Brevet FR3044411A1 — publié le 20170602

Module de turbomachine ou de banc d'essai de chambre de combustion Domaine de l'invention La présente invention se rapporte notamment au domaine des essais de 5 chambre de combustion de moteur à turbine à gaz. Elle concerne un module de turbomachine ou de banc d'essai de chambre de combustion et vise plus particulièrement le montage de viroles sur le module. Etat de la technique 10 Un banc d'essai est une installation dans laquelle les moteurs ou leurs composants, ici une chambre de combustion, sont soumis à des tests visant à en mesurer les performances. Dans le brevet FR 2.995.996 au nom du présent déposant, par exemple, est décrit un dispositif destiné à mesurer des paramètres de fonctionnement d'une chambre de combustion de moteur à turbine à gaz 15 montée sur un banc d'essai. La figure 1 représente une chambre de combustion 10 montée sur un banc d'essai 1. La chambre de combustion est montée sur un support fixe qui comprend des conduits d'alimentation en air et en carburant appropriés et qu'il n'est pas nécessaire de décrire plus complètement dans le cadre de la présente 20 invention. La chambre annulaire 10 est montée entre un carter intérieur et un carter extérieur simulant l'espace dans lequel elle est logée dans le moteur réel. Le carter extérieur 3 est lui-même fixé en amont à la structure du banc. Le carter 3 est prolongé en aval par une virole 5 servant entre autres fonctions de guidage aux flux gazeux issus de la chambre de combustion. La figure 2, 25 montre comment la virole 5 est communément reliée au carter 3 au moyen d'une liaison par vis 7 entre une bride radiale 31 en aval du carter extérieur 3 et la face transversale amont de la virole 5. Le centrage de la virole par rapport au carter est assuré par une patte de centrage 51 solidaire de l'une des deux pièces, 3044411 2 ici la virole, et restant en appui sur une surface de la pièce en vis-à-vis, ici la face radialement extérieure de la bride 31. Une cale 8 est disposée entre les deux pièces. Dans le cadre des essais de chambre de combustion, il est nécessaire de 5 refroidir fortement toutes les viroles se trouvant en aval de la chambre et en particulier la virole 5. La virole 5 est par exemple maintenue à moins de 120°C. Or le carter 3 extérieur de chambre 10 atteint au cours des essais une température d'environ 650°C. Ces températures donnent lieu à une forte différence de dilatation entre 10 les deux pièces qui sollicite en cisaillement la liaison par vis. Comme cela est indiqué par des flèches sur la figure 2, les longueurs de ces flèches montrent une dilatation de 0,1 mm pour la virole 5 alors qu'elle est de 1,2 mm pour le carter 3. Par ailleurs, il est absolument nécessaire de garantir un bon centrage des 15 deux pièces au montage comme en fonctionnement. C'est ainsi que, lorsque la virole 5 est centrée sur le carter 3, au montage par le contact de la patte de centrage 51 sur la bride 31, il s'ensuit en fonctionnement une forte sollicitation de la patte de centrage 51. Ces contraintes peuvent conduire à des criques voire à une rupture de la pièce. 20 Une solution serait d'épaissir les carters et d'utiliser des vis à très grand diamètres qui supporteraient les efforts de cisaillement. Cette solution serait cependant très encombrante radialement, ce qui n'est pas souhaité. Pour des raisons connues, nous ne souhaitons également pas augmenter la masse. L'invention a pour objet un moyen permettant de garantir un bon 25 centrage entre les deux pièces, en acier par exemple, aussi bien en fonctionnement, c'est-à-dire à chaud, qu'au montage, c'est-à-dire à froid, sans solliciter en cisaillement les pièces et la liaison par les vis. 3044411 3 Exposé de l'invention C'est ainsi que l'invention porte sur module de turbomachine ou de banc d'essai de chambre de combustion, comprenant un carter extérieur annulaire, à l'intérieur duquel est logée une chambre de combustion, et une virole en aval 5 du carter, la virole étant fixée audit carter par une liaison comprenant une bride radiale solidaire du carter ou de la virole, une gorge annulaire étant ménagée dans la bride radiale et une languette axiale solidaire de la virole ou du carter, la languette étant logée dans la gorge. Le module est caractérisé par le fait que la languette et la gorge annulaire sont agencées l'une par rapport à l'autre de 10 manière à ce que, au montage elles sont en contact et centrées l'une par rapport à l' autre. Selon un premier mode de réalisation dans lequel le carter est solidaire de la bride et la languette est solidaire de la virole, les deux diamètres extérieurs de la gorge et de la languette sont égaux de façon à assurer le centrage de la 15 virole par rapport au carter, au montage, par contact entre la languette et la gorge. Avantageusement, les deux diamètres intérieurs de la gorge et de la languette sont configurés pour être égaux en fonctionnement de façon à assurer le centrage de la virole par rapport au carter en fonctionnement par contact 20 entre la languette et la gorge. En laissant le carter extérieur se dilater par rapport à la virole, on évite la création de contraintes de cisaillement. En outre, le centrage est assuré aussi bien au montage qu'en fonctionnement grâce à deux contacts différents. Plus particulièrement, la largeur de la gorge et la largeur de la languette 25 sont choisies telles que leur différence soit égale à l'augmentation de rayon résultant de la dilatation du carter avec sa bride et de la virole entre le montage et le fonctionnement, de telle façon que la virole soit centrée sur le carter en fonctionnement par contact entre la languette et la gorge. 3044411 4 De préférence, la virole est fixée au carter par le moyen de vis traversant la bride par des orifices dans la bride, et le diamètre desdits orifices est suffisant pour permettre la dilatation du carter sans contrainte de cisaillement sur les vis. Selon un autre mode de réalisation, le carter est solidaire de la languette 5 et la bride est solidaire de la virole, les deux diamètres intérieurs de la gorge et de la languette étant égaux de façon à assurer le centrage de la virole par rapport au carter, au montage, par contact entre la languette et la gorge. Conformément à une autre caractéristique, les deux diamètres extérieurs de la gorge et de la languette sont configurés pour être égaux en 10 fonctionnement de façon à assurer le centrage de la virole par rapport au carter en fonctionnement par contact entre la languette et la gorge. Plus particulièrement, la largeur de la gorge et la largeur de la languette sont choisies telles que leur différence soit égale à l'augmentation de rayon résultant de la dilatation du carter et de la virole entre le montage et le 15 fonctionnement du banc, de telle façon que la virole soit centrée sur le carter en fonctionnement du banc par contact entre la languette et la gorge. La virole est fixée au carter par le moyen de vis traversant des orifices de la bride, le diamètre desdits orifices étant suffisant pour permettre la dilatation du carter sans contrainte de cisaillement sur les vis. 20 Ainsi par rapport aux liaisons carter refroidi/non refroidi de l'art antérieur, l'invention apporte : - Un encombrement plus réduit car il n'y a pas besoin de vis de grand diamètre, - Un gain en masse en raison de la diminution de l'épaisseur des carters et 25 du diamètre des vis, - Une garantie de centrage au montage et en fonctionnement, - Une relaxation des contraintes dans les vis et dans le centrage. 3044411 Présentation des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture 5 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 représente en demi coupe axiale une chambre de combustion montée sur un banc d'essai ; - La figure 2 est une vue à plus grande échelle du détail 12 de la figure 1 et montre la liaison de l'art antérieur entre le carter extérieur de la chambre de combustion de la figure 1 et la virole montée à l'aval de celui-ci ; - La figure 3 montre la liaison conforme à l'invention entre le carter de la chambre de combustion montée sur le banc d'essai et la virole fixée à l'aval du carter extérieur ; - La figure 4 montre la liaison conforme à l'invention entre le carter de la chambre de combustion montée sur le banc d'essai et la virole fixée à l'aval du carter extérieur avec d'autres références ; - La figure 5 montre la liaison en fonctionnement, le centrage étant réalisé par contact de la languette avec le bord inférieur de la gorge. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention. La figure 3 représente la liaison entre le carter et la virole modifiée par rapport à celle de la figure 2, conformément à l'invention. Cette liaison est représenté au montage c'est-à-dire à température ambiante avant tout essai. La 3044411 6 bride radiale porte maintenant la référence 131, le carter extérieur de la chambre de combustion du banc d'essai, la référence 13 et la virole la référence 15. Une gorge 132 a été usinée dans la bride 131 sur la face située du côté de 5 la virole. La virole 15 comprend une languette annulaire 151 qui est engagée dans la gorge 132. Le diamètre extérieur de la languette 151 est égal à celui du diamètre extérieur de la gorge 132. Par ce contact sur toute la périphérie de la virole 15, la languette 151 assure, à froid, le centrage de la virole par rapport au carter extérieur 13. 10 Les deux pièces 13 et 15 sont maintenues assemblées par le moyen de vis 17 qui traversent la bride 131 par des orifices 134 et sont vissées sur la face amont de la virole dans des trous 154 convenablement taraudés. Une cale 18 en matériau approprié forme une interface entre le carter et la virole. L'étanchéité peut être réalisée par des joints C métalliques de part et d'autre de la cale 18. 15 En cours d'essai de la chambre de combustion montée sur le banc, la température du carter extérieur 13 s'élève fortement alors que l'on est amené à maintenir par refroidissement la température de la virole 15; il s'ensuit une dilatation différentielle entre ces deux pièces comme expliqué plus haut. Pour ne pas contrarier la dilatation du carter tout en conservant le 20 centrage de la virole ; le centrage à chaud est calculé par rapport aux différences de dilatations entre les deux pièces. La largeur de la gorge 132 a été déterminée de telle manière que, pendant les essais à la température de fonctionnement de la chambre de combustion, son flan intérieur vienne au contact de la face intérieure de la languette 151 sans qu'il se produise un 25 serrage entre les pièces. Il s'ensuit que le centrage de la virole par rapport au carter est assuré à chaud sans que les pièces soient sollicitées en cisaillement. Pour être sûr que l'on a bien un déplacement radial relatif entre le carter extérieur 13 et la virole 15, on vérifie par calcul que les têtes de vis glissent sur 3044411 7 la bride du carter. Pour ne pas cisailler les vis, on prévoit par ailleurs un jeu J dans les trous 134 de passages des vis (figure 4). Ce jeu doit être suffisant pour éviter tout contact. Lorsque l'espace disponible est restreint, il est possible de décaler les trous 134 de passage de vis dans le carter extérieur par rapport à 5 l'axe des taraudages. En résumé, ce système permet un centrage de la virole 15 par rapport au carter extérieur 13 de chambre sur deux points de fonctionnement distinct : au montage à froid (figure 4) et en fonctionnement à chaud (figure 5) ; le tout dans un environnement très restreint. Il permet également un gain en masse 10 significatif en raison d'une diminution de l'épaisseur des brides, et de la réduction du diamètre des vis. D'autre part, en raison du glissement autorisé entre les pièces, les contraintes sont réduites. On a décrit l'invention selon un mode de réalisation, l'autre mode de 15 réalisation s'en déduit de manière évidente. REVENDICATIONS1 Module de turbomachine ou de banc d'essai de chambre de combustion (10), comprenant un carter extérieur (13) annulaire, à l'intérieur duquel est logée une chambre de combustion, et une virole (15) en aval du carter, la virole étant fixée audit carter par une liaison comprenant une bride radiale solidaire du carter ou de la virole, une gorge annulaire étant ménagée dans la bride radiale et une languette axiale solidaire de la virole ou du carter, la languette étant logée dans la gorge, caractérisé par le fait que la languette et la gorge annulaire sont agencées l'une par rapport à l'autre de manière à ce que, au montage elles sont en contact et centrées l'une par rapport à l'autre. 2 Module de turbomachine ou de banc d'essai de chambre de combustion (10) selon la revendication 1 dans lequel le carter est solidaire de la bride et la languette est solidaire de la virole, les deux diamètres extérieurs de la gorge (132) et de la languette (51) étant égaux de façon à assurer le centrage de la virole par rapport au carter (13), au montage par contact entre la languette et la gorge. 3 Module de turbomachine ou de banc d'essai de chambre de combustion (10) selon la revendication 2 dont les deux diamètres intérieurs de la gorge (132) et de la languette (51) sont configurés pour être égaux en fonctionnement, de façon à assurer le centrage de la virole par rapport au carter (13) en fonctionnement par contact entre la languette et la gorge. 4 Module de turbomachine ou de banc d'essai de chambre de combustion (10) selon la revendication 3, dont la largeur (e ) de la gorge et la largeur (1) de la languette sont choisies telles que leur différence (e-1) soit égale à 3044411 9 l'augmentation de rayon résultant de la dilatation du carter avec sa bride et de la virole entre le montage le fonctionnement du banc, de telle façon que la virole soit centrée sur le carter en fonctionnement du banc par contact entre la languette (151) et la gorge (132). 5 5 Module de turbomachine ou de banc d'essai de chambre de combustion (10) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la virole est fixée au carter par le moyen de vis (17) traversant des orifices (134) de la bride , le diamètre desdits orifices (134) étant suffisant pour permettre la dilatation du 10 carter sans contrainte de cisaillement sur les vis. 6 Module de turbomachine ou de banc d'essai de chambre de combustion (10) selon la revendication 1 dans lequel le carter est solidaire de la languette et la bride est solidaire de la virole, les deux diamètres intérieurs de la gorge 15 et de la languette étant égaux de façon à assurer le centrage de la virole par rapport au carter, au montage, par contact entre la languette et la gorge. 7 Module de turbomachine ou de banc d'essai de chambre de combustion (10) selon la revendication 6 dont les deux diamètres extérieurs de la gorge 20 et de la languette sont configurés pour être égaux en fonctionnement, de façon à assurer le centrage de la virole par rapport au carter en fonctionnement par contact entre la languette et la gorge. 8 Module de turbomachine ou de banc d'essai de chambre de combustion 25 (10) selon la revendication 7, dont la largeur (e ) de la gorge et la largeur (1) de la languette sont choisies telles que leur différence (e-1) soit égale à l'augmentation de rayon résultant de la dilatation du carter et de la virole entre le montage et le fonctionnement du banc, de telle façon que la virole 3044411 10 soit centrée sur le carter en fonctionnement du banc par contact entre la languette et la gorge. 9 Module de turbomachine ou de banc d'essai de chambre de combustion 5 (10) selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel la virole est fixée au carter par le moyen de vis traversant des orifices de la bride, le diamètre desdits orifices étant suffisant pour permettre la dilatation du carter sans contrainte de cisaillement sur les vis. 10