Brevet FR2825780A1 — publié le 20021213

d'injection (92). 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 turbomaclline, la turbine haute press ion, 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 un même matériau, généralement de type métallique. Cependant, dans certaines conditions particulières d'utilisation mettant en _uvre des températures de combustion notablement élevées, I'emploi d'une cllambre 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 oeuvre de ces matériaux et leur coût font que leur utilisation est le plus souvent limitée à la chambre de combustion elle même, le distributeur d'entrée de la turUine haute pression et le cater restant alors réalisés plus classiquement en des matériaux métalliques. Or, les matériaux métalliques et les o matériaux composites ont des coefficients de dilatation thermique très différents. Il en résulte des problèmes particulièrement aigus d' interface au niveau du distributeur, en entree 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 aisée. Ces buts sont atteints par une turbomachhle 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 en matériau métallique fonnant l'étage d'entrée à aubes fixes d'une turbine llaute pression, et ledit distributeur étant suppoté par ladite enveloppe et fixé à celle-ci par des premiers moyens de fixation amovibles, s caractérisée en ce que ladite chambre de combustion est nontée flottante dans ladite enveloppe et maintenue en position par le seul dit distributeur auquel elle est fixée de façon élastique par des seconds moyens de fixation anovibles. Par ce rattachement direct (intégration) de la chambre de conbustion au distributeur, sans liaison avec l'enveloppe, on simplifie notablement la fabrication de cette chambre tout en améliorant particulièrement l'étanchéité chambre- distributeur. En outre, le parfait alignement de la veine qui en résulte en fonctionnement permet une mei lleure alimentation de la turbine 1laute press ion. La suppression des habituelles brides de la chambre de combustion (pour la liaison à l'enveloppe) procure de plus un gain de masse appréciable pour cette chambre et ] 5 donc pour la turbomachine. L'intégration du distributeur sur la chambre reportant les problèmes de déplacement relatif entre cette denière et l'enveloppe au niveau du distributeur, il est prévu que les premiers moyens de fixation amovibles sont adaptés pour pennettre une libre dilatation radiale dudit distributeur par rapport à ladite o enveloppe. Selon un mode de réalisation préférentiel, lesdits seconds moyens de fixation amovibles comportent d'une part des premiers noyens de maintien pour maintenir par pincement une paroi axiale inteme d'extrémité de ladite cllambre de combustion entre une plate-fonne circulaire hltelle du distributeur et une bride s servant de support à une paroi annulaire interne de ladite enveloppe et des seconds moyens de maintien pour maintenir avec une précontrainte élastique une paroi axiale exteme d'extrémité de ladite chambre de combustion sur une plate-fonne circulaire exteme du distributeur. De préférence, la bride support est sectorisée pour compenser les écarts o géométriques circonférenciels résultant de la dilatation différentielle existant aux températures élevées entre ladite plate-fonne circulaire intene du distributeur et ladite paroi axiale inteme de la cllambre de combustion. Cette bride support est 3 2825780 montée entre une bride de ladite paroi annulaire inten1e de l'enveloppe et une virole en matériau métallique maintenue contre cette bride par lesdits premiers moyens de fixation amovibles. Avantageusement lesdits premiers moyens de fixation amovibles s comportent une pluralité de boulons dont chacun des axes de vis qui traverse un trou oblong conrespondant de ladite bride support est muni d'un épaulement sur lequel est mis en appui ladite virole de façon à pennettre un coulissement de ladite bride suppot entre ladite virole et ladite bride de la paroi annulaire intenne de l'enveloppe. ]o Pour assurer l'étanchéité de la turbomaclline ladite bride de la paroi annulaire inten1e de l'enveloppe comporte une rainure circulaire pour recevoir un joint circulaire d'étanchéité de type " oméga " destiné à assurer l'étanchéité entre cette dite bride de la paroi annulaire inten1e de l'enveloppe et ladite bride support. De même une virole en matériau composite avantageusement brasée sur ladite : paroi exteme d'extrémité de la chambre de combustion est maintenue avec une précontrainte élastique contre ladite plate-fonne circulaire exten1e du distributeur par les seconds moyens de maintien ladite virole comportant une rainure circulaire pour recevo ir un j oint circu la ire d' étanchéité de type " oméga " destiné à assurer l'étancl1éité entre ladite paroi exten1e d'extrémité de la cl1ambre de o combustion et ladite plate-fonne circulaire exteme du distributeur. B rève de script ion des dess in s Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressotiront mieux de la description suivante faite à titre indicatif et non limitatif en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure l est une vue schématique en demi-coupe axiale d'une patie centrale détule turbomachine, - la fgure 2 montre en perspective détaillée la liaison turbine haute pression chambre de combustion au niveau de la plate-fonne inteme du distributeur o - la figure 3 montre en perspective détaillée la liaison turbine haute pression chambre de combustion au niveau de la plate-fonne extene du distributeur et - la figure 4 est une vue selon IV de la fgure 1. 4 2825780 Description détaillée d'un mode de réalisation préférentiel La figure 1 montre en demi-coupe axiale une partie centrale d'un turboréacteur ou d'un turbopropulseur (appelé turbomaclline dans la suite de la s description) comprenant: une enveloppe compotant une paroi annulaire exteme (ou carter exteme) 12 en matériau métallique, d'axe longitudinal 10, et une paroi annulaire inteme (ou carter externe) coaxiale 14 également en matériau métallique, un espace annulaire 16 compris entre les deux parois annulaires 12, 14 de cette o 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 d'abord un ensemble d ' injection fonné d'une pluralité de systèmes d' injection 20 et régulièrement répatis autour du conduit 18 et comportant chacun une buse d'injection de carburant 22 fixée sur 1'enveloppe annulaire extene 12 (dans un souci de simplification des dessins le mélangeur et le déflecteur associés à chaque buse d'injection n'ont pas été représentés), ensuite une chambre de combustion en o matériau composite haute température 24, de type CMC ou autres (carbone par exemple), formée d'une paroi axiale exteme 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 moyens adaptés, par exemple des boulons métalliques ou réfractaires 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 pemlettre 1'injection du 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'entrée d'une turUine haute pression (non représentée) et comportant classiquement une pluralité d'aubes fixes 44 montées entre une plate-fonne circulaire exteme 46 et une plate fonne circulaire inteme 48. Le distributeur repose sur des moyens support 49 solidaire de l'enveloppe annulaire de la turbomachine et est il fixé à celle-ci par 2825780 des premiers moyens de fixation amovibles constitués de préférence par une pluralité de boulons 50. Selon l'invention, la cllambre de combustion est montée flottante dans l'enveloppe annulaire et maintenue en position par le seul distributeur auquel elle s est fixée de façon élastique par des seconds nnoyens de fixation amovibles qui compotent d'une pat des premiers moyens de maintien 52 pour maintenir par pincement une paroi axiale inteme d'extrémité 54 de la cllambre de combustion (opposée à l'extrémité amont 38) entre la plate-fonne circulaire inteme du distributeur 48 et une bride 56 servant de support à 1'enveloppe annulaire intene o 14 et des seconds moyens de maintien 58 pour maintenir avec une précontrainte élastique 60 une paroi axiale exteme d'extrémité 62 de ladite chambre de combustion (opposce à l'extrémité amont 36) sur la plate-fonne circulaire extene du distributeur 46. La bride support 56 est montée entre une bride 64 de I'enveloppe annulaire inteme 14 et une virole en matériau métallique 66 s maintenue contre cette bride par les premiers moyens de fixation amovibles 50. Des orifices de passage 68, 70 pour le passage du comburant comprimé préalablement séparé, en sotie du conduit de diffusion 18, en au moins deux flux distincts Fl, F2 s'écoulant de pat et d'autre de la chambre de combustion 24 (et assurant notamment son refroidissement), sont ménagés dans les plates-fonnes o métalliques externe 46 et interne 48 du distributeur 42 pour assurer un refroidissement des aubes fixes 44 du distributeur en entrée du rotor de la turbine haute pression. La chambre de combustion 24 ayant un coefficient de dilatation thennique très différent des autres pièces métalliques fomlant la turbomaclline, notamment le s distributeur 42 auquel elle est fixée et 1'enveloppe annulaire 12, 14, il est prévu que les premiers moyens de fixation amovibles 50 soient adaptés pour pemlettre aux températures élevoes une libre dilatation radiale du distributeur par rappot à l'enveloppe annulaire. Pour ce faire, la bride suppot 56 est percée de trous oblongs 72 destinés à coopérer avec les axes de vis de la pluralité de boulons 50 dont un épaulement 74 set d'appui à la virole 66 de façon à pemlettre un coulissement de cette bride suppot entre la virole et la bride 64 de 1'enveloppe annulaire inteme 14. En outre, cette bride est sectorisée pour compenser les écarts 6 2825780 géométriques circonférenciels résultant de la dilatation différentielle existant à ces températures élevées entre la plate-fonne circulaire inteme 48 du distributeur et la paroi axiale intenne 28, 54 de la chambre de conbustion. Afin d'assurer l'étanchéité des flux d'écoulenent de gaz entre la chambre s de combustion et la turbine, la bride de l'enveloppe annulaire inteme 64 comporte une rainure circulaire 76 pour recevoir un joint circulaire d'étanchéité de type " oméga >> 78 destiné à assurer 1'étanchéité entre cette bride de 1'enveloppe annulaire inteme et la bride suppot 56. Ainsi, le flux de comburant comprimé en provenance du compresseur et entourant la chambre par F2 ne peut rejoindre la o turbine qu'au travers des orifices 70. De même, la plate-fonne circulaire exteme du distributeur 46 comporte une bride 80 nunie d'une gorge circulaire 82 pour recevoir un joint à lamelle 84 dont une extrémité va venir en contact avec l'enveloppe annulaire extene 12 pour assurer une étanchéité vis à vis du flux F1. Quant à l'étanchéité entre la chambre de combustion 24 et le distributeur 42 elle est assurée entre la paroi exteme d'extrémité de la chambre de combustion 62 et la plate-fonne circulaire exteme du distributeur 46 également au moyen d'un joint circulaire d'étanclléité de type " oméga " 86 montée dans une rainure circulaire 88 d'une virole en matériau composite 90, avantageusement brasée sur la paroi exteme d'extrémité de la chambre de combustion 62, et maintenue avec o une précontrainte élastique (obtenue par exemple par le ressort 60) contre la plate- fonne circulaire exteme du distributeur 46 par les seconds moyens de maintien 58. 7 2825780 REVENDICATIONS 1. Turbonachine comportant, dans une enveloppe en matériau métallique (12, 14) et selon un sens F d'écoulement des gaz, un ensemble d'injection d'un carburant (20; 22), une chambre de combustion en matériau composite (24) et un distributeur en matériau métallique (42) fonnant 1'étage d'entrée à aubes fxes (44) d'une turbine haute pression, et ledit distributeur étant supporté par ladite enveloppe et fixé à celle-ci par des premiers moyens de fxation amovibles (50), caractérisée en ce que ladite chambre de combustion est montée flottante dans 0 ladite enveloppe et maintenue en position par le seul dit distributeur auquel elle est fixée de façon élastique par des seconds moyens de fixation amovibles (52, 58, ). 2. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits premiers moyens de fixation amovibles sont adaptés pour pennettre une libre dilatation radiale dudit distributeur par rapport à ladite enveloppe. 3. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits seconds moyens de fixation amovibles comportent d'wle part des premiers moyens de maintien (52) pour maintenir par pincement une paroi axiale inteme deXtrénlité (54J de ladite chambre de combustion entre une plate-fonme circulaire o inteme du distributeur (48) et une bride (56) servant de support à une paroi annulaire inteme (14) de ladite enveloppe et des seconds moyens de maintien (58) pour maintenir avec une précontrainte élastique (60) une paroi axiale exteme d'extrémité (62) de ladite chambre de combustion sur une plate-fone circulaire exteme du distributeur (46). > 4. Turbomaclline selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite bride support est sectorisce pour compenser les écarts géométriques circonférenciels résultant de la dilatation différentielle existant aux températures élevées entre ladite plate-fonme circulaire inteme du distributeur et ladite paroi axiale inteme de la chambre de combustion. 5. Turbomaclline selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite bride support est montée entre une bride (64) de ladite paroi amlulaire 8 2825780 inteme de l'enveloppe et une virole en matériau métallique (66) maintenue contre cette bride par lesdits premiers moyens de fixation amovibles. 6. Turbomachine selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits premiers noyens de fixation amovibles comportent une pluralité de boulons (50) dont chacun des axes de vis qui traverse un trou oblong conrespondant (72) de ladite bride support est muni d'un épaulement (74) sur lequel est mis en appui ladite virole de façon à pennettre un coulissement de ladite bride support entre ladite virole et ladite bride de la paroi annulaire inteme de l'enveloppe. o 7. Turbomachine selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite bride de la paroi annulaire intenne de l'enveloppe comporte une rainure circulaire (76) pour recevoir un joint circulaire d'étanchéité de type " oméga " (78) destiné à assurer l'étanchéité entre cette dite bride de la paroi annulaire intene de l'enveloppe et ladite bride support. 8. Turbomachine selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une virole en matériau composite (90) avantageusement brasée sur ladite paroi exteme d'extrémité de la chambre de combustion et maintenue avec une précontrainte élastique (60) contre ladite plate-fonne circulaire exteme du distributeur par lesdits seconds moyens de maintien. o 9. Turbomaclline selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite virole comporte une rainure circulaire (88) pour recevoir un joint circulaire d'étanchéité de type " onéga " (86) destiné à assurer 1'étanchéité entre ladite paroi exteme d'extrémité de la chambre de combustion et ladite plate-fonne circulaire exteme du distributeur. s 10. Turbomachine comprenant une enveloppe annulaire exteme (12) et une enveloppe annulaire inteme (14) délimitant entre elles un espace (16) pour recevoir successivement, dans le sens F d'écoulement des gaz, d'une part une chambre de combustion annulaire (24) en matériau composite fonnée d'une paroi axiale exteme (26), d'une paroi axiale inteme (28) et d'une paroi transversale (30) o qui constitue le fond de cette chambre de combustion, et d'autre part un distributeur annulaire sectorisé (42) en matériau métallique fonné d'une pluralité d'aubes fixes (44) montées entre une plate-fonne axiale exteme (46) et une plate 9 2825780 forne axiale intene (48), caractérisce en ce que les parties d'extrénité libres (54, 69) desdites parois axiales extene et interne de la chambre de conbustion sont relices auxdites plates-fonnes extene et interne du distributeur, ladite paroi axiale inteme d'extrénité (54) de la chanbre étant pincée au noyen de preniers noyens de maintien (52) entre ladite plate-forme intene du distributeur et une bride (56) servant de support à ladite enveloppe annulaire intene, et ladite paroi axiale extene d'extrénité (62) de la chanbre étant naintenue avec une précontrainte élastique (60) contre ladite plate-fonne extene du distributeur par des seconds moyens de naintien (58).