Brevet FR2900976A1 — publié le 20071116

La présente invention concerne le domaine des moteurs à turbine à gaz et porte plus particulièrement sur l'agencement d'une bougie d'allumage dans une chambre de combustion. Dans un moteur à turbine à gaz, la chambre de combustion reçoit l'air du compresseur dont une partie est mélangée au carburant qui est brûlé dans la zone de combustion primaire. L'allumage est assuré par une ou deux bougies disposées en aval du système de carburation. Une autre partie de l'air contourne la zone de combustion primaire et vient se mélanger aux gaz de combustion. L'ensemble des gaz chauds est dirigé vers la turbine. Les chambres de combustion sont étudiées pour répondre à un certain nombre de spécifications impératives telles que : le rallumage en vol, la forme du profil de température, les émissions de gaz polluants ainsi que la tenue à la fois thermique et mécanique de ses différents composants. En particulier le système d'allumage doit assurer le rallumage en vol en cas d'extinction accidentelle de la chambre de combustion tout en supportant et en résistant aux contraintes thermiques auxquelles il est soumis. Ces deux conditions impliquent des dispositions difficilement compatibles. En effet le système d'injection produit une nappe de carburant pulvérisé formant un certain angle. Si ce dernier est très fermé, la bougie est en dehors du cône formé par le carburant ; cela est favorable du point de vue de la tenue thermique mais les capacités d'allumage de la chambre sont réduites. Inversement un système d'injection dont la nappe de carburant forme un cône très ouvert provoque un échauffement important de la zone de la chambre environnant la bougie en raison de l'impact du carburant sur les parois et la bougie. La tenue thermique de ces éléments s'en trouve affectée. On dispose donc la bougie à une distance X depuis le fond de chambre en relation avec l'angle du cône d'injection de telle façon que la nappe de carburant issue du système d'injection rencontre la paroi de la chambre immédiatement en aval de la bougie. La présente invention concerne les systèmes d'allumage dont la bougie est montée sur la chambre par l'intermédiaire d'une pièce formant adaptateur elle-même fixée sur le carter de la chambre. La bougie s'étend depuis le carter radialement vers l'intérieur de la chambre et son extrémité vient affleurer la paroi de la chambre au travers d'une ouverture ménagée dans celle-ci et formant cheminée. Un jeu latéral minimum est ménagé autour de la bougie pour autoriser les déplacements relatifs entre la chambre et le carter résultant des variations de température pendant les différentes phases de vol sans que la bougie, solidaire du carter, ne vienne buter ou s'appuyer contre les bords de l'ouverture dans la paroi de la chambre. L'ouverture dans la paroi de chambre forme une cheminée dans laquelle la bougie est glissée et une douille flottante cerclant la bougie assure l'étanchéité entre la chambre et l'espace entre celle-ci et le carter. Un exemple de ce type de montage de bougie dans une chambre de combustion avec adaptateur est représenté dans la demande de brevet EP 1.443.190. Chacune des pièces composant la chambre de combustion est fabriquée séparément et les dimensions sont fixées avec une tolérance liée au mode de fabrication. Il apparaît qu'il est parfois difficile d'obtenir un alignement satisfaisant au montage entre l'orifice sur le carter et celui sur la chambre de combustion. Ces défauts de positionnement liés à la fabrication des différents composants peuvent entraîner la mise au rebut de certaines pièces ou des réparations importantes. Le présent déposant s'est fixé comme objectif d'assurer le montage avec un positionnement correct de la bougie à l'intérieur de la chambre de combustion même lorsque le carter et la chambre présentent un défaut d'alignement résultant des tolérances de fabrication des pièces. Conformément à l'invention, le procédé de montage d'une bougie dans une chambre de combustion de moteur à turbine à gaz comprise dans un carter, selon lequel on ménage une première ouverture dans la paroi de la chambre et une seconde ouverture dans le carter, on glisse la bougie dans les deux ouvertures, la bougie étant retenue par une extrémité dans un logement cylindrique d'un adaptateur fixé sur le carter au moyen d'organes de fixation, son autre extrémité passant à travers la première ouverture avec un jeu (J) entre la bougie et le bord de ladite première ouverture, est caractérisé par le fait qu'on mesure l'écart d'alignement entre les deux ouvertures, et on corrige le cas échéant ledit écart sur l'adaptateur de manière que le jeu (J) après montage soit supérieur à une valeur minimale prédéterminée, on monte la bougie sur l'adaptateur et on fixe l'adaptateur sur le carter. Plus particulièrement, l'adaptateur comportant des perçages pour les organes de fixation au carter, on corrige ledit écart par ajustement de la position dudit logement cylindrique par rapport aux dits perçages. Avantageusement, on corrige l'écart en sélectionnant un adaptateur parmi un ensemble d'adaptateurs dont les logements cylindriques sont positionnés différemment par rapport auxdits perçages. Grâce à l'invention on permet au technicien lors du montage de la chambre de combustion d'accepter dans une certaine mesure des défauts de fabrication des pièces et de les rectifier aisément sans que les performances globales en soient affectées. On évite aussi de devoir mettre au rebut des pièces dont la fabrication est onéreuse ou de devoir procéder à des opérations de correction sur les pièces. Conformément à une autre caractéristique, on détermine la position optimale X de la bougie par rapport au plan du fond de chambre, selon la relation X = (HDbol)/2*tga - Dbougie avec H : hauteur de la zone primaire, Dbol : diamètre du bol a : demi angle au sommet de la nappe de carburant, Dbougie : diamètre de la bougie, et on corrige la position sur l'adaptateur de façon que la bougie soit à cette distance X après montage. L'invention porte aussi sur un ensemble ou jeu d'adaptateurs pour le montage de bougies dans une chambre de combustion et son carter selon le procédé précédent, chaque adaptateur comprenant une plaque pourvue de logements pour des organes de fixation de l'adaptateur au carter, et un logement cylindrique pour la bougie, caractérisé par le fait que les logements cylindriques des adaptateurs ont des positions différentes par rapport aux logements des organes de fixation. On décrit maintenant l'invention plus en détail en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 montre en coupe longitudinale une partie d'une chambre de combustion de moteur à turbine à gaz, la figure 2 montre le montage de la bougie plus en détail, les figures 3 et 4 montrent, vu de dessus, l'adaptateur avec les logements pour la bougie d'une part et pour les organes de fixation d'autre part, sans et avec écart de la position de la bougie par rapport à la position de référence. Comme on le voit sur la figure 1, la chambre de combustion 1 est contenue dans un espace annulaire formé par un carter extérieur 3 et une paroi annulaire interne 5, concentrique aux arbres non représentés reliant le bloc turbine au bloc compresseur. Elle comprend une ou plusieurs viroles externes 7 avec des brides 71 ou des appuis, une ou plusieurs viroles internes 8 avec brides 81, un fonds de chambre 9 associés à des carénages amont. Ici les viroles 7 et 8 sont accrochées aux éléments de carter par les brides 71 et 81. Une pluralité de cannes d'injection de carburant 10, réparties autour de l'axe du moteur débouchent dans le fond de chambre 9. Des déflecteurs 11 forment un bol autour de chaque canne d'alimentation, dévient une partie de l'air qui a pénétré dans la zone carénée en direction radiale et tourbillonnante vers le carburant pulvérisé, et assurent ainsi la formation d'un mélange de carburant avec de l'air. Une zone de combustion primaire est formée en aval du fond de chambre dans laquelle le mélange est allumé par une bougie 13 ou plusieurs réparties circonférentiellement. On voit qu'une partie de l'air issu du compresseur contourne le carénage, est guidée dans les espaces annulaires entre la chambre 1 et les deux carters intérieur 5 et extérieur 7 respectivement puis est introduit dans la chambre en aval de la zone de combustion primaire pour former le flux de gaz moteur qui est distribué sur le rotor de turbine aval non représenté. La bougie traverse le carter 3 par un orifice 3A et s'étend radialement vers l'intérieur jusqu'à affleurer la paroi 7 de la chambre à travers un orifice 7A. La bougie est retenue par une pièce formant adaptateur 15 sur le carter. Celui-ci comprend une partie tubulaire formant un logement cylindrique 15A dont une partie est filetée et dans lequel la bougie est retenue par vissage par exemple. La partie tubulaire est associée à une plaque 15B, perpendiculaire au logement cylindrique 15A, qui est pourvue de perçages pour des organes de fixation de l'adaptateur au carter. Il s'agit de tige filetées ou vis par exemple et ils n'ont pas été représentés. Un bossage 3B annulaire autour de l'orifice 3A sert de surface de réception de l'adaptateur. Les organes de fixation sont vissés dans des logements appropriés sur le bossage 3B. A son autre extrémité la bougie 13 est guidée dans une cheminée 7B entourant l'orifice 7A avec un jeu J suffisant pour éviter tout frottement en fonctionnement. Une douille flottante 7C cerclant la bougie et comportant une bride radiale par rapport à celle-ci coulisse entre des surfaces de guidage correspondantes solidaires de la cheminée et assure l'étanchéité. La position optimale de la bougie selon laquelle le cône de pulvérisation de carburant est tangent à la partie aval de son extrémité, peut être définie par la distance X au plan du fond de chambre 9. Cette distance satisfait dans ce cas la relation : X = (H-Dbol)/2*tga - Dbougie avec H : hauteur de la zone primaire, Dbol : diamètre du bol a : demi angle au sommet de la nappe de carburant, Dbougie : diamètre de la bougie. 30 Le montage en porte à faux de la chambre dans le carter et les différences de matériau les constituant rendent difficile l'alignement des deux ouvertures 3A et 7A lors de l'assemblage de la chambre de combustion. Conformément à l'invention, on apporte une variable d'ajustement supplémentaire grâce à 35 l'emploi d'un ensemble ou jeu d'adaptateurs qui se différencient par le centrage du logement de la bougie sur l'adaptateur par rapport aux perçages pour les organes de fixation de l'adaptateur sur le carter 3 et le bossage support 3B en particulier. Comme on le voit sur la figure 4. un adaptateur 15 conforme à l'invention présente un décalage d'une valeur Dx déterminée par rapport au 40 repère de référence R. Quand l'adaptateur 15 est fixé au moyen des organes de fixation dans les perçages 15C, le centre Ro de ce repère R est à la distance X du fond de chambre 9 il correspond donc à la distance optimale. Dx correspond à un25 correctif de positionnement pour assurer l'existence d'un jeu minimal autour de la bougie. Le nombre d'adaptateurs dépend des écarts constatés et des corrections qu'il est nécessaire d'apporter. Pour le montage on procède de la façon suivante. La chambre de combustion 1 a été assemblée à l'intérieur du carter 3. 10 Parmi les adaptateurs disponible, on prend celui qui comporte le logement de référence correspondant à la bonne distance X et on introduit la bougie dans le logement de l'adaptateur. On met en place la bougie avec l'adaptateur à travers l'ouverture 3A puis 7A. On vérifie, l'alignement entre les deux ouvertures 3A et 15 7A et on en déduit le jeu J autour de la bougie. Par exemple un moyen pour vérifier l'alignement consiste à mesurer depuis la bride 71, la distance du centre de l'ouverture 3A d'une part, et le centre de l'ouverture 7A d'autre part. Connaissant la direction de la bougie on peut ainsi calculer l'écart par rapport à la valeur de référence. Si le jeu est inférieur à une valeur prédéterminée de 20 sécurité, on sélectionne parmi l'ensemble des adaptateurs disponibles celui dont l'écart Dx permet un montage avec un positionnement aussi central que possible, et on remplace l'adaptateur. La correction peut être axiale mais il est possible, de la même façon, de procéder 25 à une correction de position circonférentielle. Revendications 1. Procédé de montage d'une bougie (13) dans une chambre de combustion (1) de moteur à turbine à gaz comprise dans un carter (3), selon lequel on ménage une première ouverture (3A) dans la paroi (7) de la chambre (1) et une seconde ouverture (3A) dans le carter (3), on glisse la bougie (13) dans les deux ouvertures, la bougie étant retenue par une extrémité dans un logement cylindrique (15A) d'un adaptateur (15) fixé sur le carter (3) au moyen d'organes de fixation, son autre extrémité passant à travers la première ouverture (7A) avec un jeu (J) entre la bougie (13) et le bord de ladite première ouverture (7A), caractérisé par le fait qu'on détermine l'écart d'alignement entre les deux ouvertures (3A, 7A), et on corrige le cas échéant ledit écart sur l'adaptateur de manière que le jeu (J) après montage soit supérieur à une valeur minimale prédéterminée, on monte la bougie sur l'adaptateur et on fixe l'adaptateur sur le carter. 2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel l'adaptateur (15) comportant des perçages (15C) pour des organes de fixation on corrige l'écart par ajustement de la position dudit logement cylindrique (15A) par rapport aux dits perçages (15C). 3. Procédé selon la revendication 2 selon lequel on corrige l'écart en sélectionnant un adaptateur parmi un ensemble d'adaptateurs chacun ayant un logement cylindrique (15A) de position différente par rapport auxdits perçages (15C). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes selon lequel on détermine la position optimale X de la bougie par rapport au plan du fond de chambre, selon la relation X = (H-Dbol)/2*tga - Dbougie avec H : hauteur de la zone primaire, Dbol : diamètre du bol a : demi angle au sommet de la nappe de carburant, Dbougie : diamètre de la bougie, et on corrige la position sur l'adaptateur de façon que la bougie soit à cette distance X après montage. 5. Ensemble d'adaptateurs pour le montage de bougies dans une chambre de combustion comprise dans un carter selon le procédé de l'une des revendications 1 à 4, chaque adaptateur comprenant une plaque pourvue d'un moyen de fixation de l'adaptateur au carter, et un logement cylindrique pour la bougie, caractérisé par le fait que les adaptateurs ont des positions différentes du logement cylindrique par rapport au moyen de fixation. 6. Ensemble selon la revendication précédente dont le moyen de fixation comprend au moins deux perçages, chacun pour le passage d'un organe de fixation, notamment une vis.