FR2965604A1

FR2965604A1 - Chambre de combustion de turbomachine

Info

Publication number: FR2965604A1
Application number: FR1058051A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Christian Raymond Leblond; Denis Jean Maurice Sandelis
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2012-04-06
Anticipated expiration: 2030-10-05
Also published as: FR2965604B1

Abstract

L'invention concerne une chambre de combustion d'une turbomachine, comprenant un carénage annulaire (53) comportant une paroi annulaire amont (55) pourvue d'une pluralité d'ouvertures de passage d'air et constituant une surface de déviation, radialement vers l'extérieur, de particules solides ou liquides transportées par l'air d'alimentation de la chambre. Des orifices additionnels d'entrée d'air (52) sont formés dans une partie périphérique externe du carénage (53) et sont alimentés par une partie de l'air dévié par la paroi annulaire amont (55) du carénage (53).

Description

1 CHAMBRE DE COMBUSTION DE TURBOMACHINE La présente invention concerne une chambre annulaire de combustion pour une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion.

De manière connue, dans une turbomachine, une chambre annulaire de combustion est agencée en sortie d'un compresseur haute pression et comprend une paroi annulaire de fond de chambre reliée à deux parois sensiblement cylindriques coaxiales interne et externe s'étendant vers l'aval, et un carénage ou capotage annulaire fixé sur le fond de chambre et s'étendant vers l'amont. Le carénage comprend une paroi amont pourvue d'une pluralité d'ouvertures de passage d'air et de montage d'injecteurs de carburant traversant le fond de chambre et débouchant entre les deux parois cylindriques interne et externe.

Le carénage guide le flux d'air fourni par le compresseur haute pression de la turbomachine et le partage en une veine centrale circulant à travers les ouvertures de la paroi amont et alimentant la chambre de combustion et en deux veines annulaires interne et externe qui contournent la chambre de combustion.

Les ouvertures de la paroi amont ont un diamètre relativement important pour permettre l'entrée à la fois l'entrée de l'air nécessaire à la combustion du carburant et également pour permettre le montage des injecteurs dans les orifices. Toutefois, ce diamètre important des ouvertures amont ne permet pas de protéger de manière optimale les systèmes d'injection de l'ingestion par la chambre de combustion de particules liquides ou solides telles que du sable ou de la glace, qui peuvent impacter la combustion du carburant, diminuer les performances de la turbomachine et conduire dans certaines situations critiques à une extinction de la combustion.

L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cette fin, elle propose une chambre de combustion d'une turbomachine, comprenant un carénage annulaire comportant une paroi annulaire amont pourvue d'une pluralité d'ouvertures de passage d'air et de montage d'injecteurs de carburant, caractérisée en ce que la paroi annulaire amont du carénage constitue une surface de déviation, radialement vers l'extérieur, de particules solides ou liquides transportées par l'air d'alimentation de la chambre, et en ce que des orifices additionnels d'entrée d'air sont formés dans une partie périphérique externe du carénage et sont alimentés par une partie de l'air dévié par la paroi annulaire amont du carénage. L'utilisation de la paroi annulaire amont en tant que paroi de déviation des particules liquides ou solides radialement vers l'extérieur permet d'éviter que les particules contournant extérieurement la chambre du fait de l'effet centrifuge ne pénètrent à l'intérieur des orifices additionnels de prélèvement d'air. Ainsi, une partie de l'air servant à la combustion du carburant provient des orifices additionnels, ce qui permet de diminuer la dimension des ouvertures de la paroi amont du carénage et permet donc de diminuer la quantité de particules solides ou liquides entrant dans la chambre de combustion, ce qui optimise le fonctionnement de la turbomachine. Avantageusement, la partie périphérique externe du carénage comporte un renfoncement annulaire débouchant vers l'aval dans lequel sont formés les orifices additionnels d'entrée d'air. Les particules solides ou liquides qui sont déviées radialement vers l'extérieur par le carénage ne peuvent pas pénétrer dans le renfoncement annulaire du fait de leur inertie importante et s'écoulent vers l'aval dans la veine de contournement externe de la chambre. Ainsi, les orifices additionnels sont protégés et permettent une entrée d'air dénué de toutes particules solides ou liquides. Dans une variante de réalisation de l'invention, le renfoncement annulaire est délimité en amont par une paroi radiale de la partie périphérique externe et intérieurement par une paroi cylindrique raccordée en amont à la paroi radiale et fixée en aval sur le fond de chambre. Avantageusement, le renfoncement annulaire forme une gorge annulaire délimitée extérieurement par une paroi cylindrique externe entourant la paroi cylindrique de fixation au fond de chambre et reliée à son extrémité amont à la paroi radiale. Avec une telle configuration, les entrées des orifices débouchant à l'intérieur de la gorge annulaire sont davantage protégées des particules solides et liquides.

Le bord aval de la paroi cylindrique externe peut comprendre des échancrures pour le passage de vis de fixation de la paroi cylindrique interne au fond de chambre. Les orifices additionnels d'entrée d'air peuvent être formés dans la paroi radiale de la partie périphérique externe et/ou dans la paroi cylindrique de fixation au fond de chambre. Selon une autre caractéristique de l'invention, les orifices additionnels d'entrée d'air sont régulièrement répartis autour de l'axe du carénage et ont une section allongée en direction circonférentielle. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la section des orifices additionnels d'entrée d'air est déterminée de manière à ce que le débit d'air total entrant par ceux-ci soit compris entre environ 10 et 20 % du débit d'air total entrant à l'intérieur de la chambre de combustion. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant une chambre de combustion telle que décrite précédemment. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'une chambre annulaire de combustion selon la technique antérieure ; la figure 2 est une vue schématique en perspective et selon un plan de coupe axiale d'une chambre de combustion selon l'invention ; la figure 3 est vue schématique en perspective du carénage d'une chambre de combustion selon l'invention ; la figure 4 est une représentation schématique d'une variante de réalisation d'un carénage de chambre de combustion selon l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une chambre annulaire de combustion 10 selon la technique antérieure et dans laquelle un diffuseur 12 en sortie d'un compresseur haute pression en amont (non représenté) alimente en air sous pression un espace annulaire 14 délimité par deux carters coaxiaux, l'un 16 radialement externe par rapport à l'axe 18 de la chambre et l'autre 20 radialement interne, et qui contient la chambre de combustion 10. Cette chambre de combustion comprend deux parois sensiblement cylindriques et coaxiales 22, 24, et une paroi annulaire amont de fond de chambre 26 sur laquelle est fixé un carénage annulaire 28 de type monobloc qui s'étend vers l'amont. Le carénage annulaire 28 comprend une paroi annulaire amont 30 pourvue d'une pluralité d'ouvertures 32 de passage d'air et de montage d'injecteurs 34 fixés sur le fond de chambre 26. Cette paroi amont 30 se prolonge vers l'aval par deux parois périphériques interne et externe 32, 34 sensiblement cylindriques. Les extrémités aval des parois cylindriques 22, 24 sont reliées aux carters 16 et 20 respectivement par des brides annulaires 36 et 38.

L'extrémité amont de la paroi cylindrique externe 24 est fixée par des boulons 40 sur la partie périphérique externe 34 du carénage 30 et sur un rebord annulaire externe du fond de chambre 26. De façon similaire, l'extrémité amont de la paroi radialement interne 22 est fixée par des boulons 40 sur la partie périphérique interne du carénage et sur un rebord annulaire interne 44 du fond de chambre 26.

En fonctionnement, le flux d'air fourni par le compresseur et sortant du diffuseur 12 est guidé par le carénage 30 et se divise en une partie 46 qui passe dans les ouvertures 32 du carénage et dans des orifices correspondants 48 du fond de chambre 26 pour alimenter la chambre de combustion, et en deux parties 48 et 50 qui contournent la chambre de combustion, et dont une fraction alimente également la chambre de combustion en passant par des orifices primaires 51 et des orifices de dilution 57 formés en aval dans les parois cylindriques interne et externe 22, 24.

Le carénage 28, outre sa fonction de guidage du flux d'air, assure également une fonction de protection des systèmes d'injection et du fond de chambre 26 contre l'introduction de particules liquides ou solides dans la chambre de combustion. Toutefois, cette protection est limitée par le diamètre relativement important des ouvertures 32 du carénage 28, ces ouvertures 32 permettant à des particules liquides ou solides telles que de l'eau ou du sable de pénétrer à l'intérieur de la chambre de combustion, ce qui peut conduire dans des cas extrêmes à l'extinction de la combustion, et cela bien que le flux d'air issu du diffuseur possède une composante de rotation induisant une centrifugation des particules solides ou liquides qui évite que la totalité de ces particules ne pénètre dans la chambre de combustion par les ouvertures 32 de la paroi amont 30 du carénage. L'invention apporte une solution à ce problème en réduisant la dimension des ouvertures 32, ce qui augmente la déviation des particules solides ou liquides radialement vers l'extérieur de la chambre, et en réalisant des orifices additionnels 52 d'entrée d'air dans la partie périphérique externe du carénage 54. A cette fin (figure 2), la partie périphérique externe du carénage 53 comprend un renfoncement annulaire débouchant vers l'aval et délimité en amont par une paroi sensiblement radiale 54 raccordée à son extrémité radialement interne à une paroi cylindrique 56 s'étendant vers l'aval et fixée sur le rebord annulaire externe 42 de la paroi de fond de chambre 26. Les orifices d'entrée d'air 52 sont régulièrement répartis autour de l'axe du carénage 53 et sont formés dans la paroi radiale 54 laquelle s'étend par exemple sur une distance radiale d'environ 3 à 5 millimètres. L'extrémité radialement externe de la paroi radiale 54 est raccordée à l'extrémité radialement externe de la paroi amont 55 du carénage. Dans la réalisation représentée en figure 2, le renfoncement annulaire est délimité extérieurement par une paroi cylindrique externe 58 raccordée à son extrémité amont à l'extrémité radialement externe de la paroi radiale 54 de manière à définir une gorge annulaire à section en U tournée vers l'aval. Le bord aval de la paroi cylindrique externe 58 du carénage 53 comprend des échancrures 60 pour le passage des vis de fixation du carénage 53 au fond de chambre 26.

En comparaison de la technique antérieure, les dimensions des ouvertures de passage d'air 62 de la paroi amont 55 du carénage 53 peuvent être diminuées de manière à réduire la quantité de particules solides et liquides pouvant passer par ces ouvertures, le reste de l'air nécessaire à la bonne combustion du carburant passant par les orifices additionnels d'entrée d'air 52. En fonctionnement, le flux d'air 48 contournant extérieurement la chambre de combustion est dévié par l'extrémité radialement externe de la paroi amont 55 et davantage de particules solides ou liquides sont déviées radialement vers l'extérieur. Ces particules s'écoulent en aval autour de la chambre et ne peuvent pénétrer dans la chambre de combustion par les orifices additionnels d'entrée d'air 52. Ces orifices d'entrée d'air 52 ont une section allongée en direction circonférentielle. Dans une réalisation particulière de l'invention, la section des orifices d'entrée d'air 52 est déterminée de manière à ce que le débit d'air total entrant par ceux-ci soit compris entre environ 10 et 20 % du débit d'air total entrant à l'intérieur de la chambre de combustion. Dans la réalisation de l'invention représentée aux figures 2 et 3, la paroi cylindrique externe 58 permet une protection accrue des orifices additionnels d'entrée d'air. Toutefois, on comprend que l'invention fonctionnerait également sans cette paroi cylindrique externe 58. Dans une variante de réalisation de l'invention, les orifices additionnels 52 peuvent être formés dans la paroi cylindrique interne 56 du carénage 53 ou bien être formés à la fois dans la paroi précité et dans la paroi radiale 54. Dans une autre variante réalisation de l'invention représentée en figure 4, le renfoncement annulaire 63 pourrait être délimité en amont par une paroi annulaire 64 fixée à sa périphérie radialement interne à la paroi amont 30 du carénage 53 et s'étendant dans le flux d'air 48 contournant extérieurement la chambre de combustion, les orifices 52 débouchant dans le renfoncement annulaire 63 en aval de cette paroi annulaire 64. Ce type de montage pourrait ainsi être intégré à des carénages de l'art antérieur, par exemple lors d'une opération de maintenance, par simple fixation par soudage ou brasage.20

Claims

REVENDICATIONS1. Chambre de combustion de turbomachine, comprenant un carénage annulaire (53) comportant une paroi annulaire amont (30) pourvue d'une pluralité d'ouvertures (32) de passage d'air et de montage d'injecteurs (34) de carburant, caractérisée en ce que la paroi annulaire amont (55) du carénage (53) constitue une surface de déviation, radialement vers l'extérieur, de particules solides ou liquides transportées par l'air d'alimentation de la chambre, et en ce que des orifices additionnels d'entrée d'air (52) sont formés dans une partie périphérique externe du carénage (53) et sont alimentés par une partie de l'air dévié par la paroi annulaire amont (55) du carénage (53).
2. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie périphérique externe du carénage (53) comporte un renfoncement annulaire (63) débouchant vers l'aval dans lequel sont formés les orifices additionnels d'entrée d'air (52).
3. Chambre de combustion selon la revendication 2, caractérisée en ce que le renfoncement annulaire est délimité en amont par une paroi radiale (54) de la partie périphérique externe et intérieurement par une paroi cylindrique (56) raccordée en amont à la paroi radiale (54) et fixée en aval sur le fond de chambre (26).
4. Chambre de combustion selon la revendication 3, caractérisée en ce que le renfoncement annulaire forme une gorge annulaire délimitée extérieurement par une paroi cylindrique externe (58) entourant la paroi cylindrique (56) de fixation au fond de chambre (26) et reliée à son extrémité amont à la paroi radiale (54).
5. Chambre de combustion selon la revendication 4, caractérisée en ce que le bord aval de la paroi cylindrique externe comprend des échancrures (60) pour le passage de vis de fixation de la paroi cylindrique interne au fond de chambre (26). 9
6. Chambre de combustion selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que les orifices additionnels d'entrée d'air (52) sont formés dans la paroi radiale (54) de la partie périphérique externe et/ou dans la paroi cylindrique (56) de fixation au fond de chambre.
7. Chambre de combustion selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les orifices additionnels d'entrée d'air (52) sont régulièrement répartis autour de l'axe du carénage (53) et ont une section allongée en direction circonférentielle.
8. Chambre de combustion selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la section des orifices additionnels d'entrée d'air (52) est déterminée de manière à ce que le débit d'air total entrant par ceux-ci soit compris entre environ 10 et 20 % du débit d'air total entrant à l'intérieur de la chambre de combustion.
9. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre de combustion selon l'une des revendications précédentes.