui a une section droite dans l'ensemble en forme de U, s'infléchit de manière à permettre à la paroi extérieure de diffuseur 42 de se déplacer radialement vers l'extérieur De même, quand le moteur à turbine à gaz 10 décélère, le tube de flamme annulaire 26 se contracte à un degré plus fort que le carter porteur 26 et il en résulte un déplacement des entretoises 60 et de la paroi extérieure de diffuseur 42 dans une direction orientée radialement vers l'intérieur. La paroi extérieure de diffuseur 42 n'est pas limitée dans son mouvement radial du fait que l'anneau 54 s'infléchit de manière à permettre à la paroi extérieure de diffuseur 42 de se déplacer dans une direction orientée radialement vers l'intérieur. La fig 5 représente un autre mode de réalisa- tion du dispositif porteur dans lequel la fixation est essentiellement identique à celle indiquée sur la fig 3 mais o l'anneau 54 a une section droite modifiée La branche extérieure 64 de l'anneau 54 ne comporte pas de rebord et la branche extérieure 64 est infléchie dans une direction orientée vers l'extérieur et elle vient buter contre les bossages 52 du carter porteur 26 Les plaques de montage de brûleurs 58 sont brasées sur la face intérieure de la branche 64 et elles sont fixées sur le carter porteur 26 par les boulons qui assurent la fixation des brûleurs 34 sur les carters porteurs 26 et qui sont vissés dans les plaques de fixation de brûleurs 58. La fig 6 représente un autre mode de réalisa- tion du dispositif de support dans lequel le montage est essentiellement identique à celui indiqué sur la fig 3 mais o l'anneau 54 a une section droite encore modifiée tandis que la paroi extérieure de diffuseur 42 a été changée. La paroi extérieure de diffuseur 42 comporte un bras 68 qui s'étend vers l'amont à partir de l'extrémité d'aval de la paroi extérieure de diffuseur 42 et la branche intérieure 62 est recourbée à son extrémité d'aval de manière à venir buter contre le bras 68 et à être soudée bord à bord avec celui-ci. Pour empêcher une grande flexion de l'anneau 54, l'extrémité extérieure de la structure de carénage 56 s'étend au travers d'une fente 80 ménagée dans la première branche 62 de l'anneau 54 et l'extrémité extérieure de la structure de carénage 56 n'est pas fixée sur la première branche 62 Cela permet à l'ensemble de la première branche 62 de l'anneau 54 de se déplacer librement dans une direc- tion radiale. La structure portante relativement flexible est fabriquée en un certain nombre de sections qui sont fixées ensemble par soudage bout à bout mais on peut utiliser d'autres méthodes appropriées L'anneau 54 représenté sur les figures 3 et 6 est formé de deux sections, la première section comprenant la branche intérieure 62 qui est formée d'une tôle métallique tandis que la seconde section comprend la branche extérieure 64 et le rebord 66 qui est réalisé sous forme d'une pièce forgée. L'anneau 54 représenté sur la fig 5 est consti- tué de trois sections; la première section 70 comprend la majeure partie de la branche intérieure 62 qui est formée de tôle métallique, la seconde section 72 comprend l'extré- mité d'amont de la branche intérieure 62 tandis que la troisième section 74 comprend la branche extérieure 64 La seconde et la troisième section 72, 74 sont respectivement réalisées comme des pièces forgées. REVENDICATIONS 1 Dispositif de support d'équipement de combustion, comprenant un tube de flamme annulaire, un carter porteur qui est espacé radialement vers l'extérieur du tube de flamme annulaire, caractérisé en ce qu'une structure por- tante relativement flexible ( 54) ayant dans l'ensemble une section en forme de U est positionnée radialement entre le tube de flamme annulaire ( 28) et le carter porteur ( 26), tn ce qu'une première branche ( 62) de la structure portante flexible ( 54) est fixée sur le tube de flamme annulaire ( 28) tandis qu'une seconde branche ( 64) de la structure portante flexible ( 54) est fixée sur le carter porteur ( 26), la structure portante flexible ( 54) permettant un mouvement radial relatif du tube de flamme annulaire ( 28) et du carter porteur ( 26) 2 Dispositif de support d'équipement de combustion' selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de flamme annulaire ( 28) est fixé sur la première branche ( 62) de la structure portante flexible ( 54) par un certain nombre d'entretoises ( 60) qui s'étendent du tube de flamme annulaire ( 28) jusqu'à une paroi extérieure de diffuseur ( 42) qui est espacée radialement vers l'extérieur du tube de flamme annulaire ( 28) et qui est fixée sur la première branche ( 62) de la structure portante flexible ( 54). 3 Dispositif de support d'équipement de combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité d'aval de la paroi extérieure de diffuseur ( 42) est fixée sur l'extrémité d'aval de la première branche ( 62) de la structure portante flexible ( 54). 4 Dispositif de support d'équipement de combustion selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité d'aval de la paroi extérieure de diffuseur ( 42) comporte un bras intégral ( 68) qui s'étend vers l'amont et qui est fixé sur l'extrémité d'aval de la première branche ( 62) de la structure portante flexible ( 54). Dispositif de support d'équipement de combustion selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi extérieure de diffuseur ( 42) est fixée sur un certain nombre 1 l de carénages ( 56) qui s'étendent dans une direction radiale, chaque carénage étant fixé sur la première branche ( 62) de la structure portante flexible ( 54). 6 Dispositif de support d'équipement de combustion selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi extérieure de diffuseur ( 42) est fixée sur un certain nombre de carénages ( 56) qui s'étendent dans une direction radiale, chaque carénage ( 56) passant au travers d'une fente ( 80) ménagée dans la première branche ( 62) de la structure portan- te flexible ( 54) et les carénages ( 56) n'étant pas fixés sur la première branche ( 62) de la structure portante flexi- ble ( 54). 7 Dispositif de support d'équipement de combustion selon la revendication 5, caractérisé en ce que les caréna- ges ( 56) sont fixés sur la première branche ( 62) de la structure portante flexible ( 54) dans une position située en amont de la position o la paroi extérieure de diffuseur portante flexible ( 54). 8 Dispositif de support d'équipement de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le carter porteur ( 26) est fixé sur la seconde branche ( 64) de la structure portante flexible ( 54) par un certain nombre de boulons qui s'étendent au travers de bossages respectifs ( 52) prévus dans le carter porteur ( 26) et qui assurent la fixation d'un brûleur ( 34) sur une plaque de fixation de brûleur respective ( 58), la plaque de fixa- tion de brûleur ( 58) étant fixée sur la seconde branche ( 64) de la structure portante flexible ( 54). 9 Dispositif de support d'équipement de combustion selon la revendication 8, caractérisé en ce que la paroi extérieure de diffuseur ( 42) est espacée radialement vers l'intérieur du carter porteur ( 26). Dispositif de support d'équipement de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la structure portante flexible ( 54) a une section complètement annulaire. 11 Moteur à turbine à gaz qui comprend un disposi- tif de support d'équipement de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.