Brevet FR2686683A1 — publié le 19930730

La conception des nouvelles turbomachines conduit, pour obtenir des taux de pollution réduits, à envisager l'adoption de chambres de combustion à plusieurs injecteurs de carburant, l'un deux étant principal lors du fonctionnement au ralenti, l'autre l'étant lors du fonctionnement au régime plein gaz (correspondant, par exemple, au décollage d'un avion). La chambre de combustion à deux têtes ayant un encombrement radial important en fond de chambre impose une technologie un peu particulière, afin de respecter un critère de perte de charge correct de contournement de fond de chambre. Pour contourner le fond d'une chambre de combustion de ce type, il est connu de séparer, à l'amont du fond, le diffuseur en deux parties Ceci permet de diriger les gaz vers les viroles extérieure et intérieure de la chambre. La présente invention propose une autre solution, plus simple que la précédente, et qui possède d'autres avantages. En outre, cette solution, qui a son origine dans la conception des turbomachines comportant des chambres de combustion à deux injecteurs de carburant ou davantage, est déjà applicable aux turbomachines ayant des chambres de combustion à un seul injecteur de carburant. L'invention a donc pour objet une turbomachine comprenant une enveloppe annulaire externe et une enveloppe annulaire interne, délimitant entre elles un espace, à l'intérieur duquel au moins une chambre de combustion est contenue, chaque chambre de combustion étant délimitée par une paroi axiale externe, une paroi axiale interne et une paroi transversale formant le fond de ladite chambre de combustion, cependant que lesdites parois axiales sont montées sur lesdites enveloppes par des moyens de montage, qu'un dôme répartiteur du comburant nécessaire à la combustion est disposé en arrière du fond de chaque chambre de combustion à l'extérieur de ladite chambre de combustion, présente des parois dont les lisières d'extrémités sont adjacentes au fond de la chambre de combustion et est muni d'un trou traversant, et qu'un dispositif d'injection de carburant traverse ledit trou du dôme afin d'atteindre le fond de la chambre de combustion à travers lequel il débouche dans ladite chambre de combustion. Selon l'invention, les dispositions suivantes sont adoptées: A) le dôme est une pièce distincte de la chambre de combustion et est monté sur lesdites enveloppes annulaires externe et interne par des moyens de montage distincts des moyens de montage des parois axiales externe et interne; B) lesdites parois axiales externe et interne sont fixées sur le dôme par des moyens d'une fixation amovible; C) le fond est également fixé sur le dôme. Les avantageuses dispositions suivantes sont en outre de préférence adoptées: soit le fond et les parois axiales externe et interne constituent un ensemble monobloc; soit le fond est une pièce distincte desdites parois axiales externe et interne; dans ce dernier cas, selon une variante de réalisation, le fond comporte des rabats qui s'étendent axialement et qui chevauchent la lisère du dôme, cependant que la partie de la lisière du dôme, qui est adjacente à une première desdites parois axiales externe et interne, est fixée sur une première desdites enveloppes annulaires externe et interne au moyen d'ergots fixés sur ladite première enveloppe annulaire, qu'un premier rabat du fond, qui est adjacent à la première paroi axiale, est également fixé sur la première enveloppe annulaire au moyen desdits ergots, et que le deuxième rabat du fond, qui est adjacent à la deuxième paroi axiale, chevauche une partie de la lisière du dôme, qui comporte une face de centrage coopérant avec une face de centrage, dont est muni le deuxième rabat; ou encore, selon une autre variante, les extrémités des parois axiales chevauchent la lisière du dôme et y sont fixées par lesdits moyens d'une fixation amovible; ces moyens d'une fixation amovible sont constitués par une pluralité de boulons; des épingles de centrage sont fixées sur le dôme et reçoivent les extrémités des parois axiales externe et interne, afin d'assurer le centrage par rapport au dôme desdites parois axiales; les moyens de montage du dôme sur les enveloppes annulaires comprennent, d'une part des ergots fixés sur l'une des enveloppes annulaires, d'autre part des pattes souples de fixation fixées sur l'autre des deux enveloppes annulaires; le trou du dôme traversé par le dispositif d'injection de carburant a une section supérieure à celle dudit disposition d'injection, de sorte que ledit trou constitue en outre un orifice d'admission de comburant provenant dudit espace délimité entre les enveloppes annulaires, dans celui intérieur au dôme; le dispositif d'injection de carburant comprend au moins deux buses d'injection. L'avantage principal de l'invention réside dans la possibilité de démonter la chambre de combustion sans démontage des injecteurs de carburant Ainsi, tout en satisfaisant les exigences de démontage lors des opérations de maintenance, il est permis de choisir un dôme monobloc, mécaniquement résistant, ayant le profil aérodynamique correct, de protéger ainsi les injecteurs de carburant et le fond de chambre de la chambre de combustion de l'introduction de grêle (extinction de la chambre de combustion), d'assurer un appui supplémentaire de la chambre de combustion favorable à la tenue mécanique et vibratoire (actuellement, la chambre de combustion est encastrée en aval au niveau de sa fixation et libre en amont) Une variante de cette solution est de rendre solidaire le fond de chambre de combustion du dôme Lors du démontage des viroles formant la chambre de combustion, le dôme et le fond de la chambre, ainsi que les injecteurs de carburant restent en place dans le carter L'avantage supplémentaire de cette technologie est de maîtriser la position des injecteurs de carburant dans le bol de la chambre de combustion sans être tributaire du déplacement axial dû aux dilatations (problème rencontré dans les chambres de combustion classiques) Cela permet d'optimiser le rendement de la chambre de combustion. L'invention sera mieux comprise, et des caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description de réalisations donnée ci-dessous à titre d'exemple. Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. Il sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une coupe axiale d'une chambre de combustion d'une turbomachine conforme à l'invention dans une configuration de fonctionnement; la figure 2 est une coupe axiale de la chambre de combustion de la figure 1 dans une configuration de démontage des parois de ladite chambre de combustion; la figure 3 est une coupe axiale d'une première variante de réalisation d'une chambre de combustion d'une turbomachine conforme à l'invention, dans une configuration de fonctionnement; la figure 4 est une coupe axiale de la chambre de combustion de la figure 3, dans une configuration de démontage de ses parois et, la figure 5 est une coupe axiale d'une partie d'une autre variante de réalisation d'une chambre de combustion d'une turbomachine conforme à l'invention. Les coupes axiales des figures 1 et 2 représentent une première réalisation d'une turbomachine comprenant: une enveloppe annulaire externe 1, d'axe 2; une enveloppe annulaire interne 3, d'axe 2; un espace 4 compris entre les deux enveloppes 1 et 3, recevant le comburant comprimé, généralement de l'air, provenant d'une source 5, tel qu'un compresseur, à travers un conduit 6; une paroi axiale externe 7 d'une chambre de combustion, ayant une patte d'extrémité conique 8, qui permet la fixation souple de ladite extrémité 9 de sortie de la chambre de combustion sur l'enveloppe externe 1; une paroi axiale interne 10 de ladite chambre, ayant une bride d'extrémité 11 de fixation sur l'enveloppe interne 3, au moyen de boulons 12; une paroi transversale 13, qui constitue le fond de la chambre de combustion 14 délimitée par lesdites parois axiales 7 et 10, et, transversale 13, et qui comporte des rabats 15 soudés sur les extrémités 16, 17 des parois axiales 7, 10, qui sont opposées à la partie 8 et à la bride 11, respectivement un dôme 18, qui est fixé sur l'une des enveloppes annulaires, l'enveloppe externe 1 dans l'exemple décrit, par des ergots (ou digons) 19 vissés sur ladite enveloppe annulaire externe 1, et assujetti également, par des pattes souples 20, à l'autre enveloppe annulaire, ici l'enveloppe annulaire interne 3. Dans la configuration de la figure 1, configuration de fonctionnement, les rabats 15 et les extrémités 16, 17 des parois axiales 7, 10 chevauchent la lisière d'extrémité 21 du dôme 18 et y sont fixés par des boulons 22 Les lisières 21 sont ainsi adjacentes au fond 13. Ainsi, un espace 23 protégé par le dôme 18 est délimité par ce dôme 18 et le fond 13 de la chambre de combustion 14, le dôme 18 et l'espace 23 étant placés à l'extérieur de la chambre de combustion 14, en amont de celle-ci par rapport au sens général F d'écoulement des gaz dans ladite chambre de combustion. Un trou 24 traverse la paroi du dôme 18 et a une section supérieure à celle du conduit principal 25 du dispositif d'injection de carburant Ce dispositif, comprenant deux buses d'injection de carburant 26, fixé sur l'enveloppe annulaire externe 1, traverse le trou 24, jusqu'à ce que les buses d'injection de carburant 26 soient placées en regard des orifices de passage prévus à cet effet dans le fond 13 et permettant l'injection de carburant à l'intérieur de la chambre de combustion 14 La partie de la section du trou 24 non occupée par le conduit 25 constitue un orifice d'admission dans l'espace 23 de comburant comprimé provenant de l'espace 4. Il doit être noté que le dôme 18 est en outre profilé, du point de vue aérodynamique, pour répartir le comburant admis dans l'espace 4 en deux flux distincts Gi, G 2, destinés à alimenter en comburant des orifices 27, 28 ménagés dans les parois axiales 7, 10 et débouchant dans la chambre de combustion 14 Un écran 29, contenu dans la chambre de combustion 14, fixé sur le fond 13 entre les orifices 30, 31 de passage des jets de carburant injectés au moyen de buses 26, sépare initialement lesdits jets. Des orifices complémentaires 32 sont prévus dans la paroi du dôme 18 pour compléter l'admission de comburant à l'intérieur du dôme 18 On note, en regard de la figure 2, qu'après enlèvement des boulons 12 et 22 de la figure 1, l'ensemble monobloc formé par les parois axiales externe 7, interne 10 et le fond 13 a pu être séparé du carter de la turbomachine constitué par les enveloppes annulaires externe 1 et interne 3. On note également que le dôme 18 et le dispositif d'injection (conduit 25, buses 26) sont restés fixés, dans la configuration de la figure 2, dans la position qu'ils occupaient dans la figure 1, sur les enveloppes annulaires externe 1 et interne 3. La réalisation des figures 3 et 4 est semblable à celle des figures 1 et 2, sauf les dispositions suivantes: le fond 13 n'est plus soudé sur les parois axiales externe 7 et interne 10, mais en est au contraire distinct; le fond 13 est en fait rendu solidaire du dôme 18 par des boulons 33, qui n'assurent que cette seule fixation; des épingles 34, orientées vers l'aval, sont fixées sur les rabats 15 du fond 13 et reçoivent les extrémités 16, 17 des parois axiales externe 7 et interne 10, qui ne sont maintenues en position (figure 3) que par cet unique moyen. On note donc, en regard de la figure 4, que dans la configuration de non fonctionnement, lors du montage et du démontage, le fond 13 reste fixé sur le dôme 18, et, par son intermédiaire, sur les enveloppes annulaires 1 et 3, alors que les parois axiales externe 7 et interne 10 peuvent être séparées desdites enveloppes annulaires 1 et 3. La réalisation de la figure 5 est semblable à celle des figures 3 et 4, sauf en ce qui concerne la fixation du fond 13 sur le dôme 13 Cette fixation n'est plus assurée par des boulons, tels que les boulons 33 de la figure 3, mais par les ergots 19 de fixation du dôme 18, qui servent à fixer en outre l'un des rabats 15 du fond 13, et, par deux faces de centrage placées en appui l'une sur l'autre, l'une 35, appartenant à l'autre rabat 15 du fond 13, l'autre face de centrage 36 appartenant à la lisière correspondante 21 du dôme 18 Bien entendu, lesdites faces de centrage 35, 36 ont une largeur L permettant l'obtention du centrage désiré. Dans chaque réalisation, plusieurs chambres de combustion 14 sont prévues, angulairement régulièrement réparties autour de l'axe 2. Les dispositions décrites sont intéressantes en ce que toutes comportent le dôme 18 qui évite à la grêle éventuellement aspirée par le compresseur, et véhiculée avec l'air comprimé refoulé dans l'espace 4, d'atteindre directement les buses d'injection 26 et les dispositifs (vrilles) d'admission d'air dans la chambre de combustion 14 qui entourent lesdites buses Ainsi est éliminé le risque d'arrêt du fonctionnement de la chambre de combustion 14 par extinction. Les ergots 19 et pattes souples 20 permettent une fixation élastique du dôme, et la libre dilatation axiale et radiale du dôme 18 et de la chambre 14 entre les enveloppes annulaires 1 et 3. De plus, la patte conique souple 8 permet le montage et le démontage des parois axiales 7 et 10 par rapport auxdites enveloppes annulaires 1 et 3. A noter, dans la réalisation de la figure 5, la facilité de démontage du fond 13 après dévissage partiel des ergots 19, laissant en place le dôme 18, mais libérant le fond 13. Dans tous les cas, le dispositif d'injection de carburant (conduit 25, buses d'injection 26) est maintenu en position, lors du démontage des parois axiales 7 et 10, le fond 13 étant, ou n'étant pas maintenu en position. Enfin, l'appui des extrémités 16, 17 des parois axiales 7, 10 de la chambre de combustion 14, sur la lisière du dôme 18, assure un maintien améliorié desdites parois et permet l'obtention d'une résistance mécanique et vibratoire améliorée. L'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient leur être apportées sans sortir de leur cadre, ni de leur esprit. REVENDICATIONS 1 Turbomachine comprenant une enveloppe annulaire externe ( 1) et une enveloppe annulaire interne ( 3) délimitant entre elles un espace ( 4), à l'intérieur duquel au moins une chambre de combustion ( 14) est contenue, chaque chambre de combustion étant délimitée par une paroi axiale externe ( 7), une paroi axiale interne ( 10) et une paroi transversale formant le fond ( 13) de ladite chambre de combustion, cependant que lesdites parois axiales sont montées sur lesdites enveloppes par des moyens de montage ( 8-11-12), qu'un dôme ( 18) répartiteur du comburant nécessaire à la combustion est disposé en arrière du fond ( 13) de chaque chambre de combustion, présente des parois dont les lisières d'extrémités ( 21) sont adjacentes au fond ( 13) de la chambre de combustion et est muni d'un trou traversant ( 24), et qu'un dispositif d'injection de carburant ( 25- 26) traverse ledit trou du dôme afin d'atteindre le fond ( 13) de la chambre de combustion à travers lequel il débouche dans ladite chambre de combustion ( 14), caractérisée en ce que A) le dôme ( 18) est une pièce distincte de la chambre de combustion ( 7-10) et est monté sur lesdites enveloppes annulaires externe ( 1) et interne ( 3) par des moyens de montage ( 19-20) distincts des moyens ( 8-11-12) de montage des parois axiales externe ( 7) et interne ( 10); B) lesdites parois axiales externe ( 7) et interne ( 10) sont fixées sur le dôme par des moyens ( 8, 11-12) d'une fixation amovible; C) le fond ( 13) est également fixé ( 22; 33; 19-35-36) sur le dôme ( 18). 2 Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fond ( 13) et les parois axiales externe ( 7) et interne ( 10) constituent un ensemble monobloc (figures 1 et 2). 3 Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fond ( 13) est une pièce distincte desdites parois axiales externe ( 7) et interne ( 10) (figures 3 et 4; 5). 4 Turbomachine selon la revendication 3, caractérisée en ce que le fond ( 13) comporte des rabats ( 15) qui s'étendent axialement et qui chevauchent la lisière ( 21) du dôme ( 18), cependant que la partie de la lisière ( 21) du dôme, qui est adjacente à une première ( 7-16) desdites parois axiales externe et interne, est fixée sur une première ( 1) desdites enveloppes annulaires externe et interne au moyen d'ergots ( 19) fixée sur ladite première enveloppe annulaire, qu'un premier rabat du fond, qui est adjacent à la première paroi axiale ( 9-16), est également fixé sur la première enveloppe annulaire ( 1) au moyen desdits ergots ( 19), et que le deuxième rabat du fond, qui est adjacent à la deuxième paroi axiale ( 10-17), chevauche une partie de la lisière ( 21) du dôme, qui comporte une face de centrage ( 36) coopérant avec une face de centrage ( 35), dont est muni le deuxième rabat du fond. Turbomachine selon la revendication 3, caractérisée en ce que les extrémités ( 16, 17) des parois axiales ( 7, 10) chevauchent la lisière ( 21) du dôme ( 18) et y sont fixées par lesdits moyens ( 22 34) d'une fixation amovible. 6 Turbomachine selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens d'une fixation amovible sont constitués par une pluralité de boulons ( 22). 7 Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que des épingles de centrage ( 34) sont fixées ( 1519) sur le dôme ( 18) et reçoivent les extrémités ( 16, 17) des parois axiales externe ( 7) et interne ( 10), afin d'assurer le centrage par rapport au dôme ( 18) desdites parois axiales. 8 Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les moyens de montage du dôme sur les enveloppes annulaires comprennent, d'une part des ergots ( 19) fixés sur l'une ( 1) des enveloppes annulaires, d'autre part des pattes souples ( 20) de fixation fixées sur l'autre ( 3) des deux enveloppes annulaires. 9 Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le trou ( 24) du dôme ( 18) traversé par le dispositif d'injection de carburant ( 25-26) a une section supérieure à celle dudit dispositif d'injection, de sorte que ledit trou constitue en outre un orifice d'admission de comburant provenant dudit espace ( 4) délimitée entre les enveloppes annulaires ( 1, 3) dans celui ( 23) intérieur au dôme ( 18). Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le dispositif d'injection de carburant comprend au moins deux buses d'injection ( 26).