Brevet FR2748088A1 — publié le 19971031

La présente invention concerne une chambre de combustion annulaire d'une turbomachine, ladite chambre de combustion étant délimitée par une virole externe et une virole interne réunies à l'une de leurs extrémités par un fond de chambre et présentant en amont, une zone de combustion alimentée en carburant par une pluralité d'injecteurs répartis régulièrement dans le fond de chambre et associés à une pluralité de vrilles d'injection d'air faisant tourbillonner les gaz de combustion autour des axes géométriques des injecteurs, et en aval, une zone de dilution dans laquelle de l'air de dilution est introduit par au moins une rangée d'orifices ménagés dans la virole externe et par au moins une rangée d'orifices ménagés dans la virole interne, lesdits orifices étant disposés en correspondance avec les injecteurs de carburant. Les parois des chambres de combustion des turbomachines aéronautiques comportent de nombreux orifices d'admission d'air afin de permettre la combustion du carburant injecté dans la chambre. Parmi ces nombreux orifices, nous distinguons: - les orifices d'admission du carburant primaire qui joue le rôle essentiel dans le déroulement de la combustion proprement dite, - les orifices de dilution qui ont pour mission principale d'introduire de l'air frais dans les gaz brûlés issus de la combustion vive, afin de les diluer et d'abaisser leur température pour rendre cette température compatible avec la tenue thermique de la turbine située en aval de la chambre de combustion. La combustion de carburation se fait dans la zone de combustion de la chambre. Le comburant primaire est essentiellement fourni par les vrilles d'injection d'air et par divers orifices ménagés dans le fond de chambre. Les orifices de dilution sont disposés en rangées dans des plans transversaux de la chambre de combustion et sont disposés en général en vis-à-vis dans la virole externe et dans la virole interne. La première rangée d'orifices, dits "orifices primaires" est disposée entre la zone de combustion et la zone de dilution. Une partie de l'air introduit par les orifices de la première rangée recircule vers le fond de chambre et participe à la combustion; l'autre partie pénètre dans la zone de dilution et permet de diluer les gaz brûlés issus de la combustion vive. Cette première rangée d'orifices est suivie en aval d'une ou plusieurs rangées d'orifices dits "orifices de dilution" introduisant de l'air dans la zone de dilution de la chambre. La disposition en vis-à-vis des orifices primaires ou de dilution sur la virole externe et la virole interne génère un blocage vis- à-vis des gaz brûlés venant du fond de la chambre. Ceci est préjudiciable à l'homogénéisation de la température des gaz brûlés délivrés à la turbine. Le but de la présente invention est de pallier cet inconvénient, et donc d'améliorer l'homogénéisation des gaz brûlés. L'invention atteint son but par le fait que les orifices d'une rangée de la virole externe et de la rangée correspondante de la virole interne sont décalés angulairement dans le plan transversal les traversant, par rapport aux plans axiaux passant par l'axe des injecteurs, dans le sens de la composante circonférentielle de l'écoulement local des gaz brûlés afin de maintenir ou amplifier le tourbillonnement des gaz brûlés provenant de la zone de combustion. Dans le cas o les tourbillons des gaz de combustion tournent dans le même sens, les orifices de la rangée de la virole externe sont décalés dans un sens dans le plan transversal les contenant, par rapport aux plans axiaux, passant par l'axe des injecteurs, et les orifices de la rangée de la virole interne sont décalés dans l'autre sens. Dans le cas o le nombre d'orifices d'une rangée est le double du nombre d'injecteurs de carburant, ces orifices sont répartis en deux séries d'orifices alternés de diamètres différents, les orifices de diamètre élevé délivrant un air de dilution équicourant avec le sens de rotation des vrilles et les orifices de diamètre réduit délivrant un air à contre- courant. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une demi-coupe selon un plan axial passant par l'axe d'un injecteur d'une chambre de combustion annulaire selon la présente invention; / - la figure 2 est une coupe transversale selon la ligne II-II de la figure 1 de la même chambre de combustion qui montre la disposition des orifices sur la virole externe et la virole interne; - la figure 3 est une coupe transversale selon la ligne II-II de la figure 1 d'une variante de réalisation de l'invention. Le dessin montre une chambre de combustion 1 annulaire d'une turbine à gaz d'axe 2. Cette chambre de combustion 1 est délimitée par une virole externe 3 et une virole interne 4, ces viroles 3 et 4 étant reliées à l'une de leurs extrémités par un fond de chambre 5 et formant un passage annulaire 6 à leurs autres extrémités pour l'évacuation des gaz brûlés vers une turbine non représentée. La chambre de combustion 1 est située dans un carter 7 délimité par une paroi externe 8 et une paroi interne 9. Un diffuseur 10 délivre de l'air, comprimé par un compresseur non représenté, dans le carter 7. Le fond de chambre 5 est équipé d'un dispositif d'injection qui comporte une pluralité d'injecteurs de carburant 11 associés chacun à au moins une vrille d'injection d'air 12. Les injecteurs de carburant 11 sont répartis régulièrement dans le fond de chambre 5, et les vrilles 12 impriment aux gaz de combustion issus de chaque injecteur un mouvement tourbillonnaire autour de l'axe géométrique 13 de cet injecteur 12, dans le sens représenté par la flèche 14, tous les tourbillons de gaz tournant dans le même sens. La chambre de combustion présente d'amont en aval une zone primaire ou zone de combustion 15 dans laquelle le carburant est brûlé, et une zone de dilution 16 dans laquelle on introduit de l'air de dilution par des orifices 17, 18 ménagés respectivement dans la virole externe 3 et la virole interne 4. Des orifices supplémentaires permettent d'introduire de l'air frais, devant participer à la combustion, dans la zone primaire 15, ou de former un film de protection entre les flux chauds de gaz et les viroles 3 et4. Le flux d'air F issu du diffuseur 10 est partagé en plusieurs flux par le dôme 19 qui coiffe le fond de chambre 5. Un premier flux d'air F1 pénètre dans le dôme 19 et est destiné à participer activement à la pulvérisation et à la combustion du carburant délivré dans la chambre de combustion 1; un deuxième flux F2 circule dans l'espace annulaire délimité par la virole externe 3 et la paroi externe 8, et un troisième flux d'air F3 circule dans l'espace annulaire 21 délimité par la virole interne 4 et la paroi interne 9. Les flux F2 et F3 participent au refroidissement des viroles 3 et 4, et à la formation du film de protection. La plus grande partie de ces flux F2 et F3 toutefois pénètre dans la zone de dilution par les orifices 17 et 18. Les orifices 17 et 18 sont répartis en rangées d'orifices dans des plans transversaux P1, P2 sensiblement perpendiculaires aux axes géométriques 13 des injecteurs de carburant 11. Le plan transversal P1 est situé à la frontière entre la zone de combustion 15 et la zone de dilution 16. Une partie de l'air pénétrant par les orifices 17 et 18 situés dans le plan P1 recircule vers le fond de chambre 5 et participe activement à la combustion du carburant dans la zone de combustion 15. L'autre partie de l'air pénétrant par ces mêmes orifices 17 et 18 vient se mélanger aux gaz brûlés dans la zone de dilution 16. Comme on le voit sur la figure 2, les orifices 17 de la virole externe 3, situés dans le plan P1 sont décalés par rapport aux plans axiaux 22 passant par l'axe 2 de la turbomachine et les axes géométriques 13 des injecteurs 11 dans le sens 14 des tourbillons, c'est- à-dire dans le sens des aiguilles d'une montre, tandis que les orifices 18 de la virole interne 4 sont décalés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, c'est-à-dire également dans le sens des tourbillons. L'air injecté par les orifices 17 et 18 est équicourant avec le sens de rotation des vrilles 12. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, le nombre d'orifices 17 d'une rangée externe et le nombre d'orifices 18 d'une rangée interne est égal au nombre d'injecteurs de carburant 11, et les tourbillons tournent tous dans le même sens, c'est-à-dire dans le sens des aiguilles d'une montre, si on regarde le fond de chambre 5 depuis la sortie aval 6 de la chambre de combustion. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, le nombre d'orifices de chaque rangée est le double du nombre d'injecteurs 11 et les orifices 17 de la virole externe 3 sont placés en vis-à-vis des orifices 18 de la virole interne 4. Mais, ainsi que l'on voit sur la figure 3, les orifices de chaque rangée sont réparties en deux séries d'orifices de diamètres différents et alternés. Les orifices de diamètre élevé, 17a sur la virole externe 3 et 18a sur la virole interne 4. délivrent un débit d'air équicourant avec le sens de rotation 14 des vrilles 12, tandis que les orifices de diamètre réduit, 17b sur la virole externe 3 et 18b sur la virole interne 4, délivrent un débit d'air plus faible à contre-courant. Les orifices de diamètre élevé 17a sont disposés en regard des orifices de diamètre réduit 18b. tandis que les orifices de diamètre réduit 17b sont situés en vis-à-vis des orifices de diamètre élevé 18a. La disposition des orifices 17, 18 décrite ci-dessus, permet de maintenir ou de favoriser le tourbillonnement provenant du système d'injection. Cette disposition est applicable tant aux orifices primaires situés dans le plan P1, qu'aux orifices de dilution situés dans le plan P2. REVENDICATIONS 1. Chambre de combustion annulaire d'une turbomachine. ladite chambre de combustion (1) étant délimitée par une virole externe (3) et une virole interne (4) réunies à l'une de leurs extrémités par un fond de chambre (5), et présentant. en amont. une zone de combustion (15) alimentée en carburant par une pluralité d'injecteurs (11) répartis régulièrement dans le fond de chambre (5) et associés à une pluralité de vrilles (12) d'injection d'air faisant tourbillonner les gaz de combustion autour des axes géométriques (13) des injecteurs (11), et en aval, une zone de dilution (16) dans laquelle de l'air de dilution est introduit par au moins une rangée d'orifices (17) ménagés dans la virole externe (3) et par au moins une rangée d'orifices (18) ménagés dans la virole interne (4), lesdits orifices (17, 18) étant disposés en correspondance avec les injecteurs de carburant (11), caractérisée par le fait que les orifices (17) d'une rangée de la virole externe (3) et les orifices (18) de la rangée correspondante de la virole interne (4) sont décalés angulairement dans le plan transversal (P1, P2) les traversant, par rapport aux plans axiaux (22) passant par l'axe (13) des injecteurs (11), dans le sens de la composante circonférentielle de l'écoulement local des gaz brûlés, afin de maintenir ou amplifier le tourbillonnement des gaz brûlés provenant de la zone de combustion. 2. Chambre de combustion selon la revendication 1 dans laquelle les tourbillons de gaz tournent dans le même sens, caractérisée par le fait que les orifices (17) de la rangée de la virole externe (3) sont décalés dans un sens par rapport aux plans axiaux (22) passant par l'axe (13) des injecteurs (11), tandis que les orifices (18) de la rangée correspondante de la virole interne (4) sont décalés dans l'autre sens. 3. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 dans laquelle le nombre d'orifices (17, 18) d'une rangée est le double du nombre d'injecteurs de carburant (11), caractérisée par le fait que ces orifices (17, 18) sont répartis en deux séries d'orifices de diamètres différents et alternés, les orifices (17a. 18a) de diamètre élevé délivrant un air de dilution équicourant avec le sens de rotation (14) des vrilles (12) et les orifices (17b, 18b) de diamètre réduit délivrant un air à contre-courant.