Brevet FR3067444A1 — publié le 20181214

ARCHITECTURE DE COMBUSTION DE CARBURANT DE TURBOMACHINE COMPORTANT DES MOYENS DE DEFLEXION DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ART ANTERIEUR La présente invention concerne une architecture de combustion de carburant de turbomachine, en particulier, un hélicoptère. Lors du fonctionnement d'une turbomachine, de l'eau peut pénétrer dans la turbomachine, notamment en cas de forte pluie. Cette eau peut perturber la combustion et conduire à l'extinction de la turbomachine, notamment en phase de décélération rapide de la turbomachine qui conduit à un abaissement important de la richesse du comburant dans la chambre de combustion. Un des objectifs de la présente demande de brevet est de proposer une architecture de combustion qui soit robuste en cas de pénétration d'eau dans la turbomachine, en particulier, lors d'un fonctionnement en régime de ralenti ou lors d'un redémarrage dans des conditions sévères. PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION A cet effet, l'invention concerne une architecture de combustion de carburant de turbomachine comprenant une chambre de combustion, au moins un système d'injection de carburant comportant une pluralité d'injecteurs débouchant dans ladite chambre de combustion afin d'injecter un flux de carburant mélangé avec un flux d'air de la turbomachine, le flux d'air circulant d'amont en aval selon un chemin de circulation. L'invention est remarquable en ce que l'architecture de combustion comporte des moyens de déflection, à proximité d'au moins un injecteur et positionnés en amont dudit injecteur sur le chemin de circulation du flux d'air dans ledit injecteur, formant une surface de déviation apte à bloquer des particules d'eau comprises dans ledit flux d'air. Grâce à l'invention, les particules d'eau de pluie ne peuvent plus pénétrer de manière directe dans un injecteur de carburant pour se mélanger avec le flux de carburant. Aussi, 2 même en cas de conditions de fonctionnement très défavorables, le risque d'extinction de la turbomachine est réduit de manière importante. Les moyens de déflection permettent, du fait de leur position, de protéger les injecteurs sans pour autant empêcher leur alimentation en air issu du compresseur de la turbomachine. Le flux d'air 5 doit contourner les moyens de déflection avant d'alimenter l'injecteur. Lors du contournement, les particules d'eau de pluie sont bloquées par les moyens de déflection, ce qui diminue la quantité de particules d'eau dans le flux d'air destiné à l'injecteur. 10 De manière préférée, l'injecteur est relié à ladite chambre de combustion par un organe de fixation formant les moyens de déflection. De manière avantageuse, l'organe de fixation remplit une fonction de fixation et une fonction de déflection, ce qui permet de limiter le risque d'extinction en modifiant uniquement les organes de fixation. Une telle solution peut ainsi être mise en oeuvre sur des turbomachines existantes. 15 Selon un aspect de l'invention, l'organe de fixation comporte une paroi de déflection s'étendant en amont dudit injecteur sur le chemin de circulation du flux d'air dans ledit injecteur. Seule une paroi doit être ajoutée à l'organe de fixation pour permettre une déflection, sa position et son orientation de montage demeurant inchangées. Selon un autre aspect de l'invention, l'organe de fixation est orienté d'amont en aval de manière à dévier le flux d'air du fait de son orientation. Seule l'orientation de l'organe de fixation doit être modifiée pour permettre une déflection, sa structure demeurant inchangée. De manière préférée, l'organe de fixation possédant un corps en U définissant une base et deux branches latérales, la base comporte une ouverture de passage dudit injecteur. Ainsi, l'injecteur est positionné précisément grâce à l'ouverture, la branche latérale du U située en amont formant les moyens de déflection. 20 25 30 De préférence, les moyens de déflection sont intégrés dans l'injecteur. Ainsi, seuls les injecteurs doivent être modifiés pour limiter le risque d'extinction. 3 Selon un aspect de l'invention, les moyens de déflection se présentent sous la forme d'un fourreau comportant un orifice d'entrée d'air orienté vers l'aval. Ainsi, le fourreau protège la circulation de carburant contre l'introduction de particules d'eau. 5 Selon un autre aspect de l'invention, les moyens de déflection se présentent sous la forme d'un capot incurvé adapté pour dévier le flux d'air selon une plage angulaire prédéterminée. Autrement dit, le capot est positionné selon l'angle d'incidence du flux d'air pour éviter toute introduction directe de particules d'eau selon l'écoulement aérodynamique. 10 De manière préférée, le système d'injection comporte une pluralité d'injecteurs associés respectivement à une pluralité de moyens de déflection. Selon un aspect préféré de l'invention, le système d'injection comportant une pluralité 15 d'injecteurs et au moins un injecteur privilégié dont l'alimentation en carburant est favorisée par rapport aux autres injecteurs, au moins l'injecteur privilégié est associé à des moyens de déflection. Ainsi, l'injecteur privilégié qui est plus spécifiquement protégé pour garantir le débit d'injection du mélange air-carburant en toute circonstance. De préférence encore, seuls le ou les injecteurs privilégiés sont associés à des moyens de 20 déflection afin de limiter les modifications de l'architecture de combustion. De préférence, l'architecture de combustion est à flux inversé ou à vrille. L'invention concerne également une turbomachine comportant des moyens de 25 génération d'au moins un flux d'air circulant d'amont en aval et une architecture de combustion telle que présentée précédemment. PRESENTATION DES FIGURES 30 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une chambre de combustion d'une turbomachine selon l'art antérieur comportant un organe de fixation remplissant une fonction de déflecteur, 4 - la figure 2 est une représentation schématique en coupe de la chambre de combustion de la figure 1, - la figure 3 est une représentation schématique en perspective d'un organe de fixation selon l'art antérieur, 5 - la figure 4 est une représentation schématique en perspective d'un organe de fixation remplissant une fonction de déflecteur, - la figure 5 est une représentation schématique d'une chambre de combustion d'une turbomachine avec un organe de fixation selon la figure 4, - la figure 6 est une représentation schématique d'une chambre de combustion 10 d'une turbomachine avec un injecteur de carburant, en position sortie, intégrant des moyens de déflection, - la figure 7 est une représentation schématique en coupe d'une chambre de combustion d'une turbomachine avec l'injecteur de la figure 6 en position montée, 15 - la figure 8 est une représentation schématique d'une chambre de combustion à vrille avec une pluralité d'injecteurs associés à des organes de déflection, - la figure 9 est une représentation schématique d'un injecteur de carburant pour chambre de combustion à vrille intégrant des moyens de déflection, et - la figure 10 est une représentation schématique en perspective d'une chambre 20 de combustion à vrille avec des injecteurs selon la figure 9. Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour mettre en oeuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. 25 DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION ET DE MISE EN OEUVRE L'invention concerne une architecture de combustion de carburant de turbomachine comprenant une chambre de combustion, de révolution autour d'un axe de la 30 turbomachine, au moins un système d'injection de carburant comportant une pluralité d'injecteurs débouchant dans ladite chambre de combustion afin d'injecter un flux de carburant mélangé avec un flux d'air de la turbomachine circulant d'amont en aval selon un chemin de circulation. Lors de fortes pluies, le flux d'air issu de la turbomachine est chargé en particules d'eau qui peuvent affecter la combustion et, plus 35 généralement, le fonctionnement de la turbomachine. 5 Aussi, selon l'invention, l'architecture comporte des moyens de déflection, à proximité d'au moins un injecteur et positionnés en amont dudit injecteur sur le chemin de circulation du flux d'air dans ledit injecteur, formant une surface de déviation apte à 5 bloquer des particules d'eau comprises dans ledit flux d'air. Ainsi, lorsque le flux d'air pénètre dans l'injecteur, celui-ci comporte moins de particules d'eau, ce qui améliore la combustion. L'invention va être présentée par la suite pour une intégration à plusieurs architectures 10 de combustion d'une turbomachine. En référence à la figure 1, il est représenté une chambre de combustion 1 du type à flux inversé s'étendant selon un axe X. A cet effet, le système d'injection comporte une pluralité d'injecteurs 2 s'étendant radialement selon un axe R et débouchant à l'intérieur 15 de la chambre de combustion 1 à travers des ouvertures ménagées radialement dans la chambre de combustion 1. Dans cet exemple, la chambre de combustion 1 comporte une virole radialement extérieure 11 et une virole radialement intérieure 12 et une paroi de fond 14. Les viroles 11, 12 sont des pièces de révolution autour de l'axe X qui est l'axe de rotation de la turbomachine. 20 De manière connue, chaque injecteur 2 est fixé extérieurement à la chambre de combustion 1 par un organe de fixation traditionnel 103 se présentant sous la forme d'une bande métallique coudée. Comme illustré à la figure 1, l'organe de fixation traditionnel 103 s'étend dans le plan transversal à l'axe X selon lequel s'étend la chambre 25 de combustion 1. Autrement dit, chaque organe de fixation traditionnel 103 s'étend orthogonalement à l'axe X de la chambre de combustion 1. Aussi, lors du fonctionnement de la turbomachine, un flux d'air A circule d'amont en aval dans la turbomachine et pénètre dans l'injecteur 2 maintenu par l'organe de fixation traditionnel 103 pour atteindre la chambre de combustion 1 comme illustré à la figure 1. Les 30 particules d'eau peuvent alors directement entrer en contact avec le flux de carburant circulant dans l'injecteur 2. Selon une première forme de réalisation de l'invention, en référence aux figures 1 et 2, l'orientation de l'organe de fixation traditionnel 103 est modifiée afin qu'il remplisse, en 35 tant que tel, une fonction de déflecteur. Comme illustré aux figures 1 et 2, l'organe de 6 fixation est orienté parallèlement à l'axe X de la chambre de combustion 1. Par la suite, un tel organe de fixation est désigné organe de fixation aligné 3. L'organe de fixation aligné 3 et l'organe de fixation traditionnel 3 possèdent la même structure, seule leur orientation est différente. 5 En référence à la figure 3, l'organe de fixation aligné 3 comporte un corps central en U définissant une base 31 et deux branches latérales 32, ainsi que deux pattes de liaison 33 reliées aux extrémités des branches latérales 32. Les pattes de liaison 33 sont destinées à être fixées à la chambre de combustion 1. La base 31 comporte une ouverture de 10 passage 30 destinée à guider l'injecteur 2. De manière avantageuse, la structure de l'organe de fixation 3 n'est pas modifiée, seule son orientation est modifiée de manière à protéger l'injecteur 2 d'un contact direct avec le flux d'air A circulant d'amont en aval. En référence à la figure 2, la branche latérale 15 32 de l'organe de fixation 3, située en amont de l'injecteur 2, forme un capot qui empêche le flux d'air A chargé de particules d'eau d'entrer directement dans l'injecteur 2. En pratique, le flux d'air A chargé de particules d'eau de pluie entre en contact avec l'organe de fixation 3, ce qui a pour conséquence de dévier les particules d'eau de part et d'autre de l'injecteur 2. Aussi, en référence à la figure 2, seul un flux d'air appauvri A', 20 c'est-à-dire pauvre en particules d'eau, pénètre dans l'injecteur 2, ce qui n'affecte pas la combustion. Selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, en référence aux figures 4 et 5, la structure de l'organe de fixation traditionnel 103 est modifiée afin de remplir une 25 fonction de déflection. A cet effet, il est proposé un organe de fixation amélioré 13 comportant un corps central en U, définissant une base 31 et deux branches latérales 32, ainsi que deux pattes de liaison 33 reliées aux extrémités des branches latérales 32. Les pattes de liaison 33 sont destinées à être fixées à la chambre de combustion 1. La base 31 comporte une ouverture de passage 30 destinée à guider l'injecteur 2. Par souci 30 de concision et de clarté, des références numériques identiques sont utilisées pour décrire les différentes formes de réalisation des organes de fixation. L'organe de fixation amélioré 13 comporte en outre une paroi de déflection 34 s'étendant entre les branches latérales 32, de manière à bloquer la circulation d'un flux 35 d'air A entre la virole extérieure 11 de la chambre de combustion 1 et la base 31 de 7 l'organe de fixation amélioré 13. Comme illustré à la figure 4, la paroi de déflection 34 possède dans cet exemple une forme de parallélogramme, mais il va de soi qu'elle pourrait être différente. En référence à la figure 5, le flux d'air A chargé de particules d'eau entre en contact avec la paroi de déflection 34, ce qui a pour conséquence de 5 dévier les particules d'eau de part et d'autre de l'injecteur 2. Aussi, en référence à la figure 5, seul un flux d'air appauvri A' pénètre dans l'injecteur 2 depuis l'aval, ce qui n'affecte pas la combustion. Ainsi, l'organe de fixation amélioré 13 peut être monté selon la même orientation qu'un organe de fixation traditionnel 103. 10 Selon une troisième forme de réalisation de l'invention, en référence aux figures 6 et 7, les moyens de déflection sont intégrés à l'injecteur 2 de manière à éviter l'introduction de particules d'eau. A cet effet, en référence à la figure 6, l'injecteur 2 comporte un fourreau extérieur 21, dans lequel peut circuler un flux de carburant, comportant un orifice d'admission 22, appelé également lumière, qui est orienté vers l'aval de manière 15 à éviter une introduction directe d'un flux d'air A chargé de particules de pluie. Dans cet exemple, le fourreau extérieur 21 est cylindrique et possède une section circulaire. En référence à la figure 7, en fonctionnement, un flux d'air A chargé de particules d'eau entre en contact avec la surface amont du fourreau extérieur 21 de l'injecteur 2, ce qui permet de dévier les particules d'eau. Aussi, seul un flux d'air appauvri A' pénètre dans 20 l'injecteur 2 via l'orifice d'admission aval 22, ce qui n'affecte pas la combustion comme illustré à la figure 7. L'invention a été présentée pour une architecture de combustion de type à flux inversé mais l'invention s'applique également à d'autres types d'architecture de combustion 25 de type direct ou de type à vrille, comme cela va être dorénavant présenté. Selon cette architecture, les injecteurs s'étendent axialement selon un axe parallèle à l'axe X de la turbomachine et sont fixés à la paroi de fond 14 de la chambre de combustion 1. Le flux d'air est vrillé et pénètre dans chaque injecteur 2 selon une incidence sensiblement tangentielle. 30 Selon une troisième forme de réalisation de l'invention, en référence à la figure 8, l'architecture de combustion comporte une pluralité d'organe de déflection 23 qui sont associés à chacun des injecteurs de carburant 2. Comme illustré à la figure 8, chaque organe de déflection 23 se présente sous la forme d'un capot de déflection incurvé qui 35 s'étend en amont de l'injecteur 2. Dans cet exemple, les orientations des organes de 8 déflection 23 sont différentes de manière à protéger chaque injecteur 2 en se positionnant sur le chemin de circulation du flux d'air A qui alimente chaque injecteur 2. De manière préférée, la circulation du flux d'air A alimentant chaque injecteur 2 est modélisée de manière numérique afin de déterminer de manière précise l'angle 5 d'incidence selon lequel le flux d'air A se dirige vers l'injecteur 2. La connaissance de cet angle d'incidence permet de définir de manière précise la position et l'orientation de l'organe de déflection 23 par rapport audit injecteur 2 afin de permettre d'éviter l'introduction de particules d'eau tout en permettant une alimentation en air optimale. Autrement dit, les organes de déflection 23 sont positionnés en fonction de l'écoulement 10 aérodynamique. Selon une quatrième forme de réalisation de l'invention, en référence aux figures 9 et 10, les moyens de déflection sont intégrés directement à l'injecteur 2 pour former un capot de protection angulaire 33. Dans cet exemple, le capot de protection angulaire 33 15 couvre une plage angulaire [3 comprise entre -300 et 300. Autrement dit, la plage angulaire d'admission d'un injecteur 2 est de 3000. De manière analogue à la troisième forme de réalisation, les capots de protection 33 sont orientés de manière judicieuse en fonction de l'incidence du flux d'air A alimentant chaque injecteur 2. 20 De manière avantageuse, des injecteurs identiques 2 avec déflecteurs intégrés peuvent être fabriqués en série à moindres coûts puis positionnés et orientés de manière spécifique lors de leur montage à la chambre de combustion 1. Les différents modes de réalisation de l'invention peuvent être avantageusement 25 combinés indépendamment du fait qu'ils concernent des architectures de combustion différentes (à flux inversé ou à vrille). En particulier, l'architecture de combustion à vrille pourrait comprendre un fourreau extérieur et l'architecture de combustion à flux inversé pourrait comprendre un déflecteur rapporté situé en amont. 30 Par ailleurs, il va de soi que seuls certains des injecteurs 2 pourraient être protégés par des moyens de déflection, en particulier, les injecteurs dit « privilégiés ». De manière connue, afin de limiter le risque d'extinction, le système d'injection comporte un injecteur privilégié, c'est-à-dire est un injecteur dont l'alimentation en carburant est favorisée par rapport aux autres injecteurs pour maintenir le débit d'injection du mélange air- 35 carburant. Les injecteurs privilégiés sont protégés en priorité par des moyens de 9 déflection afin de limiter le risque d'extinction de la turbomachine. Selon un aspect préféré, le système d'injection comporte un unique injecteur privilégié qui est associé à des moyens de déflection. Une telle configuration est avantageuse étant donné qu'elle permet d'assurer une protection accrue tout en impacta nt faiblement la structure de la 5 turbomachine. L'invention s'applique de manière préférée à un hélicoptère mais il va de soi que les applications de la turbomachine sont diverses. 10 Grâce à l'invention, une extinction de la turbomachine en cas de forte pluie peut être avantageusement évitée et, ce, REVENDICATIONS1. Architecture de combustion de carburant de turbomachine (T) comprenant : une chambre de combustion (1), au moins un système d'injection de carburant comportant une pluralité d'injecteurs (2) débouchant dans ladite chambre de combustion (1) afin d'injecter un flux de carburant mélangé avec un flux d'air (A) de la turbomachine (T), le flux d'air (A) circulant d'amont en aval selon un chemin de circulation, architecture caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de déflection (3, 13, 21, 23, 33), à proximité d'au moins un injecteur (2) et positionnés en amont dudit injecteur (2) sur le chemin de circulation du flux d'air (A) dans ledit injecteur (2), formant une surface de déviation apte à bloquer des particules d'eau comprises dans ledit flux d'air (A). 2. Architecture selon la revendication 1, dans lequel, l'injecteur (2) est relié à ladite chambre de combustion (1) par un organe de fixation (3, 13) formant les moyens de déflection. 3. Architecture selon la revendication 2, dans lequel l'organe de fixation (13) comporte une paroi de déflection (34) s'étendant en amont dudit injecteur (2) sur le chemin de circulation du flux d'air (A) dans ledit injecteur (2). 4. Architecture selon la revendication 2, dans lequel l'organe de fixation (3) est orienté d'amont en aval. 5. Architecture selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel l'organe de fixation (3, 13) possédant un corps en U définissant une base (31) et deux branches latérales (32), la base (31) comporte une ouverture de passage (30) dudit injecteur (2). 6. Architecture selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les moyens de déflection (21, 33) sont intégrés dans l'injecteur (2). 11 7. Architecture selon la revendication 6, dans lequel les moyens de déflection se présentent sous la forme d'un fourreau (21) comportant un orifice d'entrée d'air (22) orienté vers l'aval. 5 8. Architecture selon la revendication 6, dans lequel les moyens de déflection se présentent sous la forme d'un capot incurvé (33) adapté pour dévier un flux d'air (A) selon une plage angulaire prédéterminée ((3). 9. Architecture selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le système 10 d'injection comportant une pluralité d'injecteurs (2) et au moins un injecteur privilégié dont l'alimentation en carburant est favorisée par rapport aux autres injecteurs, au moins l'injecteur privilégié est associé à des moyens de déflection. 10. Turbomachine comportant des moyens de génération d'au moins un flux d'air (A) 15 circulant d'amont en aval et une architecture de combustion selon l'une des revendications 1 à 9.