FR2952702A1 - Guidage d'une bougie d'allumage dans une chambre de combustion - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une chambre de combustion d'une turbomachine, comprenant au moins une bougie d'allumage portée par un carter extérieur et s'étendant dans un guide tubulaire (16) monté dans une cheminée (15) fixée sur la paroi de révolution (3) de la chambre (1), le guide (16) comportant une surface interne cylindrique (17) destinée à entourer la bougie (11), et raccordée du côté du carter externe (2) à une surface tronconique (18), et du côté opposé à une collerette annulaire (19) engagée avec jeu dans une gorge annulaire interne (20) de la cheminée (15). Pour réduire l'usure de la bougie en fonctionnement, la surface interne cylindrique (17) s'étend axialement au-delà de la collerette annulaire (19), du côté opposé à la surface tronconique (18).

Description

Guidage d'une bougie d'allumage dans une chambre de combustion
La présente invention concerne essentiellement le guidage d'une bougie d'allumage dans une chambre annulaire de combustion d'une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Une chambre annulaire de combustion de turbomachine comprend une paroi annulaire de fond de chambre reliée à deux viroles sensiblement cylindriques de révolution et coaxiales s'étendant vers l'aval, et un carénage ou capotage fixé sur le fond de chambre et s'étendant vers l'amont. Le carénage guide le flux d'air fourni par le compresseur de la turbomachine et le partage en une veine centrale qui alimente la chambre de combustion et en deux veines externes qui contournent la chambre de combustion.
L'air issu du compresseur est amené dans la chambre de combustion et mélangé à un carburant, la combustion du mélange étant initiée par au moins une bougie d'allumage montée sur un carter externe et traversant un orifice de la virole externe. Afin de réaliser l'étanchéité de la chambre de combustion au niveau de cet orifice, il est connu de monter dans cet orifice des moyens de guidage, qui comprennent un guide tubulaire traversé axialement par la bougie et monté avec un jeu axial et transversal sur une cheminée fixée sur la virole externe de la chambre et débouchant dans celle-ci par l'orifice précité.
Le jeu autorise des déplacements axiaux et radiaux entre la chambre et le carter externe résultant de leurs dilatations différentielles pendant les différentes phases de vol, sans que la bougie ne vienne buter ou s'appuyer contre les bords de l'orifice de la virole externe de la chambre. II existe également un jeu fonctionnel entre le guide et la bougie afin que le guide puisse être déplacé en translation par rapport à la bougie.
Le guide s'étend dans une veine périphérique délimitée par le carter externe et la chambre de combustion, de sorte que l'air qui circule dans cette veine appuie le guide sur la bougie. Le contact entre la surface interne, cylindrique du guide et la surface externe cylindrique de la bougie est situé du côté amont par rapport à l'écoulement d'air. Les dimensions de la zone de contact étant réduites, la pression de contact ou pression de Hertz est élevée. En outre, les vibrations et le flux d'air précité ont tendance à faire tourner le guide autour de la bougie.
Ceci crée une usure prématurée de la bougie au niveau de la zone de contact entre le guide et la bougie. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose une chambre de combustion d'une turbomachine, comprenant au moins une bougie d'allumage portée par un carter extérieur et s'étendant dans des moyens de guidage portés par une paroi de révolution de la chambre, ces moyens de guidage comprenant un guide tubulaire traversé axialement par la bougie et monté avec un jeu axial et transversal sur une cheminée fixée sur la paroi de révolution de la chambre et débouchant dans celle-ci, le guide comportant une surface interne cylindrique destinée à entourer la bougie, et raccordée du côté du carter externe à une surface tronconique, et du côté opposé à une collerette annulaire engagée avec jeu dans une gorge annulaire interne de la cheminée, caractérisée en ce que, pour réduire l'usure de la bougie en fonctionnement, la surface interne cylindrique s'étend axialement au-delà de la collerette annulaire, du côté opposé à la surface tronconique. De cette manière, la surface de contact entre le guide et la bougie est augmentée, de sorte que la pression de contact est diminuée, réduisant ainsi l'usure de la bougie.
Dans une forme de réalisation de l'invention, au moins une ouverture de refroidissement de la bougie est ménagée dans la cheminée et l'extrémité radialement interne de la surface interne cylindrique du guide est située entre cette ouverture et la collerette annulaire. Ainsi, la surface interne du guide ne s'étend donc pas jusqu'au niveau des ouvertures de refroidissement de la cheminée et le refroidissement de la bougie n'est donc pas perturbé. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, au moins une ouverture de refroidissement de la bougie est ménagée dans la cheminée et la surface cylindrique interne du guide s'étend en regard de cette ouverture et présente au moins une ouverture alignée avec celle de la cheminée. De cette manière, il est possible d'augmenter de manière plus importante la longueur de la zone de contact entre le guide et la bougie. La création d'une ouverture dans le guide permet de ne pas perturber, ou dans une faible mesure, le flux d'air de refroidissement de la bougie.
Avantageusement, la surface interne cylindrique du guide comporte plusieurs ouvertures de refroidissement, chacune alignée avec une ouverture de refroidissement de la cheminée. Selon une caractéristique de l'invention, l'ouverture ou chaque ouverture de la surface interne cylindrique du guide présente une forme générale oblongue s'étendant parallèlement à l'axe du guide. En pratique, la longueur axiale de la surface interne cylindrique du guide est comprise entre 4 et 10 mm. De façon plus générale, la surface interne cylindrique du guide s'étend sur une majeure partie de la hauteur de la cheminée et jusqu'au voisinage de la paroi de révolution de la chambre. L'invention concerne en outre une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comportant une chambre annulaire de combustion selon l'invention. 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 en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une partie d'une chambre annulaire de combustion de l'état de la technique ; - la figure 2 est une vue en perspective d'une partie de la chambre annulaire de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue agrandie des moyens de guidage d'une bougie utilisés dans la chambre des figures 1 et 2 ; - la figure 4 est une vue en coupe et en perspective du guide 10 tubulaire des moyens de guidage de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue en perspective d'un guide tubulaire selon une première forme de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue en perspective et en coupe médiane, des moyens de guidage selon la première forme de réalisation de 15 l'invention, montés sur la virole externe de la chambre de combustion ; - la figure 7 est une vue correspondant à la figure 4, d'un guide tubulaire selon une seconde forme de réalisation de l'invention ; - la figure 8 est une vue similaire à la figure 6, représentant les moyens de guidage selon la seconde forme de réalisation de l'invention, 20 montés sur la virole externe de la chambre de combustion. Comme cela est illustré aux figures 1 et 2, une chambre annulaire de combustion 1 d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion est montée dans un carter externe 2 et comprend une virole externe 3 de révolution comportant une bride annulaire aval de 25 fixation sur le carter 2, une virole interne 4 de révolution comportant une bride annulaire aval de montage sur un carter interne, et un fond de chambre 5 sur lesquels sont montés des carénages 6 s'étendant vers l'amont. Des cannes d'injection de carburant 7, réparties autour de l'axe de 30 la turbomachine, débouchent dans le fond de chambre 5, par des têtes d'injection 8. Des systèmes d'injection 9 sont disposés autour de chaque tête d'injection 8. Le flux d'air fourni par le compresseur de la turbomachine est guidé par les carénages 6 et partagé en une veine centrale destinée à alimenter la chambre de combustion 1 et en deux veines externes destinées à contourner la chambre de combustion. Les systèmes d'injection 9 forment un flux d'air entrant de manière tourbillonnante dans une zone de combustion primaire 10 de la chambre de combustion 1. Cet air est mélangé au carburant pulvérisé par les têtes d'injection 8, le mélange étant allumé par au moins une bougie 11. La bougie 11 est montée, par son extrémité externe, sur un adaptateur 12 fixé au carter externe 2. L'extrémité interne de la bougie 11 traverse un orifice 13 ménagé dans la virole externe 3, jusqu'à affleurer la surface interne de la virole externe 3.
L'orifice 13 est équipé de moyens de guidage 14 de la bougie 11 comprenant une cheminée tubulaire 15 (voir figure 3) fixée sur la virole externe 3 et débouchant dans la chambre 10 par ledit orifice 13, ainsi qu'un guide 16 entourant la bougie et monté avec un jeu axial et transversal sur la cheminée 15.
Comme cela est mieux visible en figure 4, le guide 16 de l'art antérieur comporte une surface interne cylindrique 17 destinée à entourer la bougie 11, et raccordée du côté du carter externe 2 à une surface tronconique 18, et du côté opposé à une collerette annulaire 19, destiné à être engagée avec jeu dans une gorge annulaire interne 20 de la cheminée 15. La longueur de la partie cylindrique 17 selon l'axe A du guide est généralement de l'ordre de 2 mm. La figure 5 représente un guide 16 selon l'invention. La structure de celui-ci diffère de celle décrite ci-dessus en ce que la surface interne cylindrique 17 s'étend axialement au-delà de la collerette annulaire 19, du côté opposé à la surface tronconique 18, pour augmenter la longueur de la partie cylindrique selon l'axe A du guide 16, qui est par exemple comprise entre 4 et 6 mm. La figure 6 illustre le montage de ce guide 16 dans une cheminée 15. Cette dernière est de forme générale tubulaire à section circulaire. Une extrémité radialement interne 21 de la cheminée 15 est montée et soudée sur la virole 3, par l'intermédiaire d'un épaulement 16 prenant appui sur le bord de l'orifice 13 et facilitant le positionnement de la cheminée 15. L'extrémité externe de la cheminée comporte un rebord annulaire 22 s'étendant radialement vers l'extérieur, par rapport à l'axe de la cheminée, sur lequel est fixée une plaque annulaire 23 s'étendant parallèlement au rebord 22 et délimitant la gorge annulaire interne 20 avec celui-ci. La collerette 19 du guide s'étend dans la gorge annulaire 20, un jeu radial j1 étant formé entre le bord périphérique de la collerette 19 et le fond de la gorge 20, un jeu axial j2 étant en outre formé entre la collerette 19 et la paroi annulaire 23. Ces jeux j1, j2 ainsi que le coulissement de la bougie 11 dans le guide 16 permettent de pouvoir compenser les déplacements et les désaxages relatifs entre la bougie d'allumage 11 et la cheminée 15, provoqués par les dilatations dues aux fortes températures apparaissant lors du fonctionnement de la turbomachine. Des trous de refroidissement 24 sont ménagés dans la paroi de la cheminée 15. Les trous 24 présentent par exemple un diamètre de l'ordre de 0,8 mm et sont régulièrement disposés le long d'un cercle situé entre le rebord annulaire 22 et l'extrémité interne de la cheminée 15. L'extrémité radialement interne 25 de la surface interne cylindrique 17 du guide 16 est située entre les trous 24 et le rebord annulaire 22, de manière à ne pas s'étendre en regard des trous 24.
En fonctionnement, de l'air issu de la veine périphérique 26 (voir figure 1) à l'extérieur de la chambre de combustion entre dans la cheminée 15 par les trous 24, de façon à refroidir la bougie 11. Comme indiqué ci-dessus, l'air circulant dans la veine 26 pousse le guide 16 en appui sur la bougie 11, sur le côté amont de celle-ci. La longueur de la surface interne 17 du guide 16 selon l'invention étant plus importante que dans la technique antérieure, la pression de contact ou pression de Hertz est plus faible et l'usure de la bougie 11 est ainsi sensiblement réduite.
Les figures 7 et 8 illustrent une variante de réalisation de l'invention dans laquelle la longueur de la partie cylindrique 17 selon l'axe A du guide 16 a été augmentée et est par exemple comprise entre 6 et 10 mm. Dans ce cas, la surface interne cylindrique 17 du guide 16 s'étend en regard des trous de refroidissement 24 de la cheminée 15.
Pour permettre le refroidissement de la bougie 11, des ouvertures 27 sont ménagées dans la paroi cylindrique 17 du guide 16. Chacune de ces ouvertures 27 est alignée avec un trou 24 de la cheminée 15. Bien entendu, le nombre d'ouvertures 27 du guide 16 pourrait être différent du nombre de trous 24 de la cheminée 15, l'essentiel étant de laisser passer une partie du flux d'air issu des trous 24 au travers de la paroi interne 17 du guide 16, de façon à refroidir efficacement la bougie 11. Chaque ouverture 27 de la surface interne cylindrique 17 du guide 16 présente une forme générale oblongue s'étendant parallèlement à l'axe A du guide. La largeur des ouvertures 27 est comprise entre 0,2 et 0,6 mm, la longueur des ouvertures 27 étant comprise entre 3 et 4 mm. La surface interne cylindrique 17 du guide 16 s'étend ainsi sur une majeure partie de la hauteur de la cheminée 15 et jusqu'au voisinage de la virole externe 3 de la chambre 1.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Chambre de combustion (1) d'une turbomachine, comprenant au moins une bougie d'allumage (11) portée par un carter extérieur (2) et s'étendant dans des moyens de guidage (14) portés par une paroi de révolution (3) de la chambre (1), ces moyens de guidage (14) comprenant un guide tubulaire (16) traversé axialement par la bougie (11) et monté avec un jeu axial (j2) et transversal al) sur une cheminée (15) fixée sur la paroi de révolution (3) de la chambre (1) et débouchant dans celle-ci, le guide (16) comportant une surface interne cylindrique (17) destinée à entourer la bougie (11), et raccordée du côté du carter externe (2) à une surface tronconique (18), et du côté opposé à une collerette annulaire (19) engagée avec jeu dans une gorge annulaire interne (20) de la cheminée (15), caractérisée en ce que, pour réduire l'usure de la bougie (11) en fonctionnement, la surface interne cylindrique (17) s'étend axialement au-delà de la collerette annulaire (19), du côté opposé à la surface tronconique (18).
  2. 2. Chambre de combustion (1) selon la revendication 1, dans laquelle au moins une ouverture de refroidissement (24) de la bougie (11) est ménagée dans la cheminée (15) et l'extrémité radialement interne (25) de la surface interne cylindrique (17) du guide (16) est située entre cette ouverture (24) et la collerette annulaire (19).
  3. 3. Chambre de combustion (1) selon la revendication 1, dans laquelle au moins une ouverture de refroidissement (24) de la bougie (11) est ménagée dans la cheminée (15) et la surface interne cylindrique (17) du guide (16) s'étend en regard de cette ouverture (24) et présente au moins une ouverture (27) alignée avec celle (24) de la cheminée (15).
  4. 4. Chambre de combustion (1) selon la revendication 3, dans laquelle la surface interne cylindrique (17) du guide (16) comporte plusieurs ouvertures de refroidissement (27), chacune alignée avec une ouverture de refroidissement (24) de la cheminée (15).
  5. 5. Chambre de combustion (1) selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle l'ouverture (27) de la surface interne cylindrique (17) du guide (16) présente une forme générale oblongue s'étendant parallèlement à l'axe A du guide (16).
  6. 6. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la longueur axiale de la surface interne cylindrique (17) du guide (16) est comprise entre 4 et 10 mm.
  7. 7. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 3 à 6, dans laquelle la surface interne cylindrique (17) du guide (16) s'étend sur une majeure partie de la hauteur de la cheminée (15) et jusqu'au voisinage de la paroi de révolution (3) de la chambre (1).
  8. 8. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comportant une chambre annulaire de combustion (1) selon l'une des revendications 1 à 7.15
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