FR2887588A1 - Interface ventilee entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression de turboreacteur et turboreacteur comportant cette interface - Google Patents
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Abstract
Interface ventilée entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression de turboréacteur.Un turboréacteur d'avion comporte une chambre de combustion (9) et un distributeur à haute pression (40) situé en aval de la chambre de combustion. Cette dernière comporte une paroi intérieure (10) reliée à un carter intérieur (4) par une bride intérieure (30) et une paroi extérieure (12) reliée à un carter extérieur (6) par une bride extérieure (34). La chambre de combustion et le distributeur à haute pression sont espacés l'un de l'autre pour laisser entre eux un espace (42) fermé par un système de joints placé extérieurement par rapport à l'axe de la chambre de combustion. Il comporte des orifices de ventilation (62) situés extérieurement par rapport à la chambre de combustion pour réaliser une ventilation de l'espace par une circulation d'air dans le sens de l'extérieur vers l'intérieur de la chambre de combustion.
Description
INTERFACE VENTILEE ENTRE UNE CHAMBRE DE COMBUSTION ET
UN DISTRIBUTEUR HAUTE PRESSION DE TURBOREACTEUR ET
TURBOREACTEUR COMPORTANT CETTE INTERFACE
DESCRIPTION
L'invention concerne une interface ventilée entre une chambre de combustion et un distributeur 5 haute pression de turboréacteur.
Plus précisément, elle concerne un système de ventilation de l'interface entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression de turboréacteur d'avion, la chambre de combustion et le distributeur haute pression étant espacés l'un de l'autre pour laisser un espace entre eux, cet espace étant fermé par un système de joints placé extérieurement par rapport à la chambre de combustion.
Les chambres de combustion des turboréacteurs d'avions comprennent une paroi intérieure et une paroi extérieure reliées à leur extrémité amont par un fond annulaire pour définir une chambre de combustion annulaire. Des systèmes d'injection régulièrement répartis sur la périphérie du fond de la chambre de combustion délivrent un mélange d'air et de carburant qui est enflammé pour produire des gaz de combustion à haute température.
La chambre de combustion est elle-même logée entre un carter intérieur et un carter extérieur.
Un espace prévu entre le carter intérieur et la paroi intérieure de chambre délimite un passage de contournement intérieur et un espace prévu entre le carter extérieur et la paroi extérieure de chambre délimite un passage de contournement extérieur.
Des ouvertures prévues dans les parois intérieure et extérieure de la chambre de combustion permettent l'entrée d'air dans la chambre de combustion à partir des passages de contournement intérieur et extérieur.
La paroi intérieure de la chambre de combustion est fixée au carter intérieur par une bride intérieure et la paroi extérieure de la chambre de combustion est fixée au carter extérieur par une bride extérieure. Ces brides aboutissent à l'extrémité de sortie ou extrémité aval de la chambre de combustion afin de limiter les déplacements dus aux dilatations thermiques des parois de la chambre. Cependant, la chambre est réalisée dans un matériau diffèrent de celui du carter. La chambre de combustion est généralement réalisée en un matériau métallique ou céramique composite tandis que le carter est en métal différent. Les différences de dilatation entre ces deux matériaux imposent la présence d'un jeu ou espace à l'interface entre l'extrémité de sortie de la chambre de combustion et la plateforme du distributeur haute pression.
Afin d'empêcher le passage de l'air des passages de contournement, l'espace entre l'extrémité aval de la chambre de combustion et le distributeur haute pression est obturé par un système de joints, généralement des joints à lamelles métalliques. Les deux cavités peuvent être soumises à des recirculations de gaz chauds issus de la chambre de combustion.
Ce dispositif présente alors plusieurs inconvénients.
- un gradient thermique apparaît dans les brides de chambres, ce qui conduit à une diminution de la durée de vie, dans une partie critique de la chambre de combustion; - une dégradation de la rigidité des joints entraînant des risques de fuite non contrôlés; - une dégradation du profil de température; - une dégradation de l'efficacité de refroidissement des plateformes de distributeur.
L'invention a précisément pour objet une interface entre une chambre de combustion et un distributeur à haute pression de turboréacteur qui remédie à ces inconvénients. Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, par le fait que le système de ventilation de l'interface comporte des orifices de ventilation situés extérieurement par rapport à la chambre de combustion pour réaliser une ventilation de l'espace par une circulation d'air de l'extérieur vers l'intérieur de la chambre. Généralement, la chambre de combustion comporte une paroi intérieure reliée à un carter intérieur par une bride intérieure et une paroi extérieure reliée à un carter extérieur par une bride extérieure.
Lorsque le système de joints est constitué par des joints à lamelles, les orifices de ventilation peuvent être constitués par des perçages formés dans les lamelles. Dans une autre réalisation, les orifices de ventilation peuvent être constitués par des perçages formés dans une collerette de la bride intérieure et/ou des perçages formés dans une collerette de la bride extérieure de la chambre de combustion.
Grâce à ces caractéristiques, on évite la réintroduction de gaz chauds dans la cavité située entre la chambre et le distributeur à haute pression. On optimise le refroidissement des plateformes du distributeur haute pression. On diminue les gradients thermiques dans l'épaisseur des brides intérieure et extérieure. On assure une meilleure homogénéité de refroidissement des joints, notamment des lamelles. Il en résulte une amélioration de la durée de vie de ces joints et de l'étanchéité.
Les perçages peuvent être disposés sur une ou sur plusieurs rangées. Ils peuvent être réalisés sélectivement pour prendre en compte une hétérogénéité angulaire du profil de température des gaz dans l'espace entre la sortie de la chambre de combustion et le distributeur haute pression. Avantageusement, l'espace entre la sortie de la chambre de combustion et l'entrée du distributeur haute pression présente une sortie inclinée vers le distributeur. Cet angle d'inclinaison est de préférence compris entre 45 et 60 .
Par ailleurs, l'invention concerne un turboréacteur comportant un système de ventilation de l'invention et une chambre de combustion, un distributeur haute pression et une lamelle de joint faisant partie d'un système de ventilation selon l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures: - la figure 1 est une vue générale d'une chambre de combustion de turboréacteur; - la figure 2 est une vue de détail d'une interface entre une sortie de chambre et un distributeur à haute pression de l'art antérieur; - la figure 3 est une vue de détail d'une interface extérieure conforme à la présente invention; - la figure 4 est une vue de détail d'une lamelle de l'interface de la figure 3; - la figure 5 est une vue de détail d'une interface intérieure conforme à une variante de réalisation de la présente invention; - la figure 6 est une autre variante d'une interface conforme à la présente invention.
On a représenté sur la figure 1 une vue schématique en coupe d'un module de chambre de combustion d'un turboréacteur d'avion. Le module de chambre de combustion présente une forme de symétrie longitudinale de révolution par rapport à l'axe général XX de la turbine. Il comporte une paroi de carter intérieure 4 et une paroi de carter extérieure 6. La chambre de combustion proprement dite est délimitée par une paroi de chambre intérieure 10 et par une paroi de chambre extérieure 12. La paroi de carter intérieure 4 20 et la paroi de chambre intérieure 10 délimitent un passage de contournement intérieur 12. De la même manière, la paroi de carter extérieure 6 et la paroi de chambre extérieure 12 délimitent un passage de contournement extérieur 14. La paroi de chambre intérieure 8 et la paroi de chambre extérieure 12 sont réunies à leur extrémité amont par un fond de chambre.
L'air sous pression en provenance du compresseur pénètre dans le module de chambre par un passage (non représenté). Une partie de l'air passe dans l'ouverture centrale du carénage 24 tandis que le reste du flux d'air est dirigé par l'extérieur du carénage 24 vers les passages de contournement intérieur 10 et extérieur 14. Des ouvertures sont prévus dans les parois intérieure et extérieure de la chambre de combustion afin de permettre l'entrée d'air dans la chambre de combustion à partir des passages de contournement 10 et 14, comme schématisés par les flèches 28.
La paroi intérieure de chambre 10 est fixée au carter intérieur 4 par une bride intérieure par l'intermédiaire d'une collerette 32 située en sortie de chambre. De la même manière, la paroi extérieure de chambre 12 est fixée au carter extérieur 6 par une bride extérieure 34 par l'intermédiaire d'une collerette 36.
Un distributeur à haute pression 40 est monté en aval de la sortie de chambre. Etant donné que les parois de la chambre 10 et 12 sont réalisées dans un matériau différent de celui du carter 4, 6, des différences de dilatation apparaissent. C'est la raison pour laquelle il est nécessaire, comme représenté sur la figure 2, de laisser un espace 42 entre la collerette 36 qui relie la sortie de chambre à la bride extérieure 34 et la plateforme du distributeur haute pression 40. Un jeu similaire 42 est prévu à l'interface intérieure de la sortie de chambre et du distributeur à haute pression. Afin d'éviter que l'air en provenance des passages de contournement 12 et 14 ne passe entre la sortie de chambre et le distributeur à haute pression, il est nécessaire de prévoir un système de joints 46 à l'interface extérieure. De la même manière, il est nécessaire de prévoir un système de joint similaire 48 à l'interface intérieure. Comme on peut le voir plus précisément sur la figure 2, ce système de joint est généralement est constitué de lamelles 50 montées sur des axes 52. Une extrémité intérieure 54 de la lamelle est appliquée sur une collerette 56 de la plateforme de distributeur tandis qu'une extrémité extérieure 58 est appliquée contre la bride 34 au moyen d'un ressort à lame 60. Toutefois, dans un dispositif de ce type, la cavité 42 constitue un espace mort terminé par les lamelles 50. Cette cavité, de même que la cavité similaire présente à l'interface intérieure, peut être soumise à des recirculations de gaz chauds issus de la chambre de combustion 9. Ces recirculations de gaz chauds sont instables et génèrent des gradients thermiques dans les brides de chambre 30 et 34 et plus particulièrement dans les collerettes 32 et 36. Elles dégradent la rigidité des joints à lamelles en introduisant des risques de fuite non contrôlées. Enfin, elles dégradent l'efficacité de refroidissement des plateformes 40 de distributeur haute pression.
On a représenté sur la figure 3 une interface conforme à la présente invention qui remédie à ces inconvénients.
Dans cette réalisation, les lamelles 50 comportent des perforations 62 permettant le passage d'un courant d'air 64 assurant une ventilation de l'espace 42. Cette ventilation permet d'une part d'assurer un refroidissement des parois de la collerette 36 et de la collerette 56 de la plateforme de distributeur à haute pression 40. En effet, l'air issu du compresseur à haute pression est à une température inférieure à celle des gaz chauds qui sortent de la chambre de combustion 9. A titre d'exemple, la température des gaz issus du compresseur à haute pression est de 500 C environ, tandis que la température des gaz sortant de la chambre de combustion est, en bordure des parois, de 800 C à 1000 C. Il existe donc une différence de température importante, égale à plusieurs centaines de degrés. La température de l'interface est donc abaissée de manière importante ce qui conduit à une augmentation de la longévité du système de joint à lamelles 50. Cela conduit également à une diminution de la température des brides intérieure et extérieure et des collerettes qui raccordent ces brides à la sortie de chambre.
Un autre avantage de l'invention est que la circulation d'air dans les passages 42 permet d'établir un régime stable. En effet, selon l'art antérieur, des recirculations d'air aléatoires se créent. L'air issu de la chambre de combustion pénètre aléatoirement dans les espaces 42, ce qui se traduit non seulement par une température plus élevée mais encore par des régimes transitoires et instables. Selon l'invention, au contraire, les gradients thermiques sont diminués ou plus homogènes. Cette circulation d'air est possible parce que la pression de l'air dans les passages de contournement 10 et 14 est légèrement supérieure à la pression des gaz chauds dans la chambre.
Comme on peut le voir sur la figure 4, les perforations 62 réalisées dans les lamelles 50 peuvent être de forme différente, par exemple circulaire ou allongée. De la même manière, elles peuvent être plus ou moins espacées l'une de l'autre afin de tenir compte d'une hétérogénéité angulaire du profil de température dans l'espace 42 entre la sortie de chambre et l'entrée du distributeur à haute pression.
On a représenté sur la figure 5 une variante de réalisation dans laquelle les orifices de ventilation 62 sont formés dans la collerette 32 reliant la paroi intérieure de chambre 10 et la paroi intérieure de carter 4. Sur la figure 5, l'interface inférieure a été représentée. Toutefois, il va de soi que cette solution s'applique tout aussi bien à l'interface supérieure représentée sur la figure 4. De la même manière, il est entendu qu'il est possible de combiner des perforations pratiquées dans les lamelles de joint d'étanchéité 50, comme représenté sur les figures 3 et 4, avec des perforations réalisées dans la collerette 32. De la même manière, plusieurs rangées de perforations peuvent être prévues, par exemple deux comme représentées sur la figure 5 ou davantage. Ces perforations peuvent être alignées, ou décalées les unes par rapport aux autres comme suggéré par les traits pointillés. Enfin, il est entendu que les perforations peuvent prendre des formes diverses, par exemple circulaire ou allongée et qu'elles peuvent être réparties sélectivement sur la périphérie de la collerette 32 pour prendre en compte une hétérogénéité angulaire du profil de température.
On a représenté sur la figure 6 une variante préférée de réalisation dans laquelle les géométries de la partie aval de la chambre et le bord d'attaque du distributeur à haute pression 40 ont été aménagés pour améliorer l'efficacité du refroidissement. La sortie 70 du passage de ventilation 40 a été inclinée vers l'aval, dans le sens de l'écoulement des gaz, d'un angle compris entre 45 et 60 . Grâce à cette disposition, l'air froid en provenance de l'espace 40 lèche la surface de la plateforme du distributeur haute pression comme indiqué par la flèche 72, ce qui améliore son refroidissement.
Claims (9)
1. Système de ventilation de l'interface entre une chambre de combustion (9) et un distributeur haute pression (40) de turboréacteur, la chambre de combustion et le distributeur haute pression étant espacés l'un de l'autre pour laisser un espace (42) entre eux, cet espace étant fermé par un système de joints (46, 48) placé extérieurement par rapport à la chambre de combustion, caractérisé en ce qu'il comporte des orifices de ventilation (62) situés extérieurement par rapport à la chambre de combustion (9) pour réaliser une ventilation de l'espace par une circulation d'air de l'extérieur vers l'intérieur de la chambre de combustion.
2. Système de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de combustion comporte une paroi intérieure (10) reliée à un carter intérieur (4) par une bride intérieure (30) et une paroi extérieure (12) reliée à un carter extérieur (6) par une bride extérieure (34).
3. Système de ventilation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les orifices de ventilation (62) sont constitués par des perçages.
4. Système de ventilation selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le système de joints est constitué de joints à lamelles (50), caractérisé en ce que les orifices de ventilation (62) sont constitués par des perçages formés dans les lamelles.
5. Système de ventilation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les orifices de ventilation sont disposés sur plusieurs rangées.
6. Système de ventilation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les orifices de ventilation (62) sont réalisés sélectivement pour prendre en compte une hétérogénéité angulaire du profil de température des gaz dans l'espace (42) entre la sortie de chambre (9) et le distributeur à haute pression (40).
7. Système de ventilation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'espace (42) entre la sortie de la chambre de combustion et l'entrée du distributeur à haute pression présente une sortie inclinée vers le distributeur (40).
8. Système de ventilation selon la revendication 7, caractérisé en ce que la sortie (70) de l'espace (42) est inclinée d'un angle de 45 à 60 .
9. Turboréacteur comportant un système de ventilation selon l'une des revendications précédentes.
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