Brevet FR3010774A1 — publié le 20150320

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine spécifique des turbomachines et elle s'intéresse plus particulièrement aux problèmes que pose le montage d'une chambre de combustion dans les carters de la turbomachine. Classiquement, dans un turboréacteur ou un turbopropulseur, la io turbine haute pression, notamment son distributeur d'entrée (HPT nozzle), la chambre de combustion ainsi que les enveloppes (ou carters) interne et externe de cette chambre sont réalisées en métal ou dans un alliage métallique. En fonctionnement, le champ thermique des parois de la chambre et les chargements mécaniques qui s'y appliquent induisent des 15 déplacements aux extrémités de ces parois. Ces déplacements sont permis grâce à la souplesse de la partie de la chambre en forme d'épingles qui relie la zone d'encastrement au carter (la bride de fixation) avec la zone du tube à flamme. Toutefois, cette épingle souple est soumise à de nombreux efforts fluctuant au cours d'un cycle de fonctionnement du fait 20 de la différence de dilation thermique existant entre la chambre et le carter. Il en résulte une fatigue et à l'extrême des phénomènes de rupture qui impliquent alors un remplacement complet de la paroi de la chambre. De plus, les cas de chargement étant nombreux et difficiles à identifier précisément, il s'avère compliqué de définir une géométrie 25 optimisée lors de la conception de la pièce, de sorte qu'il est souvent nécessaire de reconcevoir la pièce, pour affiner la géométrie jusqu'à un compromis souplesse/robustesse acceptable. Objet et résumé de l'invention 30 La présente invention pallie ces inconvénients en proposant un montage de la chambre de combustion dans les carters libéré des contraintes précitées et ayant la capacité d'absorber les différents chargements mécaniques induits par les différences de dilatation thermique. Un but de l'invention est aussi de proposer un montage qui profite au mieux des systèmes de fixation à brides standards existants au niveau des chambres de combustion. Ces buts sont atteints par une turbomachine comportant, dans des enveloppes annulaires interne et externe en matériau métallique et selon un sens F d'écoulement des gaz, un ensemble d'injection d'un carburant, une chambre de combustion annulaire en matériau métallique ayant un axe longitudinal, et un distributeur annulaire en matériau métallique formant l'étage d'entrée à aubes fixes d'une turbine haute pression, caractérisée en ce que ladite chambre de combustion en matériau métallique est maintenue en position dans chacune desdites enveloppes annulaires métalliques interne et externe par une couronne métallique de 15 fixation souple dont une première extrémité est fixée solidairement à chacune desdites enveloppes annulaires métalliques interne et externe par des premiers moyens de fixation et une seconde extrémité est fixée solidairement par des seconds moyens de fixation à un rebord transversal de ladite chambre de combustion en matériau métallique. 20 Le recours à des couronnes métalliques indépendantes entre la chambre de combustion et les enveloppes annulaires, en lieu et place des liaisons directes traditionnelles à brides, permet, par la souplesse apportée, de supporter facilement l'écart de dilatation apparaissant aux températures élevées entre les différentes pièces métalliques (en 25 reprenant les déplacements dus à la dilatation) tout en assurant un parfait maintien et un bon centrage de la chambre de combustion dans l'enveloppe annulaire. Les seconds moyens de fixation sont constitués de préférence par une pluralité de boulons. 30 Selon un mode de réalisation avantageux, ladite couronne métallique de fixation souple présente une forme sectorisée avec une pluralité de lames métalliques dont une première extrémité se raccorde sur un anneau métallique fixé solidairement par lesdits premiers moyens de fixation à ladite enveloppe annulaire métallique et dont une seconde extrémité se raccorde à une pluralité de platines de maintien fixées chacune solidairement par lesdits seconds moyens de fixation à un rebord transversal de ladite chambre de combustion annulaire en matériau métallique. De préférence, lesdites lames métalliques ont une largeur constante et sont en nombre égal au nombre de buses d'injection dudit système d'injection de carburant ou à multiple de ce nombre. Lesdites lames métalliques peuvent être formées d'un seul tenant avec ledit anneau métallique et lesdites platines de maintien ou bien encore fixées par brasage ou soudage audit anneau métallique et auxdites platines de maintien. 15 Brève description des dessins Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : 20 - la figure 1 est une vue schématique partielle en demi-coupe axiale d'une zone centrale d'une turbomachine conforme à l'invention, - les figures 2A et 2B montrent deux variantes de réalisation d'une couronne souple de fixation de la chambre de combustion au carter externe de la figure 1, 25 - la figure 3 est un exemple de réalisation d'une couronne souple de fixation de la chambre de combustion au carter interne de la figure 1, et - la figure 4 est une vue schématique en demi-coupe axiale d'une zone centrale d'une turbomachine de l'art antérieur. 30 3010 774 4 Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 4 montre en demi-coupe axiale une partie centrale d'un turboréacteur ou d'un turbopropulseur (appelé turbomachine dans la suite de la description) de l'art antérieur comprenant : 5 - une enveloppe annulaire externe (ou carter externe) en deux parties 12a, 12b en matériau métallique, d'axe longitudinal 10, - une enveloppe annulaire interne (ou carter interne) coaxiale en deux parties 14a, 14b également en matériau métallique, - un espace annulaire 16 compris entre les deux enveloppes 12a, 12b et 14a, 14b recevant le comburant comprimé, généralement de l'air, provenant en amont d'un compresseur (non représenté) de la turbomachine, au travers d'un conduit annulaire de diffusion 18 définissant un flux général F d'écoulement des gaz, cet espace 16 comportant, dans le sens d'écoulement des gaz : - un ensemble d'injection formé d'une pluralité de systèmes d'injection 20 régulièrement répartis autour du conduit 18 et comportant chacun une buse d'injection de carburant 22 fixée sur une partie amont 12a de l'enveloppe annulaire externe (dans un souci de simplification des dessins le mélangeur et le déflecteur associés à chaque buse d'injection n'ont pas été représentés), - une chambre de combustion 24 en matériau métallique, formée d'une paroi axiale externe 26 et d'une paroi axiale interne 28, toutes deux coaxiales d'axe longitudinal 10 et raccordées chacune en aval par une paroi de liaison 30, 32 aux enveloppes annulaires externe et interne, et d'une paroi transversale 34 qui constitue le fond de cette chambre de combustion, les deux parois de liaison 30, 32 étant fixées par boulonnage 40 sur les enveloppes annulaires externe et interne au niveau de brides de fixation annulaires 36, 38, et . un distributeur annulaire 42 en matériau métallique formant un 30 étage d'entrée d'une turbine haute pression (non représentée) et comportant classiquement une pluralité d'aubes fixes 44 montées entre une plate-forme circulaire externe 46 et une plate-forme circulaire interne 48, toutes deux reliées aux enveloppes annulaires externe et interne. Des premiers orifices de passage 50, 52 ménagés dans les deux parois de liaison 30, 32 de la chambre de combustion 24 et des second 5 orifices de passage 54, 56 ménagés dans les plates-formes externe 46 et interne 48 du distributeur 42 sont en outre prévus pour assurer un refroidissement des aubes fixes 44 de ce distributeur en entrée du rotor de la turbine haute pression à partir du comburant comprimé F disponible en sortie du conduit de diffusion 18 et s'écoulant en deux flux Fe, Fi de 10 part et d'autre de cette chambre de combustion 24. Selon l'invention, et afin de pallier les différences de coefficients de dilatation thermique existants entre les parois de la chambre de combustion et les enveloppes annulaires et notamment aux interfaces de contact chambre-distributeur ou les gradients thermiques sont les plus 15 importants tout en assurant le maintien et le positionnement de la chambre dans le carter, il est proposé, comme illustré à la figure 1, de séparer les parois de liaison des parois de la chambre de combustion. Pour ce faire, la chambre de combustion 24 est maintenue fixement en position entre les enveloppes annulaires interne et externe par deux couronnes de 20 fixation 60, 70 montées pour la première (voir la couronne référencée 60) entre l'enveloppe annulaire externe 12a, 12b et la paroi axiale externe 26 de la chambre de combustion et pour la seconde (la couronne 70) entre l'enveloppe annulaire interne 14a, 14b et la paroi axiale interne 28 de la chambre de combustion. Chacune de ces couronnes est bien entendu 25 percée d'orifices (voir la référence 50 sur la figure 2A) en nombre suffisant pour ne pas pénaliser l'efficacité des débits d'air alimentant le distributeur haute pression 42. Comme le montrent la figure 2B et la figure 3, ces couronnes de fixation souples en matériau métallique peuvent avantageusement 30 présenter une forme sectorisée d'un seul tenant avec une pluralité de lames métalliques 62, 72 (de préférence de largeur constante et en nombre égal à celui des buses d'injection de carburant ou égal à un multiple de ce nombre) réparties régulièrement autour de la chambre de combustion et dont une première extrémité se raccorde sur un anneau métallique 64a, 74a fixé solidairement par des premiers moyens de fixation à l'une ou l'autre (selon son emplacement) des enveloppes annulaires métalliques externe ou interne et dont une seconde extrémité, opposée à la première, se raccorde à une pluralité de platines de maintien 64b, 74b fixées chacune solidairement par des seconds moyens de fixation 80, 82 aux extrémités aval des parois axiales externe 26 et interne 28, à so un rebord transversal 26a, 28a de la chambre de combustion. Ces moyens de fixation peuvent être constitués d'un simple boulonnage mais un sertissage ou un rivetage est aussi envisageable. Revenons à la figure 1 pour noter que l'anneau métallique 64a, 74a reliant entre elles les premières extrémités des lames métalliques est de 15 préférence pris entre des brides de liaison 36, 38 existantes entre les parties amont 12a, 14a et aval 12b, 14b des enveloppes annulaires interne et externe et donc fixé avec les moyens de fixation standards de type boulon 40 de l'art antérieur. Bien entendu, s'il a été fait mention de couronnes réalisées en un 20 seul tenant, il est évident qu'une variante de réalisation différente est aussi possible, des lames métalliques de fixation 62, 72 pouvant être raccordées à l'anneau métallique 64a, 74a et aux platines de maintien par exemple par soudage (ou brasage) de leurs extrémités. L'invention ainsi proposée permet les avantages suivants : 25 En cas de rupture locale/totale de la couronne de fixation, possibilité de changer en maintenance une pièce à faible coût comparé au prix d'une paroi complète de chambre de combustion, En cas de recherche d'optimisation de la géométrie de la bride, seule la couronne de fixation est à modifier, 30 La sectorisation de la couronne de fixation permet de jouer sur la souplesse de la pièce sur une plus grande plage que pour la version monobloc, ce qui assure une meilleure marge de manoeuvre pour dimensionner cette couronne. REVENDICATIONS1. Turbomachine comportant, dans des enveloppes annulaires interne (14a, 14b) et externe (12a, 12b) en matériau métallique et selon un sens F d'écoulement des gaz, un ensemble d'injection d'un carburant (20), une chambre de combustion annulaire en matériau métallique (24) ayant un axe longitudinal (10), et un distributeur annulaire en matériau métallique (42) formant l'étage d'entrée à aubes fixes d'une turbine haute pression, caractérisée en ce que ladite chambre de combustion en matériau métallique est maintenue en position dans chacune desdites enveloppes annulaires métalliques interne et externe par une couronne métallique de fixation souple (60, 70) dont une première extrémité est fixée solidairement à chacune desdites enveloppes annulaires métalliques interne et externe par des premiers moyens de fixation (40) et une 15 seconde extrémité est fixée solidairement par des seconds moyens de fixation (80, 82) à un rebord transversal (26a, 28a) de ladite chambre de combustion en matériau métallique. 2. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits seconds moyens de fixation sont constitués par une pluralité 20 de boulons. 3. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite couronne métallique de fixation souple présente une forme sectorisée avec une pluralité de lames métalliques (62, 72) dont une première extrémité se raccorde sur un anneau métallique (64a, 74a) fixé 25 solidairement par lesdits premiers moyens de fixation à ladite enveloppe annulaire métallique et dont une seconde extrémité se raccorde à une pluralité de platines de maintien (64b, 74b) fixées chacune solidairement par lesdits seconds moyens de fixation à un rebord transversal (26a, 28a) de ladite chambre de combustion annulaire en matériau métallique. 30 4. Turbomachine selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdites lames métalliques ont une largeur constante et sont ennombre égal au nombre de buses d'injection (22) dudit système d'injection de carburant ou à multiple de ce nombre. 5. Turbomachine selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdites lames métalliques sont formées d'un seul tenant avec ledit anneau métallique et lesdites platines de maintien. 6. Turbomachine selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdites lames métalliques sont fixées par brasage ou soudage audit anneau métallique et auxdites platines de maintien.10