FR3100601A1 - Carter de chambre de combustion d’une turbomachine - Google Patents
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Abstract
Un aspect de l’invention concerne un carter (200) de chambre de combustion (1) de turbomachine d’axe longitudinal (X), ledit carter (200) présentant une surface radialement externe et une surface radialement interne, et comportant : un bossage (220), ménagé au niveau de ladite surface radialement externe dudit carter (200), présentant une surface de contact (221) configurée pour recevoir un dispositif de fixation de bougie (16), et un orifice de traversée de bougie (210) positionné au niveau dudit bossage (220), configuré pour permettre la traversée d’une bougie, le carter (200) étant caractérisé en ce qu’il présente au moins un raidisseur (230) ménagé au niveau dudit bossage (220), ledit raidisseur (230) faisant saillie par rapport à ladite surface de contact (221) dudit bossage (220). Figure de l’abrégé : Figure 2.
Description
Le domaine technique de l’invention est celui des carters de chambre de combustion d’une turbomachine, et plus particulièrement celui des bossages de bougie ménagés sur la surface externe des carters de chambre de combustion, destinés à recevoir un dispositif de fixation de bougie.
ARRIERE PLAN TECHNIQUE
Une chambre annulaire de combustion de turbomachine comprend une paroi annulaire de fond de chambre reliée à deux viroles, une virole radialement externe et une virole radialement interne, sensiblement cylindriques et coaxiales, s’étendant vers l’aval, et un carénage ou capotage fixé sur le fond de la chambre de combustion et s’étendant vers l’amont.
Le carénage permet de guider le flux d’air fourni par le compresseur de la turbomachine et le partage en une veine primaire, qui alimente la chambre de combustion, et en deux veines périphériques 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 de la chambre de combustion, au niveau d’un bossage ménagé sur la paroi externe du carter, et traversant un orifice de la virole externe de la chambre de combustion.
La bougie d’allumage traverse une ouverture ménagée au niveau du bossage du carter externe, et est montée sur la carter par l’intermédiaire d’un dispositif de fixation destiné à venir se fixer sur la paroi externe du carter au niveau du bossage.
Lors de campagnes d’essais, il a été constaté que la dilation du carter de la chambre de combustion lors du fonctionnement de la turbomachine pouvait occasionner des déformations locales, notamment au niveau du bossage de bougie et être à l’origine de fuite de flux de la veine primaire vers le carénage, ayant pour conséquence une perte de débit dans la chambre de combustion, et donc une perte de rendement de la turbomachine.
Dans ce contexte, l’invention propose un carter de chambre de combustion permettant de s’affranchir des problématiques de l’état de la technique.
A cette fin, l’invention concerne un carter de chambre de combustion de turbomachine d’axe longitudinal, ledit carter présentant une surface radialement externe et une surface radialement interne, et comportant :
- un bossage, ménagé au niveau de ladite surface radialement externe dudit carter, présentant une surface de contact configurée pour recevoir un dispositif de fixation de bougie, et
- un orifice de traversée de bougie positionné au niveau dudit bossage, configuré pour permettre la traversée d’une bougie d’allumage,
Outre les caractéristiques évoquées dans le paragraphe précédent, le carter de chambre de combustion selon l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- ledit au moins un raidisseur est configuré et positionné de manière à renforcer la résistance mécanique en flexion dudit bossage selon un axe parallèle à l’axe longitudinal de ladite turbomachine ;
- ledit au moins un raidisseur est positionné au niveau d’une extrémité amont ou d’une extrémité aval dudit bossage ;
- ledit au moins un raidisseur présente une forme curviligne ; ainsi, le raidisseur épouse la forme du bossage ;
- ledit au moins un raidisseur forme une ailette de refroidissement pour refroidir localement ledit carter ;
- le carter présente un premier raidisseur ménagé au niveau d’une extrémité amont dudit bossage et un deuxième raidisseur ménagé au niveau d’une extrémité aval dudit bossage ;
- ledit bossage présente une partie centrale de forme circulaire, et deux lobes latéraux positionnés de part et d’autre de ladite partie centrale, ladite partie centrale de forme circulaire présentant un rayon supérieur à 14mm, et avantageusement de l’ordre de 18 mm ; ainsi, l’agrandissement du bossage, notamment de la partie centrale, permet d’intégrer ledit au moins un raidisseur, de rigidifier le bossage, sans modifier les dimensions d’un dispositif de fixation de bougie déjà existant ;
- les deux lobes latéraux dudit bossage présentent chacun un orifice (de fixation configuré pour solidariser un dispositif de fixation de bougie sur ledit bossage.
L’invention a également pour objet un module de chambre à combustion d’une turbomachine, caractérisé en ce qu’il comporte un carter selon l’invention, une bougie d’allumage traversant ledit carter au niveau dudit orifice de traversée de bougie et un dispositif de fixation monté au niveau dudit bossage dudit carter et apte à fixer ladite bougie d’allumage sur ledit carter.
L’invention a également pour objet une turbomachine caractérisée en ce qu’elle comporte un module de chambre à combustion selon l’invention.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
Les figures ne sont présentées qu’à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 est une vue en demi-coupe d’une partie d’une turbomachine.
La figure 2 illustre un bossage de bougie d’un carter externe de chambre de combustion selon l’invention, selon une vue de dessus.
La figure 3 est une vue en perspective du bossage de bougie du carter externe de la chambre de combustion illustré à la figure 2.
Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
Dans le présent exposé, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence au sens de circulation ou d’écoulement des flux de gaz dans la turbomachine circulant de l’amont vers l’aval.
Une turbomachine s’étend selon un axe longitudinal X autour duquel la turbomachine présente une symétrie de révolution. Dans l’ensemble de la description et dans les revendications, on entend par « direction axiale » une direction qui est parallèle à l’axe longitudinal X, et par « direction radiale » une direction qui est perpendiculaire à l’axe longitudinal. De plus, les termes « axial », « radial », « axialement » et « radialement » sont utilisés en référence aux directions axiale et radiale. Par ailleurs, les termes « interne », « externe », « intérieur », « extérieur », « intérieurement » et « extérieurement » sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte qu’une partie interne (ou intérieure) d'un élément est plus proche de l'axe longitudinal X de la turbomachine qu’une partie externe (ou extérieure) du même élément.
La illustre une vue en demi-coupe d’une partie d’une turbomachine, notamment au niveau de la chambre de combustion 1.
Une chambre de combustion 1 est une chambre annulaire montée dans un carter externe 200, dit carter de chambre de combustion, également de forme annulaire.
La chambre de combustion 1 comprend une virole externe 3 de révolution comportant une bride annulaire aval de fixation 4, une virole interne 5 de révolution comportant une bride annulaire aval de fixation 6, et un fond de chambre 7 sur lesquels sont montés des carénages 8 s’étendant vers l’amont.
Des cannes d’injection de carburant 9, réparties autour de l’axe longitudinal X de la turbomachine, débouchent dans le fond de chambre 7, par des têtes d’injection 10. Des systèmes d’injection 11 sont disposés autour de chaque tête d’injection 10.
Le flux d’air fourni par le compresseur de la turbomachine, situé en amont de la chambre de combustion 1, est guidé par les carénages 8 et est partagé en une veine centrale, destinée à alimenter la chambre de combustion via les systèmes d’injection 11, et en deux veines périphériques 12, 13 destinées à contourner la chambre de combustion 1.
Les systèmes d’injection 11 génèrent un flux d’air entrant de manière tourbillonnante dans une zone de combustion primaire de la chambre de combustion 1. Cet air est mélangé au carburant pulvérisé par les têtes d’injection 10, le mélange est allumé par un moins une bougie 14.
La bougie 14 est montée, par son extrémité externe, sur le carter externe 200, par l’intermédiaire d’un dispositif de fixation 16.
L’extrémité interne 17 de la bougie 14 traverse un orifice de traversée de bougie 210 ménagé au niveau du carter 200 ainsi qu’un orifice 8 ménagé dans la virole externe 3, jusqu’à venir affleurer sensiblement la surface interne de la virole externe 3.
Le dispositif de fixation 16 de la bougie comporte un adaptateur 22 tubulaire monté au niveau d’un bossage 220 ménage sur la surface externe du carter externe 200, l’orifice de traversée de bougie 210 étant ménagé au niveau dudit bossage 220 du carter externe 200. Le carter externe 200 comporte autant de bossages 220, répartis à la périphérie du carter 200 autour de l’axe longitudinal X de la turbomachine, que de bougies 210 nécessaires au fonctionnement de la turbomachine.
L’adaptateur 22 du dispositif de fixation 16 comporte classiquement une première partie cylindrique et une seconde partie cylindrique, d’axe A, et une platine de fixation 25. La platine de fixation 25 présente une surface de contact plane sensiblement circulaire, présentant deux lobes 27 d’extrémité, formant ainsi une extension à la forme circulaire, les deux lobes 27 étant diamétralement opposés.
La platine de fixation 25 est montée sur le bossage 220 du carter externe 200 par l’intermédiaire d’un joint d’étanchéité 28 présentant une forme sensiblement similaire à la forme de la surface de contact de la platine 25. La platine de fixation 25 et le joint d’étanchéité 28 sont solidarisés sur le bossage 220 du carter externe 200 par l’intermédiaire de vis 29 positionnés au niveau des deux lobes 27.
La illustre plus particulièrement la géométrie du bossage 220 du carter externe 200 selon l’invention, selon une vue de dessus.
La illustre la géométrie du bossage 220 du carter externe 200 selon l’invention, selon une vue en perspective.
Le bossage 220 ménagé sur le carter externe 200 permet créer une surface de contact plane 221 adaptée pour coopérer et former une étanchéité avec la platine de fixation 25 du dispositif de fixation 16 et le joint d’étanchéité 28.
Le bossage 220 présente une forme sensiblement identique à la forme de la platine de fixation 25, notamment pour assurer une bonne complémentarité des surfaces de contact. Toutefois, le bossage 220 selon l’invention présente quelques particularités innovantes qui vont être décrites par la suite.
En référence à la , le bossage 220 présente une partie centrale 222 de forme sensiblement circulaire et qui présente en son centre l’orifice de traversée de bougie 210, et deux lobes d’extrémité 227 situés de part et d’autre de la partie centrale 222, les deux lobes d’extrémité 227 étant diamétralement opposés.
Le bossage 220 présente en outre deux orifices de fixation 228 positionnés au niveau des lobes 227, les orifices de fixation 228 permettant de recevoir les vis 29 pour le montage et la solidarisation de la platine de fixation 25. Bien entendu l’entraxe des deux orifices de fixation 228 du bossage 220 est équivalent à l’entraxe des vis 29 positionnés au niveau des deux lobes 27 de la platine de fixation 25.
Le bossage 220 du carter externe 220 de chambre de combustion selon l’invention présente en outre au moins un raidisseur 230 faisant saillie par rapport à la surface de contact 221 du bossage 220, et positionné en périphérie de la surface de contact 221, au niveau de la partie centrale 222.
Avantageusement, le bossage 220 présente un premier raidisseur 230 positionné au niveau de l’extrémité amont du bossage 220 et un deuxième raidisseur 230 au niveau de l’extrémité aval du bossage 220, les deux raidisseurs 230 étant diamétralement opposés.
La hauteur ainsi que l’épaisseur maximale des raidisseurs 230 sont déterminées en fonction des exigences de dimensionnement requises. Ainsi, on pourra augmenter la hauteur ainsi que l’épaisseur des raidisseurs plus les exigences de durée de vie du carter 200 seront importantes.
Les raidisseurs 230 sont configurés pour rigidifier et pour réduire les contraintes au niveau des zones critiques du carter externe 200, et plus particulièrement au niveau du lamage situé au niveau de la surface interne du bossage 220, qui sont liées principalement aux efforts de pression appliqués dans la veine périphérique 12 entre la chambre de combustion 1 et le carter 200. Les raidisseurs 230 permettent notamment de rigidifier le bossage 220 en flexion, évitant ainsi une déformation locale du bossage en flexion autour d’un axe sensiblement parallèle à l’axe longitudinal X de la turbomachine.
Les raidisseurs 230 présentent une épaisseur sensiblement constante dans la partie centrale 222 et qui diminue au niveau des extrémités s’étendant vers les lobes 227.
Les raidisseurs 230 présentent une forme curviligne, par exemple en forme de C de manière à épouser la forme globale périphérique de la surface de contact 221 du bossage 220.
Pour assurer le positionnent des platines de fixation 25, le bossage 220 du carter externe 200 selon l’invention présentent des dimensions plus importantes, notamment au niveau des parties amont et aval du bossage 220.
Ainsi, la partie centrale 222 présente une courbure dont l’extrémité externe est confondue avec un cercle (représenté en pointillé sur la figure 2) dont le rayon est supérieur à 14mm, et avantageusement de l’ordre de 18mm.
Les raidisseurs 230 ont également pour fonction d’améliorer le refroidissement du carter externe 200 au niveau du bossage 220. En effet, les raidisseurs 230 forment des ailettes de refroidissement faisant saillie par rapport à la surface de contact 221 du bossage 220, qui créent un gradient thermique entre la surface interne du carter externe 200 et le sommet du bossage 220. Ainsi, les phénomènes de déformation du bossage 220 par dilatation, notamment en flexion, sont également réduits par refroidissement optimisé de cette zone du carter externe 200.
La Demanderesse a constaté que la géométrie de bossage 220 de carter externe 200 de chambre de combustion 1 selon l’invention permet de rigidifier la structure du carter au niveau du bossage 220 de bougie et de minimiser le débit de fuite dans la chambre de combustion 1, à une valeur inférieure à 2 g.s-1, ce qui correspond à moins de 0,01% du débit d’air en sortie du compresseur haute pression de la turbomachine.
Le bossage 220 selon l’invention permet également d’augmenter le nombre de cycle de fonctionnement du carter 200, par réduction des contraintes au niveau des zones critiques. Grâce à la géométrie du bossage 220 selon l’invention, la zone critique du lamage de la surface inférieure du bossage 220 au niveau de l’orifice de traversée de bougie 210 résiste à un minimum de 15000 cycles de fonctionnement.
Claims (10)
- Carter (200) de chambre de combustion (1) de turbomachine d’axe longitudinal (X), ledit carter (200) présentant une surface radialement externe et une surface radialement interne, et comportant :
- un bossage (220), ménagé au niveau de ladite surface radialement externe dudit carter (200), présentant une surface de contact (221) configurée pour recevoir un dispositif de fixation de bougie (16), et
- un orifice de traversée de bougie (210) positionné au niveau dudit bossage (220), configuré pour permettre la traversée d’une bougie d’allumage (14),
- Carter (200) de chambre de combustion (1) de turbomachine selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit au moins un raidisseur (230) est configuré et positionné de manière à renforcer la résistance mécanique en flexion dudit bossage (220) selon un axe parallèle à l’axe longitudinal (X) de ladite turbomachine.
- Carter (200) de chambre de combustion (1) de turbomachine selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit au moins un raidisseur (230) est positionné au niveau d’une extrémité amont ou d’une extrémité aval dudit bossage (220).
- Carter (200) de chambre de combustion (1) de turbomachine selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce ledit au moins un raidisseur (230) présente une forme curviligne.
- Carter (200) de chambre de combustion (1) de turbomachine selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit au moins un raidisseur (230) forme une ailette de refroidissement pour refroidir localement ledit carter (200).
- Carter (200) de chambre de combustion (1) de turbomachine selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il présente un premier raidisseur (230) ménagé au niveau d’une extrémité amont dudit bossage (220) et un deuxième raidisseur (230) ménagé au niveau d’une extrémité aval dudit bossage (220).
- Carter (200) de chambre de combustion (1) de turbomachine selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit bossage (220) présente une partie centrale (222) de forme circulaire, et deux lobes latéraux (227) positionnés de part et d’autre de ladite partie centrale (222), ladite partie centrale (222) de forme circulaire présentant un rayon supérieur à 14mm.
- Carter (200) de chambre de combustion (1) de turbomachine selon la revendication précédente caractérisé en ce que les deux lobes latéraux (227) dudit bossage (220) présentent chacun un orifice (228) de fixation configuré pour solidariser un dispositif de fixation (16) de bougie sur ledit bossage (220).
- Module de chambre de combustion (1) d’une turbomachine, caractérisé en ce qu’il comporte un carter (200) selon l’une des revendications précédentes, une bougie d’allumage (14) traversant ledit carter (200) au niveau dudit orifice de traversée de bougie (210) et un dispositif de fixation (16) monté au niveau dudit bossage (220) dudit carter (200) et apte à fixer ladite bougie d’allumage (14) sur ledit carter (200).
- Turbomachine caractérisée en ce qu’elle comporte un module de chambre de combustion (1) selon la revendication précédente.
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Citations (4)
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2019
- 2019-09-05 FR FR1909763A patent/FR3100601B1/fr active Active
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