Brevet FR3069908A1 — publié le 20190208

CHAMBRE ANNULAIRE DE COMBUSTION La présente invention concerne une chambre annulaire de combustion pour turbomachine. La figure 1 représente, en demi-coupe, une chambre annulaire de combustion 1 de turbomachine selon l'art antérieur. Cette chambre de combustion 1 comprend une paroi annulaire radialement externe 2 et une paroi annulaire radialement interne 3 coaxiale à la paroi annulaire radialement externe 2. En amont AM, les parois radialement interne et externe 2, 3 sont reliées l'une à l'autre par une paroi annulaire de fond 4 de chambre. En aval AV, les parois radialement interne et externe 2, 3 sont reliées, via des brides de fixation 5, 6, à des carters interne et externe non représentés sur la figure 1. En fonctionnement, une telle chambre de combustion 1 est soumise à de fortes contraintes thermomécaniques. Les forts gradients thermiques dans la chambre de combustion 1 entraînent une déformation des parois annulaires radialement interne et externe 2, 3 et des brides 5, 6, notamment leur dilatation axiale et radiale. Ces déformations génèrent des fissures (également dénommées criques) qui, en se propageant, peuvent rendre les parois radialement externe et interne 2, 3 et les brides 5, 6 inutilisables. Il est alors nécessaire de remplacer les parois 2, 3 et/ou les brides 5, 6 ce qui implique une immobilisation longue et coûteuse de la turbomachine. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, 25 efficace et économique à ce problème. A cet effet, l'invention propose, en premier lieu, une chambre annulaire de combustion pour turbomachine, comportant deux parois annulaires coaxiales radialement interne et externe reliées en amont par une paroi annulaire de fond de chambre, et reliées en aval via des brides de 30 fixation à des carters interne et externe, caractérisée en ce que les parois 2 annulaires radialement interne et externe sont formées d'une pluralité de secteurs et en ce que : - les secteurs sont agencés circonférentiellement bout à bout par emboîtement avec un jeu circonférentiel et radial de chaque bord 5 longitudinal d'un secteur avec un bord longitudinal d'un secteur adjacent ; et/ou - des bords aval des parois annulaires interne et externe coopèrent par emboîtement avec un jeu axial et radial avec des extrémités des brides. 10 L'emboîtement avec un jeu des secteurs entre eux et/ou avec les brides autorise notamment le glissement des secteurs les uns par rapport aux autres et/ou par rapport aux brides de sorte à éviter de créer des contraintes sur les parois radialement interne et externe lors de leur dilatation due à la chaleur dans la chambre annulaire de combustion. 15 L'emboîtement entre deux secteurs adjacents peut être réalisé par la réception d'un bord longitudinal mâle d'un secteur dans un logement longitudinal débouchant circonférentiellement formé dans un bord longitudinal femelle d'un secteur adjacent. Ainsi, il existe un léger jeu radial et circonférentiel entre les secteurs, jeu qui peut être comblé par la dilatation 20 des secteurs. Selon une autre caractéristique, chaque secteur de l'une au moins de la paroi interne et de la paroi externe comporte un bord longitudinal mâle et un bord longitudinal femelle. Egalement, l'une au moins de la paroi interne et de la paroi 25 externe peut comporter une alternance de secteurs comprenant deux bords longitudinaux mâles et de secteurs comprenant deux bords longitudinaux femelle. Lesdits bords longitudinaux mâle et femelle formant l'emboîtement peuvent avantageusement être de forme complémentaire. 30 L'emboîtement est alors facilité et la complémentarité des formes peut créer 3 des chicanes qui permettent de réduire, voire de supprimer, la recirculation des gaz chauds provenant de la chambre annulaire de combustion. Selon une réalisation, le bord longitudinal mâle d'un secteur peut comprendre une surface périphérique tronconique coopérant avec une 5 surface tronconique complémentaire du logement du bord longitudinal femelle d'un secteur adjacent. Les bords aval des secteurs de parois interne et externe peuvent former des bords femelles comprenant chacun un logement circonférentiel débouchant axialement vers l'aval dans lequel est engagée une extrémité 10 amont mâle des brides interne et externe. L'extrémité amont mâle de la bride peut comprendre une surface tronconique coopérant avec une surface tronconique complémentaire du logement d'un bord aval femelle d'un secteur de paroi interne et externe. De manière à limiter encore plus, voire supprimer, la recirculation des gaz 15 chauds, les bords aval des secteurs des parois interne et externe peuvent être de forme complémentaire avec les extrémités amont des brides interne et externe. Les logements peuvent déboucher en s'évasant. L'évasement des logements permet de créer un effet de déflection qui limite encore la 20 recirculation des gaz chauds. Le jeu radial peut être compris entre 0,1 mm et 0,4 mm et le jeu axial et le jeu circonférentiel peuvent être compris entre 0,2 mm et 0,6 mm. Ces gammes de jeux sont assez grandes pour limiter la création de contraintes lors de la dilatation des secteurs, tout en étant assez étroites pour limiter la recirculation des gaz chauds. L'invention propose, en second lieu, une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant une chambre annulaire de combustion telle que précédemment décrite. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 4 description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en demi-coupe d'une chambre de combustion selon l'art antérieur ; 5 - la figure 2 une vue schématique en demi-coupe d'une turbomachine comprenant une chambre de combustion selon l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique montrant une paroi radiale d'une chambre de combustion selon l'invention, cette paroi radiale étant composée d'une pluralité de secteurs agencés circonférentiellement bout à 10 bout par emboîtement, cette vue comprenant un médaillon de détail à échelle agrandie ; - la figure 4 est une vue en section d'une première variante d'un bord longitudinal d'un secteur de paroi ; - la figure 5 est une vue en section d'une seconde variante d'un 15 bord longitudinal d'un secteur de paroi ; - la figure 6 est une vue de détail montrant l'emboîtement des secteurs de la figure 2 selon un premier mode de réalisation ; - la figure 7 est une vue de détail montrant l'emboîtement des secteurs de la figure 2 selon un second mode de réalisation ; 20 - la figure 8 est une vue de détail montrant la liaison entre un secteur d'une paroi radiale de chambre de combustion et une bride de fixation. On a représenté de manière schématique, sur la figure 2, une demi-coupe d'une turbomachine 7 comprenant une chambre annulaire de 25 combustion 8 selon l'invention. Cette chambre de combustion 8 comprend une paroi annulaire radialement interne 9 et une paroi annulaire radialement externe 10 coaxiale à la paroi annulaire radialement interne 9 selon un axe X longitudinal de la turbomachine 7. En amont AM, les parois radialement interne et externe 9, 10 sont reliées l'une à l'autre par une paroi annulaire de 30 fond 11 de chambre. En aval AV, les parois radialement interne et externe 9, 5 10 sont reliées, via des brides annulaires 12, 13 de fixation, à des carters interne et externe non représentés sur la figure 2. La figure 3 illustre, de manière schématique, une paroi annulaire radialement externe 10 de la chambre annulaire de combustion 8 selon 5 l'invention. La paroi annulaire radialement externe 10 comprend une pluralité de secteurs 14 agencés circonférentiellement bout à bout par emboîtement. Chaque secteur 14 comprend deux bords longitudinaux 15, 16 par lesquels les secteurs sont emboités les uns avec les autres. Les bords longitudinaux 10 15, 16 s'étendent longitudinalement et sont situés aux extrémités circonférentielles opposées d'un secteur 14. Chaque secteur 14 comprend, en outre un bord aval 17 (visible sur les figures 2 et 8) par lequel il est relié à une bride de fixation 12, 13. L'emboîtement de deux secteurs 14 est réalisé avec jeu, c'est à 15 dire que deux secteurs 14 emboités peuvent avoir un mouvement relatif l'un par rapport à l'autre. Lorsque vu de face, comme cela est illustré sur la figure 3, deux secteurs 14 sont emboités avec un jeu circonférentiel J1 et un jeu radial J2 de chacun des bords longitudinaux 15, 16 d'un secteur 14 avec un bord 20 longitudinal 15, 16 d'un secteur 14 adjacent. Ces jeux J1, J2 sont particulièrement visibles sur le médaillon de détail à échelle agrandie de la figure 3. Avantageusement, le jeu circonférentiel J1 est compris entre 0,2 mm et 0,6 mm, et le jeu radial J2 est compris entre 0,1 mm et 0,4 mm. 25 De préférence, le jeu circonférentiel J1 est de 04, mm et le jeu radial J2 est de 0,2 mm. Les figures 4 et 5 montrent deux variantes de bords longitudinaux 15, 16 des secteurs 14. La première variante, illustrée à la figure 4, est un bord longitudinal 30 15 femelle comprenant un logement 18 longitudinal circonférentiellement débouchant. Le logement 18 présente une forme générale en section qui va 6 en s'évasant depuis le fond 19 du logement vers son extrémité libre 20. Plus particulièrement, le logement comprend une première portion 18a sensiblement parallélépipédique comprenant le fond 19 du logement 18 et une seconde portion 18b sensiblement tronconique qui débouche en 5 s'évasant à l'opposé de la première portion 18a, à l'extrémité libre 20. La seconde portion 18b comprend une première partie 18c tronconique et une seconde partie 18d également tronconique qui prolonge la première portion 18c et s'évase plus que cette dernière dans une direction opposée au fond 19. 10 La seconde variante, illustrée à la figure 5, est un bord longitudinal 16 mâle qui présente une forme en section complémentaire à celle du logement 18. Autrement dit, le bord longitudinal 16 mâle présente une forme une forme générale en section qui va en s'affinant vers l'extrémité libre 21 dudit bord longitudinal 16 mâle. On comprend donc que l'épaisseur du bord 15 longitudinal 16 mâle diminue vers l'extrémité libre 21, selon une direction circonférentielle. Le bord longitudinal 16 mâle comprend, depuis l'extrémité libre 21 vers l'intérieur du secteur 14, une première portion 15a sensiblement parallélépipédique comprenant l'extrémité libre 21 et une seconde portion 15c comprenant une première partie 15c sensiblement tronconique et une 20 seconde partie 15d également tronconique de dimensions supérieures aux dimensions de la première partie 15c. Lorsque deux secteurs sont assemblés, la première portion 15a, la première partie 15c et la seconde partie 15d d'un bord longitudinal 15 femelle coopèrent avec la première portion 16a, la première partie 16c et la 25 seconde partie 16d d'un bord longitudinal 16 mâle respectivement. Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 6, la paroi annulaire radialement externe 10 comprend deux types de secteurs 14a, 14b différents. Chaque type de secteur 14, 14b comprend alors des bords longitudinaux 15, 16 identiques. Un premier type de secteur 14a comprend 30 des bords longitudinaux 15 femelle et un second type de secteur 14b comprend des bords longitudinaux 16 mâle. 7 La paroi annulaire radialement externe 10 comprend alors successivement une alternance de secteurs 14a du premier type et de secteurs 14b du second type. Autrement dit, un secteur 14b du second type est emboité, de part et d'autre, avec un secteur 14b du premier type. 5 Selon un second mode de réalisation illustré à la figure 7, la paroi radiale comprend des secteurs 14c tous identiques. Chaque secteur 14c est alors pourvu d'un bord longitudinal 15 femelle et d'un bord longitudinal 16 mâle. La paroi annulaire radialement externe 10 comprend alors une 10 succession de secteurs 14c dont le bord longitudinal 16 mâle est emboité dans le bord longitudinal 15 femelle d'un secteur 14c adjacent. Dans un mode de réalisation non illustré sur les figures, la paroi radiale peut comporter à la fois des secteurs dont les bords longitudinaux sont identiques et des secteurs dont les bords longitudinaux sont différents. 15 Indépendamment du mode de réalisation choisi, on retiendra que : - l'emboîtement entre deux secteurs 14 adjacents est réalisé par la réception d'un bord longitudinal 16 mâle d'un secteur 14 dans d'un bord longitudinal 15 femelle d'un secteur 14 adjacent, et 20 - deux bords longitudinaux 15, 16 formant l'emboîtement de deux secteurs 14 adjacents, sont de forme complémentaire. Ainsi, deux secteurs 14 adjacents peuvent admettre un mouvement de glissement circonférentiel et/ou un mouvement de glissement radial l'un par rapport à l'autre. Cela permet notamment que chaque secteur 25 14 puisse se dilater en fonction de la température dans la chambre annulaire de combustion 8 sans générer de contrainte mécanique dans le secteur 14 adjacent. La description de la paroi annulaire radialement externe 10 qui vient d'être faite s'applique également pour la paroi annulaire radialement 30 interne 10. Ainsi, la paroi annulaire radialement interne 10 peut comprendre soit une succession de secteurs 14, 14a, 14b selon le premier mode de 8 réalisation illustré à la figure 6, soit une succession de secteurs 14, 14c selon le second mode de réalisation illustré à la figure 7. La figure 8 montre, en coupe, la coopération par emboîtement avec un jeu radial J3 et un jeu axial J4 des secteurs 14 avec des extrémités 5 amont 22 des brides 12, 13. Plus particulièrement, la figure 8 illustre de manière schématique l'emboîtement avec un jeu radial J3 et un jeu axial J4 de l'extrémité amont 22 d'une bride 12, 13 (indépendamment qu'il s'agisse d'une bride 12 pour la liaison avec un carter externe ou d'une bride 13 pour la liaison avec un carter interne) avec le bord aval 17 d'un secteur 14 de la 10 paroi annulaire 9, 10 (indépendamment qu'il s'agisse de la paroi radialement interne 9 ou de la paroi radialement externe 10). Avantageusement, le jeu radial J3 est compris entre 0,1 mm et 0,4 mm et le jeu axial J4 est compris entre 0,2 mm et 0,6 mm. De préférence, le jeu radial J3 est de 0,2 mm et le jeu axial J4 est 15 de 0,4 mm. Le bord aval 17 du secteur 14 est de type femelle. A cet effet, il comprend un logement 23 circonférentiel axialement débouchant vers l'aval AV. Le logement 23 présente une forme générale en section qui va en s'évasant depuis le fond 24 du logement vers son extrémité libre 25. Plus 20 particulièrement, le logement comprend une première portion 23a sensiblement parallélépipédique comprenant le fond 24 du logement et une seconde portion 23b sensiblement tronconique qui débouche en s'évasant à l'opposé de la première portion 23a, et comprend l'extrémité libre 25. La seconde portion 23b comprend une première partie 23c tronconique et une 25 seconde partie 23d intercalée entre la première portion 23a et la seconde partie 23c, la seconde partie 23d prolongeant la première partie 23c et s'évasant plus que cette dernière dans une direction opposée au fond 24. Les extrémités amont 22 des brides interne et externe 12, 13 sont de forme complémentaire aux logements 23 des bords aval 17 des parois 30 annulaires radialement interne et externe 9, 10. Les extrémités amont 22 sont de type mâle. A cet effet, elles comprennent chacune, depuis l'extrémité 9 libre 22a vers l'intérieur de la bride 12, 13, une première portion 22b sensiblement parallélépipédique comprenant l'extrémité libre 22a et une seconde portion 22c comprenant une première partie 22d sensiblement tronconique et une seconde partie 22e également tronconique de 5 dimensions supérieures aux dimensions de la première partie 22d. Lorsqu'un secteur 14 et une bride 12, 13 sont emboités, la première portion 23a, la première partie 23b et la seconde partie 23c d'un bord aval 17 coopèrent avec la première portion 22a, la première partie 22d et la seconde partie 22e d'une extrémité amont mâle 22 d'une bride 12, 13 10 respectivement. Ainsi, les bords aval 17 des secteurs 14 des parois annulaires radialement interne et externe 9, 10 comprennent chacun un logement 23 circonférentiel axialement débouchant vers l'aval AV dans lequel est engagée une extrémité mont mâle 22 des brides interne et externe 12, 13 15 respectivement. L'emboîtement avec jeu radial J3 et jeu axial J4 du bord aval 17 des secteurs 14 avec l'extrémité amont 22 des brides 12, 13 est indépendant de l'emboîtement avec jeu circonférentiel J1 et jeu radial J2 des secteurs 14 entre eux. Ainsi, les secteurs 14 peuvent être emboités avec jeux entre eux 20 et/ou être emboités avec jeu avec les brides 12, 13. Selon un mode de réalisation non représenté sur les figures, l'extrémité des brides peut être aval. Cependant, cette réalisation particulière aura les mêmes caractéristiques que celles décrites pour les brides amont. Lorsque la turbomachine 7 est en fonctionnement, les 25 températures régnant dans la chambre annulaire de combustion 8 sont transmises aux parois radialement interne et externe 9, 10 de celle-ci, qui se dilatent. La présence des jeux circonférentiel J1, radial J2, J3, et axial J4 entre les secteurs 14 des parois radialement interne et externe 9, 10 d'une part, et entre les parois radialement interne et externe 9, 10 et les brides 12, 30 13 d'autre part, permettent d'atténuer l'effet indésirable de ces dilatations. En effet, les jeux J1, J2, J3, J4 sont consommés, c'est à dire qu'ils absorbent 10 les dilatations, ce qui limite la création de contraintes qui génèrent des fissures et assure le maintien des secteurs 14 entre eux et des secteurs avec les brides 12, 13. La durée de vie des parois radialement interne et externe 9, 10 est ainsi allongée. 5 De même, la composition, par aboutement avec jeu de secteurs 14, des parois radialement interne et externe 9, 10 autorise un glissement relatif des secteurs 14 entre eux ce qui limite encore la création de contraintes générant des fissures sur les secteurs 14. Les opérations de maintenance curative ou préventive peuvent 10 alors être plus espacées de sorte que l'immobilisation REVENDICATIONS1. Chambre annulaire de combustion (8) pour turbomachine (7), comportant deux parois annulaires coaxiales radialement interne et externe (9, 10) reliées en amont (AM) par une paroi annulaire de fond (11) de chambre, et reliées en aval (AV) via des brides (12, 13) de fixation à des carters interne et externe, caractérisée en ce que les parois annulaires radialement interne et externe (9, 10) sont formées d'une pluralité de secteurs (14) et en ce que : - les secteurs (14) sont agencés circonférentiellement bout à bout par emboîtement avec un jeu circonférentiel (J1) et radial (J2) de chaque bord longitudinal (15, 16) d'un secteur (14) avec un bord longitudinal (15, 16) d'un secteur (14) adjacent ; et/ou - des bords aval (17) des parois annulaires interne et externe (9, 10) coopèrent par emboîtement avec un jeu axial (J4) et radial (J3) avec des extrémités (22) des brides (12, 13). 2. Chambre annulaire de combustion (8) selon la revendication 1, dans laquelle l'emboîtement entre deux secteurs (14) adjacents est réalisé par la réception d'un bord longitudinal (15, 16) mâle d'un secteur (14) dans un logement (18) longitudinal débouchant circonférentiellement formé dans un bord longitudinal (15, 16) femelle d'un secteur (14) adjacent. 3. Chambre annulaire de combustion selon la revendication 2 dans laquelle chaque secteur (14) de l'une au moins de la paroi interne et de la paroi externe comporte un bord longitudinal mâle et un bord longitudinal 25 femelle. 4. Chambre annulaire de combustion selon la revendication 2 dans laquelle l'une au moins de la paroi interne et de la paroi externe comporte une alternance de secteurs (14) comprenant deux bords longitudinaux mâles et de secteurs (14) comprenant deux bords 30 longitudinaux femelle. 12 5. Chambre selon l'une des revendications 2 à 4, dans laquelle le bord longitudinal mâle d'un secteur (14) comprend une surface périphérique tronconique coopérant avec une surface tronconique complémentaire du logement du bord longitudinal femelle d'un secteur (14) adjacent. 5 6. Chambre annulaire de combustion (8) selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle les bords aval (17) des secteurs (14) de parois interne et externe (9, 10) forment des bords femelles comprenant chacun un logement (23) circonférentiel débouchant axialement vers l'aval (AV) dans lequel est engagée une extrémité amont mâle (22) des brides 10 interne et externe (12, 13). 7. Chambre selon la revendication 6, dans laquelle l'extrémité amont mâle de la bride comprend une surface périphérique tronconique coopérant avec une surface tronconique complémentaire du logement d'un bord aval femelle d'un secteur de parois interne et externe. 15 8. Chambre annulaire de combustion (8) selon l'une des revendications 2 à 7, dans laquelle les logements (18, 23) débouchent en s'évasant. 9. Chambre annulaire de combustion (8) selon les revendications 1 à 8 dans laquelle le jeu radial (J2, J3) est compris entre 0,1 mm et 0,4 mm, 20 le jeu axial (J4) et le jeu circonférentiel (J1) étant compris entre 0,2 mm et 0,6 mm. 10. Turbomachine (7), telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant une chambre annulaire de combustion (8) selon l'une des revendications 1 à 9.25