FR2921113A1 - Procede de fabrication d'un injecteur de carburant pour turbomachine d'aeronef - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un injecteur (1) de carburant pour turbomachine d'aéronef, cet injecteur comprenant un clapet (2), un siège de clapet (10) présentant une butée (12) pour le clapet ainsi qu'un joint d'étanchéité (20), l'injecteur comportant une pièce de support de joint (16) définissant une gorge de logement de joint (18), cette gorge présentant une ouverture de passage de joint (26) de largeur inférieure à un diamètre de la section du joint, et au moins une collerette de retenue de joint (30) réalisée d'un seul tenant avec la pièce (16). Selon l'invention, la collerette (30) est obtenue à partir d'une extension annulaire de matière (130) faisant saillie de la pièce (16), puis déformée plastiquement de manière à être rabattue vers l'intérieur de la gorge (18).

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN INJECTEUR DE CARBURANT POUR TURBOMACHINE D'AERONEF

DESCRIPTION

La présente invention se rapporte de façon générale à un procédé de fabrication d'un injecteur de carburant pour turbomachine d'aéronef.

L'invention s'applique en particulier aux turboréacteurs, mais pourrait s'appliquer à tout autre type de turbomachine, tels que les turbopropulseurs. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE De l'art antérieur, il est connu un injecteur de carburant comprenant un clapet coopérant avec un siège de clapet, ce dernier présentant une butée métallique pour le clapet, ainsi qu'un joint d'étanchéité. En position de fermeture, le clapet est en contact simultanément avec la butée métallique et le joint qu'il écrase, afin d'obtenir l'étanchéité requise. L'injecteur de carburant comporte également une pièce de support de joint définissant une gorge de logement de joint, cette gorge présentant habituellement une ouverture de passage de joint de largeur inférieure au diamètre de la section transversale circulaire du joint, afin d'assurer la retenue de celui-ci. A ce titre, l'ouverture précitée est définie entre une extrémité radiale externe d'ouverture de gorge et une extrémité radiale interne d'ouverture de gorge, au moins l'une de ces extrémités étant définie par une collerette de retenue de joint. Un inconvénient relatif à ce type de configuration réside dans le fait que le joint d'étanchéité peut ne pas être retenu de manière satisfaisante par la ou les collerettes en sortie de gorge, du fait de leur longueur radiale trop peu importante. A cet égard, il est noté que les risques de délogement du joint en dehors de sa gorge sont les plus importants en position d'ouverture du clapet, lorsque l'écoulement du carburant est susceptible d'entraîner le joint avec lui. La solution consistant à allonger la longueur radiale des collerettes se confronte rapidement à un problème de faisabilité, étant donné que la gorge et ses collerettes sont généralement réalisées par usinage, au sein d'une seule pièce. En effet, l'augmentation de la longueur radiale des collerettes aurait pour conséquence de réduire la largeur de l'ouverture servant au passage de joint, et donc de rendre difficile l'usinage de l'intérieur de la gorge. Enfin, la solution visant à prévoir la gorge et les collerettes sur deux pièces distinctes, voire plus, rapportées ultérieurement les unes aux autres, engendre des difficultés de montage ainsi que des risques de défaut d'étanchéité de l'injecteur. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a donc pour but de remédier au 30 moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus, relatifs aux réalisations de l'art antérieur.

Pour ce faire, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un injecteur de carburant pour turbomachine d'aéronef, ledit injecteur comprenant un clapet, un siège de clapet présentant une butée pour le clapet, de préférence une butée métallique, ainsi qu'un joint d'étanchéité, ledit injecteur comportant une pièce de support de joint définissant une gorge de logement de joint, ladite gorge présentant une ouverture de passage de joint de largeur inférieure à un diamètre de la section dudit joint, et ladite ouverture étant définie entre une extrémité radiale externe d'ouverture de gorge et une extrémité radiale interne d'ouverture de gorge, au moins l'une desdites extrémités étant définie par une collerette de retenue de joint réalisée d'un seul tenant avec ladite pièce de support de joint, ladite collerette de retenue de joint étant obtenue à partir d'une extension annulaire de matière faisant saillie de ladite pièce de support de joint, puis déformée plastiquement de manière à être rabattue vers l'intérieur de ladite gorge. L'invention se distingue donc de l'art antérieur en particulier par la façon d'obtenir l'une ou les deux collerettes de retenue de joint, à savoir donc en prévoyant une extension annulaire de matière faisant saillie de la pièce de support de joint formant la gorge et réalisée d'un seul tenant avec celle-ci, puis en déformant plastiquement cette extension afin de la rabattre vers l'intérieur de la gorge, c'est-à-dire en direction de l'extrémité radiale d'ouverture opposée. Cette manière d'opérer permet de réduire considérablement la largeur finale de l'ouverture de passage de joint, à une valeur réduisant fortement, voire éradiquant totalement les risques de retrait du joint d'étanchéité en dehors de sa gorge, durant le fonctionnement de l'injecteur. Surtout, cet avantage est procuré sans engendrer parallèlement de difficulté de fabrication, étant donné que l'extension annulaire de matière, destinée à constituer ultérieurement la collerette de retenue, peut aisément être réalisée de manière sensiblement excentrée par rapport à l'espace intérieur de la gorge, de façon à ne pas gêner son usinage. De façon générale, la solution originale apportée par la présente invention permet d'obtenir une collerette de retenue de joint de longueur radiale importante, sans générer de contrepartie en terme de difficulté d'usinage de la gorge partiellement fermée par cette collerette. Le fait que la collerette soit réalisée d'un seul tenant avec la pièce de support de joint formant la gorge, élimine avantageusement les difficultés de montage ainsi que les risques de défaut d'étanchéité de l'injecteur rencontrés antérieurement. De plus, outre le nombre de pièces limité et le niveau satisfaisant d'étanchéité procuré, l'injecteur obtenu par la mise en oeuvre de l'invention présente l'avantage d'être de coût réduit, et de volume faible, s'intégrant parfaitement dans l'encombrement disponible.

De préférence, ledit joint d'étanchéité est inséré dans la gorge après l'obtention de ladite collerette de retenue de joint, même si une situation inverse pourrait être envisagée, sans sortir du cadre de l'invention. Dans un tel cas, on prévoit de préférence que l'insertion du joint dans la gorge, à travers l'ouverture de passage de plus petite dimension, n'engendre qu'une déformation élastique de ce dernier, afin de pouvoir bénéficier ultérieurement d'une étanchéité satisfaisante. La conception retenue permet donc avantageusement l'interchangeabilité du joint d'étanchéité. De préférence, ladite collerette de retenue de joint est une collerette radialement externe, définissant ladite extrémité radiale externe d'ouverture de gorge. A cet égard, l'injecteur pourrait être fabriqué avec deux collerettes de retenue de joint agencées en regard de manière à fermer partiellement la gorge, et définissant respectivement ladite extrémité radiale externe d'ouverture de gorge et ladite extrémité radiale interne d'ouverture de gorge. Dans un tel cas, l'une quelconque ou les deux collerettes peuvent être réalisées par déformation plastique d'une extension annulaire, sans sortir du cadre de l'invention. A cet égard, la collerette non réalisée selon le principe de l'invention peut l'être selon une solution classique d'usinage. Il s'agit alors de préférence de celle des deux collerettes qui dispose de la longueur radiale la plus faible, toujours pour des raisons de facilité d'usinage de l'intérieur de gorge. De plus, lorsqu'une collerette est prévue pour être réalisée de la manière exposée ci-dessus, par déformation plastique, l'autre extrémité radiale d'ouverture de gorge peut indifféremment être prévue ou non sur une collerette. A titre d'exemple indicatif, cette autre extrémité radiale pourrait se présenter en extrémité d'un flanc de la gorge concernée.

Toujours de manière préférentielle, ladite collerette de retenue de joint est réalisée de telle sorte qu'un rapport entre la largeur de ladite ouverture de passage de joint et le diamètre de la section dudit joint d'étanchéité, à savoir sa section transversale de forme circulaire, soit compris entre 0,4 et 0,8. A cet égard, ladite ouverture de passage de joint présente par exemple une largeur d'environ 1,15 mm, pour un diamètre de la section dudit joint d'environ 1,8 mm, et plus généralement compris entre 1,7 et 2,65 mm. Par ailleurs, ladite gorge est réalisée de sorte que son rayon moyen soit par exemple compris entre 15,5 et 15,8 mm. Toujours préférentiellement, ledit joint d'étanchéité est un joint torique présentant une section de diamètre inférieur ou égal à 3 mm, et de préférence réalisé en élastomère. Encore plus préférentiellement, ladite section est de diamètre compris entre 1,7 et 2,65 mm.

Pour l'obtention d'un injecteur de carburant de conception simple, il est mis en place un ressort sans réglage de force plaquant ledit clapet contre son siège de clapet. L'invention a par ailleurs pour objet un injecteur de carburant pour turbomachine d'aéronef obtenu par un tel procédé de fabrication.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ; - les figures 1 et 2 représentent des vues en coupe longitudinale d'un injecteur de carburant pour turbomachine d'aéronef, susceptible d'être obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la figure 1 représentant l'injecteur en position fermée, et la figure 2 représentant l'injecteur en position ouverte ; et - les figures 3a à 3d représentent des vues en coupe longitudinale schématisant différentes étapes dudit procédé de fabrication. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS En référence aux figures 1 et 2, on peut apercevoir un injecteur de carburant 1 pour turbomachine d'aéronef, par exemple pour turboréacteur, cet injecteur 1 étant susceptible d'être obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, qui sera décrit ultérieurement. La figure 1 représente l'injecteur 1 en position fermée, telle qu'adoptée durant l'arrêt de la turbomachine, cet état nécessitant en effet une étanchéité parfaite de l'injecteur. En revanche, la figure 2 représente l'injecteur en position ouverte, telle qu'adoptée durant le fonctionnement de la turbomachine, état dans lequel le carburant délivré par l'injecteur pénètre au sein de la chambre de combustion de la turbomachine. Sur ces deux figures, on peut apercevoir que l'injecteur 1 dispose d'un clapet 2 mobile en translation selon la direction de l'axe longitudinal 4 de l'injecteur, sur lequel sont centrés les éléments constitutifs de cet injecteur. Le clapet 2 est donc monté à coulissement sur un support fixe 6, présentant un alésage recevant la tige coulissante 8 du clapet, centrée sur l'axe 4. Par ailleurs, il est prévu un siège de clapet 10 destiné à recevoir le clapet 2 en position fermée de l'injecteur, ce siège 10 présentant une butée annulaire métallique 12 pour le clapet. Ainsi, en position fermée telle que montrée sur la figure 1, la tête 14 du clapet 2 est en appui contre cette butée annulaire 12. La surface formant la butée 12 précitée est préférentiellement intégrée à une pièce 16 de support de joint, dont la fonction principale est de définir une gorge 18 pour le logement d'un joint d'étanchéité 20. Dans le mode de réalisation préféré décrit, la gorge 18 se situe radialement vers l'extérieur par rapport à la surface annulaire de butée 12. A cet égard, il est noté que dans toute la description, le terme radial est à considérer par rapport à l'axe longitudinal 4. Comme cela sera détaillé ci-après, la gorge 18 présente, en regard de la tête de clapet 14, une ouverture annulaire 26 permettant d'une part l'introduction du joint d'étanchéité dans la gorge, et d'autre part la pénétration de cette même tête de clapet 14 au sein de la gorge, pour l'écrasement du joint d'étanchéité 20 en position fermée.

L'ouverture de passage de joint 26, de largeur inférieure à un diamètre de la section transversale circulaire du joint 20, est définie entre une extrémité radiale externe d'ouverture de gorge et une extrémité radiale interne d'ouverture de gorge, ces deux extrémités étant respectivement définies par deux collerettes de retenue de joint 28, 30, réalisées d'un seul tenant avec la pièce de support de joint 16. Comme visible sur les figures, la collerette 28 radialement interne s'étend sensiblement radialement vers l'extérieur, tandis que la collerette 30 radialement externe s'étend sensiblement radialement vers l'intérieur. Les deux collerettes 28, 30, qui sont donc sensiblement rabattues vers l'intérieur de la gorge, c'est-à-dire l'une vers l'autre, ferment partiellement la gorge 18 afin d'éviter le délogement du joint 20 qui y repose. Lorsque le clapet 2 est en position fermée telle que montrée sur la figure 1, sa tête 14 est en appui contre la surface de butée 12 prévue à cet effet.

De plus, une portion périphérique de cette tête 14 vient écraser le joint 20 retenu dans la gorge 18, en traversant l'ouverture 26. Le niveau d'écrasement du joint est de ce fait entièrement maîtrisé par la coopération entre la tête de clapet 14 et sa butée 12, ce qui permet globalement d'obtenir le niveau d'étanchéité requis, sans risquer de détériorer le joint pour cause d'écrasement trop important. La pièce 16 intégrant la gorge 18 et la butée 12 présente une ouverture centrale 24 pour l'arrivée du carburant, cette ouverture centrée sur l'axe 4 étant située radialement vers l'intérieur par rapport au joint d'étanchéité 18. Tant que le clapet 2 occupe la position fermée, le carburant pénétrant au sein de l'ouverture d'arrivée 24, comme schématisé par la flèche 34, est stoppé dans son écoulement par la face supérieure de la tête de clapet 14, obturant l'ouverture 24 de façon étanche grâce au joint 20. Il est noté que cette position fermée est maintenue grâce à la présence d'un ressort 36, de préférence sans réglage de force, par exemple un ressort hélicoïdal de compression, plaquant le clapet 2 contre son siège de clapet 10. Le ressort est situé entre la tête de clapet 14 et le support fixe d'injecteur 6.

Lorsque le clapet 2 occupe sa position ouverte autorisée par la compression du ressort 36, sa tête 14 est alors écartée de l'ouverture d'arrivée 24, de sorte que le carburant peut traverser cette ouverture et rejoindre la chambre de combustion de la turbomachine, en empruntant des ouvertures de sortie de carburant 38 pratiquées sur la pièce d'un seul tenant 16 et le support fixe 6, comme schématisé par les flèches de la figure 2. De plus, pour réduire encore davantage les risques de délogement du joint 20, ce dernier est placé de manière à ne pas être léché par le carburant lors de l'écoulement de celui-ci. Il est noté que dans ce type d'injecteur, habituellement de petite dimension, la différence de pression du carburant en écoulement n'excède de préférence pas 1,5 bar entre l'entrée et la sortie de l'injecteur. En référence à présent aux figures 3a à 3d, il va être détaillé le procédé de fabrication de 10 l'injecteur 1 qui vient d'être décrit. Tout d'abord en référence à la figure 3a, il est réalisé la pièce 16, de préférence par usinage, cette pièce 16 prenant une forme de révolution selon l'axe 4. L'usinage dans un bloc métallique vise d'abord 15 à former la surface de butée 12 du siège de clapet 10, sensiblement orthogonale à l'axe 4. Il vise également à réaliser la gorge annulaire, dans une forme qui est sensiblement différente de sa forme finale déjà décrite. En effet, à la sortie de l'opération d'usinage 20 de la pièce 16 montrée sur la figure 3a, la gorge 18 ne présente pas encore la collerette de retenue radialement externe 30, mais est seulement équipée d'une extension annulaire de matière 130 faisant saillie de la pièce de support de joint 16, de 25 préférence parallèlement à l'axe 4. Cette extension annulaire 130, qui est préférentiellement excentrée radialement vers l'extérieur par rapport à l'espace intérieur de la gorge 18, peut par exemple se situer dans le 30 prolongement d'un flanc latéral radialement externe de la gorge, portant la référence 40 sur les figures, et situé de façon concentrique et en regard d'un flanc latéral radialement interne 42 de la gorge. A ce titre, il est noté que les flancs cylindriques 40, 42 sont sensiblement parallèles à l'axe 4, tandis qu'un fond de gorge 44, reliant ces deux flancs et opposé à l'ouverture de gorge, est de préférence sensiblement orthogonal à ce même axe longitudinal 4. L'usinage vise en revanche de préférence à obtenir la collerette de retenue radialement interne 28, étant donné que celle-ci dispose d'une longueur circonférentielle qui reste faible, et qui est surtout largement inférieure à celle de la collerette 30 prévue pour être obtenue ultérieurement. De cette façon, l'ouverture 126 entre la collerette 28 et l'extension 130 est largement plus étendue que l'ouverture finale de gorge 26, de sorte que l'usinage de la gorge 18 s'en trouve avantageusement facilité. A cet égard, il est indiqué que les jonctions entre les flancs de gorge, le fond de gorge et la collerette sont de préférence sensiblement arrondies, comme visible sur la figure 3a, de manière à limiter l'endommagement du joint reposant dans la gorge 18. En outre, il est indiqué que durant la conception, il peut être recouru au calcul des volumes maximum et minimum de la gorge à partir des tolérances d'usinage de la gorge, puis au calcul des volumes maximum et minimum pour le joint d'étanchéité, toujours à partir de ses tolérances de fabrication, éventuellement en tenant compte de l'augmentation de volume due au carburant, puis d'adapter la forme finale de la gorge 18 afin que le volume maximum du joint soit compatible avec le volume minimum de cette gorge. En outre, il est également possible de calculer la tension du joint torique 20, dans le but de minimiser les déplacements de ce joint pendant le fonctionnement du clapet, et donc de diminuer l'usure de ce joint. Une fois l'opération d'usinage achevée, l'extension annulaire 130 est déformée plastiquement radialement vers l'intérieur, de manière à la rabattre vers l'intérieur de la gorge, c'est-à-dire en direction de la collerette opposée 28. A cet égard, il est noté que si la déformation est décrite comme étant réalisée vers l'intérieur de la gorge, cela a uniquement pour but de spécifier la direction de la déformation, étant entendu que la collerette 30 obtenue ne se retrouve de préférence pas située à l'intérieur de la gorge, comme cela ressort clairement des figures. L'extension annulaire ainsi déformée, comme montrée sur la figure 3b, constitue alors la collerette 30, et participe donc à la délimitation de l'ouverture de gorge 26. L'outillage utilisé pour réaliser une telle opération peut être de tout type réputé approprié par l'homme du métier, tel qu'un outillage identique ou similaire à celui employé pour réaliser des opérations de sertissage, comme une presse. Enfin, dans le mode de réalisation décrit et représenté, le rabattement de l'extension annulaire s'effectue sur environ 30° à 70° vers l'intérieur, l'angle de rabattement n'excédant de préférence pas 90° pour éviter que la collerette, initialement dans le prolongement du flanc de gorge 40, ne soit logée à l'intérieur de la gorge 18. L'ouverture 26, assimilable à une ouverture de passage de joint, présente donc une largeur 11 inférieure à un diamètre de la section du joint 20, cette largeur correspondant à la largeur minimale, en section, entre l'extrémité radiale externe d'ouverture de gorge 48 et l'extrémité radiale interne d'ouverture de gorge 46, ces deux extrémités étant respectivement définies aux extrémités des deux collerettes de retenue de joint 28, 30, réalisées d'un seul tenant avec la pièce de support de joint 16. En référence à la figure 3b, le rapport entre la largeur 11 de l'ouverture 26 et le diamètre de la section du joint d'étanchéité (non représenté), par exemple de l'ordre de 1,8 mm ou inférieur, est préférentiellement compris entre 0,4 et 0,8, et encore plus préférentiellement compris entre 0,60 et 0,65. A cet égard, l'ouverture de passage de joint 26 présente par exemple une largeur d'environ 1,15 mm, alors que la largeur radiale 12 de la gorge 18, entre les deux flancs 40, 42, est quant à elle par exemple de l'ordre de 1,6 mm. Toujours pour ce qui concerne les dimensions de l'injecteur, la gorge 18 est réalisée de sorte que son rayon moyen rm soit compris entre 15,5 et 15,8 mm, le rayon moyen pouvant être assimilé à la distance radiale, en demi-section, entre un centre 50 de l'espace intérieur de la gorge et l'axe 4.

Comme schématisé sur la figure 3c par la flèche 51, l'étape suivante du procédé consiste à loger le joint torique 20, de préférence en élastomère, dans sa gorge 18, en l'insérant à travers l'ouverture 26. Ensuite, le clapet 2 est positionné de la manière appropriée par rapport à la pièce 16 munie du joint interchangeable 20, afin que sa tête 14 puisse venir en appui contre le siège de clapet 10. A ce titre, il est noté qu'en position fermée du clapet montrée sur la figure 3d, la portion périphérique 52 de la tête 14 venant écraser le joint 20, dispose d'une largeur radiale 13 faible, naturellement inférieure à la largeur 11 de l'ouverture 26, le rapport entre ces largeur 13 et 11 pouvant être de l'ordre de 0,7. Cela permet de mieux maîtriser le niveau d'étanchéité requis, en particulier lorsque la portion périphérique 52 se situe en regard du fond plan 44 de la gorge 18. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.20

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un injecteur (1) de carburant pour turbomachine d'aéronef, ledit injecteur comprenant un clapet (2), un siège de clapet (10) présentant une butée (12) pour le clapet ainsi qu'un joint d'étanchéité (20), ledit injecteur comportant une pièce de support de joint (16) définissant une gorge de logement de joint (18), ladite gorge présentant une ouverture de passage de joint (26) de largeur inférieure à un diamètre de la section dudit joint, et ladite ouverture étant définie entre une extrémité radiale externe d'ouverture de gorge (48) et une extrémité radiale interne d'ouverture de gorge (46), au moins l'une desdites extrémités étant définie par une collerette de retenue de joint (30) réalisée d'un seul tenant avec ladite pièce de support de joint (16), ladite collerette de retenue de joint (30) étant obtenue à partir d'une extension annulaire de matière (130) faisant saillie de ladite pièce de support de joint (16), puis déformée plastiquement de manière à être rabattue vers l'intérieur de ladite gorge (18).

2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel ledit joint d'étanchéité (20) est inséré dans la gorge (18) après l'obtention de ladite collerette de retenue de joint (30).30

3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel ladite collerette de retenue de joint est une collerette radialement externe (30), définissant ladite extrémité radiale externe d'ouverture de gorge (48).

4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite collerette de retenue de joint (30) est réalisée de telle sorte qu'un rapport entre la largeur (11) de ladite ouverture de passage de joint (26) et le diamètre de la section dudit joint d'étanchéité soit compris entre 0,6 et 0,65.

5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite ouverture de passage de joint (26) présente une largeur d'environ 1,15 mm.

6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite gorge (18) est réalisée de sorte que son rayon moyen (rm) soit compris entre 15,5 et 15,8 mm.

7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit joint d'étanchéité (20) est un joint torique présentant une section de diamètre compris entre 1,7 et 2,65 mm.30

8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit joint d'étanchéité (20) est en élastomère.

9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel il est mis en place un ressort (36) sans réglage de force plaquant ledit clapet (2) contre son siège de clapet (10).

10. Injecteur de carburant (1) pour turbomachine d'aéronef, caractérisé en ce qu'il est obtenu par un procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes. 20