Brevet FR3045137A1 — publié le 20170616

CHAMBRE DE COMBUSTION DE TURBOMACHINE La présente invention concerne une chambre de combustion dans une turbomachine, ainsi qu'une turbomachine équipée d'une telle chambre de combustion. Une turbomachine comprend d'amont en aval des étages de compression basse et haute pression alimentant une chambre annulaire de combustion dont les gaz de combustion entraînent en sortie une turbine haute-pression et une turbine basse-pression. Classiquement, comme représenté en figure 1, une chambre annulaire de combustion 10 comprend deux viroles annulaires interne 12 et externe 14, s'étendant coaxialement autour d'un axe 15, reliées l'une à l'autre à leurs extrémités amont par une paroi annulaire 16 dite de fond de chambre comportant des ouvertures de passage de tête d'injecteurs 18. L'extrémité aval de chacune des viroles annulaires interne 12 et externe 14 est reliée à une paroi annulaire de liaison 20, 22 à un carter interne 24 ou externe 26. En particulier, l'extrémité radialement externe de la paroi annulaire de liaison externe 22 comprend une bride annulaire radiale 28 intercalée et fixée par boulonnage entre une bride annulaire radiale 30 du carter externe 26 et une bride annulaire radiale 32 de l'extrémité amont d'un carter 34 de turbine haute pression. L'extrémité radialement interne de la paroi annulaire interne de liaison 20 comprend une bride annulaire radiale 36 fixée par boulonnage sur une bride annulaire radiale 38 du carter interne 24 de la chambre de combustion 10. Les parois annulaires interne 20 et externe 22 de liaison aux carters interne 24 et externe 26 comprennent des ouvertures 40 de passage d'air de contournement de la chambre de combustion. Les viroles interne 12 et externe 14 comprennent dans leur partie aval des trous de dilution 42 permettant un apport d'air du compresseur haute pression afin de refroidir les viroles annulaires interne 12 et externe 14 et permettant également d'arrêter la réaction chimique de combustion. 3045137 2 En fonctionnement, le carter interne 24 et le carter externe 26 sont soumis à des températures moins importantes que les viroles annulaires interne 12 et externe 14 de la chambre de combustion. Ainsi, les viroles annulaires interne 12 et externe 14 se dilatent de manière plus importante. 5 II a ainsi été observé la formation de criques s'initiant au niveau de la zone de jonction entre d'une part, la paroi annulaire interne de liaison 20 et la virole annulaire interne 12 et d'autre part la paroi annulaire externe de liaison 22 et la virole annulaire externe 14. Ces criques se propagent ensuite vers l'amont en direction des trous de dilution 42. 10 L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de formation de criques dans le but d'améliorer la tenue mécanique et la durée de vie de la chambre de combustion. A cet effet, elle propose une chambre de combustion pour une 15 turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant une virole annulaire interne et une virole annulaire externe coaxiales comportant au moins une rangée annulaire de trous de dilution, caractérisée en ce qu'au moins l'une des viroles annulaires interne et externe comprend au moins une fente en aval de la rangée annulaire de 20 trous de dilution et s'étendant d'amont en aval jusqu'à l'extrémité aval de ladite au moins une virole annulaire. L'intégration d'au moins une fente s'étendant d'amont en aval jusqu'à l'extrémité aval autorise une dilatation circonférentielle de ladite virole annulaire comportant ladite au moins une fente. En fonctionnement, 25 les contraintes thermiques que subit la virole sont ainsi réduites, ce qui limite le risque de formation de criques et augmente sa durée de vie. Avantageusement, ladite au moins une fente débouche en amont dans un trou de dilution formée dans ladite au moins une des viroles annulaires interne et externe, ce qui évite une concentration de contraintes 30 de déformation au niveau de l'extrémité amont de la fente. 3045137 3 Ladite au moins une virole est reliée à son extrémité aval à un carter par une paroi annulaire de liaison s'étendant vers l'amont depuis ladite extrémité aval de la virole. Dans ce cas, il peut être souhaitable que ladite au moins une fente s'étende sur la paroi annulaire de liaison jusqu'à une 5 ouverture formée dans celle-ci et destinée au passage de l'air de contournement de la chambre de combustion. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite au moins une fente est délimitée par un premier rebord circonférentiel de ladite au moins une virole qui recouvre radialement extérieurement un second rebord 10 circonférentiel de ladite au moins une virole. L'utilisation de deux rebords se recouvrant permet de limiter les circulations d'air parasites dans la fente, le premier rebord circonférentiel et le second rebord circonférentiel se déplaçant l'un par rapport à l'autre en direction circonférentielle sous l'effet de la dilatation thermique. 15 Dans une réalisation de l'invention, l'épaisseur cumulée dudit premier rebord circonférentiel et dudit second rebord circonférentiel est sensiblement égale à l'épaisseur de ladite au moins une virole. Dans une réalisation de l'invention, ladite au moins une fente s'étend sensiblement selon l'axe de la chambre et est inclinée d'un angle compris 20 entre environ 50 et 70°, par rapport à un plan contenant l'axe de la chambre de combustion et interceptant ladite fente. L'angle est de préférence de l'ordre de 60°, ce qui correspond à un bon compromis entre faisabilité technique et limitation des fuites dans les fentes. En pratique, il est intéressant de former plusieurs fentes autour de la 25 virole de manière à permettre une dilatation circonférentielle uniforme de la virole. Pour cela, la chambre de combustion peut comprendre au moins quatre fentes régulièrement réparties autour de l'axe de la chambre de combustion. 30 De préférence, une première et une deuxième des fentes débouchent en amont dans un trou de dilution d'un premier diamètre, une 3045137 4 troisième et une quatrième des fentes débouchant en amont dans un trou de dilution d'un second diamètre, le premier diamètre étant supérieur au second diamètre. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un 5 turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant une chambre de combustion telle que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins 10 annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une chambre de combustion selon la technique antérieure ; la figure 2 est une vue schématique en perspective de la partie radialement externe et depuis l'amont d'une chambre de combustion 15 selon une première réalisation de l'invention ; la figure 3 est une vue depuis l'aval de la réalisation de la figure 2 ; les figures 4 et 5 sont des vues schématiques en perspective d'une seconde réalisation de l'invention ; la figure 6 est une vue schématique de la partie aval de la virole interne 20 et/ou externe selon une troisième réalisation de l'invention ; la figure 7 est une vue schématique en perspective depuis l'aval de la partie aval de la virole externe selon une quatrième réalisation de l'invention ; la figure 8A est une représentation schématique d'un premier rebord de 25 la partie aval de la virole de la figure 7 ; la figure 8B est une vue schématique d'un second rebord de la partie aval de la virole de la figure 7 ; la figure 9 est une vue schématique en perspective d'une cinquième réalisation possible de la chambre de combustion selon l'invention ; 30 la figure 10 est une vue schématique en perspective et à plus grande échelle de la zone délimitée en pointillée sur la figure 9. 3045137 5 La figure 1 concernant une chambre de combustion d'un type connu et ayant déjà été décrite précédemment, on se réfère maintenant à la figure 2 représentant une première réalisation de l'invention dans laquelle la virole annulaire externe 44 comprend une partie aval 46 s'étendant entre une 5 rangée annulaire de trous de dilution et son extrémité aval qui est reliée à une paroi annulaire externe de liaison 50 à un carter externe 26 comme celui de la figure 1. La paroi annulaire de liaison 50 est formée d'une paroi tronconique 52 à section augmentant vers l'amont de sorte que la paroi tronconique 52 entoure la partie aval 46 de la virole annulaire externe 44. 10 La paroi tronconique 52 comprend des ouvertures 54 pour la circulation de l'air de contournement de la chambre. L'extrémité aval ou radialement interne de la paroi tronconique 52 se prolonge par une paroi radiale 56 de raccordement à l'extrémité aval de la partie aval 46 de la virole annulaire externe 44. L'extrémité amont ou radialement externe de la paroi de liaison 15 50 se prolonge par une bride annulaire radiale 58 de boulonnage à un carter externe 26 comme cela a été décrit en référence à la figure 1. Comme représenté en figure 2, la partie annulaire aval 46 de la virole annulaire externe 44 comprend une fente 60 s'étendant d'amont en aval depuis la rangée annulaire de trous de dilution jusqu'à l'extrémité aval 20 de la partie aval de la virole externe 44. La rangée annulaire de trous de dilution comprend une première série de trous 48a et une seconde série de trous 48b agencés circonférentiellement successivement les uns à la suite des autres de manière à ce que les centres des trous 48a, 48b soient tous contenu dans un même plan perpendiculaire à l'axe de la chambre de 25 combustion. Les trous 48a de la première série ou premier trous présentent un diamètre inférieur aux trous 48b de la seconde série ou seconds trous. La fente 60 de la partie aval 46 de la virole externe 44 débouche à son extrémité amont dans un premier trou 48a. Vers l'aval, la fente 60 se prolonge au sein de la paroi annulaire radiale aval 56 de la paroi annulaire 30 externe de liaison 50 jusqu'à une ouverture pour le passage de I 'air de 3045137 6 contournement. La fente 60 s'étend jusqu'à la bride annulaire radiale 58 de fixation au carter externe. Lorsque la paroi annulaire 50, 62 de liaison au carter externe ou interne comprend plusieurs fentes 60 dont certaines ou toutes s'étendent 5 sur toute la longueur de la paroi de liaison 50, 62, il apparait que la paroi annulaire 50, 62 de liaison est alors sectorisée, les différents secteurs étant agencés circonférentiellement bout à bout de manière à former entre eux les fentes 60 autorisant la dilatation circonférentielle. La partie aval 64 (figure 3) de la virole annulaire interne 66 peut 10 également comprendre une fente 60 s'étendant d'amont en aval. Cette fente 60 peut également se prolonger sur la paroi annulaire interne 62 de liaison jusqu'à la bride annulaire interne 68 de fixation au carter interne (figure 3). Dans une seconde réalisation de l'invention représentée aux figures 15 4 et 5, la fente 73 peut ne pas se prolonger jusqu'à la bride annulaire radiale externe 58 de fixation au carter externe. En effet, on constate que la bride annulaire radiale externe 58 de fixation au carter externe 26 est dépourvue de fentes dans le prolongement de la fente 73. De même, la bride annulaire interne 68 peut également être dépourvue de fentes. 20 Dans une troisième réalisation de l'invention représentée en figure 6, la partie aval de la virole annulaire interne 69 et/ou externe 71 peut comprendre quatre fentes 70a, 70b, 70c, 70d régulièrement réparties autour de l'axe 15 de la chambre de combustion. Sur cette figure, la direction amont/aval est orientée radialement de l'intérieur vers 25 l'extérieur.Une première 70a et une deuxième 70c des fentes, agencées sensiblement à 180° l'une de l'autre, débouchent en amont dans un premier trou de dilution 80a, une troisième 70b et une quatrième 70d des fentes, agencées sensiblement à 180° l'une de l'autre, débouchent en amont dans un second trou de dilution 80b. Les premiers trous 80a 30 présentent un diamètre supérieur à celui des seconds trous 80b et les 3045137 7 premiers et seconds trous sont disposés en alternance autour de la virole 44, 66. Il est souhaitable que chaque fente présente une forme particulière visant à limiter la circulation d'air. Ainsi (figure 7), au lieu de réaliser une 5 simple fente radiale, il est proposé, dans une quatrième réalisation, de délimiter la fente 82 par un premier rebord 84 d'extrémité circonférentiel de la virole annulaire externe chevauchant radialement extérieurement un second rebord 86 d'extrémité circonférentiel de la partie annulaire aval 46 de la virole externe 44. Le premier rebord 84 et le second rebord 86 10 présentent une épaisseur sensiblement égale à la moitié de l'épaisseur du reste de la virole externe 46 de sorte que l'épaisseur cumulée du premier rebord 84 circonférentiel et du second rebord 86 circonférentiel est sensiblement égale à l'épaisseur de la virole externe 44 (figure 7). La virole externe 46 comprend un premier évidement 87 radialement 15 à l'intérieur du premier rebord 84 et un second évidement radialement 89 à l'extérieur du second rebord 86, ce qui permet au premier rebord 84 de s'engager dans le second évidement 89 et au second rebord 86 de s'engager dans le premier évidement 87 (figures 7, 8A et 8B). Ainsi, en fonctionnement, la partie aval 46 de la virole externe 44 20 peut se dilater circonférentiellement tout en limitant les contraintes appliquées à celle-ci puisque le premier rebord 84 peut coulisser circonférentiellement sur le second rebord 86 tout en limitant les circulations d'air parasites dans la fente 82, entre le premier rebord 84 et le second rebord 86. 25 Dans une cinquième réalisation représentée aux figures 9 et 10, la fente 88 de la partie aval 46 de la virole externe 44 qui s'étend selon l'axe 15 de la chambre de combustion, présente une inclinaison (figure 10) par rapport à un plan radial contenant l'axe 15 de la chambre. Un premier rebord circonférentiel 90 recouvre radialement extérieurement un second 30 rebord 92 de la virole externe. La fente 88 est inclinée d'un angle compris 3045137 8 entre environ 50 et 70°, de préférence 60°, par rapport à un plan contenant l'axe de la chambre de combustion et interceptant ladite fente. Dans la description effectuée précédemment en référence aux figures 7 à 10, l'intégration d'une ou plusieurs fentes axiales selon les 5 formes décrites et formées dans la partie aval de la virole externe pourrait également être effectuée sur la partie aval de la virole annulaire interne. Les parties aval de chacune des viroles annulaires interne et externe peuvent encore chacune comprendre un nombre différents de fentes pour tenir compte des différences de diamètres des viroles annulaires interne et 10 externe. Bien que cela ne soit pas représenté sur les figures, l'invention est tout à fait applicable à une chambre de combustion dont au moins l'une des parois annulaires de liaison interne et externe est non fixée par boulonnage à un carter interne ou externe, mais est reliée à celui-ci au moyen d'une 15 paroi sensiblement cylindrique en appui sur le carter considéré. REVENDICATIONS1. Chambre de combustion pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant une virole annulaire interne (66) et une virole annulaire externe (44) coaxiales comportant au moins une rangée annulaire de trous de dilution, caractérisée en ce qu'au moins l'une des viroles annulaires interne (66) et externe (44) comprend au moins une fente (60, 68, 82, 88) en aval de la rangée annulaire de trous de dilution et s'étendant d'amont en aval jusqu'à l'extrémité aval de ladite au moins une virole annulaire (66, 44). 2. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite au moins une fente (60, 68, 82, 88) débouche en amont dans un trou de dilution formée dans ladite au moins une des viroles annulaires interne (66) et externe (44). 3. Chambre de combustion selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite au moins une virole (66, 44) est reliée à son extrémité aval à un carter par une paroi annulaire (50, 62) de liaison s'étendant vers l'amont depuis ladite extrémité aval de la virole (66, 44). 4. Chambre de combustion selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite au moins une fente (60, 68, 82, 88) s'étend sur la paroi annulaire de liaison jusqu'à une ouverture (54) formée dans celle-ci et destinée au passage de l'air de contournement de la chambre de combustion. 5. Chambre de combustion selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite au moins une fente (82, 88) est délimitée par un premier rebord (84, 90) circonférentiel de ladite au moins une virole (44) qui recouvre radialement extérieurement un second rebord (86, 92) circonférentiel de ladite au moins une virole (44). 6. Chambre de combustion selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'épaisseur cumulée dudit premier rebord (84, 90) circonférentiel et 30 dudit second rebord circonférentiel (86, 92) est sensiblement égale à l'épaisseur de ladite au moins une virole (44). 3 0 4 5 1 3 7 10 7. Chambre de combustion selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite au moins une fente (88) s'étend sensiblement selon l'axe de la chambre et est inclinée d'un angle compris entre environ 50 et 70°, de préférence 60°, par rapport à un plan contenant l'axe de la 5 chambre de combustion et interceptant ladite fente. 8. Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins quatre fentes (70a, 70b, 70c, 70d) régulièrement réparties autour de l'axe (15) de la chambre de combustion. 10 9. Chambre selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une première et une deuxième des fentes (70a, 70c) débouchent en amont dans un trou de dilution d'un premier diamètre, une troisième et une quatrième (70b, 70d) des fentes débouchant en amont dans un trou de dilution d'un second diamètre, le premier diamètre étant supérieur au second diamètre. 15 10. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre de combustion selon l'une des revendications précédentes.