Brevet FR2825787A1 — publié le 20021213

nétallique (34, 36) qui prolongent vers 1'amont ses bords périphériques. Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines et plus particulièrement elle concerne l'interface entre la turbine haute pression et la chambre de combustion de turboréacteurs munis d'une chambre de combustion en s CMC (composite à matrice céramique). Art antérieur Classiquement, dans une turbomachine, la turbine haute pression, notamment son distributeur d'entrée (HPT nozzle), la chambre de combustion 0 ainsi que le carter (dit aussi enveloppe) de cette chambre sont réalisés dans des matériaux de type métallique. Cependant, dans certaines conditions particulières d'utilisation mettant en _uvre des températures de combustion notablement élevées, I'emploi d'une chambre métallique s'avère d'un point de vue thermique totalement inadaptée et il doit être recouru à une chambre à base de matériaux composites haute température de type CMC. Toutefois, les difficultés de mise en _uvre et le coût de ces matériaux font que leur utilisation est le plus souvent limitée à la chambre de combustion elle même, le distributeur d'entrée de la turbine haute pression et le carter restant alors réalisés plus classiquement en des matériaux métalliques. Or, les matériaux métalliques et les matériaux composites o ont des coefficients de dilatation thermique très différents. Il en résulte, d'un point de vue aérodynamique, des problèmes particulièrement aigus d'interface au niveau du distributeur, en entrée de la turbine haute pression, et de liaison avec le carter de la chambre. Objet et définition de l'invention La présente invention pallie ces inconvénients en proposant une liaison carter-chambre ayant la capacité d'absorber les déplacements induits par les différences des coefficients de dilatation de ces pièces. Un but de l'invention est aussi de proposer une structure de forme simple et dont la fabrication soit particulièrement aisce. Ces buts sont atteints par une turbomachine comportant, dans une enveloppe en matériau métallique et selon un sens F d'écoulement des gaz, un ensemble d' injection d'un carburant, une chambre de combustion en matériau composite et un distributeur sectorisé en matériau métallique formant l'étage d'entrée à aubes fxes d'une turbine haute pression, caractérisée en ce que ladite cllambre de combustion est maintenue en position par une virole souple sectorisce s en matériau métallique dont une première extrémité est fixée par des premiers moyens de fixation à ladite chambre de combustion et dont une seconde extrémité fonnant bride est fixée à ladite enveloppe par des seconds moyens de fixation. Lesdits premiers moyens de fixation assurent en outre la liaison de ladite chambre de combustion avec ledit distributeur sectorisé. o Par ce rattachement direct (intégration) de la chambre de combustion au distributeur, on évite tout désalignement de la veine de gaz en fonctionnement (garantissant ainsi une meilleure alimentation de la turbine haute pression) tout en améliorant l'étanchéité chambredistributeur. La liaison à l'enveloppe par un système de viroles souples sectorisces procure de plus un gain de masse s appréciable pour la chambre de combustion par rappot aux dispositifs de liaison traditionnels à lourdes brides rigides. De préférence, les premiers moyens de fixation sont constitués par une pluralité de boulons. La virole souple sectorisée métallique compote des orifices de ventilation pour pennettre le passage d'un fluide de refroidissement et une o pluralité de fentes de sectorisation parallèles se tenninant au niveau des plus amont desdits orifices de ventilation. Les fentes de sectorisation sont dimensionnées pour compenser la dilatation thennique existant entre la chambre de combustion en matériau composite et l'enveloppe en matériau métallique. Selon un mode de réalisation préférentiel dans lequel la turbomaclline s compreild une enveloppe ayant des parois annulaires exteme et inteme en matériau métallique délimitant entre elles un espace pour recevoir successivement, dans le sens F d'écoulement des gaz, un ensemble d' injection d'un carburant, et d'une part une chambre de combustion annulaire en matériau composite fonnée d'une paroi axiale exteme, d'une paroi axiale inteme et d'une paroi transversale qui constitue le fond de cette chambre de combustion, et d'autre pat w: distributeur annulaire sectorisé en matériau métallique fonné d'une pluralité d'aubes fixes montées entre une plate-forme circulaire sectorisée externe et une 3 2825787 plate-fonne circulaire sectorisée intene, il est prévu que des extrémités aval desdites parois axiales externe et intenne de la chambre de combustion sont maintenues en position par des viroles souples externe et interne en matériau métallique dont des premières extrémités sont fixées auxdites extrémités aval s exteme et inteme par des premiers moyens de fixation et dont des secondes extrémités fonant brides sont fixées auxdites enveloppes amlulaires exteme et inteme par des seconds moyens de fixation. Avantageusement, ces premiers moyens de fixation comportent d'une part des premiers moyens de maintien pour maintenir ladite partie aval d'extrémité de 0 la paroi axiale intene de la clambre de combustion entre ladite plate-fonne circulaire sectorisée intene du distributeur et ladite première extrémité de la virole souple sectorisée inteme et d'autre part des seconds moyens de maintien pour maintenir ladite partie aval d'extrémité de la paroi axiale exteme de la chambre de combustion entre ladite plate-fonne circulaire sectorisée exteme du distributeur et ladite première extrémité de la virole souple sectorisée exteme. De préférence, ladite première extrémité de la vi role souple sectori sée inteme comporte une partie aval formant bride et sevant d'appui pour un joint d'étanchéité de ladite paroi annulaire intene de l'enveloppe. Pour assurer l'étanclléité de la turbomachine, ladite paroi annulaire inteme o de l'enveloppe comporte une bride dont une rainure circulaire peut recevoir un joint circulaire d'étanclléité de type formant bride. s Brève description des dessils Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des desshls annexés sur lesquels: - la figure I est une vue schématique en demi-coupe axiale d'une partie centrale d'une turbomaclline, - la figure 2 montre en perspective détaillée la liaison turbine haute pression/chambre de combustion au niveau de la plate-fonne inteme du distributeur, et - la figure 3 montre en perspective détaillée la liaison turbine haute s pression/chambre de combustion au niveau de la plate- fonne exteme du distributeur. Description détaillée d'un mode de réalisation préférentiel La figure 1 montre en demi-coupe axiale une partie centrale d'un o turboréacteur ou d'un turbopropulseur (appelé turbomachine dans la suite de la description) comprenant: une enveloppe comportant une paroi annulaire exteme (ou carter exteme) 12 en matériau métallique, d'axe longitudinal 10, et une paroi annulaire inteme (ou carter exteme) coaxiale 14 également en matériau métallique, 5. un espace annulaire 16 compris entre les deux parois annulaires 12, 14 de cette enveloppe recevant le comburant comprimé, généralement de l'air, provenant en amont d'un compresseur (non représenté) de la turbomachine, au travers d'un conduit annulaire de diffusion 18 définissant un flux général F d'écoulement des gaz, cet espace 16 comportant, dans le sens d'écoulement des gaz, tout dabord un ensemble d 'inj ection fonné d'une pluralité de systèmes d' injection 20 régulièrement répartis autour du conduit 18 et comportant chacun une buse d'injection de carburant 22 fixée sur 1'enveloppe annulaire exteme 12 (dans un souci de simplification des dessins le mélangeur et le déflecteur associés à cllaque s buse d' injection n'ont pas été représentés), ensuite une chambre de combustion 24 en matéri au compo site h aute température, de type CM C ou autres (carbon e par exemple), fonnée d'une paroi axiale externe 26 et d'une paroi axiale inteme 28, toutes deux coaxiales d'axe 10, et d'une paroi transversale 30 qui constitue le fond de cette chambre de combustion et qui comporte des rabats 32, 34 fixés par tous o moyens adaptés, par exemple des boulons métalliques ou rétractaires à vis à tête conique, sur des extrémités amont 36, 38 des parois axiales 26, 28, ce fond de la chambre 30 étant pourvu d'orifices 40 pour notamment pennettre 1'injection du s carburant et d'une partie du comburant dans la chambre de combustion 24, et enfin un distributeur annulaire 42 en matériau métallique fonnant un étage d'entrce d'une turbine haute pression (non représentée) et comportant classiquement une pluralité d'aubes fixes 44 montées entre une plate-fonne circulaire sectorisée extenne 46 et une plate-fonne circulaire sectorisée inteme 48. Selon l'invention, la chambre de combustion 26, 28 est maintenue en position par une virole souple en matériau métallique 56, 60 dont une première extrémité 56a, 56b est fixée à une extrémité aval 26a, 26b de la paroi axiale de la chambre de combustion par des premiers moyens de fixation 50, 52 et une o seconde extrémité fonnant bride 56b, 60b est fixée à l'enveloppe 12, 14 par des seconds moyens de fixation 54, 58. Cette virole souple est en partie sectorisée pour compenser les écarts de dilatation entre la chambre en CMC et l'enveloppe métallique. Les premiers moyens de fixation 50, 52 assurent aussi le maintien du distributeur 42 entre les parois de la chambre 26, 28. Ainsi, l'extrémité aval de la s paroi axiale exteme 26a (respectivement inteme 28a) de la chambre de combustion est montée entre la plate-fonne exteme 46 (respectivement inteme 48) du distributeur et la première extrémité de la virole souple sectorisée exteme 60a (respectivement inteme 56a) en matériau métallique dont la seconde extrémité fonnant bride 60b, 56b est fixce à l'enveloppe annulaire exteme 12 o (respectivement intenne 14), I'ensemble fonné de ces trois éléments? extrémité aval de la paroi axiale extenne (intenne), plate-fonme extenne (inteme) du distributeur et première extrémité de la virole souple sectorisée exteme (inteme), étant maintenu senré par les premiers moyens de fixation. Ces premiers moyens de fixation comportent, d'une part des premiers s moyens de maintien 50 qui assurent le maintien par pincement de 1'extrémité aval 28a de la paroi axiale inteme 28 de la chambre de combustion (opposée à l'extrémité amont 38) entre la plate-fomme circulaire sectorisée inteme du distributeur 48 et la première extrémité 56a de la virole souple sectorisée métallique inteme 56 et, d'autre part des seconds moyens de maintien 52 qui o assurent le maintien par pincement de l'extrémité aval 26a de la paroi axiale exteme de la chambre de combustion (opposée à l'extrémité amont 36) entre la plate-forme circulaire sectorisée externe du distributeur 46 et la première extrémité 60a de la virole souple sectorisce métallique exteme 60. De même, les seconds moyens de fixation comportent d'une pat des premiers moyens de liaison 54 pour fixer la bride amont 56b de la virole souple sectorisée inteme à 1'enveloppe annulaire inteme 14 et d'autre part des second moyens de liaison 58 pour fixer la bride amont 60b de la virole souple sectorisée externe à l'enveloppe annulaire extene 12. Les premiers 50 et seconds 52 moyens de maintien comme les premiers 54 et seconds 58 moyens de liaison sont avantageusement constitués par une pluralité 0 de boulons. La première extrémité 56a de la virole souple métallique inteme 56 est avantageusement munie d'une partie aval 66 fonnant bride servant d'appui pour un joint d'étanchéité monté dans une bride 64 de cette enveloppe annulaire inteme. Des orifices de passage 68, 70 ménagés dans les platesfonnes métalliques exten1e 46 et inteme 48 du distributeur 42 sont en outre prévus pour assurer un refroidissement des aubes fixes 44 du distributeur en entrée du rotor de la turbine haute pression à partir du comburant comprimé disponible en sortie du conduit de diffusion 18 et s'écoulant en deux flux Fl, F2 de part et d'autre de la chambre de o combustion 24. Ces flux de refroidissement seront au préalable passés entre les différents secteurs des viroles souples sectorisees métalliques inteme et exteme et en outre par des orifices de ventilation 56c, 60c pratiqués dans ces viroles au niveau de fentes de séparations 72, 74 entre secteurs (voir par exemple la figure 3). Ces fentes de sectorisation sont dimensionnées de façon détemlinée pour s compeser la dilatation thennique existant entre la chambre de combustion en matériau composite et l'enveloppe en natériau métallique. Afin d'assurer l'étanchéité des flux d'écoulement de gaz entre la chambre de combustion et le distributeur d'entrée de la turbine, la bride 64 de 1'enveloppe anlulaire inteme comporte une rainure circulaire 76 pour recevoir un joint o circulaire d'étanchéité de type " oméga >> 78 destiné à assurer l'étanclléité entre cette bride de l'enveloppe annulaire interne et l'extrémité aval fonnant bride 66 de la virole métallique inteme 48. Ainsi, le flux de comburant comprimé en provenance du compresseur et entourant la chambre par F2 ne peut rejoindre la turbine qu'au travers des orifices 70 (après avoir traversé les fentes de sectorisations 72 et les orifices de ventilation 56c). De même? Ia plate- fonne circulaire exteme du distributeur 46 comporte une bride 80 munie d'une gorge s circulaire 82 pour recevoir un joint à lamelle 84 dont une extrémité va venir en contact avec l'enveloppe annulaire exteme 12 pour assurer une étanclléité vis à vis du flux Fl qui sera alors forcé de s'écouler au travers des orifices 68 (aussi après avoir traversé les fentes de sectorisation 74 et les orifces de ventilation 60c). REVENDICATIONS 1. Turbomachine comportant, dans une enveloppe en matériau métallique (12? 14) et selon un sens F d'écoulement des gaz, un ensemble d'injection d'un s carburant (20,22), une clambre de combustion en matériau composite (24), et un distributeur sectorisé en matériau métallique (42) formant 1'étage d'entrée à aubes fixes (44) d'une turbine haute pression, caractérisée en ce que ladite chambre de combustion est maintenue en position par une virole souple sectorisée en matériau métallique (56, 60) dont une première extrémité (56a, 60a) est fixce par des 0 premiers moyens de fixation (50, 52) à ladite chambre de combustion et dont une seconde extrémité fonnant bride (56b, 60b) est fixce à ladite enveloppe par des seconds moyens de fixation (54, 58). 2. Turbomaclline selon la revendication 1, caractérisce en ce que lesdits premiers moyens de fixation assurent en outre la liaison de ladite chambre de combustion avec ledit distributeur sectorisé. 3. Turbomachine selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits premiers moyens de fixation sont constitués par une pluralité de boulons. 4. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisee en ce que ladite o virole souple sectorisce métallique cornporte des orifces de ventilation (56c, 60c) pour penettre le passage d'un fluide de refroidissement. 5. Turbomachine selon la revendication 4, caractérisce en ce que ladite virole souple sectorisée métallique compote une pluralité de fentes de sectorisation parallèles (72, 74) se teninant au niveau des plus amont desdits s orifices de ventilation. 6. Turbomachine selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites fentes de sectorisation sont dimensionnées pour compenser la dilatation tllermique existant entre la chambre de combustion en matériau composite et l'enveloppe en matériau métallique. 7. Turbomachine comprenant une enveloppe ayant des parois annulaires extene (12) et interne (14) en matériau métallique délimitant entre elles un espace (16) pour recevoir successivement, dans le sens F d'écoulement des gaz, un ensemble d'injection d'un carburant (20, 22), et d'une part une chambre de combustion annulaire (24) en matériau composite fonnée d'une paroi axiale exteme (26), d'une paroi axiale intene (28) et d'une paroi transversale (30) qui constitue le fond de cette chambre de combustion, et d'autre part un distributeur s annulaire sectorisé (42) en matériau métallique fonné d'une pluralité d'aubes fixes (44) montées entre une plate-forme circulaire sectorisce exteme (46) et une plate fonne circulaire sectorisée inteme (48), caractérisée en ce que des extrémités aval (26a, 28a) desdites parois axiales externe et inteme de la chambre de combustion sont maintenues en position par des viroles souples sectorisées exteme et inteme o en matériau métallique (56, 60) dont des premières extrémités (56a, 60a) sont fxées par des premiers moyens de fxation (50, 52) auxdites extrémités aval exteme et inteme et dont des secondes extrémités fonnant brides (56b, 60b) sont fxées auxdites enveloppes annulaires extene et inteme par des seconds moyens de fxation (54, 58). s 8. Turbomachine selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits premiers moyens de fxation comportent d'une part des premiers moyens de maintien (50) pour maintenir ladite extrémité aval de la paroi axiale inteme de la chambre de combustion entre ladite plate-fonne circulaire sectorisée intene du distributeur et ladite première extrémité de la virole souple sectorisée inten1e et o d'autre pat des seconds moyens de maintien (52) pour maintenir ladite extrémité aval de la paroi axiale exteme de la chambre de combustion entre ladite plate fonne circulaire sectorisée exteme du distributeur et ladite première extrémité de la virole souple sectorisce exteme. 9. Turbomaclline selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits s premiers et seconds moyens de maintien sont constitués par une pluralité de boulons. 10. Turbomaclline selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite première extrémité de la virole souple sectorisée inteme comporte une partie aval fonnant bride (66) et servant d'appui pour un joint d'étanclléité (78) de ladite o paroi annulaire inteme de l'enveloppe. I l. Turbomachine selon la revendication 10, caractérisée en ce que ladite paroi annulaire inteme de l'enveloppe comporte une bride (64) dont une rainure circulaire (76) reçoit un joint circulaire d'étanchéité de type "oméga" (78) destiné à assurer l'étanchéité entre cette dite bride de la paroi annulaire interne de l'enveloppe et ladite partie aval formant bride.