Brevet FR2956187A1 — publié le 20110812

Etanchéité d'un guide-bougie pour une chambre de combustion de turbomachine La présente invention concerne essentiellement le guidage d'une bougie d'allumage dans une chambre annulaire de combustion d'une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Une chambre annulaire de combustion de turbomachine comprend une paroi annulaire de fond de chambre reliée à deux viroles sensiblement cylindriques de révolution et coaxiales s'étendant vers l'aval, et un carénage ou capotage fixé sur le fond de chambre et s'étendant vers l'amont. Le carénage guide le flux d'air fourni par le compresseur de la turbomachine et le partage en une veine centrale qui alimente la chambre de combustion et en deux veines périphériques qui contournent la chambre de combustion. L'air issu du compresseur est amené dans la chambre de combustion et mélangé à du carburant, la combustion du mélange étant initiée par au moins une bougie d'allumage montée sur un carter externe et traversant une ouverture de la virole externe. Afin de réaliser l'étanchéité de la chambre de combustion au niveau de cette ouverture, il est connu de monter dans cette ouverture des moyens de guidage et d'étanchéité, qui comprennent un guide tubulaire traversé axialement par la bougie et monté avec un jeu axial et transversal sur une cheminée qui est fixée sur la virole externe de la chambre et qui débouche dans celle-ci par l'ouverture précitée. Ce jeu autorise des déplacements axiaux et radiaux entre la chambre et le carter externe résultant de leurs dilatations différentielles pendant les différentes phases de fonctionnement de la turbomachine, en évitant que la bougie ne vienne buter ou s'appuyer contre les bords de l'ouverture de la virole externe de la chambre. Il existe également un jeu fonctionnel entre le guide et la bougie afin que le guide puisse être déplacé en translation par rapport à la bougie. Le guide s'étend dans une veine périphérique délimitée par le carter externe et la chambre de combustion, et comporte en général un embout conique facilitant l'introduction de la bougie lors de son montage sur le carter externe. Ces moyens de guidage et d'étanchéité présentent un volume important dans la veine périphérique. Pour loger les moyens de guidage et d'étanchéité de la bougie, il est nécessaire d'augmenter la dimension radiale de la veine, ce qui se traduit par une augmentation correspondante des dimensions du carter externe et de sa masse. En outre, il est nécessaire de démonter complètement la virole externe afin de pouvoir accéder au guide tubulaire, par exemple afin de le remplacer lorsqu'il est usé. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose une chambre de combustion d'une turbomachine, comprenant au moins une bougie d'allumage portée par un carter externe et ayant une extrémité disposée en regard d'une ouverture d'une paroi annulaire de la chambre de combustion, et des moyens d'étanchéité montés autour de ladite ouverture entre la bougie et la paroi annulaire, caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité comportent une bague montée coulissante sur la bougie et venant en appui étanche sur la paroi annulaire autour de ladite ouverture, les moyens d'étanchéité comportant en outre des moyens élastiques sollicitant la bague sur la paroi annulaire. La bague remplace ainsi le guide tubulaire de l'art antérieur. La bague étant guidée sur la bougie, il n'est plus nécessaire de prévoir d'embout tronconique destinée à faciliter le centrage et le montage de la bougie. En outre, la cheminée peut être supprimée, la bague assurant alors directement l'étanchéité avec la paroi annulaire. II n'est alors plus nécessaire de surdimensionner la veine périphérique et le poids total de la chambre de combustion est ainsi réduit. Enfin, le remplacement de la bague est aisé puisqu'il n'est pas nécessaire de démonter la paroi annulaire de la chambre. La bague peut se déplacer par rapport à la paroi annulaire, de manière à autoriser les déplacements axiaux et radiaux entre la chambre et le carter externe résultant de leurs dilatations différentielles pendant les différentes phases de fonctionnement. L'étanchéité entre la bague et la paroi annulaire est garantie par l'action des moyens élastiques. Dans un mode de réalisation de l'invention, la paroi annulaire porte une cheminée dont une première extrémité est montée de façon étanche autour de l'ouverture précitée, la bague venant en appui étanche contre une seconde extrémité de la cheminée. La zone de contact entre la bague et l'extrémité de la cheminée est alors écartée des fortes températures de la paroi annulaire. Avantageusement, la bougie comporte un pion d'arrêt et la bague comporte une rainure en U présentant une extrémité d'introduction du pion débouchant au niveau de l'extrémité correspondante de la bougie et une extrémité fermée de maintien en position du pion, décalée angulairement de l'extrémité d'introduction du pion, l'extrémité fermée étant sollicitée en direction du pion sous l'action des moyens élastiques. Le pion et la rainure en U forment ainsi un système de verrouillage à baïonnette empêchant tout retrait accidentel de la bague par rapport à la bougie. Bien entendu, la bougie et la bague pourraient par exemple comporter deux pions et rainures diamétralement opposés. Selon une possibilité de l'invention, les moyens élastiques comportent un ressort hélicoïdal monté autour de la bougie et dont une extrémité est en appui sur un organe de montage de la bougie sur le carter externe et dont l'autre extrémité est en appui sur la bague ou est soudée à la bague. Le ressort hélicoïdal écarte la bague du carter externe et la pousse en appui sur la cheminée ou la paroi annulaire. Préférentiellement, la bague comporte une collerette s'étendant radialement vers l'extérieur et formant une face d'appui étanche sur l'extrémité de la cheminée. Selon une autre caractéristique de l'invention, la bague comporte des rainures internes de passage d'air de refroidissement s'étendant axialement d'une extrémité à l'autre de la bague. L'air circulant dans la veine périphérique passe dans ces rainures et est réparti uniformément autour de la bougie pour la refroidir. Le système de refroidissement étant intégré à la bague, la hauteur de la cheminée qui assure traditionnellement cette fonction peut être diminuée, permettant encore de réduire l'encombrement des éléments installés dans la veine périphérique. L'invention concerne en outre un procédé de montage d'une chambre de combustion selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - monter les moyens élastiques et la bague sur la bougie, - monter la paroi annulaire de la chambre de combustion dans le carter externe, - monter la bougie sur le carter externe, de façon à ce que l'extrémité de la bougie soit en regard de l'ouverture de la paroi annulaire, et que la bague soit en appui étanche contre la paroi annulaire autour de ladite ouverture. De manière préférée, l'étape de montage de la bougie sur le carter externe comprend les étapes consistant à : - monter une cale de réglage entre un organe de montage de la bougie et le carter externe, - déterminer la position de l'extrémité de la bougie par rapport à l'ouverture de la paroi annulaire de la chambre de combustion, - démonter la bougie du carter externe, - ajuster la cote de la cale de réglage en fonction de la position de l'extrémité de la bougie à obtenir, - monter la cale et la bougie sur le carter externe. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'une chambre annulaire de combustion de l'état de la technique ; - la figure 2 est une vue en coupe médiane des moyens de guidage et d'étanchéité de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'une partie de la chambre de combustion selon l'invention ; - la figure 4 est une vue éclatée, en perspective et coupe axiale, de la portion de la chambre de combustion de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue éclatée illustrant le montage de la bague et du ressort de compression sur la bougie ; - les figures 6 à 8 sont des vues de détail illustrant les étapes successives de montage de la bague sur l'extrémité correspondante de la bougie ; - la figure 9 est une vue de détail correspondant à la figure 3 et montrant l'appui de la bague sur la cheminée ; - la figure 10 est une vue en coupe longitudinale de l'extrémité de la bougie et de la bague ; - la figure 11 est une vue en coupe transversale de la bougie et de la bague. Comme cela est illustré en figure 1, une chambre annulaire de combustion 1 d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion est montée dans un carter externe 2 et comprend une virole externe 3 de révolution comportant une bride annulaire aval de fixation sur le carter 2, une virole interne 4 de révolution comportant une bride annulaire aval de montage sur un carter interne, et un fond de chambre 5 sur lequel sont montés des carénages 6 s'étendant vers l'amont. Des cannes d'injection de carburant 7, réparties autour de l'axe de la turbomachine, débouchent dans le fond de chambre 5, par des têtes d'injection 8. Des mélangeurs 9 sont disposés autour de chaque tête d'injection 8. Le flux d'air fourni par le compresseur de la turbomachine est guidé par les carénages 6 et partagé en une veine centrale destinée à alimenter la chambre de combustion 1 et en deux veines périphériques 26 destinées à contourner la chambre de combustion. Les mélangeurs 9 forment un flux d'air entrant de manière tourbillonnante dans une zone de combustion primaire 10 de la chambre de combustion 1. Cet air est mélangé au carburant pulvérisé par les têtes d'injection 8, le mélange étant allumé par au moins une bougie 11. La bougie 11 est montée, par son extrémité externe, dans un adaptateur 12 fixé au carter externe 2. L'extrémité interne de la bougie 11 traverse une ouverture 13 ménagée dans la virole externe 3, jusqu'à affleurer la surface interne de la virole externe 3. L'ouverture 13 est équipée de moyens de guidage 14 de la bougie 11 comprenant une cheminée tubulaire 15 (voir figure 2) fixée sur la virole externe 3 et débouchant dans la chambre 10 par ladite ouverture 13, ainsi qu'un guide 16 entourant la bougie et monté avec un jeu axial j1 et transversal j2 sur la cheminée 15. Le guide 16 comprend une surface interne cylindrique 17, destinée à entourer la bougie 11, et raccordée du côté du carter externe 2 à une surface tronconique 18, et du côté opposé à une collerette annulaire 19, destiné à être engagée avec jeu dans une gorge annulaire interne 20 de la cheminée 15. La surface tronconique 18 s'étend, au moins en partie, dans la 30 veine de circulation d'air 26 située à l'extérieur de la chambre. La bougie 11 est de forme générale cylindrique à section circulaire. Une extrémité radialement interne 22 de la cheminée 15 est montée et soudée sur la virole 3, par l'intermédiaire d'un épaulement prenant appui sur le bord de l'ouverture 13 et facilitant le positionnement de la cheminée 15. L'extrémité externe de la cheminée comporte un rebord annulaire 23 s'étendant radialement vers l'extérieur, par rapport à l'axe A de la cheminée 15, sur lequel est fixée une plaque annulaire 24 s'étendant parallèlement au rebord 23 et délimitant la gorge annulaire interne 20 avec celui-ci. La collerette 19 du guide s'étend dans la gorge annulaire 20, un jeu radial j1 étant formé entre le bord périphérique de la collerette 19 et le fond de la gorge 20, un jeu axial j2 étant en outre formé entre la collerette 19 et la paroi annulaire 24. Ces jeux j1, j2 ainsi que le coulissement de la bougie 11 dans le guide 16 permettent de compenser les déplacements et les désaxages relatifs entre la bougie d'allumage 11 et la cheminée 15, provoqués par les dilatations dues aux fortes températures apparaissant lors du fonctionnement de la turbomachine. Des trous de refroidissement 25 (figure 2) sont en outre ménagés dans la paroi cylindrique de la cheminée 15. En fonctionnement, de l'air issu de la veine périphérique 26 entre dans la cheminée 15 par les trous 25, de façon à refroidir la bougie 11 par impact. Comme indiqué précédemment, le guide tubulaire 16 et la cheminée 15 présentent un volume important dans la veine périphérique correspondante 26. Pour les loger, la dimension radiale de la veine 26 doit être augmentée. A titre d'exemple, elle est de l'ordre de 12,5 mm dans la réalisation des figures 1 et 2. En outre, il est nécessaire de démonter complètement la virole externe 3 afin de pouvoir accéder au guide tubulaire 16, par exemple afin de le remplacer lorsqu'il est usé. La cheminée 15 doit être coupée afin de retirer le guide 16, puis une nouvelle partie de cheminée doit être ressoudée après remplacement du guide usé par un guide neuf. Une chambre de combustion 1 selon l'invention est représentée aux figures 3 et 4. Celle-ci diffère de la chambre de combustion 1 présentée ci-dessus en ce qu'une bague 27 est montée coulissante sur la partie radialement interne de la bougie et vient en appui étanche sur la cheminée 15 autour de ladite ouverture 13, la bougie étant en outre équipée d'un ressort hélicoïdal de compression 28 sollicitant la bague 27 sur la cheminée 15. La cheminée 15 ne comporte aucun trou de refroidissement et sa hauteur peut être réduite par rapport à l'art antérieur et est par exemple comprise entre 4 et 6 mm. Comme cela est mieux visible aux figures 6 à 9, l'extrémité radialement interne 29 de la bougie 11 comporte un pion d'arrêt 30 qui est radial par rapport à l'axe de bougie et la bague 27 comporte une rainure en U présentant une extrémité 31 d'introduction du pion 30, qui débouche vers le bout en figure 6 et une extrémité fermée 32 de maintien en position du pion 30, décalée angulairement de l'extrémité 31 d'introduction du pion, l'extrémité fermée 32 étant sollicitée en direction du pion sous l'action du ressort 28 appuyant sur la bague. La bague 27 comporte de plus une collerette 33 s'étendant radialement vers l'extérieur et formant une face d'appui sur l'extrémité de la cheminée 15, cette collerette étant à l'extrémité radialement interne de la bague. La bague 27 comporte enfin des rainures internes 34 de passage d'air de refroidissement s'étendant axialement d'une extrémité à l'autre de la bague 27, et régulièrement réparties sur la circonférence de la bague (figures 10 et 11). L'air passant par les rainures 34 permet de refroidir par convection l'extrémité radialement interne de la bougie 11. Le ressort de compression 28 monté autour de la bougie 11 a une extrémité en appui dans le fond d'une gorge 35 (figure 4) de l'adaptateur 12 et une autre extrémité en appui sur la bague 27. Une cale cylindrique de réglage 36 permettant d'ajuster la position radiale de la bougie est disposée entre le carter externe 2 et l'adaptateur 12. On constate que la bague 27 peut se déplacer librement par rapport à la virole externe 3, de manière à autoriser les déplacements axiaux et radiaux entre la chambre et le carter externe 2 résultant de leurs dilatations différentielles pendant les différentes phases de fonctionnement. L'étanchéité entre la bague 27 et la cheminée 15 est garantie par l'action du ressort 28. En outre, l'encombrement radial de la cheminée 15 et de la bague 27 dans la veine périphérique 26 est limité et les dimensions de cette dernière peuvent être réduites par rapport à l'art antérieur. La hauteur h de la veine périphérique 26 est par exemple de l'ordre de 9,5 mm (figure 3). La raideur du ressort 28 n'est pas nécessairement très importante, la différence de pression entre la veine périphérique 26 et la zone de combustion 10 pouvant assurer le maintien en position de la bague 27 contre la cheminée 15. Selon une variante de réalisation non représentée, la virole externe 3 ne comporte pas de cheminée 15, la bague 27 étant directement en appui sur la virole externe 3. Ceci peut notamment être utilisé dans le cas d'une chambre de combustion pour hélicoptère, dans laquelle la température est relativement peu élevée. Cette variante est à éviter lorsque la température de la virole externe est élevée. En effet, dans ce cas, la virole externe comporte généralement des microperforations permettant son refroidissement par passage de l'air circulant dans la veine périphérique. Lorsque la bague est directement en appui sur la virole, elle bouche les microperforations du voisinage de l'orifice, empêchant alors localement le refroidissement de la virole externe. Selon encore une autre variante de réalisation, la bague 27 est 30 fixée sur l'extrémité radialement interne du ressort 28, par exemple par soudage. La bague ne comporte alors plus de rainure et la bougie ne comporte plus de pion. Le procédé de montage de la chambre de combustion selon l'invention va maintenant être décrit plus en détail. Celui-ci consiste tout d'abord à monter le ressort 28 et la bague 27 sur la bougie 11. Pour cela, la bague 27 est engagée sur l'extrémité 29 de la bougie 11 de façon à ce que le pion 30 soit introduit dans l'extrémité 31 de la rainure en U (figures 6 et 7). L'enfoncement de la bague 27 provoque alors la compression du ressort 28. La bague 27 est ensuite pivotée légèrement, puis relâchée, de manière à ce que le pion 30 soit retenu dans l'extrémité fermée 32 de maintien en position (figure 8). La bague 27 est alors correctement maintenue sur la bougie 11, le ressort 28 étant légèrement comprimé de façon à ce qu'il empêche toute désolidarisation accidentelle de la bague 27 et de la bougie 11. Les viroles, et en particulier la virole externe 3, sont ensuite montées dans le carter externe 2. La bougie 11 est alors fixée par vissage dans l'adaptateur 12 monté sur le carter externe 2, de façon à ce que l'extrémité 29 de la bougie 11 soit en regard de l'ouverture 13 de la virole externe 3, et que la bague 27 soit en appui étanche contre la paroi annulaire autour de ladite ouverture 13. Pour cela, il s'agit de monter la cale de réglage 36 entre l'adaptateur 12 et le carter externe 2, de déterminer la position de l'extrémité 29 de la bougie 11 par rapport à l'ouverture 13 de la virole externe 3, de démonter la bougie 11 et l'adaptateur 12 du carter externe 2, d'ajuster la cote, c'est-à-dire la hauteur, de la cale de réglage 36 en fonction de la position de l'extrémité 29 de la bougie 11 à obtenir, de monter à nouveau la cale 36 et la bougie 11 sur le carter externe 2, puis de vérifier la position de l'extrémité 29 de la bougie 11 par rapport à l'ouverture 13 de la virole externe 3. Le remplacement de la bague 27 en cas d'usure peut être effectué par simple retrait de la bougie 11. REVENDICATIONS1. Chambre de combustion (1) d'une turbomachine, comprenant au moins une bougie d'allumage (11) portée par un carter externe (2) et ayant une extrémité (29) disposée en regard d'une ouverture (13) d'une paroi annulaire (3) de la chambre de combustion (1), et des moyens d'étanchéité montés autour de ladite ouverture (13) entre la bougie (11) et la paroi annulaire (3), caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité comportent une bague (27) montée coulissante sur la bougie (11) et venant en appui étanche sur la paroi annulaire (3) autour de ladite ouverture (13), les moyens d'étanchéité comportant en outre des moyens élastiques (28) sollicitant la bague (27) sur la paroi annulaire (3). 2. Chambre de combustion (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi annulaire (3) porte une cheminée (15) dont une première extrémité est montée de façon étanche autour de l'ouverture (13), la bague (27) venant en appui étanche contre une seconde extrémité de la cheminée (15). 3. Chambre de combustion (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la bougie (11) comporte un pion d'arrêt (30) et la bague (27) comporte une rainure en U présentant une extrémité (31) d'introduction du pion (30) et une extrémité fermée (32) de maintien en position du pion (30), décalée angulairement de l'extrémité (31) d'introduction du pion (30), l'extrémité fermée (32) étant sollicitée en direction du pion (30) sous l'action des moyens élastiques (28). 4. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens élastiques comportent un ressort hélicoïdal (28) monté autour de la bougie (11), dont une extrémité est en appui sur un organe de montage (12) de la bougie (11) sur le carter externe (2) et dont l'autre extrémité est en appui sur la bague (27) ou est fixée, par exemple soudée, sur la bague. 5. Chambre de combustion (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la bague (27) comporte une collerette (33) s'étendant radialement vers l'extérieur et formant une face d'appui sur l'extrémité de la cheminée (15). 6. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la bague (27) comporte des rainures internes (34) de passage d'air de refroidissement s'étendant axialement d'une extrémité à l'autre de la bague (27). 7. Procédé de montage d'une chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : - monter les moyens élastiques (28) et la bague (27) sur la bougie (11), - monter la paroi annulaire (3) de la chambre de combustion (1) dans le carter externe (2), - monter la bougie (11) sur le carter externe (2), de façon à ce que l'extrémité (29) de la bougie (11) soit en regard de l'ouverture (13) de la paroi annulaire (3), et que la bague (27) soit en appui étanche contre la paroi annulaire (3) autour de ladite ouverture (13). 8. Procédé de montage selon la revendication 7, caractérisé en ce que, l'étape de montage de la bougie (11) sur le carter externe (2) comprend les étapes consistant à : - monter une cale de réglage (36) entre un organe de montage (12) de la bougie (11) et le carter externe (2), - déterminer la position de l'extrémité (29) de la bougie (11) par rapport à l'ouverture (13) de la paroi annulaire (3) de la chambre de combustion (1), - démonter la bougie (Il) du carter externe (2), - ajuster la cote de la cale de réglage (36) en fonction de la position de l'extrémité (29) de la bougie (11) à obtenir, - monter la cale (36) et la bougie (11) sur le carter externe (2).