Brevet FR2952704A1 — publié le 20110520

Guidage rotulant d'une bougie d'allumage dans une chambre de combustion d'une 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 est montée dans un carter externe et 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 destinée à alimenter la chambre de combustion et en deux veines externes destinées à contourner la chambre de combustion. L'air issu du compresseur est amené dans la chambre de combustion et mélangé à un carburant, la combustion du mélange étant initiée par au moins une bougie d'allumage montée sur le carter externe et traversant un orifice de la virole externe. Afin de réaliser l'étanchéité de la chambre de combustion au niveau de cet orifice, il est connu de monter des moyens de guidage dans cet orifice, qui comprennent un guide tubulaire traversé axialement par la bougie et monté avec un jeu axial et transversal sur une cheminée fixée sur la virole externe de la chambre et débouchant dans celle-ci par l'orifice précité. Le jeu autorise les déplacements relatifs entre la chambre et le carter externe résultant de leurs dilatations différentielles pendant les différentes phases de vol, sans que la bougie ne vienne buter ou s'appuyer contre les bords de l'orifice de la virole externe de la chambre. Un tel agencement est décrit dans de la demande de brevet FR 2 927 367, au nom du demandeur. Comme exposé dans ce document, le guide comporte une première douillè entourant la bougie et montée déplaçable radialement et avec un jeu axial dans une seconde douille qui est elle-même guidée dans la cheminée, avec possibilité de pivoter selon un axe perpendiculaire à l'axe de la bougie. Les degrés de liberté offerts par une telle articulation comprennent trois translations, à savoir une translation suivant l'axe de la bougie et deux translations suivant les deux axes orthogonaux, ainsi que deux rotations, à savoir une rotation suivant l'axe de la bougie et une rotation suivant l'axe perpendiculaire précité. La surface de contact entre la première douille et la bougie est faible, ce qui se traduit par une usure rapide de la bougie. En outre, le jeu axial formé entre la première douille et la seconde douille permet des vibrations à haute fréquence de la première douille, ce 15 qui endommage également la bougie. Enfin, le déplacement de la bougie par rapport au guide peut causer un soulèvement ou un basculement du guide par rapport à son appui sur la cheminée, ce qui provoque un afflux d'air dans la chambre de combustion, qui va perturber l'allumage de la bougie dans tous les cas 20 d'utilisation. 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 25 carter extérieur de la chambre de combustion et s'étendant dans des moyens de guidage montés dans un orifice d'une paroi de révolution de la chambre, ces moyens de guidage comprenant un guide tubulaire traversé axialement par la bougie et monté avec un jeu axial et transversal sur une cheminée fixée sur la paroi de révolution de la chambre et débouchant 30 dans celle-ci par l'orifice précité, caractérisée en ce que la bougie est montée rotulante dans le guide tubulaire. Le montage rotulant de la bougie dans le guide tubulaire présente suffisamment de degrés de liberté pour compenser les déplacements relatifs entre la chambre et le carter externe résultant des variations de température, ainsi que les défauts géométriques résultant de la fabrication. En effet, les degrés de liberté offerts par une telle articulation comprennent trois rotations à savoir une rotation suivant l'axe de la bougie et deux rotations suivant les deux axes orthogonaux. Une telle structure offre donc plus de degrés de liberté que celle de l'art antérieur, qui comporte uniquement deux degrés de liberté en rotation. Aucun effort n'est alors transmis de la chambre de combustion à la bougie, et inversement. Cet agencement permet en outre de réduire, voire de supprimer le jeu axial précité, et d'augmenter la surface de contact entre le guide tubulaire et la bougie, réduisant ainsi l'usure de la bougie. On évite également qu'un désalignement de la bougie et du guide provoque un basculement du guide par rapport à son plan d'appui sur la cheminée et un afflux d'air important dans la chambre de combustion, qui pertuberait l'allumage ou le ré-allumage de la bougie. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, le guide tubulaire comprend un premier élément à surface externe sphérique, qui est traversé par la bougie, et un second élément à surface interne sphérique, entourant le premier élément et monté avec un jeu axial et transversal sur la cheminée. L'usure apparaît donc principalement au niveau de l'interface entre les deux éléments du guide, peu coûteux et faciles à remplacer, et non au niveau de la bougie elle-même. Avantageusement, le second élément du guide tubulaire comporte une collerette annulaire externe s'étendant transversalement et engagée avec jeu dans une gorge annulaire interne de la cheminée. Le jeu entre la collerette et la cheminée permet principalement un déplacement radial du second élément, mais peut également autoriser un déplacement axial de celui-ci. Avantageusement, le jeu axial du second élément par rapport à la 5 cheminée est sensiblement nul ou inférieur à 0,8 mm. Dans une variante de réalisation, le premier élément du guide tubulaire est réalisé de façon monobloc avec la bougie. De préférence, la surface externe du premier élément du guide est convexe, la surface interne du second élément du guide étant concave. 10 Bien évidemment, l'inverse peut également être réalisé sans influence sur le fonctionnement de l'invention. Avantageusement, les premier et second éléments du guide comportent des butées destinées à limiter l'articulation desdits éléments suivant un axe perpendiculaire à la cheminée. 15 Le premier élément comporte une extrémité radialement externe évasée, qui facilite le montage de la bougie. Dans une variante de réalisation, la chambre de combustion dans laquelle la surface externe sphérique du premier élément comprend des moyens, tels que des méplats, coopérant avec des moyens 20 complémentaires du second élément et permettant l'introduction du premier élément, dans une position angulaire donnée, dans le second élément et assurant son maintien dans le second élément après rotation du premier élément autour de son axe sur par exemple 90°. L'invention concerne en outre une turbomachine telle qu'un 25 turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant une chambre annulaire de combustion selon l'invention. 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 30 dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'une chambre annulaire de combustion classique ; - la figure 2 est une vue de détail illustrant le montage rotulant de la bougie selon une première forme de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue de détail, de la bague, du guide et de la cheminée de la figure 2, la bougie et la cheminée étant coaxiales ; - la figure 4 est une vue correspondant à la figure 3, la bougie et la cheminée étant désaxées ; - la figure 5 est une vue en perspective du premier élément du guide tubulaire, selon une deuxième forme de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue en perspective du second élément du guide tubulaire selon la deuxième forme de réalisation ; - les figures 7, 9, 11 et 13 sont des vues en perspective, illustrant les étapes successives du montage du premier élément dans le second élément ; - les figures 8, 10 et 12 sont des vues en coupe longitudinale correspondant respectivement aux figures 7, 9 et 11 ; - la figure 14 est une vue en coupe longitudinale des moyens de guidage de la bougie selon une troisième forme de réalisation de l'invention. 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 lesquels sont montés des carénages 6 s'étendant vers l'amont. Des cannes d'injection de carburant 7, réparties autour de l'axe de 30 la turbomachine, débouchent dans le fond de chambre 5, au niveau de têtes d'injection 8. Des déflecteurs 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 externes destinées à contourner la chambre de combustion. Les déflecteurs 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, sur un adaptateur 12 fixé au carter externe 2. L'extrémité interne de la bougie 11 traverse un orifice 13 (voir figure 2) ménagé dans la virole externe 3, jusqu'à affleurer la surface interne de la virole externe 3. L'orifice 13 est équipé de moyens de guidage 14 de la bougie 11 comprenant une cheminée tubulaire 15 débouchant dans la chambre par ledit orifice 13, ainsi qu'un guide entourant la bougie et monté avec un jeu axial et transversal sur la cheminée 15. La figure 2 représente un guide et une cheminée 15 utilisée dans 20 une chambre de combustion selon une première forme de réalisation de l'invention. La cheminée 15 présente, de la même manière que précédemment, une forme générale tubulaire à section circulaire. Une extrémité radialement interne de la cheminée est montée et soudée autour 25 de l'orifice, par l'intermédiaire d'un épaulement 16 prenant appui sur le bord de l'orifice 13 et facilitant le positionnement de la cheminée 15. L'extrémité externe de la cheminée comporte un rebord annulaire 17 s'étendant radialement vers l'extérieur, par rapport à l'axe de la cheminée sur lequel est fixée une paroi annulaire 18 s'étendant 30 parallèlement au rebord 17 et délimitant une gorge annulaire interne 19 avec celui-ci. Le guide comporte un premier élément 20 présentant une bague 21 montée coulissante sur la bougie et prolongée par une partie évasée 22 à son extrémité externe dans la direction opposée à l'orifice 13. La partie évasée 22 forme un cône facilitant la mise en place du premier élément 20 sur la bougie 11. La surface externe de la bague est de forme sphérique convexe. La base de la surface externe de la partie évasée 22 comporte en outre un bourrelet formant une butée 23. Le guide comporte de plus un second élément tubulaire 24 à paroi interne sphérique concave coopérant avec la surface externe sphérique du premier élément 20, de manière à former une rotule. Le second élément 24 comporte en outre une collerette annulaire 25 s'étendant radialement vers l'extérieur depuis son extrémité tournée vers l'orifice 13. La collerette 25 est insérée dans la gorge 19 de la cheminée 15, avec un jeu radial j1 (voir figure 4) permettant le déplacement du second élément 24 dans un plan perpendiculaire à l'axe de la cheminée, et avec un jeu axial j2 faible ou sensiblement nul. Plus particulièrement, le jeu axial j1 peut être compris entre 0 et 5 mm. Il est préférentiellement de l'ordre de 2.5 mm. L'extrémité externe du second élément 24, du côté opposé à l'orifice 13, forme une butée 26 destinée à coopérer avec la butée 23 du premier élément 20. La figure 3 illustre un état de fonctionnement de la turbomachine dans lequel la bougie 11, dont l'axe porte la référence B, et la cheminée 15 d'axe A sont coaxiales. Dans ce cas, la collerette 25 du second élément est centrée dans la gorge 19 de la cheminée 15 et les butées 23, 26 ne sont pas au contact l'une de l'autre. Lors du fonctionnement de la turbomachine, des dilatations dues aux fortes températures apparaissent, entraînant un déplacement et un désaxage relatifs entre la bougie d'allumage 11 et la cheminée 15, ceux-ci étant compensés efficacement et simplement par les moyens de guidage. Dans ce cas, comme cela est visible en figure 4, le premier élément 20 pivote dans le second élément 24. La figure 4 représente la position extrême dans lequel les butées 23, 26 viennent au contact l'une de l'autre. En outre, le second élément 24 est déplacé radialement par rapport à la cheminée 15, par l'intermédiaire de la collerette 25 et de la gorge 19. L'axe B de la bougie 11 est alors incliné par rapport à celui A de la cheminée 15, les deux axes étant en outre écartés l'un de l'autre. La liaison rotule et la possibilité de déplacement axial du premier élément 20 par rapport à la bougie offrent de nombreux degrés de liberté, aptes à compenser efficacement les déplacements dus aux dilatations ainsi que les défauts géométriques résultant de la fabrication. En particulier, l'articulation ainsi formée comporte six degrés de liberté : trois degrés de liberté en translation et trois degrés de liberté en rotation. En outre, la surface de contact entre le premier élément 20, 21 et la bougie 11 étant importante, l'usure de cette dernière est répartie et très limitée. Enfin, le jeu axial j2 de la collerette 25 dans la gorge 19 étant faible, les vibrations à haute fréquence du premier élément 20 sont limitées. De cette manière également, l'invention permet de réduire l'usure de la bougie 11. L'usure affecte principalement les premier et second éléments 20, 24, qui sont des pièces peu coûteuses et faciles à remplacer. Bien entendu, les moyens de guidage assurent également l'étanchéité de la chambre au niveau de l'orifice 13, et cela quelle que soit la position de la bougie 11 par rapport à la cheminée 15. Une deuxième forme de réalisation de l'invention est illustrée aux figures 5 à 13. Dans cette forme de réalisation, le premier élément 20 du guide tubulaire (figure 5) diffère de celui décrit précédemment en ce que la surface externe sphérique 27 de la bague 21 présente deux méplats 28 agencés symétriquement par rapport à l'axe du premier élément 20. En outre, la partie évasée 22 ne comporte pas de bourrelet destiné à former une butée. Le second élément 24 du guide tubulaire comporte une surface interne présentant deux zones cylindriques 29, s'étendant en regard l'une de l'autre et agencés de manière symétrique par rapport à l'axe du second élément 24. Chaque zone cylindrique 29 s'étend sur une partie seulement de la hauteur du second élément 24, préférentiellement sur la moitié de la hauteur. Cela est visible plus particulièrement à la figure 8. Le reste 30 de la surface interne présente une forme sphérique. Les zones intermédiaires, situées entre les zones cylindriques, forment ainsi des rebords externes en saillie 31 par rapport au bord externe 32 des zones cylindriques 29. Les rebords en saillie 31 sont usinés en 33 de manière à permettre l'introduction des méplats 28 du premier élément 20. Le second élément 24 comporte en outre un trou radial 34, destiné à loger un plot 35, comme cela sera mieux décrit ci-après en référence à la figure 13. Le montage du premier élément 20 dans le second élément 24 va maintenant être décrit plus en détail en référence aux figures 7 à 12. Une première étape, illustrée aux figures 7 et 8, consiste à insérer le premier élément 20 dans le second élément 24. Pour cela, les méplats 28 sont disposés en regard des rebords en saillie 31 du second élément 24, dont la forme a été usinée afin de permettre l'introduction du premier élément 20. Ensuite, le premier élément 20 est enfoncé dans le second élément 24 jusqu'à ce que la surface sphérique externe 27 du premier élément 20 soit en appui contre la surface sphérique interne 30 du second élément 24 (voir figures 9 et 10) Le premier élément 20 est alors tourné d'un quart de tour autour de son axe, de manière à ce que le trou 34 débouche en regard de l'un des méplats 28 du premier élément 20 (voir figures 11 et 12). Le plot 35 est alors inséré dàns le trou 34 puis fixé par vissage ou soudage dans le second élément 24 (voir figure 13). L'extrémité libre du plot 35 ne vient pas en appui contre le méplat 28, un jeu de fonctionnement étant ménagé entre eux. Le plot 34 permet d'éviter que, sous l'effet des vibrations, le premier élément 20 retrouve la position des figures 9 et 10. On évite ainsi tout risque de désolidarisation des premier et second éléments 20, 24. Compte tenU du jeu fonctionnel précité, la fonction de rotule peut, dans une certaine mesure, être assurée par les premier et second éléments 20, 24. Le jeu est dimensionné `de façon à autoriser les débattements entre ces deux éléments résultant de la dilatation pendant les différentes phases de vol. Dans la position représentée aux figures 11 à 13, le premier élément 20 est maintenu axialement entre les rebords en saillie 31 et le bord interne 36 du second élément 24. Cette forme de réalisation permet un montage et un démontage rapide des moyens de guidage. Une troisième forme de réalisation de l'invention est illustrée en figure 14. Dans cette forme de réalisation, les moyens de guidage comportent, de la même manière que précédemment, des premier et second éléments 20, 24. Le premier élément 20 se présente sous la forme d'une bague frettée, brasée ou soudée sur la bougie 11. Cette dernière peut présenter un diamètre rétréci, par exemple lors d'une opération d'usinage de reprise. Le bord externe du premier élément 20 présente une collerette 37 s'étendant vers l'extérieur. La collerette permet d'éviter que le premier élément 20 tombe dans la chambre en cas de désolidarisation du premier élément 20 et de la bougie 11. La surface externe du premier élément présente une zone sphérique, de la même manière que précédemment. Le second élément 24 comporte une bague 38 prolongée, au niveau de son extrémité externe, par une partie évasée 39 et comportant, au niveau de son extrémité interne, une collerette 25 s'étendant vers l'extérieur, insérée dans la gorge 19 de la cheminée 15. La bague 38 est à surface interne cylindrique ou sphérique coopérant avec la surface externe sphérique du premier élément 20, de manière à former une articulation à rotule. Le fonctionnement de cette troisième forme de réalisation est similaire à celui de la première forme de réalisation. Cette troisième forme de réalisation est particulièrement adaptée à des opérations de réparation ou d'entretien visant à remplacer les moyens de guidage d'une chambre de combustion de l'art antérieur par les moyens de guidage selon l'invention. REVENDICATIONS1. Chambre de combustion (1) d'une turbomachine, comprenant au moins une bougie d'allumage (11) portée par un carter extérieur (2) de la chambre de combustion (1) et s'étendant dans des moyens de guidage (15, 20, 24) montés dans un orifice (13) d'une paroi (3) de révolution de la chambre (1), ces moyens de guidage comprenant un guide tubulaire (20, 24) traversé axialement par la bougie (11) et monté avec un jeu axial (j2) et transversal (j1) sur une cheminée (15) fixée sur la paroi de révolution (3) de la chambre (1) et débouchant dans celle-ci par l'orifice (13) précité, caractérisée en ce que la bougie (11) est montée rotulante dans le guide tubulaire (20, 24). 2. Chambre de combustion (1) selon la revendication 1, dans laquelle le guide tubulaire comprend un premier élément (20, 21) à surface externe sphérique, qui est traversé par la bougie (11), et un second élément (24) à surface interne sphérique, entourant le premier élément (20, 21) et monté avec un jeu axial (j2) et transversal (j1) sur la cheminée (15). 3. Chambre de combustion (1) selon la revendication 2, dans laquelle le second élément (24) du guide tubulaire comporte une collerette annulaire externe (25) s'étendant transversalement et engagée avec jeu (j1, j2) dans une gorge annulaire interne (19) de la cheminée (15). 4. Chambre de combustion (1) selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle le jeu axial (j2) du second élément (24, 25) par rapport à la cheminée (15, 19) est sensiblement nul ou inférieur à 0,8 mm. 5. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 2 à 4, dans laquelle le premier élément (20) du guide tubulaire est réalisé de façon monobloc avec la bougie (11). 6. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 2 à 5, dans laquelle la surface externe du premier élément (20, 21) du guide est convexe, la surface interne du second élément (24) du guide étant concave. 7. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 2 à 6, dans laquelle les premier et second éléments (20, 24) du guide comportent des butées (23, 26) destinées à limiter l'articulation desdits éléments suivant un axe perpendiculaire à la cheminée (15). 8. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 2 à 7, dans laquelle le premier élément (20) comporte une extrémité évasée (22). 9. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 2 à 8, dans laquelle la surface externe sphérique du premier élément (20) comprend des moyens, tels que des méplats (28), coopérant avec des moyens complémentaires du second élément (24) et permettant l'introduction du premier élément (20), dans une position angulaire donnée, dans le second élément (24) et assurant son maintien dans le second élément (24) après rotation du premier élément (20) autour de son axe sur par exemple 90°. 10. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant une chambre annulaire de combustion (1) selon l'une des revendications précédentes.20