Brevet FR2893389A1 — publié le 20070518

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des chambres de combustion de turbomachine. Elle vise plus particulièrement la paroi d'une chambre de combustion annulaire qui est destinée à relier transversalement les parois longitudinales de cette même chambre. Typiquement, une chambre de combustion annulaire de turbomachine est formée de deux parois annulaires longitudinales (une paroi interne et une paroi externe) qui sont reliées en amont par une paroi transversale également annulaire formant fond de chambre. Le fond de chambre est muni d'une pluralité d'ouvertures de forme sensiblement circulaire qui sont régulièrement réparties sur toute la circonférence de la chambre. Dans ces ouvertures, sont montés des systèmes d'injection d'un mélange d'air et de carburant qui est destiné à être brûlé à l'intérieur de la chambre de combustion. Afin de protéger le fond de chambre contre les températures très élevées des gaz issus de la combustion du mélange air/carburant dans la chambre de combustion, des déflecteurs formant écrans thermiques sont également montés dans chaque ouverture du fond de chambre autour des systèmes d'injection. Le fond de chambre présente généralement une pluralité de trous de multiperforation qui sont percés dans les zones en regard des déflecteurs. Ces trous de multiperforation sont des passages pour de l'air destiné au refroidissement par impact des déflecteurs. Classiquement, le fond de chambre se présente sous la forme d'un anneau sensiblement plan qui est centré sur l'axe longitudinal de la turbomachine. Celui-ci peut être, soit perpendiculaire à l'axe longitudinal de la turbomachine, soit incliné (vers l'intérieur ou l'extérieur) par rapport à cet axe. Par ailleurs, les déflecteurs se présentent généralement sous la forme d'une plaque métallique de forme sensiblement rectangulaire qui est centrée sur l'axe de symétrie du système d'injection et qui est brasée sur le fond de chambre. Dans le cas où le fond de chambre est incliné par rapport à l'axe longitudinal de la turbomachine, il présente une forme tronconique avec l'axe de symétrie des systèmes d'injection dirigés vers l'intérieur ou l'extérieur. En fonctionnement, il en résulte que la distance séparant le fond de chambre de chaque déflecteur monté dans les ouvertures n'est pas constante lorsque l'on s'écarte de l'axe de symétrie des systèmes d'injection. Aussi, le refroidissement par multiperforation des déflecteurs n'est pas homogène, ce qui conduit à une forte détérioration des déflecteurs particulièrement préjudiciable à la durée de vie de la chambre de combustion. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une paroi transversale de chambre de combustion de forme tronconique permettant d'obtenir un refroidissement efficace et homogène des déflecteurs. A cet effet, il est prévu une paroi annulaire destinée à relier transversalement des parois longitudinales d'une chambre de combustion annulaire de turbomachine, la paroi étant sensiblement plane, inclinée par rapport à un axe longitudinal de la turbomachine, et comportant une pluralité d'ouvertures pour le montage de systèmes d'injection de carburant, une pluralité de déflecteurs formés par une plaque plane sensiblement rectangulaire et montés dans chaque ouverture, et une pluralité de trous de multiperforation formés autour de chaque ouverture en regard des déflecteurs pour permettre un passage d'air destiné au refroidissement desdits déflecteurs, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens pour augmenter le débit d'air destiné au refroidissement des déflecteurs au niveau de zones en regard des déflecteurs pour lesquelles la distance entre la paroi transversale et les déflecteurs est supérieure à un seuil prédéfini. En créant des moyens pour augmenter le débit d'air de refroidissement dans des zones pour lesquelles la distance entre la paroi transversale et les déflecteurs est supérieure à un seuil prédéfini, il est possible d'obtenir un refroidissement homogène sur toute la surface des déflecteurs. Ainsi, tout risque de détérioration des déflecteurs est évité. La durée de vie du fond de chambre s'en trouve donc augmentée. Selon une disposition particulière de l'invention, ces moyens peuvent être réalisés par une pluralité d'orifices supplémentaires de passage de l'air formés en regard des déflecteurs dans les zones pour lesquelles la distance entre la paroi transversale et les déflecteurs est supérieure au seuil prédéfini. Selon une alternative de réalisation de ces moyens, les trous de multiperforation formés en regard des déflecteurs dans les zones pour lesquelles la distance entre la paroi transversale et les déflecteurs est supérieure au seuil prédéfini peuvent présenter un diamètre plus grand que celui des autres trous de multiperforation. De préférence, le seuil est défini par rapport à la distance entre la paroi transversale et chaque déflecteur mesurée au niveau d'un plan de symétrie du déflecteur. Le seuil prédéfini peut être égal à 1,15 fois la distance entre la paroi transversale et le déflecteur mesurée au niveau du plan de symétrie du déflecteur. La présente invention a également pour objet une chambre de combustion et une turbomachine munie d'une chambre de combustion comportant une paroi transversale telle que définie précédemment. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une chambre de combustion de turbomachine dans son environnement ; - la figure 2 est une vue partielle de la face aval de la paroi transversale de la chambre de combustion de la figure 1 ; - la figure 3 représente des courbes montrant l'évolution de l'entrefer entre les déflecteurs et la paroi transversale de la figure 2 ; et - les figures 4 et 5 sont des vues partielles de la face amont de parois transversales selon deux modes de réalisation de l'invention. Description détaillée de modes de réalisation La figure 1 illustre une chambre de combustion pour turbomachine. Une telle turbomachine comporte notamment une section de compression (non représentée) dans laquelle de l'air est comprimé avant d'être injecté dans un carter de chambre 2, puis dans une chambre de combustion 4 montée à l'intérieur de celui-ci. L'air comprimé est introduit dans la chambre de combustion et mélangé à du carburant avant d'y être brûlé. Les gaz issus de cette combustion sont alors dirigés vers une turbine haute-pression 5 disposée en sortie de la chambre de combustion 4. La chambre de combustion 4 est de type annulaire. Elle est formée d'une paroi annulaire interne 6 et d'une paroi annulaire externe 8 qui sont réunies en amont (par rapport au sens d'écoulement des gaz de combustion dans la chambre de combustion) par une paroi transversale 10 formant fond de chambre. Les parois interne 6 et externe 8 de la chambre de combustion s'étendent selon un axe longitudinal légèrement incliné par rapport à l'axe longitudinal X-X de la turbomachine. Elles peuvent être réalisées en un matériau métallique ou composite. Le fond de chambre 10 est généralement obtenu par emboutissage d'une tôle métallique. Son épaisseur est typiquement de l'ordre de 1,5 mm environ. Le fond de chambre 10 se présente sous la forme d'un anneau centré sur l'axe longitudinal X-X de la turbomachine. Il se compose d'une partie principale 10a sensiblement plane (figure 2) qui se prolonge à ses deux extrémités libres par des parties 10b repliées vers l'amont. Par ailleurs, la partie principale l0a du fond de chambre est inclinée (vers l'extérieur) par rapport à l'axe longitudinal X-X de la turbomachine, c'est-à-dire que la paroi transversale a une forme sensiblement tronconique. L'invention s'applique toutefois aux fonds de chambre dont la partie principale est inclinée vers l'intérieur (c'est-à-dire vers l'axe longitudinal X-X de la turbomachine). La partie principale 10a du fond de chambre 10 est pourvue 35 d'une pluralité d'ouvertures 12, par exemple au nombre de dix-huit, qui peuvent être circulaires (figure 2) ou ovales (figures 4 et 5) et régulièrement espacées sur toute la circonférence de la paroi transversale 10. Ces ouvertures 12 sont chacune destinées à recevoir un système d'injection 14 d'un mélange air/carburant. Ce dernier se compose notamment d'une buse d'injection de carburant 14a et d'un bol 14b équipé de vrilles à air. La buse et le bol sont centrés sur un axe de symétrie Y-Y du système d'injection 14. Etant donné que le fond de chambre 10 est de forme tronconique, cet axe de symétrie Y-Y est incliné par rapport à l'axe longitudinal Y-Y de la turbomachine. Un déflecteur 16 formant écran thermique est également monté dans chaque ouverture 12 de la paroi transversale 10 autour des systèmes d'injection 14. Comme représenté sur la figure 2, les déflecteurs 16 sont des plaques planes de forme sensiblement rectangulaire qui présentent une ouverture centrée sur l'axe de symétrie Y-Y des systèmes d'injection. Ils permettent de protéger le fond de chambre 10 contre les températures élevées des gaz de combustion. Une pluralité de trous de multiperforation 18 formant un maillage est percée au travers du fond de chambre 10 autour de chaque ouverture 12 en regard des déflecteurs 16. Ils permettent à de l'air circulant autour de la chambre de combustion de venir refroidir par impact les déflecteurs. En fonctionnement, du fait que le fond de chambre 10 est tronconique, il a été constaté que la distance (ou entrefer) d séparant les déflecteurs 16 de la paroi transversale n'est constante (de l'ordre de 1,5 à 4 mm) que dans le plan P passant par l'axe de symétrie Y-Y du système d'injection et l'axe longitudinal X-X de la turbomachine (aussi appelé plan de symétrie des déflecteurs - voir figure 2) et qu'elle varie lorsque l'on s'écarte de ce plan de symétrie P. La variation de l'entrefer d dépend notamment du nombre de systèmes d'injection équipant la chambre de combustion, de la hauteur de la zone primaire de combustion et du rayon moyen de la paroi transversale. La figure 3 illustre la variation relative de l'entrefer d en fonction de la position angulaire 8 à laquelle la mesure de l'entrefer d est réalisée. Sur cette figure, la variation relative de l'entrefer est définie comme le rapport entre la mesure de l'entrefer d effectuée localement et la mesure réalisée au niveau du plan de symétrie P des déflecteurs. De même, la position angulaire e est définie par rapport au plan de symétrie P des déflecteurs (l'angle de 0 correspond à une mesure sur le plan de symétrie P et l'angle de 10 correspond à une mesure sur l'une des extrémités angulaires du déflecteur). Les courbes RO, Rint et Rext de cette figure 3 représentent la variation relative de l'entrefer en fonctionnement, respectivement, pour le rayon moyen 16a, pour le rayon interne 16b et pour le rayon externe 16c de l'entrefer 16 (ces rayons sont schématisés sur la figure 2). On constate que l'entrefer d séparant la paroi transversale des déflecteurs varie fortement vers les extrémités angulaires des déflecteurs. Il en résulte un mauvais refroidissement des déflecteurs. Selon l'invention, des moyens sont prévus pour augmenter le passage de l'air destiné au refroidissement des déflecteurs au niveau de zones en regard des déflecteurs pour lesquelles l'entrefer d est supérieur à un seuil S prédéfini. Le seuil S est de préférence défini comme la variation relative de l'entrefer telle qu'elle a été définie en liaison avec les courbes de la figure 3. Sur cette figure, un tel seuil 5 peut par exemple être égal à 1,15 ce qui correspond à une évolution de 15 % de l'entrefer. Les zones géométriques de la paroi transversale pour lesquelles la distance entre le fond de chambre 10 et les déflecteurs 16 est supérieure au seuil prédéfini S sont illustrées sur les modes de réalisation de l'invention des figures 4 et 5. Sur l'exemple de réalisation de la figure 4, pour chaque ouverture 12, quatre zones Z1 de la paroi transversale en regard du déflecteur 16 sont pourvues d'orifices supplémentaires 20 de passage de l'air destiné au refroidissement du déflecteur. Ces zones Z1 sont disposées en regard des quatre coins du déflecteur 16. Elles présentent une double symétrie : d'une part, par rapport au plan de symétrie P du déflecteur, et d'autre part, par rapport à un plan 24 perpendiculaire au plan de symétrie P du déflecteur et passant par l'axe de symétrie Y-Y du système d'injection. En outre, chacune de ces zones Z1 s'étend sur une hauteur (dans le sens radial) de l'ordre de h/6 environ (h représentant la hauteur totale du déflecteur) et sur une longueur (dans le sens tangentiel) de l'ordre de L/6 environ (L représentant la longueur totale du déflecteur). A titre d'exemple, pour un déflecteur ayant une hauteur de 72 mm et une longueur de 72 mm, les zones sont comprises dans un périmètre de 12 mm par 12 mm. Dans ces zones Z1, le nombre, le diamètre et le pas des orifices 20 de passage de l'air sont variables selon l'application. A titre indicatif, ils peuvent présenter un diamètre compris entre 0,5 mm et 2 mm avec un pas variant de 2 à 6 mm (pour des trous de multiperforation 18 de diamètre de 0,5 mm et de pas de 3,5 à 4 mm). Selon une variante de réalisation représenté par la figure 5, pour chaque ouverture 12, les trous de multiperforation 18' formés en regard de six zones Z2 pour lesquelles la distance entre la paroi transversale 10 et le déflecteur 16 est supérieure à un seuil prédéfini S' présentent un diamètre plus grand que celui des autres trous de multiperforation 18. Ces zones Z2 sont disposées pour quatre d'entre elles en regard 20 des quatre coins du déflecteur 16 et pour les deux autres au niveau des rayons interne 16b et externe 16c du déflecteur 16. Plus précisément, ces deux dernières zones sont symétriques par rapport au plan de symétrie P du déflecteur. Ces deux zones s'étendent sur une longueur de l'ordre de L/6 environ (L représentant la 25 longueur du déflecteur). Quant aux quatre zones disposées en regard des quatre coins du déflecteur 16, elles s'étendent sur des périmètres identiques à ceux définis pour les zones Z1 en liaison avec la figure 4. Dans ces zones Z2, les trous de multiperforation 18' formés en 30 regard de ces zones ont un diamètre plus important que celui des autres trous de multiperforation 18. A titre d'exemple, pour des trous de multiperforation 18 ayant un diamètre de 0,5 mm et un pas de 3,5 à 4 mm, ces trous de multiperforation 18' formés en regard des zones Z2 ont un diamètre de 0,5 à 2 mm. 35 On notera que les modes de réalisation de l'invention des figures 4 et 5 peuvent s'additionner (présence d'orifices supplémentaires et augmentation du diamètre des trous de multiperforation en regard des zones telles que définies précédemment). On notera également que sur l'exemple de réalisation de la figure 4, les trous de multiperforation forment un maillage équilatéral (c'est-à-dire que les trous sont disposés selon des rangées en quinconce l'une par rapport à l'autre), tandis que les trous de multiperforation de l'exemple de réalisation de la figure 5 forment un maillage carré ou trapézoïdal (les rangées de trous sont alignées dans le sens radial et le sens tangentiel). Bien entendu, les modes de réalisation des moyens pour augmenter le passage de l'air des figures 4 et 5 s'appliquent aussi bien à un maillage équilatéral qu'à un maillage carré. REVENDICATIONS 1. Paroi annulaire (10) destinée à relier transversalement des parois longitudinales (6, 8) d'une chambre de combustion annulaire (4) de turbomachine, ladite paroi (10) étant sensiblement plane, inclinée par rapport à un axe longitudinal (X-X) de la turbomachine, et comportant une pluralité d'ouvertures (12) pour le montage de systèmes d'injection de carburant (14), une pluralité de déflecteurs (16) formés par une plaque plane sensiblement rectangulaire et montés dans chaque ouverture (12), et une pluralité de trous de multiperforation (18) formés autour de chaque ouverture (12) en regard des déflecteurs (16) pour permettre un passage d'air destiné au refroidissement desdits déflecteurs, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens (20 ; 18') pour augmenter le débit d'air destiné au refroidissement des déflecteurs au niveau de zones (Z1 ; Z2) en regard des déflecteurs pour lesquelles la distance (d) entre la paroi transversale (10) et les déflecteurs (16) est supérieure à un seuil prédéfini (S). 2. Paroi selon la revendication 1, comportant en outre une pluralité d'orifices supplémentaires (20) de passage de l'air formés en regard des déflecteurs (16) dans les zones (Z1) pour lesquelles la distance (d) entre la paroi transversale (10) et les déflecteurs (16) est supérieure au seuil prédéfini (5). 3. Paroi selon la revendication 1, dans laquelle les trous de multiperforation (18') formés en regard des déflecteurs (16) dans les zones (Z2) pour lesquelles la distance (d) entre la paroi transversale (10) et les déflecteurs (16) est supérieure au seuil prédéfini (S) présentent un diamètre plus grand que celui des autres trous de multiperforation (18). 4. Paroi selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le seuil (5) est défini par rapport à la distance (d) entre la paroi transversale (10) et chaque déflecteur (16) mesurée au niveau d'un plan de symétrie (P) du déflecteur.35 5. Paroi selon la revendication 4, dans laquelle le seuil prédéfini (S) est égal à 1,15 fois la distance (d) entre la paroi transversale (10) et le déflecteur (16) mesurée au niveau du plan de symétrie (P) du déflecteur. 6. Chambre de combustion (4) de turbomachine, comportant une paroi annulaire (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Turbomachine comportant une chambre de combustion (4) ayant une paroi annulaire (10) selon l'une quelconque des revendications 1à5.