Brevet FR2959795A1 — publié le 20111111

Le domaine de la présente invention est celui des turbomachines et, plus particulièrement, celui des chambres de combustion pour ces turbomachines. Les chambres de combustion des turbomachines ont généralement une forme annulaire et sont constituées par deux viroles coaxiales, une virole externe et une virole interne. Elles sont ouvertes du côté aval, les côtés amont et aval étant définis en fonction du sens d'écoulement des gaz, pour laisser s'échapper les gaz brûlés, et refermées du côté amont par une paroi dénommée fond de chambre, au travers laquelle passent des injecteurs, qui y introduisent le carburant, et de l'air dont une partie sert à la combustion de ce carburant. L'air issu du compresseur qui est situé en amont de la chambre de combustion, est envoyé par un diffuseur dans une enceinte entourant la chambre et il se répand autour d'elle pour y pénétrer et participer, soit à la combustion, soit au refroidissement des parois de la chambre. L'enceinte entourant la chambre est délimitée par un carter de chambre, de forme également annulaire, se décomposant en un carter externe et un carter interne qui sont tous deux reliés à la structure du moteur. La chambre est maintenue en place par les brides terminales de ses viroles qui sont, dans l'art antérieur, fixées sur des brides correspondantes des carters externe et interne. L'assemblage des brides terminales des viroles sur les brides des carters est classiquement assuré par un boulonnage, ou par tout autre assemblage du même type, ce qui a pour inconvénient de constituer une liaison rigide, équivalente à un encastrement. Lors des fonctionnements transitoires sur la turbomachine, des déplacements relatifs dus aux différences de dilatation entre la chambre et le carter, qui sont repris par la souplesse des brides terminales des viroles de la chambre, se créent entre les viroles de la chambre et les carters. Des déformations élastiques ou plastiques peuvent alors être rencontrées dans les viroles de la chambre, avec une possible apparition de criques. De plus, ces déplacements ne sont pas identiques sur la circonférence de la chambre, à cause de variations thermiques sur les viroles qui résultent d'une non homogénéité des gaz de combustion et de la présence d'axes dits chauds, positionnés entre les injecteurs, et d'axes 2 dits froids, positionnés en face de ceux-ci. Ces différences de thermique sollicitent elles aussi mécaniquement les brides et génèrent des contraintes néfastes à la durée de vie de la chambre. Ces contraintes peuvent, là encore, conduire à l'apparition de criques au niveau des brides terminales des viroles de la chambre. Les figures 1 à 3 montrent, dans un plan axial pour les figures 1 et 2, et dans un plan radial et de façon amplifiée pour la figure 3, la déformation que subît une virole externe dans une chambre de combustion selon l'art antérieur après un certain temps d'utilisation. De part la dilatation thermique, des déformations plus importantes se produisent en vis à vis des axes chauds. Il importe donc de réduire les contraintes rencontrées par les viroles de la chambre au niveau de ses attaches sur les carters de chambre. A cet effet, l'invention a pour objet une chambre de combustion pour turbomachine comprenant un virole externe, une virole interne et une paroi de fond de chambre, destinée à être placée à l'intérieur d'un carter de chambre comportant une partie de carter externe et une partie de carter interne, lesdites parties de carters comportant à leur extrémité aval des brides de carter aptes à coopérer avec des brides terminales desdites viroles de façon à assurer le maintien en position de ladite chambre, caractérisée en ce que au moins une desdites brides terminales est agencée pour coopérer avec la bride de carter correspondante par un contact glissant. La liberté de se déplacer longitudinalement laissée à la virole de la chambre permet d'éviter que des contraintes liées à des dilatations différentielles ne se développent dans sa bride terminale. Dans un mode particulier de réalisation ladite bride terminale porte une plaque annulaire rapportée par soudage ou brasage. La présence d'une plaque annulaire rapportée permet de traiter séparément la tenue mécanique de cette pièce de celle de la virole. Avantageusement ladite plaque annulaire est soudée ou brasée le long d'une bande de soudage circulaire et s'écarte radialement de ladite bride terminale pour sa partie non soudée, de façon à interférer, après montage, avec ladite bride de carter et former un ressort exerçant une pression de précontrainte contre elle. 3 La mise en précontrainte de la plaque contre la bride du carter garantit un contact permanent entre ces deux pièces et un bon positionnement de la chambre interdisant ainsi toute réinjection des gaz dans l'enceinte entourant la chambre. Préférentiellement la partie non soudée est découpée de fentes orientée selon l'axe de la chambre de combustion. Ces fentes donnent de la flexibilité circonférentielle à la plaque et permettent de gérer l'influence sur la virole des axes chauds et des axes froids dans la chambre. De façon préférentielle le nombre de fentes est égal au nombre d'injecteurs prévus pour être implantés sur ladite chambre. De façon plus préférentielle la bande de soudage est positionnée circulairement de façon que les fentes se retrouvent situées entre les axes de positionnement des injecteurs sur ladite chambre. Les parties pleines sont ainsi placées en face des axes froids et les fentes en face des axes chauds de la chambre, ce qui optimise la création de flexibilité circonférentielle sur la plaque annulaire. Dans un mode alternatif de réalisation, la plaque annulaire est constituée par une série de plaques élémentaires disjointes positionnées régulièrement sur la circonférence de ladite bride terminale. Tout se passe dans cette configuration comme si les fentes étaient prolongées jusqu'à traverser la plaque sur toute sa largeur. Avantageusement la bride terminale comporte un retour sur lequel est montée ladite plaque annulaire, ledit retour s'étendant longitudinalement vers l'amont et étant conformé de manière à assurer, après montage, une fonction de ressort contre ladite partie de carter. On améliore ainsi encore la fonction de ressort assurée par la plaque annulaire et on garantit le contact permanent entre la virole et le carter. Préférentiellement le retour a une forme en S s'étendant radialement. L'invention porte également sur une plaque annulaire destinée à être fixée sur une bride terminale d'une virole d'une chambre de combustion telle que décrite ci-dessus. Elle porte aussi sur un ensemble constitué d'une chambre de combustion telle que décrite ci-dessus et d'un carter de chambre, ladite 4 chambre de combustion étant montée sur ledit carter de chambre par l'intermédiaire de ses brides de carters. Elle porte enfin sur une turbomachine comportant une chambre de combustion telle que décrite ci-dessus. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une chambre de combustion selon l'art antérieur, pratiquée selon un plan passant par un des injecteurs ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une chambre 15 de combustion selon l'art antérieur, pratiquée selon un plan passant entre deux injecteurs contigus ; - la figure 3 est une vue schématique, en coupe transversale, d'une chambre de combustion selon l'art antérieur au niveau de la bride terminale d'une virole externe ; 20 - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une chambre de combustion selon un mode de réalisation de l'invention, pratiquée selon un plan passant par un des injecteurs ; et - la figure 5 est une vue de dessus d'une plaque annulaire selon un mode de réalisation de l'invention, destinée à être interposée 25 entre une virole externe et un carter externe de chambre. En se référant aux figures 1 et 2, on voit une chambre de combustion selon l'art antérieur et son carter de chambre 1 se répartissant entre un carter externe 2 et un carter interne 3 agencés de manière à définir entre eux une enceinte dans laquelle est placée la chambre de 30 combustion proprement dite. Celle-ci comporte une virole externe 4, une virole interne 5 et un fond de chambre 6. Les carters externe et interne, de même que les viroles externe et interne sont orientés sensiblement selon l'axe de rotation du moteur alors que le fond de chambre 6 est orienté transversalement par rapport à cet axe. Les brides terminales 41 35 et 51 des viroles externe et interne sont recourbées du côté aval (le côté aval étant représenté à droite sur les figures) et s'étendent longitudinalement vers l'amont du moteur pour rejoindre des brides de carter, repérées respectivement 21 et 31, qui sont portées par les carters externe 2 et interne 3. La fixation des brides terminales 41 et 51 sur les brides de carter est assurée, dans l'art antérieur, par boulonnage ou par 5 tout autre moyen de d'assemblage rigide. Le carter de chambre comporte également du côté amont un diffuseur 7 par lequel passe l'air en provenance d'un compresseur (non représenté) situé immédiatement en amont de la chambre de combustion et du carter de chambre 1. Sur la figure 1 est représentée une coupe du moteur selon un plan axial qui passe par un injecteur, alors que sur la figure 2 la coupe est réalisée entre deux injecteurs. On voit donc sur la figure 1 un ensemble constitué par une arrivée de carburant 8 qui se prolonge par un injecteur 9. Celui-ci débouche dans un orifice pratiqué dans le fond de chambre 6 à travers lequel il projette le carburant à brûler. Un système d'injection 10 assure le mélange du carburant avec l'air en provenance du diffuseur 7 pour le mettre dans des conditions propices à son inflammation. Associée aux efforts qui s'appliquent sur les brides de carter on voit, en traits pointillés, la déformation qui en résulte pour une virole externe 4 sous l'effet du vieillissement, avec dans le cas de la figure 1 une déformation de la partie aval de la virole 4 orientée vers l'extérieur, alors que dans le cas de la figure 2 la déformation se produit vers l'intérieur. La figure 3 montre le même phénomène de déformation radiale, vers l'extérieur ou vers l'intérieur, en fonction de la position circonférentielle considérée. En se référant maintenant à la figure 4 on voit une chambre de combustion selon l'invention dans laquelle la virole interne 5 comporte une bride terminale 51 identique à celle de l'art antérieur, c'est-à-dire avec une fixation par boulonnage sur la bride 31 du carter interne 3, mais dont la bride terminale 41 de la virole externe 4 est laissée libre vis-à-vis de la bride 21 du carter externe. Cette bride terminale 41 comporte à l'aval un retour, ayant une forme recourbée en S, qui s'étend radialement pour venir en appui contre la face interne du carter externe 2. Sur la face externe de la partie recourbée en S est soudée une plaque annulaire 42 qui a pour fonction d'assurer un contact longitudinal glissant avec la face interne du carter externe 2. Afin d'améliorer le contact entre les deux pièces une entretoise 22 est fixée, par exemple par boulonnage, sur la bride 21 du carter externe pour servir de pièce d'appui à la plaque annulaire 42. Cette entretoise a, en coupe, une forme en L, sa partie radiale comportant des moyens d'attache sur la bride 21 du carter externe, et sa partie annulaire s'étendant le long de la face interne du carter externe 2. Les matériaux retenus pour l'entretoise et pour la plaque annulaire sont choisis de façon à avoir une vitesse d'usure la plus faible possible ; au besoin l'entretoise 22 est recouverte d'un revêtement antiusure. La plaque annulaire 42 est soudée par sa partie amont sur la bride terminale 41 de la virole externe pour assurer son maintien ; elle a une forme bombée sur sa partie aval, sensiblement sphérique, s'écartant progressivement de la virole pour venir en contact contre la partie radiale de l'entretoise 22. Cette forme sphérique, qui fait saillie en direction du carter externe, donne à la plaque annulaire une fonction de ressort et garantit, par la précontrainte qu'elle applique sur l'entretoise 22, un appui constant de la bride terminale aval 41 sur le carter externe 2. En fonctionnement, que le moteur soit en mode transitoire ou en fonctionnement stabilisé, la plaque annulaire 42 est toujours en précontrainte contre l'entretoise 22, de façon à autoriser les déplacements relatifs, tant radiaux que longitudinaux, de la chambre de combustion, et notamment de sa virole externe 4, par rapport au carter externe 2 et ainsi à éviter une éventuelle apparition de contraintes dans la virole externe 4. La figure 5 montre, en vue de dessus, un secteur de la plaque annulaire 42. Sa partie située en amont forme une bande 43 pour le soudage de la plaque sur la bride terminale 41 de la virole externe 4, tandis que sa partie aval 44, qui a une forme sphérique est découpée par des fentes 45 qui s'étendent longitudinalement à partir de son extrémité aval, en remontant vers l'amont. Telle que représentée sur la figure la partie aval 44 est laissée libre et n'est pas rattachée à la bride terminale 41 pour lui donner plus de souplesse. Elle pourrait également être soudée par son extrémité aval comme elle l'est à l'amont par la bande 43. Les fentes 45, qui ont pour fonction de donner de la souplesse à la plaque, se terminent par des découpes circulaires qui évitent la concentration des contraintes à leur extrémité amont. La partie aval 44 comporte sur sa circonférence un nombre de fentes 45 qui est égal au nombre d'injecteurs existant dans la chambre, chaque fente étant 7 disposée entre les axes longitudinaux des injecteurs (représentés par des traits tiretés sur la figure). Cette disposition permet d'obtenir une déformation de la plaque annulaire 42 qui soit en cohérence avec la position des axes chauds et des axes froids, et donc qui réduise les sollicitations thermiques circonférentielles qu'elle subit. La plaque annulaire 42 a été décrite, en relation avec la figure 5, comme étant constituée par une pièce unique découpée par des fentes orientées longitudinalement ; elle peut, tout aussi bien, être constituée par une pluralité de pièces élémentaires positionnées les unes à côté des autres le long de la circonférence de la virole externe 4 et s'étendant, pour chacune d'elles, longitudinalement entre les axes des injecteurs. Cette configuration est analogue à la plaque annulaire précédente, avec pour différence des fentes 45 qui se prolongent sur toute la longueur de la plaque. Elle se caractérise par une indépendance des plaques élémentaires entre elles et offre, en conséquence, plus de liberté pour résister aux sollicitations thermiques circonférentielles. Le fonctionnement de l'invention peut se résumer comme suit : lorsque des efforts apparaissent par suite de dilatations différentielles entre les viroles et les carters de chambre, la virole 4 s'étend ou se rétracte longitudinalement et la plaque annulaire 42 glisse contre l'entretoise 22 sans que la bride terminale 41 ne subisse de contrainte liée à cette déformation. La liaison entre la virole externe 4 et le carter externe 2 reste assurée grâce à la précontrainte exercée par la plaque annulaire 42 qui assure la permanence du contact entre cette plaque et l'entretoise 22. La permanence de ce contact garantit par ailleurs le bon positionnement de la chambre de façon à éviter toute recirculation des gaz en sortie de la chambre. L'hétérogénéité circonférentielle des déformations est prise en compte par les fentes 45, la partie pleine située dans l'axe des injecteurs se déployant longitudinalement vers l'aval alors que la partie située entre deux injecteurs contigus peut se déplacer d'une longueur plus faible, sans provoquer de contrainte excessive dans la plaque annulaire grâce à la présence d'une fente à cet endroit. REVENDICATIONS1. Chambre de combustion pour turbomachine comprenant une virole externe (4), une virole interne (5) et une paroi de fond de chambre (6), destinée à être placée à l'intérieur d'un carter de chambre (1) comportant une partie de carter externe (2) et une partie de carter interne (3), lesdites parties de carters comportant à leur extrémité aval des brides de carter (21, 31) aptes à coopérer avec des brides terminales (41, 51) desdites viroles de façon à assurer le maintien en position de ladite chambre, caractérisée en ce que au moins une desdites brides terminales (41) est agencée pour coopérer avec la bride de carter (21) correspondante par un contact glissant. 2. Chambre de combustion selon la revendication 1 dans 15 laquelle ladite bride terminale (41) porte une plaque annulaire (42) rapportée par soudage ou brasage. 3. Chambre de combustion selon la revendication 2 dans laquelle ladite plaque annulaire est soudée ou brasée le long d'une bande de soudage circulaire (43) et s'écarte radialement de ladite bride 20 terminale (41) pour sa partie non soudée (44), de façon à interférer, après montage, avec ladite bride de carter (21) et former un ressort exerçant une pression de précontrainte contre elle. 4. Chambre de combustion selon la revendication 3 dans laquelle la partie non soudée (44) est découpée de fentes (45) orientée 25 selon l'axe de la chambre de combustion. 5. Chambre de combustion selon la revendication 4 dans laquelle le nombre de fentes (45) est égal au nombre d'injecteurs prévus pour être implantés sur ladite chambre. 6. Chambre de combustion selon la revendication 5 dans 30 laquelle la bande de soudage (43) est positionnée circulairement de façon que les fentes (45) se retrouvent situées entre les axes de positionnement des injecteurs sur ladite chambre. 7. Chambre de combustion selon l'une des revendications 2 à 6 dans lequel la plaque annulaire (42) est constituée par une série de 35 plaques élémentaires disjointes positionnées régulièrement sur la circonférence de ladite bride terminale (41). 8. Chambre de combustion selon l'une des revendications 2 à 7 dans laquelle la bride terminale (41) comporte un retour sur lequel est montée ladite plaque annulaire (42), ledit retour s'étendant longitudinalement vers l'amont et étant conformé de manière à assurer, après montage, une fonction de ressort contre ladite partie de carter (2). 9. Chambre de combustion selon la revendication 8 dans laquelle le retour a une forme en S s'étendant radialement. 10. Ensemble constitué d'une chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 9 et d'un carter de chambre (1), ladite chambre de combustion étant montée sur ledit carter de chambre par l'intermédiaire de ses brides de carters (21, 31). 11. Turbomachine comportant une chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 9.