Brevet FR2527268A1 — publié le 19831125

Prédiffuseur pour un moteur à turbine à gaz. La présente invention concerne des moteurs à turbine à gaz dans lesquels on utilise des brûleurs de type annulaire et, en particulier, elle concerne la construction du prédiffuseur, ainsi que sa relation avec le brûleur. De façon bien connue, dans un moteur à tur- bine à gaz spécifique, des entretoises sont montées dans un diffuseur de type annulaire en vue de trans- mettre une charge en travers du parcours des gaz, tan- dis que des passages sont prévus pour recevoir des ca- nalisations d'huile et d'autres canalisations de service du moteur Ces diffuseurs sont utilisés de manière con- ventionnelle pour diffuser l'air de décharge du com- presseur et convertir ainsi la pression dynamique en une pression statique avant l'admission de cet air dans le brûleur Bien qu'il existe actuellement des con- ceptions selon lesquelles le nombre d'injecteurs de carburant prévus dans la tête du brûleur doit être un nombre entier qui est en relation avec le nombre d'en- tretoises, les injecteurs de carburant y sont habituel- lement plus nombreux que les entretoises De plus, bien qu'il soit tenu compte de l'intégrité aérodynami- que et structurale dans les entretoises conçues jusqu'à présent, la pratique admise n'a jamais pris en considé- ration l'expansion de l'écoulement dans le sens circon- férentiel. Dans les systèmes conçus jusqu'à présent, les entretoises prévues dans le prédiffuseur étaient réali- sées avec un bord de fuite émoussé, mais en étant espa- cées l'une de l'autre d'une distance relativement impor- tante C'est ainsi qu'un système donné pourrait spéci- fiquement comprendre moins d'entretoises que d'injec- teurs de carburant et de passages d'air associés, ce qui, par inhérence, crée des caractéristiques d'écoulement irrégulières de l'air déchargé du prédiffuseur dans le diffuseur de décharge. La Demanderesse a constaté qu'en égalisant le nombre d'entretoises avec le nombre d'injecteurs de carburant et en centrant ces derniers par rapport aux passages ménagés entre les entretoises, on pouvait améliorer les caractéristiques d'écoulement Cela est dû au fait que l'obstruction circonférentielle est ac- crue, si bien que la dimension radiale du passage ména- gé dans le diffuseur peut être agrandie, de telle sor- te que le mélange de l'écoulement qui en est déchargé, soit plus rapide que celui obtenu par ailleurs dans les systèmes conçus jusqu'à présent On obtient ainsi des caractéristiques grâce auxquelles les déformations d'écoulement et les remous sont réduits ou restreints au minimum avec, par conséquent, un type d'écoulement plus uniforme en direction du brûleur, minimisant ainsi la formation de points chauds localisés sur les parois de ce dernier. Un objet de la présente invention est de four- nir un moteur à turbine à gaz comportant un diffuseur perfectionné et une chambre de combustion de type annu- laire Selon une caractéristique de l'invention, on prévoit, dans le diffuseur, des entretoises en un nombre égal à celui des injecteurs de carburant montés dans la tête de la chambre de combustion Une autre carac- téristique de la présente invention consiste à donner, à l'entretoise du diffuseur, une configuration cunéifor- me selon laquelle son bord d'attaque est situé en amont, tandis que son extrémité émoussée est située en aval et disposée parallèlement à l'écoulement ayant lieu dans ce diffuseur La largeur du bord de fuite est suffi- samment grande pour obtenir une expansion prédéterminée de l'air déchargé du diffuseur dans le sens circonféren- tiel. D'autres caractéristiques et avantages appa- raîtront à la lecture de la description et des reven- dications ci-après, en se référant aux dessins annexés qui illustrent une forme de réalisation de l'invention; S dans ces dessins: la figure 1 est une vue partielle en coupe illustrant les détails de la présente invention; la figure 2 est une vue partielle développée illustrant la relation existant entre les aubes direc- trices d'entrée et les entretoises montées dans le diffuseur; la figure 3 a est une vue en bout avant déve- loppée de l'entrée du diffuseur; et la figure 3 b est une vue en bout arrière dé- veloppée du diffuseur. La présente invention est particulièrement adaptée à une utilisation avec un groupe propulseur à turbine du type "JT 9 D" fabriqué par la division "Pratt & Whitney Aircraft" de la "United Technologies Corpo- ration" qui est la Demanderesse de la présente; dans ce groupe propulseur à turbine, l'air du compresseur est acheminé à une chambre de combustion annulaire via un prédiffuseur et un diffuseur de décharge Telle qu'elle est utilisée ici, l'expression "prédiffuseur" désigne un prédiffuseur de type annulaire qui est en communication directe avec l'air de décharge du compres- seur Le diffuseur de décharge est alimenté par le prédiffuseur et il est situé immédiatement en amont du brûleur annulaire, tandis qu'il alimente à son tour les injecteurs de carburant montés dans la tête de ce dernier. L'invention sera mieux comprise en se référant aux figures 1, 2, 3 a et 3 b dans lesquelles elle fait partie du moteur à turbine à gaz désigné d'une manière générale par le chiffre de référence 10 et qui n'est représenté que partiellement afin d'illustrer les détails de l'invention Comme on le comprendra, ce moteur est spécifiquement un moteur à deux rotors et à compresseur à écoulement axial du type "JT 9 D" indiqué ci- dessus, dans lequel des arbres 12 et 14 sont montés coaxialement autour de la ligne centrale 16 du moteur. Chaque arbre supporte, à chaque extrémité, des turbi- nes et des compresseurs dont un est le rotor haute pression et l'autre, le rotor basse pression Dans cette forme de réalisation, seule une partie du dernier étage du compresseur haute pression 18 est représentée et l'air qui en est déchargé, est acheminé au prédiffu- seur désigné d'une manière générale par le chiffre de référence 20, au diffuseur de décharge désigné d'une manière générale par le chiffre de référence 22 et au brûleur annulaire désigné d'une manière générale par le chiffre de référence 24. Comme on peut le constater en figure 1, le prédiffuseur 20 est situé à l'extrémité de la structure 26 définissant le parcours des gaz, cette structure com- prenant une paroi annulaire intérieure 28 et la paroi annulaire intérieure associée 30 s'étendant axialement par rapport à cette dernière, ainsi que la paroi annu- laire extérieure 32 et la paroi annulaire extérieure associée 34 s'étendant axialement par rapport à cette dernière La partie avant ou partie de parcours des gaz o les parois intérieure et extérieure sont généra- lement parallèles, renferme plusieurs aubes de guidage ou de changement de direction 36 qui sont espacées cir- conférentiellement, tandis que la partie de diffuseur 30 o les parois intérieure et extérieure divergent radia- lement, renferme les entretoises 38 qui seront décrites plus en détail ciaprès La structure définissant le prédiffuseur et le parcours des gaz est supportée en place par les enveloppes annulaires 40 qui circonscri- vent la ligne centrale du moteur, tandis qu'elle est réalisée d'une seule pièce avec la paroi 42 du carter extérieur du moteur L'enveloppe intérieure 44 s'étend radialement vers l'intérieur et axialement vers l'arriè- re en vue de définir le diffuseur de décharge 24 et de constituer un support pour le palier désigné d'une ma- nière générale par le chiffre de référence 46 Con- jointement avec l'enveloppe 40, le joint d'étanchéité à labyrinthe désigné d'une manière générale par le chiffre de référence 50 constitue une entrave à l'écou- lement de décharge du compresseur, de telle sorte qu'essentiellement tout l'air comprimé soit dirigé pour s'écouler à travers la structure de prédiffuseur et de parcours des gaz. Ainsi qu'on l'a indiqué ci-dessus, le prédiffu- seur alimente le diffuseur de décharge 22, lequel ali- mente à son tour le brûleur annulaire 24 Une partie de l'air pénètre à travers plusieurs trous 52 espacés circonférentiellement sur la tête du brûleur annulaire. Un injecteur de carburant et son support 54 sont prévus pour chaque trou et, dans une installation spécifique, ces injecteurs de carburant pourraient être, par exem- ple, au nombre de 24. Suivant la présente invention, le nombre d'in- jecteurs de carburant 54 et le nombre d'entretoises 38 sont égaux En conséquence, dans cette installation particulière, on prévoit 24 injecteurs de carburant et 24 entretoises En outre, les injecteurs de carburant sont disposés de telle sorte qu'ils soient alignés cha- cun face à et au centre de l'espace 58 défini entre des entretoises adjacentes comme illustré plus clairement par la ligne en traits discontinus désignée par la lettre A en figure 3 (b). Comme on peut le constater dans les figures 3 (a) et 3 (b), l'air comprimé pénètre dans l'entrée annulaire et il est dirigé à travers les canaux de forme rectan- gulaire avant d'être déchargé dans le diffuseur de dé- charge. De même, suivant la présente invention, les entretoises 38 sont constituées de corps cunéiformes dont le bord d'attaque 60 est situé dans l'extrémité d'amont et dont le bord de fuite 62 est situé dans l'extrémité d'aval en étant orienté parallèlement à l'écoulement Comme le montre la figure 2, ce bord de fuite est émoussé afin de favoriser l'écoulement dans le sens circonférentiel avec, pour conséquence, une amélioration de la répartition de pression qui donne lieu à un meilleur effet de refroidissement sur le brû- leur. La présente invention permet d'obtenir les caractéristiques suivantes: 1) Déformation réduite à la fois pour les re- mous du champ virtuel d'amont et d'aval suite à l'écartement circonférentiel réduit des entretoi- ses; 2) plus haut potentiel de charge du diffuseur, pertes identiques ou moindres; 3) effet de détermination de surface entretoi- se/diffuseur à peu près unidimensionnel; 4) grande section transversale d'entretoise pour les évents ou les canalisations d'huile; ) construction structurellement rigide, ré- partition des charges plus uniforme. Il est entendu que l'invention n'est pas limi- tée aux formes de réalisation particulières illustrées et décrites ici, mais que diverses modifications peu- vent y être apportées sans se départir de l'esprit et du cadre de son nouveau concept tel qu'il est défini par les revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 Moteur à turbine à gaz comportant un com- presseur à écoulement axial ( 18) et un brûleur annulai- re ( 24) montés autour de la ligne centrale ( 16) du mo- teur, un diffuseur annulaire ( 20) intercalé entre le compresseur et le brûleur et comportant deux parois annulaires espacées radialement ( 28, 30, 32, 34) qui définissent un passage annulaire pour acheminer l'air déchargé du compresseur au brûleur, ces parois annulai- res espacées comportant une première partie o elles sont mutuellement concentriques de façon à définir une section d'aubesfixes,des aubes fixes ( 36) étant montées entre ces parois annulaires espacées ( 28, 32) en vue d'éliminer la composante tourbillonnaire du courant d'air déchargé du compresseur ( 18), tandis que ces pa- rois annulaires espacées comportent une seconde partie o elles s'étendent radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur l'une par rapport à l'autre pour défi- nir une section de diffuseur, des entretoises espacées circonférentiellement ( 38) s'étendant entre ces parois annulaires ( 30, 34) en vue de définir, avec celles-ci, des passages à extrémités ouvertes, ainsi que plusieurs injecteurs de carburant espacés circonférentiellement ( 54) montés dans le brûleur annulaire ( 24) et dont la ligne centrale coîncide avec la ligne centrale de cha- cun des passages à extrémités ouvertes, de telle sorte que le nombre d'entretoises ( 38) soit égal au nombre d'injecteurs de carburant ( 54). 2 Moteur à turbine à gaz suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les entretoises ( 38) sont cunéiformes, leur extrémité plus étroite ( 60) étant située en amont de leur extrémité plus large ( 62), tan- dis qu'elles sont disposées axialement et parallèle- ment par rapport à l'écoulement de l'air dans le dif- fuseur ( 20).