Brevet FR2943403A1 — publié le 20100924

CHAMBRE DE COMBUSTION DE TURBOMACHINE COMPRENANT DES MOYENS AMELIORES D'ALIMENTATION EN AIR DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une chambre annulaire de combustion d'une turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d' avion. 10 ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les turbomachines comprennent en général une chambre annulaire de combustion montée en aval d'un compresseur. La chambre de combustion est délimitée en 15 amont par un fond annulaire équipé de systèmes d'injection régulièrement répartis autour de l'axe de la turbomachine et destinés à l'injection d'un mélange d'air et de carburant dans la chambre de combustion. La sortie du compresseur débouche dans une 20 enceinte dans laquelle est logée la chambre de combustion. Le compresseur peut être du type axial et comporter une sortie sensiblement alignée avec les systèmes d'injection de la chambre de combustion, ou être de type centrifuge, et comprendre en sortie un 25 redresseur annulaire débouchant dans une région radialement externe de l'enceinte de la chambre de combustion. Les systèmes d'injection de la chambre de combustion comportent des perçages périphériques par 30 lesquels de l'air provenant du compresseur peut entrer, et des moyens de centrage et de guidage de têtes d'injecteurs de carburant. Les systèmes d'injection sont conçus pour optimiser les performances de la chambre de combustion et réduire ainsi sa consommation de carburant et les émissions de polluants en sortie de cette chambre de combustion. Les performances des systèmes d'injection sont, d'une manière générale, d'autant plus élevées que la perte de charge est importante à l'intérieur de ces systèmes d'injection, et que l'alimentation en air de ces systèmes est uniforme autour de leurs axes respectifs. Pour limiter la perte de charge totale du flux d'air alimentant la chambre de combustion, il est donc souhaitable de réduire au mieux la perte de charge en amont des systèmes d'injection. Or, la sortie du compresseur étant distante axialement des systèmes d'injection, le flux d'air provenant du compresseur arrive en général au niveau des systèmes d'injection en ayant subi une perte de charge considérable et en étant réparti d'une façon non uniforme autour de chaque système d'injection. Ces problèmes sont particulièrement sensibles dans le cas des compresseurs centrifuges dont la sortie n'est pas alignée avec les systèmes d'injection des chambres de combustion. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ces problèmes, permettant d'éviter les inconvénients précités. Elle a en particulier pour but de réduire les pertes de charge du flux d'air provenant d'un compresseur dans une turbomachine, entre la sortie de ce compresseur et l'entrée de systèmes d'injection d'une chambre de combustion, de manière à permettre notamment une augmentation de la perte de charge à l'intérieur de ces systèmes d'injection sans augmenter considérablement la perte de charge globale du flux d'air alimentant la chambre de combustion. L'invention a également pour but d'améliorer l'uniformité de l'alimentation en air des systèmes d'injection des chambres de combustion. L'invention propose à cet effet une chambre annulaire de combustion destinée à équiper une turbomachine, comprenant un fond de chambre agencé à l'extrémité amont de la chambre de combustion, ainsi qu'une pluralité de systèmes d'injection d'air et de carburant répartis circonférentiellement autour d'un axe de la chambre de combustion et montés sur le fond de chambre. Selon l'invention, la chambre annulaire de combustion comprend, associé à chaque système d'injection, un collecteur d'air comprenant au moins une paroi montée sur le fond de chambre et se projetant vers l'amont, cette paroi formant obstacle à un écoulement circonférentiel d'air autour de l'axe de la chambre de combustion. Les collecteurs d'air permettent de canaliser un flux d'air alimentant les systèmes d'injection autour de chacun de ces systèmes, ce qui permet de réduire la perte de charge subie par ce flux d'air en amont de ces systèmes d'injection, et de rendre l'alimentation en air de ces systèmes plus uniforme. Il en résulte une amélioration des performances générales de la chambre de combustion, et plus particulièrement une augmentation de son rendement et une réduction des émissions de substances polluantes par la chambre de combustion. Avantageusement, ladite paroi de chaque collecteur est incurvée et présente une concavité tournée vers le système d'injection correspondant. Cela permet de rendre plus uniforme la répartition de l'air autour de chaque système d'injection. Chaque collecteur d'air comprend de préférence deux parois qui sont montées sur le fond de chambre, se projettent vers l'amont, et sont agencées de part et d'autre du système d'injection correspondant, ces parois formant obstacle à un écoulement circonférentiel d'air autour de l'axe de la chambre de combustion. Ces parois peuvent être agencées à proximité de chaque collecteur, indépendamment de l'intervalle circonférentiel entre les systèmes d'injection, pour une canalisation optimale de l'air autour de ces systèmes d'injection. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, les deux parois de chaque collecteur sont raccordées l'une à l'autre par deux extrémités opposées de chacune de ces parois, de sorte que chaque collecteur a une forme globalement tubulaire et comporte une extrémité amont formant ouverture d'admission d'air. Avantageusement, l'extrémité amont de chaque collecteur est conformée de sorte qu'une partie radialement interne de cette extrémité amont soit décalée vers l'amont par rapport à une partie radialement externe de ladite extrémité amont du collecteur. Cette partie radialement interne de l'extrémité amont de chaque collecteur peut former une écope de guidage d'un flux d'air provenant d'une région radialement externe par rapport aux systèmes d'injection. En variante, lorsque cela présente un intérêt, la partie radialement interne de l'extrémité amont de chaque collecteur peut être décalée vers l'aval par rapport à la partie radialement externe de ladite extrémité amont. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, la chambre de combustion comporte un carénage annulaire de fond de chambre agencé en amont du fond de chambre et auquel les parois de chaque collecteur sont raccordées de manière sensiblement étanche. Les parois précitées permettent de délimiter des compartiments formant collecteurs d'air entre le fond de chambre et le carénage, autour de chaque système d'injection. D'une manière générale, chaque système d'injection comprenant une douille de centrage et de guidage de tête d'injecteur, chaque collecteur d'air comprend de préférence au moins une partie qui s'étend vers l'amont au-delà d'une extrémité amont de ladite douille du système d'injection correspondant. Les collecteurs présentent ainsi des aptitudes optimales pour canaliser l'air. L'invention concerne également une turbomachine comprenant une chambre de combustion du type décrit ci-dessus. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'une turbomachine selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe axiale et à plus grande échelle de la turbomachine de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue semblable à la figure 1, d'une turbomachine selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PREFERES Les figures 1 et 2 représentent une chambre de combustion 10 d'une turbomachine selon un premier mode de réalisation de l'invention, ainsi que l'environnement immédiat de cette chambre de combustion. D'une manière connue, la chambre de combustion 10 est logée dans une enceinte 12 qui est agencée en aval d'un compresseur de la turbomachine, du type centrifuge, dont la sortie est raccordée à un diffuseur radial 14, lui-même raccordé en sortie à un redresseur de flux 16 qui débouche dans une région radialement externe de l'enceinte 12. La chambre de combustion 10 est délimitée par deux parois sensiblement cylindriques coaxiales 18 et 20, respectivement interne et externe, et par un fond de chambre annulaire 22 qui s'étend sensiblement radialement à l'extrémité amont de la chambre 10 et qui est raccordé par ses extrémités radiales aux deux parois 18 et 20. Les parois interne 18 et externe 20 de la chambre de combustion 10 sont fixées en aval par deux viroles interne 24 et externe 26 respectivement sur une paroi interne 28 sensiblement cylindrique reliée au diffuseur 14, et sur un carter externe 30, de manière à délimiter l'enceinte 12. Des systèmes d'injection 32, qui sont régulièrement répartis autour de l'axe 34 de la chambre de combustion, sont montés dans le fond de chambre 22. Chaque système d'injection 32 comprend notamment une douille 36 de centrage et de guidage d'une tête 38 d'un injecteur de carburant 40, et des orifices d'entrée d'air 42 agencés autour d'un axe 44 du système d'injection. La douille 36 de chaque système d'injection 32 permet d'aligner la tête d'injecteur 38 correspondante sur l'axe 44 du système d'injection. De plus, les systèmes d'injection 32 sont configurés pour permettre un certain débattement radial et axial des têtes d'injecteur 38, pour tenir compte d'éventuelles dilatations différentielles de nature à provoquer des déplacements relatifs entre les injecteurs 40 et la chambre de combustion 10. En fonctionnement, un flux d'air 46 provenant du compresseur centrifuge est amené par le redresseur 16 dans l'enceinte 12. Le flux d'air 46, qui arrive dans une région radialement externe de l'enceinte 12, se sépare globalement en trois parties dans cette enceinte 12. Une première partie 48 du flux d'air s'écoule vers l'aval le long de la paroi externe 20 de la chambre de combustion 10, et pénètre partiellement dans la chambre de combustion 10 par des orifices 50 pratiqués dans sa paroi externe 20. Une deuxième partie 52 du flux d'air s'écoule vers l'aval le long de la paroi interne 18 de la chambre de combustion 10, et pénètre partiellement dans la chambre de combustion 10 par des orifices 54 pratiqués dans sa paroi interne 18. Enfin, une troisième partie 56 du flux d'air alimente les systèmes d'injection 32 de la chambre de combustion 10. Conformément au premier mode de réalisation de l'invention, la chambre de combustion 10 est équipée d'une pluralité de collecteurs d'air 58 (dont l'un est visible sur les figures 1 et 2). Chaque collecteur d'air 58 comprend deux parois 60 et 62 semblables (figure 1) qui sont incurvées autour du système d'injection 32 correspondant en présentant une concavité tournée vers ce système d'injection 32, et qui sont montées sur le fond de chambre 22 à leurs extrémités aval respectives. Dans le mode de réalisation représenté, les deux parois 60 et 62 de chaque collecteur 58 comportent chacune deux bords d'extrémité opposés, respectivement 60a, 60b et 62a, 62b, par lesquels ces deux parois 60 et 62 sont raccordées l'une à l'autre, de sorte que chaque collecteur 58 a une forme globalement tubulaire. Les collecteurs d'air 58 présentent chacun un bord d'extrémité amont 64 délimitant une ouverture d'admission d'air, par laquelle de l'air 56 provenant du redresseur 16 peut pénétrer pour atteindre les orifices d'entrée d'air 42 des systèmes d'injection 32. Les deux parois 60, 62 de chaque collecteur 58 sont tronquées en amont selon un plan incliné par rapport à l'axe 44 du système d'injection correspondant de sorte que l'ouverture d'admission d'air de chaque collecteur 58 soit tournée vers la sortie du redresseur 16, c'est-à-dire tournée radialement vers l'extérieur, pour faciliter l'entrée d'air provenant de ce redresseur 16 dans les collecteurs 58. Le bord d'extrémité amont 64 de chaque collecteur d'air 58 comporte ainsi une partie radialement interne 66 qui est décalée vers l'amont par rapport à une partie radialement externe 68 de ce bord amont 64. La partie radialement interne 66 de chaque collecteur 58 s'étend vers l'amont au-delà de l'extrémité amont de la douille 36 de centrage et de guidage de la tête d'injecteur 38 correspondante. Cette partie radialement interne 66 forme ainsi une écope particulièrement efficace pour guider le flux d'air 56 provenant du redresseur 16. L'inclinaison de l'ouverture d'admission d'air de chaque collecteur par rapport à l'axe 44 du système d'injection correspondant est définie de manière à ne pas gêner des déplacements axiaux et radiaux de la tête d'injecteur 38 correspondante en fonctionnement et aussi lors du montage et du démontage de l'injecteur 40. Ainsi, l'ouverture d'admission d'air forme avec l'axe 44 un angle a (figure 2) qui est typiquement compris entre 40 degrés et 90 degrés, une valeur égale à 90 degrés correspondant à un collecteur 58 en forme de tube droit. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, les deux parois 60 et 62 de chaque collecteur sont fixées à leur extrémité aval sur une pièce annulaire 70, parfois appelée coupelle d'arrêt, qui est solidaire du fond de chambre 22, et qui comprend un flasque annulaire 72 s'étendant radialement autour de l'axe 44 du système d'injection 32 correspondant, et un rebord annulaire 74 qui s'étend parallèlement à l'axe 44 depuis la périphérie interne du flasque annulaire 72 de la coupelle d'arrêt 70. La fixation des parois 60 et 62 sur la coupelle d'arrêt 70 est par exemple réalisée par soudage et de telle sorte que les parois 60 et 62 s'étendent dans le prolongement du rebord annulaire 74 de la coupelle d'arrêt 70. D'une manière connue en soi, la coupelle d'arrêt 70 permet de bloquer axialement le système d'injection 32 par coopération du flasque annulaire 72 de la coupelle d'arrêt avec un flasque annulaire 76 solidaire du système d'injection 32 et monté coulissant radialement dans une gorge annulaire ménagée entre le fond de chambre 22 et le flasque 72 de la coupelle d'arrêt 70. D'une manière générale, les collecteurs 58 permettent de canaliser l'air provenant du redresseur 16 autour de chaque système d'injection 32, ce qui permet de réduire les pertes de charge en amont de ces systèmes d'injection et d'améliorer l'uniformité de l'alimentation en air de ces systèmes d'injection. A cet effet, les collecteurs 58 présentent une propriété remarquable en ce qu'ils forment chacun un obstacle à l'écoulement de l'air circonférentiellement entre deux systèmes d'injection voisins, le long du fond de chambre 22. En variante, chaque collecteur peut être en outre tronqué selon un plan tangentiel passant par la tête d'injecteur 38 correspondante. Lorsque le niveau de canalisation d'air procuré par un tel collecteur est suffisant, cette configuration peut permettre un gain de masse avantageux. Par ailleurs, chaque collecteur 58 peut être réalisé d'un seul tenant, sans sortir du cadre de l'invention. La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel le fond 22 de la chambre de combustion 10 est équipé d'un carénage annulaire de protection 78 agencé en amont de ce fond de chambre 22. Le carénage 78 comporte une partie annulaire continue radialement interne 80 qui présente un bord 82 fixé conjointement sur un rebord interne 84 du fond de chambre 22 et sur un bord amont 86 de la paroi interne 18 de la chambre de combustion 10. Le carénage 78 comporte en outre des ouvertures 88 qui sont ménagées en regard de chaque système d'injection 32 et qui s'étendent vers l'extérieur jusqu'à l'extrémité radialement externe du carénage 78 de sorte que ce dernier présente un bord radialement externe 90 fendu au niveau de chacune de ces ouvertures. Ce bord externe 90 du carénage est fixé conjointement sur un rebord externe 92 du fond de chambre 22 et sur un bord amont 94 de la paroi externe 20 de la chambre de combustion 10. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, les ouvertures 88 du carénage 78 ont une forme évasée vers l'extérieur, de manière à faciliter l'écoulement du flux d'air 56 provenant du redresseur 16 et alimentant les systèmes d'injection 32. Dans ce mode de réalisation, le fond 22 de la chambre de combustion 10 est équipé de paires de parois de collecteur 96 et 98 agencées de part et d'autre de chaque système d'injection 32. Ces parois de collecteur 96, 98 sont planes et se projettent vers l'amont depuis le fond de chambre 22 en s'étendant dans des plans respectifs sensiblement radiaux par rapport à l'axe 34 de la chambre de combustion. Chaque paroi de collecteur 96, 98 est raccordée d'une manière sensiblement étanche au fond de chambre 22 ainsi qu'au carénage 78, par exemple par soudage ou par boulonnage. De cette manière, chaque paire de parois 96 et 98 délimite un compartiment entre le fond de chambre 22 et le carénage 78. Ce compartiment forme un collecteur d'air 100 qui est fonctionnellement analogue au collecteur d'air 58 du premier mode de réalisation de l'invention. Ce collecteur 100 permet en particulier de canaliser l'air autour de chaque système d'injection 32 en interdisant tout écoulement circonférentiel de l'air entre deux systèmes d'injection voisins le long du fond de chambre 22. En variante, chacune des parois 96 et 98 peut être incurvée autour du système d'injection 32 correspondant, c'est-à-dire avec une concavité tournée vers le système d'injection 32. En variante encore, il est possible de ne prévoir qu'une seule paroi de collecteur entre deux systèmes d'injection 32 voisins, de sorte que chaque paroi de collecteur participe à la formation de deux collecteurs voisins. REVENDICATIONS1. Chambre annulaire de combustion (10) destinée à équiper une turbomachine, comprenant un fond de chambre (22) agencé à l'extrémité amont de la chambre de combustion (10), ainsi qu'une pluralité de systèmes d'injection d'air et de carburant (32) répartis circonférentiellement autour d'un axe (34) de la chambre de combustion (10) et montés sur le fond de chambre (22), caractérisée en ce qu'elle comprend, associé à chaque système d'injection (32), un collecteur d'air (58, 100) comprenant au moins une paroi (60, 62, 96, 98) montée sur le fond de chambre (22) et se projetant vers l'amont, cette paroi formant obstacle à un écoulement circonférentiel d'air autour de l'axe (34) de la chambre de combustion (10). 2. Chambre annulaire de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite paroi (60, 62) de chaque collecteur est incurvée et présente une concavité tournée vers le système d'injection correspondant. 3. Chambre annulaire de combustion selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque collecteur d'air (58, 100) comprend deux parois (60, 62, 96, 98) qui sont montées sur le fond de chambre (22), se projettent vers l'amont, et sont agencées de part et d'autre du système d'injection (32) correspondant, lesdites parois formant obstacle à un écoulement circonférentiel d'air autour de l'axe (34) de la chambre de combustion. 4. Chambre annulaire de combustion selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdites deux parois (60, 62) de chaque collecteur (58) sont raccordées l'une à l'autre par deux extrémités opposées (60a, 60b, 62a, 62b) de chacune de ces parois, de sorte que chaque collecteur (58) a une forme globalement tubulaire et comporte une extrémité amont (64) formant ouverture d'admission d'air. 5. Chambre annulaire de combustion selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'extrémité amont (64) de chaque collecteur (58) est conformée de sorte qu'une partie radialement interne (66) de cette extrémité amont soit décalée vers l'amont par rapport à une partie radialement externe (68) de ladite extrémité amont du collecteur (58). 6. Chambre annulaire de combustion selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un carénage annulaire (78) de fond de chambre agencé en amont du fond de chambre (22) et auquel lesdites parois (96, 98) de chaque collecteur (100) sont raccordées de manière sensiblement étanche. 7. Chambre annulaire de combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, chaque système d'injection (32) comprenant une douille (36) de centrage et de guidage de tête d'injecteur, chaque collecteur d'air (58, 100) comprend au moins une partie qui s'étend vers l'amont au-delà d'une extrémité amont de ladite douille (36) du système d'injection (32) correspondant. 8. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre de combustion (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.5