Brevet FR2699226A1 — publié le 19940617

Les systèmes connus de post-combustion comportent un ou plusieurs anneaux de révolution, destinés à stabiliser la flamme et à assurer une injection complémentaire de carburant, qui soit homogène. De tels anneaux stabilisateurs de flamme ont déjà été réalisés en matériaux composites, mais leur fixation par rapport aux carters délimitant la chambre de post-combustion est aujourd'hui réalisée par des bras rapportés, souvent radiaux, ce qui conduit à des réalisations relativement lourdes et encombrantes, en outre génératrices de pertes de charges. L'invention propose une réalisation nouvelle, qui permet de réduire la masse et l'encombrement des pièces, tout en prévoyant une fabrication aisée de ces pièces. L'invention est donc relative à un ensemble de postcombustion d'une turbine à gaz comprenant: un carter externe possédant un axe de révolution; un carter interne, également de révolution, coaxial audit carter externe; un anneau stabilisateur de flamme, de révolution ayant le même axe de révolution que le carter externe; et des bras de support et de fixation dudit anneau sur au moins l'un desdits carters externe et interne. Selon l'invention, A) l'anneau comporte une pluralité de tronçons successifs distincts en nombre égal aux bras de support et de fixation; B) chaque bras de support et de fixation est associé à l'un desdits tronçons d'anneau et forme avec lui un sous-ensemble monobloc; et C) chaque sous-ensemble monobloc est associé à un support de fixation sur l'un desdits carter externe et interne, qui est distinct dudit sous- ensemble monobloc, sur lequel ledit sous-ensemble monobloc est monté et qui est lui-même fixé sur l'un desdits carters externe et interne. Les avantageuses dispositions sont en outre de préférence adaptées: chaque sous-ensemble monobloc est réalisé en matériau composite; chaque support de fixation est réalisé en matériau composite; chaque sous- ensemble monobloc et/ou chaque support de fixation est réalisé en matériau composite et comporte une préforme en fibres enrobée dans une matrice; la préforme est réalisée soit en fibres de carbure de silicium soit en fibres de carbone; la matrice est réalisée soit en carbure silicium, soit en carbure de carbone; chaque tronçon d'anneau a une section transversale comprenant deux ailes disposées sensiblement en V, une aile externe et une aile interne, cependant que le sous-ensemble monobloc comprenant ledit tronçon d'anneau est monté sur le support de fixation au moyen d'un dispositif de fixation ponctuelle de l'une des deux dites ailes du V sur le support de fixation, possédant un premier axe, et, d'un axe de pivotement orthogonal audit premier axe et réalisant un montage à pivotement du bras de support et de fixation sur ledit support de fixation; chaque bras de support et de fixation présente une première extrémité adjacente audit tronçon d'anneau et une deuxième extrémité opposée à ladite première extrémité, cependant que le sous-ensemble monobloc comportant ledit bras de support et de fixation est monté sur ledit support de fixation par sa première extrémité, que le support de fixation est fixé sur l'un des carters externe et interne, et que ladite deuxième extrémité est placée en appui de glissement sur l'autre carter. L'avantage principal d'un ensemble de post-combustion conforme à l'invention réside dans la facilité de sa réalisation et, bien entendu, lorsque les matériaux composites sont adaptés, dans la légèreté et le faible encombrement obtenus, associés à une excellente tenue aux températures élevées. L'invention sera mieux comprise, et des caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description d'une réalisation 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 vue de l'aval vers l'amont d'un ensemble de post- combustion conforme à l'invention; la figure 2 est une coupe suivant IIIl de la figure 1; la figure 3 est une vue perspective d'un bras de support et d'un tronçon d'anneau stabilisateur conforme à l'invention; et, la figure 4 est une vue perspective du support de fixation proprement dit du bras de support de la figure 3. L'ensemble de post-combustion représenté équipe une turbine à gaz et comprend: un carter externe 1, sensiblement de révolution, d'axe de révolution 2; un carter interne 3, également sensiblement de révolution, de même axe de révolution 2; un anneau stabilisateur de flamme 4, de révolution d'axe de révolution 2 constitué par une pluralité de tronçons 5 successifs jointifs, chacun ayant une section droite transversale comportant deux ailes disposées en V, orientées sensiblement parallèlement à l'axe de révolution 2, vers l'aval par rapport au sens G d'écoulement des gaz à l'intérieur de la chambre de post-combustion 6 comprise entre les carters externe 1 et interne 3; et, des bras 7 destinés à supporter l'anneau stabilisateur de flamme 4 par rapport aux deux carters, disposés radialement par rapport à l'axe 2 et angulairement régulièrement espacés. Comme cela ressort de la figure 3, chaque bras 7 forme un sous-ensemble monobloc avec un tronçon 5 de l'anneau stabilisateur de flamme Chaque bras 7 a une section droite conformée en un V à deux ailes 8 réunies par un fond bombé 9, à face extérieure convexe orientée vers l'amont par rapport à la flèche G La partie supérieure des ailes 8 se raccorde à l'aile inférieure 10 appartenant aux deux ailes formant le tronçon 5, en une zone de raccordement, dont le rayon de cambrure R 8/10 est évolutif Chaque aile 8 se raccorde également au fond 11 du tronçon 5 en un raccordement à un rayon progressif évolutif R 8/11 Enfin, une face supérieure 12 et une face inférieure 13 réunissent chacune des ailes 8 du bras 7, la face supérieure 12 rejoignant le fond 11 du tronçon 5 de l'anneau stabilisateur, et la face inférieure 13 étant placée en appui sur une des faces délimitant le carter interne 3, appui permettant le coulissement de ces deux pièces l'une par rapport à l'autre Le sous- ensemble du bras 7 et du tronçon 5 d'anneau stabilisateur est réalisé monobloc en un matériau composite résistant aux températures élevées de la chambre 6 de post-combustion, par confection d'une préforme en fibres, notamment de carbure de silicium ou de carbone, et par infiltration d'une matrice en phase liquide ou gazeuse dans la préforme, matrice en céramique ou en verre ou en carbone ou en carbure de silicium ou de carbone Il doit encore être observé qu'un trou traversant 15 est ménagé dans la partie supérieure de chaque aile 8 du bras 7, les trous 15 des deux ailes 8 étant alignés suivant une direction D sensiblement parallèle au tronçon 5 d'anneau stabilisateur et permettant le passage d'un axe de pivotement Un autre trou 16, de direction orthogonale à celle D des trous 15, traverse l'aile supérieure 14 du tronçon 5 d'anneau stabilisateur et est situé à égale distance des extrémités de ce tronçon 5 d'anneau stabilisateur. Le sous-ensemble qui vient d'être décrit est en outre fixé sur le carter externe 1 au moyen d'un support de fixation 17, également monobloc et réalisé en un matériau composite A observer que les matériaux composites constitutifs du sous-ensemble 5-7 et du support 17 peuvent être différents, l'un celui du sous- ensemble 5-7 étant choisi pour avoir la résistance requise aux températures élevées auxquelles il est exposé, alors que le support 7, exposé à des températures plus basses, peut être réalisé en matériau composite moins coûteux, à matrice organique par exemple, ou même, en variante être réalisé en métal. Ce support 17 est conformé en une sorte d'étrier à deux branches 18 réunies, d'une part par un pont principal 19, d'autre part, par un pont secondaire 20. Chaque branche 18 est munie d'un trou traversant 21, ces deux trous étant alignés de manière à pouvoir être mis en coincidence avec la direction D des trous 15 du bras 7, la conformation du support 7 permettant à celui-ci d'être disposé avec son pont secondaire placé au- dessus de/et adjacent à l'aile supérieure 14 du tronçon 5 d'anneau stabilisateur, et, avec les extrémités de ses branches 18 placées de part et d'autre des ailes 8 du bras 7, les trous 21 étant disposés en regard chacun d'un trou Ainsi, un axe de pivotement 22 peut être introduit concomitamment dans les trous 15 et 21 et réaliser un montage légèrement pivotant du bras 7 par rapport au support 17. Le pont principal 19 est traversé par quatre trous 23, qui coïncident avec des trous 24 traversant la paroi du carter externe 1, permettant ainsi la fixation du support 17 sur le carter externe 1 au moyen de boulons, de rivets, ou analogues 25. Le pont secondaire 20 est placé de manière à pouvoir être disposé au- dessus de l'aile supérieure 14 du tronçon 5 d'anneau stabilisateur et adjacent à cette aile supérieure 14, et est muni d'un trou traversant 26 qui coïncide avec le trou 16 de l'aile 14, permettant le passage d'un moyen de fixation ponctuelle, tel qu'un rivet 27, dans les deux trous. La réalisation représentée permet donc: une réduction de la masse totale de l'ensemble de post-combustion, grâce à l'utilisation de matériaux composites pour la réalisation des sous-ensembles 5-7, et, aussi de préférence pour la réalisation des supports 17; l'adoption des températures de fonctionnement élevées, grâce aux caractéristiques réfractaires des matériaux composites utilisés, et notamment, au choix parmi ces matériaux de céramiques hautement réfractaires; une fabrication simple, due à l'adoption de matériaux composites mais aussi à l'adoption de formes simples, permettant des épaisseurs uniformes des sous-ensembles 5-7, ou des supports 17; l'obtention de pièces robustes (supports 17 en forme d'étriers) susceptibles de supporter sans dommage les efforts auxquels elles sont soumises, en particulier les efforts aérodynamiques d'écoulement d'un flux gazeux; l'obtention de pièces telles que les supports 17, n'ayant qu'une seule couche de matériau, ceci en rapport avec la forme choisie en étrier, d'o une réduction des pertes de charges; l'obtention de la libre dilatation des pièces les unes par rapport aux autres, grâce au montage pivotant (axe 22) de chaque bras 7 sur son support 17, et, à l'appui simple de la face inférieure 13 de chaque bras 7 sur le carter interne 3, permettant le coulissement relatif de ces deux pièces (avec pivotement éventuel autour de l'axe 22); l'intégration des tronçons 5 d'anneau stabilisateur aux bras 7, qui permet d'homogénéiser la flamme. L'invention n'est pas limitée à la réalisation représentée, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui être apportées sans sortir de son cadre, ni de son esprit. REVENDICATIONS 1 Ensemble de post-combustion d'une turbine à gaz comprenant: un carter externe ( 1) possédant un axe de révolution ( 2); un carter interne ( 3), également de révolution, coaxial audit carter externe; un anneau stabilisateur de flamme ( 4), de révolution ayant le même axe de révolution que le carter externe; et, des bras ( 7) de support et de fixation dudit anneau sur au moins l'un desdits carters externe et interne; caractérisé en ce que: A) l'anneau comporte une pluralité de tronçons successifs ( 5) distincts en nombre égal aux bras ( 7) de support et de fixation; B) chaque bras ( 7) de support et de fixation est associé à l'un desdits tronçons ( 5) d'anneau et forme avec lui un sous-ensemble monobloc; et, C) chaque sous-ensemble monobloc ( 5-7) est associé à un support 17 de fixation sur l'un ( 1) desdits carter externe et interne, qui est distinct dudit sous-ensemble monobloc, sur lequel ledit sous-ensemble monobloc ( 5- 7) est monté ( 22-27) et qui est lui-même fixé ( 25) sur l'un ( 1) desdits carter externe et interne. 2 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque sous- ensemble monobloc est réalisé en matériau composite. 3 Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque support ( 17) de fixation est réalisé en un matériau composite. 4 Ensemble selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que chaque sous-ensemble monobloc et/ou chaque support de fixation est réalisé en matériau composite et comporte une préforme en fibres enrobée dans une matrice. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que la préforme est réalisée en fibres de carbure de silicium. 6 Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que la préforme est réalisée en fibres de carbure de carbone. 7 Ensemble selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la matrice est réalisée en carbure de silicium. 8 Ensemble selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la matrice est réalisée en carbure de carbone. 9 Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque tronçon ( 5) d'anneau a une section transversale comprenant deux ailes ( 10,14) disposées sensiblement en V, une aile externe ( 14) et une aile interne ( 10), cependant que le sous-ensemble monobloc comprenant ledit tronçon d'anneau est monté sur le support ( 17) de fixation au moyen d'un dispositif de fixation ponctuelle ( 27) de l'une ( 14) des deux dites ailes du V sur le support ( 17) de fixation, possédant un premier axe, et, d'un axe de pivotement ( 22) orthogonal audit premier axe et réalisant un montage à pivotement du bras ( 7) de support et de fixation sur ledit support de fixation ( 17). 10 Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chaque bras ( 7) de support et de fixation présente une première extrémité ( 15) adjacente audit tronçon ( 5) d'anneau et une deuxième extrémité ( 13) opposée à ladite première extrémité, cependant que le sous-ensemble monobloc comportant ledit bras de support et de fixation est monté sur ledit support de fixation par sa première extrémité ( 15), que le support ( 17) de fixation est fixé sur l'un ( 1) des carters externe et interne, et que ladite deuxième extrémité ( 13) est placée en appui de glissement sur l'autre carter ( 3).