Brevet FR3059047A1 — publié le 20180525

Injecteur de chambre de combustion pour une turbomachine et son procédé de fabrication DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un injecteur de chambre de combustion pour une turbomachine, en particulier d'aéronef, et son procédé de fabrication. ETAT DE L'ART L'état de l'art comprend notamment les documents FR-A1-2 971 039 et FR-A1-3 013 805. Un mélange d'air comprimé et de carburant approprié est en général injecté dans une chambre de combustion de turbomachine à l'aide d'une pluralité d'injecteurs. Les injecteurs sont montés dans la paroi d'un tube à flamme agencé, de préférence, en fond de chambre. Ceci permet de répartir de manière homogène les mélanges provenant des différents injecteurs. Dans chaque injecteur, un gicleur introduit du carburant à l'extrémité d'un conduit. L'air provient du dernier étage d'un compresseur de la turbomachine et est introduit dans l'injecteur de manière annulaire. L'air et le carburant sont en général introduits dans des tourbillonneurs à canaux orientés en contra-rotation ou des vrilles, puis les particules de carburant sont pulvérisées dans l'air via un mélangeur (dans certains cas mais non exclusifs). Le mélange, enflammé à l'aide d'une bougie située à une distance déterminée, est brûlé dans la chambre. Les gaz générés possèdent alors une haute énergie cinétique, qui est exploitée pour générer de la propulsion ou de l'énergie mécanique. Dans la technique actuelle, les injecteurs de carburant sont complexes et coûteux à réaliser. Ceci est notamment dû au fait qu'ils sont composés d'un assemblage de plusieurs pièces (corps d'injecteur, gicleur, joint d'étanchéité, bouchon vissé, filet rapporté, etc.). Le gicleur par exemple est une pièce rapportée dans le corps de l'injecteur, qu'il convient 3059047 2 de maintenir en place par serrage au moyen du bouchon vissé. Un serrage optimal est difficile à maîtriser, ce qui entraîne des coûts de production important. L'invention propose un perfectionnement à cette technologie, qui est 5 simple, efficace et économique. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose à cet effet un injecteur de chambre de combustion pour une turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant un corps comprenant au moins un circuit d'injection de carburant qui comporte 10 un conduit interne dont une extrémité aval débouche à une première extrémité du corps et est reliée à au moins un orifice d'éjection de carburant, et une extrémité amont débouche à une seconde extrémité du corps et est reliée à un gicleur, ledit gicleur définissant une restriction calibrante de section de passage dans ledit conduit, caractérisé en ce que 15 ledit gicleur est formé d'une seule pièce avec ledit corps. L'invention permet de simplifier l'injecteur au moyen d'un gicleur intégré au corps de l'injecteur. L'invention permet ainsi de simplifier la conception, le coût de fabrication et la robustesse fonctionnelle de l'injecteur. 20 Dans un mode de réalisation de l'invention, ledit gicleur est formé par un élément en saillie à l'intérieur dudit conduit. La présente invention concerne également une turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant au moins un injecteur tel que décrit ci-dessus. 25 La présente invention concerne encore un procédé de fabrication d'un injecteur tel que décrit ci-dessus, dans lequel il comprend une étape de réalisation d'une seule pièce dudit corps avec ledit gicleur. Avantageusement, le corps est réalisé d'une seule pièce par fusion laser sur lits de poudre, par fonderie ou procédé MIM (Meta) Injection 30 Moulding). 3059047 3 Le gicleur comprend un orifice calibré de passage de carburant, qui peut être obtenu directement lors de la réalisation dudit corps. En variante, l'orifice calibré de passage de carburant est obtenu par usinage, de préférence EDM, après la réalisation dudit corps. 5 DESCRIPTION DES FIGURES 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 et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 10 - les figures 1 a et 1 b sont des vues respectivement éclatée et en coupe d'un injecteur de carburant selon la technique antérieure, - les figures 2 et 3 sont des vues schématiques en coupe d'injecteurs de carburant selon l'invention, - la figure 4 est une vue très schématique d'une machine de réalisation d'un 15 injecteur selon l'invention, par fabrication additive. DESCRIPTION DETAILLEE En référence à la vue éclatée et à la vue en coupe des figures respectives 1 a et 1 b, un injecteur 1 de la technique antérieure, tel que décrit dans la demande FR-A1-2 971 039, comporte une bride de fixation 20 10 sur un carter 2 de chambre de combustion annulaire 3, un corps 11 d'axe longitudinal X'X de référence de l'injecteur, et un tourbillonneur circulaire 4 de paroi centrale 14 et d'axe de symétrie Y'Y incliné par rapport à l'axe X'X. Cette paroi centrale 14 permet de projeter, à travers l'ouverture 15 d'un fourreau 5, un mélange air/carburant dans un tube à flamme 6 qui 25 prend appui sur le fourreau 5. Le tourbillonneur 4 est dimensionné de sorte que les ailettes 40 de ce tourbillonneur, régulièrement réparties en périphérie de la paroi centrale 14, prennent appui de manière auto-ajustée et autocentrée sur le bord de l'ouverture 15. L'injecteur 1 comprend ici un double circuit d'injection de carburant 30 qui se compose d'un circuit de carburant de démarrage C1, apte à déclencher l'allumage de la chambre 3 et à fonctionner dans tous les 3059047 4 régimes de vol, et d'un circuit de carburant principal C2, apte à fonctionner dans tous les régimes de vol suite au démarrage. Les circuits Cl et C2 sont couplés à des tubulures d'alimentation en carburant (non représentés). Ces circuits sont constitués d'alésages 5 d'accès 2a, 2b formés dans la bride de fixation 10, en liaison avec des conduits longitudinaux parallèles, respectivement 12a et 12b, s'étendant dans le corps 11 en appui sur des douilles d'étanchéité 13a et 13b logées dans ce tube. Ces conduits s'étendent dans le corps 11 parallèlement à l'axe longitudinal X'X et débouchent dans la chambre de combustion 3 par 10 la paroi centrale 14. Concernant le circuit de démarrage C1, le conduit 12a débouche en une extrémité 12e - sensiblement au centre d'une portion hémisphérique 11 s en prolongement du corps 11. De plus, à cette extrémité, le conduit 12a loge - dans un évidement cylindrique 21 d'axe 15 incliné confondu avec l'axe Y'Y du tourbillonneur 4 - une rampe hélicoïdale de carburant 7. L'évidement 21 présente une extrémité conique 21c couplée, à travers la paroi centrale 14 du tourbillonneur 4, à un canal central 41 d'axe confondu avec l'axe Y 'Y du tourbillonneur 4 ou de l'évidement 21. Ce canal central 41 débouche dans la chambre de 20 combustion 3 pour former un orifice d'éjection de carburant. Concernant le circuit principal C2, un gicleur 8 est monté dans l'alésage d'accès 2b de la bride 10. Ce gicleur permet de calibrer le débit de carburant qui varie suivant les phases de vol. Après un coude 12c, le conduit longitudinal 12b est orienté dans une portion finale 12f 25 parallèlement à l'axe Y'Y et débouche dans un canal annulaire 16 réalisé dans la portion hémisphérique 11 s. Ce canal annulaire 16 présente deux extrémités 16e. En d'autres termes, ce canal n'est pas bouclé sur lui-même. Ainsi, aucune zone « morte » où le carburant pourrait stagner ne se forme. 30 Le canal annulaire 16 est brasé sur la paroi centrale à l'aide d'une brasure 20 qui laisse apparaître la forme non bouclée du canal annulaire 3059047 5 16. Ce canal annulaire 16 communique avec des canaux gicleurs 42 agencés radialement et répartis de manière équidistante autour du canal central 41. Les canaux radiaux 42 présentent une orientation selon des axes 5 K'K symétriquement inclinés par rapport à l'axe Y'Y du canal central 41 (figure 1 b), et en contra-rotation par rapport à l'inclinaison des ailettes 40 du tourbillonneur 4. Le flux d'air en entrée FE - provenant du dernier étage de compression - traverse des ouvertures 170 formées dans un couvercle 10 évasé 17 prolongeant le corps 11, et est ensuite guidé dans un circuit d'air C3 circulant dans un espace inter-sphérique « E ». Cet espace « E » est formé entre deux portions de sphères concentriques formées par la portion 11 s et partiellement par le fourreau 5 dans une partie sphérique 5s enveloppant la portion 11 s du corps d'injecteur. Le fourreau présente une 15 partie cylindrique à section circulaire 5c, qui permet d'assurer un appui au tube à flamme 6 et au couvercle évasé 17 du tube 11. Le circuit de démarrage central Cl est thermiquement protégé de la cokéfaction par la circulation du carburant dans le canal annulaire 16 du circuit principal C2, ce circuit principal étant lui-même thermiquement 20 protégé par le flux d'air périphérique F circulant dans l'espace inter- sphérique « E » du circuit d'air C3. En sortie d'injecteur 1, le flux d'air FS forme, en passant entre les ailettes 40, un cône d'air Ca enveloppant le cône de sortie de carburant Cs du circuit principal C2. 25 Comme on peut l'apprécier sur les figures 1 a et 1 b, l'injecteur 1 comporte un grand nombre de pièces, ce qui le rend coûteux et aussi complexe à réaliser. Les figures 2 et 3 montrent des exemples de réalisation de l'invention, dans lequel le corps 11' de l'injecteur 1' comprend au moins un 30 circuit Cl d'injection de carburant qui comporte un conduit interne 12a' dont une extrémité aval 12aa' débouche à une première extrémité du corps et 3059047 6 est reliée à au moins un orifice 50' d'éjection de carburant, et une extrémité amont 12ab' débouche à une seconde extrémité du corps et est reliée à un gicleur 8'. Les termes amont et aval font référence au sens d'écoulement du carburant dans le conduit 12a'. De façon classique, le gicleur 8' définit 5 une restriction calibrante de section de passage dans le conduit 12a'. Selon l'invention, le gicleur 8' est formé d'une seule pièce avec le corps 11'. Dans l'exemple représenté, le conduit 12a' a une portion rectiligne sensiblement cylindrique et le gicleur 8' est formé par un élément en saillie à l'intérieur du conduit et à proximité de l'extrémité 12ab'. 10 Dans l'exemple représenté, le corps 11' est également formé d'une seule pièce avec une bride annulaire externe de fixation 10'. On comprend ainsi que le gicleur 8' est intégré au corps 11' de l'injecteur 1'. La fabrication de l'injecteur comprend donc une étape de réalisation d'une seule pièce du corps 11' avec le gicleur 8'. 15 Avantageusement, le corps est réalisé d'une seule pièce par fusion laser sur lits de poudre, par fonderie ou procédé MIM (moulage par injection de métal). La figure 4 montre une machine de fabrication d'un injecteur par fabrication additive et en particulier par fusion sélective de couches de 20 poudre par faisceau de haute énergie. La machine comprend un bac d'alimentation 170 contenant de la poudre métallique, un rouleau 130 pour transvaser cette poudre depuis ce bac 170 et étaler une première couche 110 de cette poudre sur un support de construction 180 (il peut s'agir d'un support massif, d'une partie d'une 25 autre pièce ou d'une grille support utilisée pour faciliter la construction de certaines pièces). La machine comprend également un bac de recyclage 140 pour récupérer une infime partie de la poudre usagée (en particulier non fondue ou non frittée) et la majeure partie de la poudre en excès, après étalement 30 de la couche de poudre sur le support de construction 180. Ainsi, la majeure partie de la poudre du bac de recyclage est composée de poudre 3059047 7 neuve. Aussi, ce bac de recyclage 140 est communément appelé par la profession bac de trop plein ou cendrier. Cette machine comprend également un générateur 190 de faisceau laser 195, et un système de pilotage 150 apte à diriger ce faisceau 195 sur 5 n'importe quelle région du support de construction 180 de façon à balayer n'importe quelle région d'une couche de poudre. La mise en forme du faisceau laser et la variation de son diamètre sur le plan focal se font respectivement au moyen d'un dilatateur de faisceau 152 et d'un système de focalisation 154, l'ensemble constituant le système optique. 10 Cette machine peut appliquer le procédé assimilable à un procédé de dépôt direct de métal ou DMD (acronyme de l'anglais Direct Metal Deposition) sur une poudre et peut utiliser n'importe quel faisceau de haute énergie en place du faisceau laser 195, tant que ce faisceau est suffisamment énergétique pour dans le premier cas fondre ou dans l'autre 15 cas former des cols ou ponts entre les particules de poudre et une partie du matériau sur lequel les particules reposent. Le rouleau 130 peut être remplacé par un autre système de dépose approprié, tel qu'un dévidoir (ou trémie) associé à une lame de raclage, à un couteau ou à une brosse, apte à transvaser et étaler la poudre en 20 couche. Le système de pilotage 150 comprend par exemple au moins un miroir 155 orientable sur lequel le faisceau laser 195 se réfléchit avant d'atteindre une couche de poudre dont chaque point de la surface se trouve située toujours à la même hauteur par rapport à la lentille de focalisation, 25 contenue dans le système de focalisation 154, la position angulaire de ce miroir 155 étant pilotée par une tête galvanométrique pour que le faisceau laser balaye au moins une région de la première couche de poudre, et suive ainsi un profil de pièce pré-établi. La machine fonctionne de la façon suivante. On dépose à l'aide du 30 rouleau 130 une première couche 110 de poudre d'un matériau sur le support de construction 180, cette poudre étant transvasée depuis un bac 3059047 8 d'alimentation 170 lors d'un mouvement aller du rouleau 130 puis elle est raclée, et éventuellement légèrement compactée, lors d'un (ou de plusieurs) mouvement(s) de retour du rouleau 130. L'excédent de poudre est récupéré dans le bac de recyclage 140. On porte une région de cette 5 première couche 110 de poudre, par balayage avec le faisceau laser 195, à une température supérieure à la température de fusion de cette poudre (température de liquidus). La tête galvanométrique est commandée selon les informations contenues dans la base de données de l'outil informatique utilisé pour la conception et la fabrication assistées par ordinateur de la 10 pièce à fabriquer. Ainsi, les particules de poudre 160 de cette région de la première couche 110 sont fondues et forment un premier cordon 115 d'un seul tenant, solidaire avec le support de construction 180. On abaisse le support 180 d'une hauteur correspondant à l'épaisseur déjà définie de la première couche (entre 20 et 100 um et en général de 30 à 50 um). 15 L'épaisseur de la couche de poudre à fusionner ou à consolider reste une valeur variable d'une couche à l'autre car elle est fort dépendante de la porosité du lit de poudre et de sa planéité alors que le déplacement pré-programmé du support 180 est une valeur invariable au jeu près. On dépose ensuite une deuxième couche 120 de poudre sur la première 20 couche 110 et sur ce premier cordon 115, puis on chauffe par exposition au faisceau laser 195 une région de la deuxième couche 20 qui est située partiellement ou complètement au-dessus de ce premier cordon 115, de telle sorte que les particules de poudre de cette région de la deuxième couche 120 sont fondues, avec au moins une partie du premier élément 15, 25 et forment un deuxième cordon d'un seul tenant ou consolidé 125, l'ensemble de ces deux cordons 115 et 125 formant un bloc d'un seul tenant. A cet effet, le deuxième cordon 125 est avantageusement déjà entièrement lié dès qu'une partie de ce deuxième cordon 125 se lie au premier élément 115. On poursuit ensuite ce processus de construction de 30 la pièce couche par couche en ajoutant des couches supplémentaires de poudre sur l'ensemble déjà formé. Le balayage avec le faisceau 195 3059047 9 permet de construire chaque couche en lui donnant une forme en accord avec la géométrie de la pièce à réaliser. Les couches inférieures de la pièce se refroidissent plus ou moins vite au fur et à mesure que les couches supérieures de la pièce se construisent. 5 Afin de diminuer la contamination de la pièce, par exemple en oxygène dissous, en oxyde(s) ou en un autre polluant lors de sa fabrication couche par couche telle que décrite ci-dessus, cette fabrication doit être effectuée dans une enceinte à degré d'hygrométrie contrôlée et adaptée au couple procédé/matériau, remplie d'un gaz neutre (non réactif) vis-à-vis du 10 matériau considéré tel que l'azote (N2), l'argon (Ar) ou l'hélium (He) avec ou non addition d'une faible quantité d'hydrogène (H2) connu pour son pouvoir réducteur. Un mélange d'au moins deux de ces gaz peut être aussi considéré. Pour empêcher la contamination, notamment par l'oxygène du milieu environnant, il est d'usage de mettre cette enceinte en surpression. 15 Ainsi selon l'état de l'art actuel, la fusion sélective ou le frittage sélectif par laser permet de construire avec une bonne précision dimensionnelle des pièces faiblement polluées dont la géométrie en trois dimensions peut être complexe. La fusion sélective ou le frittage sélectif par laser utilise en outre de 20 préférence des poudres de morphologie sphérique, propres (c'est-à-dire non contaminées par des éléments résiduels provenant de la synthèse), très fines (la dimension de chaque particule est comprise entre 1 et 100 i.tm et de préférence entre 45 et 90 i.tm), ce qui permet d'obtenir un excellent état de surface de la pièce finie. La poudre est de préférence en alliage 25 métallique, par exemple à base nickel. La fusion sélective ou le frittage sélectif par laser permet par ailleurs une diminution des délais de fabrication, des coûts et des frais fixes, par rapport à une pièce moulée, injectée ou usinée dans la masse. Le gicleur 8' peut être réalisé, lors de la fabrication additive, 30 directement avec un orifice 8a' calibré de passage de carburant (figures 2 3059047 10 et 3). En variante, cet orifice calibré est obtenu par usinage, de préférence EDM, après la réalisation dudit corps. 5 REVENDICATIONS1. Injecteur (1') de chambre de combustion pour une turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant un corps (11') comprenant au moins un circuit (C1') d'injection de carburant qui comporte un conduit interne (12a') dont une extrémité aval débouche (12aa') à une première extrémité du corps et est reliée à au moins un orifice (50') d'éjection de carburant, et une extrémité amont (12ab') débouche à une seconde extrémité du corps et est reliée à un gicleur (8'), ledit gicleur définissant une restriction calibrante de section de passage dans ledit conduit, caractérisé en ce que ledit gicleur est formé d'une seule pièce avec ledit corps. 2. Injecteur (1') selon la revendication précédente, dans lequel ledit gicleur est formé par un élément en saillie à l'intérieur dudit conduit (12a'). 3. Turbomachine, en particulier d'aéronef, comportant au moins un injecteur (1') selon l'une des revendications précédentes. 4. Procédé de fabrication d'un injecteur (1') selon la revendication 1 ou 2, dans lequel il comprend les étapes de : - réalisation dudit corps (11') et dudit gicleur (8') d'une seule pièce. 5. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le corps (11') est réalisé d'une seule pièce par fusion laser sur lits de poudre, par fonderie ou procédé MIM. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le gicleur (8') comprend un orifice (8a') calibré de passage de carburant, qui est obtenu directement lors de la réalisation dudit corps. 7. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le gicleur (8') comprend un orifice (8a') calibré de passage de carburant, qui est obtenu par usinage, de préférence EDM, après la réalisation dudit corps.30