Brevet FR2951505A1 — publié le 20110422

La présente invention concerne le domaine des moteurs à turbine à gaz et porte, plus particulièrement, sur l'agencement d'une bougie d'allumage montée dans une chambre de combustion d'un tel moteur. Dans un moteur à turbine à gaz, une chambre de combustion reçoit l'air d'un compresseur dont une partie est mélangée au carburant qui est brûlé dans une zone de combustion primaire. L'allumage est assuré par une ou deux bougies disposées en aval d'un système de carburation. Une autre partie de l'air contourne la zone de combustion primaire et vient en partie 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 : l'allumage du moteur, le rallumage en vol, la forme du profil de température en sortie de chambre, 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 d'un moteur à turbine à gaz 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 du moteur produit une nappe de carburant pulvérisé formant un certain angle. Si ce dernier est très fermé, la bougie peut se trouver 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 échauffe- ment important de la zone de la chambre environnant la bougie en raison de l'impact du carburant sur les parois de la bougie. La tenue thermique de ces éléments s'en trouve alors affectée. La présente invention concerne les systèmes d'allumage dont la bougie est montée sur la chambre de combustion par l'intermédiaire d'une pièce, for- mant un 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. Cette dernière forme une cheminée dans laquelle la bougie est glissée et une traversée coulissante, cerclant la bougie, calibre la perméabilité. Un exemple de ce type de montage de bougie dans une chambre de combustion avec adaptateur est notamment représenté dans la demande de brevet FR0800712 au nom de la demanderesse. Cependant, il a été observé une usure de la bougie au niveau de la traversée coulissante cerclant cette dernière. Une telle usure résulte de la mise en rotation de la traversée coulissante autour de la bougie, du fait des vibrations du moteur lors de son fonctionnement. En tournant autour de la bougie, la traversée coulissante vient user le corps tubulaire de celle-ci. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient afin d'éviter toute usure prématurée de la bougie, susceptible d'occasionner une dégradation des performances du moteur. A cette fin, selon l'invention, l'agencement d'une bougie d'allumage montée dans une chambre de combustion de moteur à turbine à gaz, ladite bougie étant disposée dans une cheminée, prolongeant une ouverture ménagée dans ladite chambre de combustion, par l'intermédiaire d'une traversée coulissante, est remarquable en ce que ladite traversée coulissante comporte des moyens anti-rotatifs et la bougie comporte des moyens anti-rotatifs complémentaires qui coopèrent avec les moyens anti-rotatifs de la traversée cou-lissante. Ainsi, grâce à l'invention, on prévient toute mise en rotation de la tra- versée coulissante autour de la bougie, ce qui évite un usinage de cette dernière lors du fonctionnement du moteur. Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, les moyens anti-rotatifs de la traversée coulissante comportent une saillie annulaire qui comprend au moins une échancrure et qui est disposée à l'intérieur de la traversée coulissante. En outre, les moyens anti-rotatifs complémentai- res de la bougie se présentent sous la forme d'au moins une nervure de direction longitudinale qui s'étend sur au moins une partie de la longueur de la bougie et qui est apte à s'insérer dans ladite échancrure. Afin de prendre en compte une éventuelle dilatation de la bougie en fonctionnement, un jeu minimal peut être conservé entre la bougie et la saillie annulaire. On notera que les moyens anti-rotatifs peuvent servir de moyens de guidage lors de l'introduction de la bougie dans la traversée coulissante. En variante, les moyens anti-rotatifs de la traversée coulissante peu-vent comporter au moins un ergot faisant saillie à l'intérieur de cette dernière et les moyens anti-rotatifs complémentaires de la bougie peuvent se présenter sous la forme d'au moins une rainure de direction longitudinale, ménagée sur au moins une partie de la longueur de la bougie, dans laquelle ledit ergot est apte à coulisser. De préférence, la traversée coulissante comporte une collerette, coopé- rant avec une glissière ménagée dans la cheminée, qui comprend une pluralité d'orifices de ventilation. Ainsi, on peut réaliser un refroidissement de la bougie même en cas de réduction de la perméabilité entre la traversée coulissante et la bougie, résultant de la mise en oeuvre des moyens anti-rotatifs. En particulier, les orifices peuvent être équi-angulairement répartis sur une même circonférence de la collerette, de manière à permettre une distribution homogène de l'air provenant de l'espace extérieur à la chambre de combustion. Par ailleurs, la présente invention concerne, de plus, une chambre de combustion comportant au moins une bougie dont le montage est agencé de la façon mentionnée ci-dessus. La présente invention concerne également un moteur à turbine à gaz comportant une chambre de combustion équipée d'au moins une bougie dont le montage est agencé tel que présenté précédemment. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 montre, dans une coupe schématique longitudinale, une partie de la chambre de combustion d'un moteur à turbine à gaz. La figure 2 est une vue schématique agrandie de la zone D de la figure 1, représentant un agencement d'une bougie d'allumage usuel. La figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un agencement d'une bougie selon un exemple de réalisation de la présente invention. La figure 4 représente, dans une vue schématique en perspective du dessus, l'agencement de la figure 3 avant le positionnement de la bougie. La figure 5 est une coupe transversale de la bougie selon la ligne V-V de la figure 3. La figure 6 est semblable à la figure 4, la bougie étant désormais insérée. Sur la figure 1, on a représenté, de façon schématique, une chambre de combustion 1 d'un moteur à turbine à gaz. De façon usuelle, la chambre de combustion 1 est contenue dans un espace annulaire 2 formé par un carter extérieur 3. Elle comprend une ou plu-sieurs viroles externes 4 avec des brides ou des appuis, une ou plusieurs viro- les internes 5 avec des brides et un fond de chambre 6 associés à des carénages amont. Une pluralité de cannes d'injection de carburant 7, réparties autour de l'axe du moteur, débouche dans le fond de chambre 6. Des déflecteurs 8 forment un bol autour de chaque canne d'injection 7 et dévient une partie de l'air qui a pénétré dans la zone carénée en direction radiale tourbil- tonnante vers le carburant pulvérisé, de manière à assurer la formation d'un mélange carburant-air. Une zone de combustion primaire 9 est formée en aval du fond de chambre 6 dans laquelle le mélange est allumé par une ou plu-sieurs bougies 9 réparties circonférentiellement. Comme le montre la figure 2 (représentant un agrandissement de la zone D de la figure 1), une bougie 9 est montée, de façon usuelle, sur la chambre de combustion 1 par l'intermédiaire d'une pièce 10, formant un adaptateur, fixée sur le carter 3 de la chambre 1. La bougie 9 se prolonge radiale-ment, par un corps tubulaire 9A, vers l'intérieur de la chambre jusqu'à affleurer la paroi interne de celle-ci. A son autre extrémité, la bougie 9 est guidée dans une cheminée 11, prolongeant une ouverture 12 ménagée dans la paroi 13 de la chambre de combustion 1, par l'intermédiaire d'une traversée coulissante 14. La cheminée 11 est de forme cylindrique et comporte, en partie supérieure, une surface plane 15 portant la traversée coulissante 14. Cette dernière comporte une collerette 16 qui vient se loger dans une glissière G, formée entre la surface plane 15 et une pièce 17, en forme de rondelle, destinée à brider la traversée coulissante 14 sur la cheminée 11. La partie supérieure 18 de la traversée coulissante 14, montée sur la collerette 16, est de forme évasée afin de diriger l'air, extérieur à la chambre de combustion 1, vers l'extrémité de la bougie 9 orientée vers la chambre de combustion. Dans le cadre de la présente invention, comme le montrent les figures 3 et 4, la traversée coulissante 14 comporte également une saillie annulaire 19 interne à la collerette 16, qui prolonge cette dernière. La saillie annulaire 19 comprend une échancrure 20. Par ailleurs, le corps tubulaire 9A de la bougie 9 comporte une nervure longitudinale rectiligne 21 (voir les figures 5 et 6), destinée à s'insérer et à coulisser dans l'échancrure 20, formant guide, de la traversée coulissante 14. Ainsi, la saillie annulaire échancrée 19 et la nervure 21 forment respectivement des moyens anti-rotatifs, associés à la traversée coulissante 14, et des moyens anti-rotatifs complémentaires, associés à la bougie 9, qui coopèrent ensemble de manière à éviter tout mouvement de rotation de la traversée coulissante 14 autour de la bougie 9, au cours du fonctionnement du moteur. On notera par ailleurs que, en variante, la saillie annulaire 19 peut comporter plusieurs échancrures 20 aptes à recevoir les nervures longitudinales 21 correspondantes. Par ailleurs, selon l'invention, tel qu'illustré sur la figure 6, des orifices de ventilation 22 sont pratiqués dans l'épaisseur de la collerette 16 de la traversée coulissante 14, l'air provenant de l'espace extérieur à la chambre de combustion participant ainsi au refroidissement de la bougie 9. Les orifices de ventilation 22 sont par exemple équi-angulairement répartis sur une même circonférence de la collerette 16. Ainsi, on pallie l'éventuelle perte de perméabilité à l'air entre la traversée coulissante 14 et le corps tubulaire 9A de la bougie 9, résultant de la mise en oeuvre des moyens anti-rotatifs. Comme le montre la figure 3, des orifices de ventilation supplémentaires 23 peuvent également être percés dans la partie inférieure de la cheminée 11, perpendiculairement à l'axe de la bougie 9. Dans une variante de l'exemple de réalisation de l'invention (non représentée sur les figures), on peut envisager de remplacer : la saillie annulaire échancrée 20 de la traversée coulissante 14 par un ou plusieurs ergots saillant à l'intérieur de la collerette 16 ; la ou les nervures longitudinales 21 de la bougie 9 par une ou plusieurs rainures rectilignes longitudinales pratiquées dans le corps tubulaire 9A de la bougie 9, dans lesquelles peuvent coulisser les ergots correspondants. De la même façon que dans l'exemple de réalisation précédemment décrit, la coopération des ergots et des nervures correspondantes prévient toute rotation de la traversée coulissante autour de la bougie. REVENDICATIONS1. Agencement d'une bougie d'allumage (9) montée dans une chambre de combustion (1) de moteur à turbine à gaz, ladite bougie (9) étant disposée dans une cheminée (11), prolongeant une ouverture (12) ménagée dans ladite chambre de combustion (1), par l'intermédiaire d'une traversée coulissante (14), caractérisé par le fait que la traversée coulissante (14) comporte des moyens anti-rotatifs (19, 20) et la bougie (9) comporte des moyens antirotatifs complémentaires (21) qui coopèrent avec les moyens anti-rotatifs (19, 20) de la traversée coulissante (14). 2. Agencement d'une bougie selon la revendication 1, dont les moyens anti-rotatifs (19, 20) de la traversée coulissante (14) comportent une saillie annulaire (19) qui comprend au moins une échancrure (20) et qui est disposée à l'intérieur de la traversée coulissante (14) ; et les moyens anti-rotatifs complémentaires (21) de la bougie (9) se présen- tent sous la forme d'au moins une nervure (21) de direction longitudinale qui s'étend sur au moins une partie de la longueur de la bougie (9) et qui est apte à s'insérer dans ladite échancrure (20). 3. Agencement d'une bougie selon la revendication 1, dont les moyens anti-rotatifs de la traversée coulissante (14) comportent au moins un ergot faisant saillie à l'intérieur de cette dernière ; et les moyens anti-rotatifs complémentaires de la bougie (9) se présentent sous la forme d'au moins une rainure de direction longitudinale, ménagée sur au moins une partie de la longueur de la bougie (9), dans laquelle ledit ergot est apte à coulisser. 4. Agencement d'une bougie selon l'une des revendications 1 à 3, dont la traversée coulissante (14) comporte une collerette (16), coopérant avec une glissière (G) ménagée dans la cheminée (11), qui comprend une pluralité d'orifices de ventilation (22). 5. Agencement d'une bougie selon la revendication 4, dont lesdits orifices (22) sont équi-angulairement répartis sur une même circonférence de la collerette (16). 6. Chambre de combustion comportant au moins une bougie (9) dont le montage est agencé selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Moteur à turbine à gaz comportant une chambre de combustion (1) équipée d'au moins une bougie (9) dont le montage est agencé selon l'une 5 des revendications 1 à 5.