CA2615029C - Deflecteur pour fond de chambre de combustion, chambre de combustion en etant equipee et turboreacteur les comportant - Google Patents
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Abstract
Application à un déflecteur d'un fond de chambre d'une chambre de combustion d'un turboréacteur.
Description
COMBUSTION EN ETANT EQUIPEE ET TURBOREACTEUR LES COMPORTANT
La présente invention se rapporte au domaine technique des chambres de combustion pour turboréacteurs. Elle vise en particulier un écran de protection thermique, ou déflecteur, pour un fond de chambre de combustion. Elle vise aussi une chambre de combustion dotée d'au moins un tel déflecteur. Elle vise enfin un turboréacteur équipé d'une telle chambre de combustion et/ou d'au moins un tel déflecteur.
Dans tout ce qui suit, les termes axial , radial , transversal correspondent respectivement à une direction axiale, à une direction radiale, et à un plan transversal du turboréacteur, et les termes amont et aval correspondent respectivement au sens de l'écoulement des gaz dans le turboréacteur.
Une chambre de combustion conventionnelle, dite divergente, est illustrée sur la figure 11, qui est une coupe axiale montrant une moitié de la chambre de combustion, l'autre moitié de celle-ci se déduisant par symétrie par rapport à
l'axe (non représenté) du turboréacteur. La chambre de combustion 110 est comprise dans une chambre de diffusion 130 qui est un espace annulaire défini entre un carter externe 132 et un carter interne 134, dans lequel est introduit un comburant comprimé
provenant en amont d'un compresseur (non représenté) par l'intermédiaire d'un conduit annulaire de diffusion 136.
Cette chambre de combustion conventionnelle, dite divergente 110 comporte une paroi externe 112 et une paroi interne 114, qui sont coaxiales et sensiblement coniques, et qui s'évasent de l'amont vers l'aval avec un angle de cône a.
Les parois externe 112 et interne 114 de la chambre de combustion 110 sont reliées entre elles vers l'amont de la chambre de combustion par un fond de chambre 116.
Le fond de chambre 116 est une pièce sensiblement tronconique, qui s'étend entre deux plans sensiblement transversaux en s'évasant de l'aval vers l'amont.
Le fond de chambre 116 se raccorde à chacune des deux parois externe 112 et interne 114 de la chambre de combustion 110. Du fait de la faible inclinaison de la chambre de combustion 110, le fond de chambre 116 présente une faible conicité. Il est doté de systèmes d'injection 118 à travers lesquelles passent des injecteurs 120 qui introduisent du carburant à l'extrémité amont de la chambre de combustion 110 où se déroulent les réactions de combustion.
Dans des conceptions plus récentes de chambres de combustion dites convergentes, les parois externe et interne de la chambre de combustion sont inclinées en s'évasant de l'aval vers l'amont, et non pas de l'amont vers l'aval comme avec les chambres de combustion conventionnelles, dites divergentes, précédemment décrites.
Ces chambres de combustion dites convergentes peuvent avoir un angle de cône a plus important que l'angle de cône a des chambres de combustion dites divergentes.
Une inclinaison aussi importante de la chambre de combustion a des répercussions sur la conicité du fond de chambre et sur la position des déflecteurs par rapport au fond de chambre. Une telle chambre de combustion est partiellement illustrée à la figure 12, en coupe axiale. Sur cette figure apparaissent une direction axiale 100 parallèle à l'axe du turboréacteur, la direction principale 200 de la chambre de combustion 110, et l'angle a entre ces deux axes 100, 200. Du fait de l'inclinaison importante de la chambre de combustion 110, le fond de chambre 116 présente une conicité plus importante qu'un fond de chambre de combustion traditionnelle.
Lorsque non seulement l'inclinaison du fond de chambre 116 est importante, mais qu'aussi les injecteurs 120 sont présents en nombre réduit et/ou que la chambre de combustion 110 présente un faible diamètre, cela affecte la distance D entre le fond de chambre et les déflecteurs plans. Dans le plan de la coupe axiale de la figure 12, la distance D entre le fond de chambre 116 et les déflecteurs 122 apparaît comme étant constante. En revanche, comme illustré sur la figure 13, qui est une coupe suivant le plan XIII-XIII de
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et propose un écran de protection thermique pour fond de chambre, ou déflecteur, qui soit configuré de telle manière que la distance D entre le fond de chambre et ce déflecteur reste constante.
Selon un premier aspect, l'invention se rapporte à un déflecteur pour un fond de chambre d'une chambre de combustion d'un turboréacteur, se présentant sous la forme d'une plaque dotée d'un trou.
Selon un premier mode de réalisation, ladite plaque est une portion d'une surface conique de révolution autour d'un axe de cône, ladite plaque ayant une face sensiblement concave et une face sensiblement convexe, et ladite plaque ayant un contour qui possède quatre côtés, parmi lesquels deux premiers côtés sont des arcs de cercles concentriques et centrés sur ledit axe de cône, et deux deuxièmes côtés sont des segments de génératrices dudit cône qui relient lesdits premiers côtés.
Selon un deuxième mode de réalisation, ledit déflecteur comporte toutes les caractéristiques du premier mode de réalisation, et comporte, en outre, une zone centrale qui entoure ledit trou et une zone périphérique qui entoure ladite zone centrale, ladite zone centrale ayant une face plane du côté de ladite face concave.
Selon une première variante du deuxième mode de réalisation, ladite zone centrale est sensiblement circulaire. Selon cette première variante du deuxième mode de réalisation, ledit déflecteur présente une zone de raccordement entre ladite zone périphérique et ladite zone centrale.
Selon une deuxième variante du deuxième mode de réalisation, ladite zone centrale est une portion de plan délimitée par deux arêtes qui sont des segments de génératrices dudit cône parallèles auxdits deuxièmes côtés.
De manière commune au premier mode de réalisation et aux deux variantes du deuxième mode de réalisation, lesdits premiers côtés de la plaque formant le
De manière commune au premier mode de réalisation et aux deux variantes du deuxième mode de réalisation, ledit déflecteur est, en outre, doté de moyens de positionnement angulaire. Selon une forme de réalisation, lesdits moyens de positionnement angulaire comportent une rainure de blocage destinée à recevoir une clavette de blocage. Selon cette même forme de réalisation, ils comportent également une clavette de blocage destinée à coopérer avec une rainure de blocage ménagée sur ledit déflecteur.
Selon un deuxième aspect, l'invention se rapporte à une chambre de combustion qui possède au moins un déflecteur selon le premier aspect.
De préférence, ledit déflecteur est fixé par brasage sur le fond de chambre.
Ladite chambre de combustion comporte, en outre, des moyens de positionnement angulaire. Lesdits moyens de positionnement angulaire comportent une première rainure de blocage destinée à recevoir une clavette de blocage. Ils comportent, en outre, une deuxième rainure de blocage destinée à coopérer avec un doigt d'arrêt.
De préférence, ladite chambre de combustion est une chambre de combustion dite convergente, ayant une paroi externe et une paroi interne coaxiales et sensiblement tronconiques qui sont inclinées en s'évasant de l'aval vers l'amont.
Selon un troisième aspect, l'invention se rapporte à un turboréacteur, qui comporte une chambre de combustion selon le premier aspect et/ou au moins un déflecteur selon le deuxième aspect.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation particulier de l'invention, fourni à titre indicatif et nullement limitatif, et illustré au moyen des dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une partie de turboréacteur dont la chambre de combustion dite convergente, montrant une moitié de la chambre de combustion, l'autre moitié se déduisant par symétrie axiale ;
- la figure 2 représente en perspective et de façon schématique un déflecteur selon l'invention ;
- la figure 3 représente, en coupe axiale, une partie de chambre de combustion dite convergente ainsi qu'un déflecteur selon un premier mode de réalisation de l'invention, vus en coupe axiale ;
- la figure 4 est une vue agrandie d'un détail de la figure 3;
- la figure 6 représente, en coupe axiale, d'autres moyens de positionnement angulaire ;
- la figure 7 est une vue en perspective d'une première variante du deuxième mode de réalisation ;
- la figure 8 est une vue en coupe selon le plan VIII-VIII de la figure 7;
- la figure 9 est une vue en perspective d'une deuxième variante du deuxième mode de réalisation ;
- la figure 10 est une vue en coupe selon le plan X-X de la figure 9;
- la figure 11, déjà décrite, est une vue en coupe axiale d'une chambre de combustion de la technique antérieure dite divergente ;
- la figure 12, déjà décrite, représente à plus grande échelle, une partie de chambre de combustion dite convergente, ainsi qu'un déflecteur plan de la technique antérieure, vus en coupe axiale ; et - la figure 13, déjà décrite, représente à plus grande échelle, une partie de chambre de combustion dite convergente, ainsi qu'un déflecteur plan de la technique antérieure, vus en coupe suivant les flèches XIII-XIII de la figure 12.
En se référant tout d'abord à la figure 1, il est représenté une portion d'un turboréacteur 2 s'étendant suivant une direction axiale 100 et équipé d'une chambre de combustion 10. Cette chambre de combustion 10, dite convergente, comporte une paroi externe 12 et une paroi interne 14, qui sont coaxiales et sensiblement tronconiques.
La chambre de combustion 10 est comprise dans une chambre de diffusion qui est un espace annulaire défini entre un carter externe 32 et un carter interne 34, 30 dans lequel est introduit un comburant comprimé provenant en amont d'un compresseur (non représenté) par l'intermédiaire d'un conduit annulaire de diffusion 36.
chacune des deux parois externe 12 et interne 14 de la chambre de combustion 10. Il est doté de systèmes d'injection 18 à travers lesquelles passent des injecteurs 20 qui traversent le carter extérieur 32 et qui introduisent du carburant à
l'extrémité amont de la chambre de combustion 10 où se déroulent les réactions de combustion.
Un premier mode de réalisation d'un déflecteur 22 selon l'invention est représenté de manière schématique et en perspective à la figure 2. Ce déflecteur 22 se présente sous la forme d'une plaque qui est une portion d'une surface conique d'un cône, ce cône ayant un axe de cône 300 et un angle de cône a. En service, lorsque ledit déflecteur 22 est installé sur le fond de chambre 16, ledit axe de cône 300 est sensiblement confondu avec l'axe 100 du turboréacteur. Le déflecteur 22 possède une face concave 62 et une face convexe 64, ainsi qu'un contour ayant quatre côtés 72, 74, 76, 78. Deux 72, 76 de ces quatre côtés sont des arcs de cercle parallèles concentriques de même axe 300. Les deux autres 74, 78 de ces quatre côtés sont des segments de génératrices du cône, qui relient les deux côtés 72, 76 en arcs de cercle. Le déflecteur 22 selon le premier mode de réalisation comporte un trou d'injection 40, sensiblement central, destiné à se trouver en regard d'un système d'injection 18 du fond de chambre 16 lorsque le déflecteur 22 est installé sur le fond de chambre 16. Ledit trou d'injection 40 est un trou à bord tombé, c'est-à-dire qu'il comporte un bord 402 s'élevant du côté
de la face amont du déflecteur 22.
Ce premier mode de réalisation du déflecteur 22 selon l'invention est illustré
sur la figure 3, qui illustre une partie du fond de chambre 16 aux environs d'un système d'injection 18 dans laquelle est disposé un bol d'injection 206. Le fond de chambre 16 présente une conicité importante (voir figure 1). Le déflecteur 22 est disposé
parallèlement au fond de chambre 16, du côté de l'intérieur de la chambre de combustion 10. Du fait de la courbure conique du déflecteur 22, qui est analogue à la courbure conique du fond de chambre 16, ledit déflecteur 22 est parallèle audit fond de chambre 16.
La figure 3 montre également la position relative du déflecteur 22 par rapport au bol d'injection 206.
Le bol d'injection 206 est orienté autour d'un axe 200. Il comporte un flasque 208 qui comporte lui-même une bride de fixation 210 qui est retenue axialement entre une première bague 50 et le trou d'injection 40 du déflecteur 22 et le bord 402 du trou d'injection 40 du déflecteur 22. Autour de son système d'injection 18, le fond de chambre 16 est bloqué entre un épaulement extérieur 226 du bord 402 du trou d'injection 40 du déflecteur 22 et une deuxième bague 52 qui est elle-même fixée par brasage dans une rainure périphérique extérieure 404 du bord 402 du trou d'injection 40 du déflecteur 22. La deuxième bague 52 présente également un épaulement intérieur dans lequel s'adapte la première bague 50, les deux bagues 50, 52 étant fixées entre elles par un cordon de soudure 54.
Ce montage est tel que le flasque 208 est autorisé à se déplacer légèrement dans un plan perpendiculaire à l'axe 200. Par suite, le bol d'injection 206 est autorisé à
un léger jeu transversal par rapport à l'axe 200, ce qui autorise l'entrée de filets d'air à
travers le trou d'injection 40 même lorsque le bol d'injection 206 est en place. Ces filets d'air, matérialisés par les flèches 60 aux figures, ont pour fonction de refroidir le bord 402 du trou d'injection 40 du déflecteur 22, ce bord 402 constituant une zone relativement= épaisse du déflecteur 22 qui ne peut pas être atteinte par l'air de refroidissement traversant les orifices de refroidissement 24 du fond de chambre 16.
Le bol d'injection 206 comporte également une collerette 220 située à
l'intérieur de la chambre de combustion 10 qui est séparée du flasque 208 par une gorge 222, et qui s'étend parallèlement à la bride de fixation 210 sensiblement jusqu'à
l'aplomb de la face intérieure du bord 402 du trou d'injection 40 du déflecteur 22.
La figure 4 montre un détail agrandi de la figure 3. Plus précisément, elle montre le bord 402 du trou d'injection 40 du déflecteur 22 ainsi que le flasque 208, la collerette 220 et la gorge 222 du bol d'injection 206. Il apparaît que, du fait de la forme
Les figures 7-8 et 9-10 représentent respectivement une première variante et une deuxième variante d'un deuxième mode de réalisation du déflecteur 22, qui constitue un perfectionnement du premier mode de réalisation précédemment décrit. Les caractéristiques du premier mode de réalisation du déflecteur 22 déjà décrit sont aussi des caractéristiques des deux variantes du deuxième mode de réalisation illustrées sur ces figures 7 à 10.
Le déflecteur 22 selon l'une ou l'autre du deuxième mode de réalisation présente une zone centrale 90 qui entoure le trou d'injection 40, et une zone périphérique 92 qui entoure la zone centrale 90 jusqu'aux bords 72, 74, 76, 78 du déflecteur 22. La zone périphérique 92 présente une surface conique concave.
Selon la première variante du deuxième mode de réalisation illustrée aux figures 7 et 8, ladite zone centrale 90 est circulaire et présente une surface plane, tandis que la zone périphérique 92 présente une surface conique concave. Une zone de raccordement 94 relie ladite zone centrale 90 et ladite zone périphérique 92.
Selon la deuxième variante du deuxième mode de réalisation illustrée aux figures 9 et 10, ladite zone centrale 90 est comprise entre deux arêtes 96, 98 sensiblement parallèles aux côtés rectilignes 74, 78 du contour dudit déflecteur 22, et elle s'étend jusqu'aux côtés en arc de cercle 72, 76 du contour dudit déflecteur 22. Elle présente une surface plane. En d'autre termes, les deux arêtes 96, 98 matérialisent l'intersection entre la surface plane de ladite zone centrale 90 et la surface conique concave de la zone périphérique 92.
De manière commune à la première variante et à la deuxième variante du deuxième mode de réalisation, la zone centrale 90 présente une surface plane du côté de la concavité du déflecteur 22.
Comme illustré sur la figure 5, et de manière analogue au déflecteur du premier mode de réalisation illustré aux figures 3 et 4, la distance D entre ledit
de la zone centrale 90, les filets d'air de refroidissement 60 peuvent s'écouler depuis l'extérieur du bol 206 à travers l'ouverture d'injection 40 sans être perturbés par des turbulences. Il s'ensuit que le refroidissement du bord tombé 402 du trou d'injection 40 du déflecteur 22 peut s'effectuer de façon satisfaisante. En effet, et contrairement à la configuration du premier mode de réalisation, la surface plane de la zone centrale 90 et la face intérieure du flasque 208 du bol 206 se trouvent sensiblement dans un même plan.
En outre, et comme illustré aux figures 7 et 9, les deux côtés en arcs de cercle 72, 76 de la plaque formant le déflecteur 22 sont dotés chacun d'un rebord 80 s'étendant du côté de la face concave 62 du déflecteur. Cette caractéristique est commune au premier mode de réalisation et aux deux variantes du deuxième mode de réalisation. Les rebords 80 du déflecteur 22 ont pour fonction de créer un film de refroidissement en guidant l'air de refroidissement des déflecteurs 22 qui est issu des orifices de refroidissement 24, afin de refroidir les parois externe 12 et interne 14 de la chambre de combustion 10.
En outre, le déflecteur 22 est doté de moyens de positionnement angulaire constitués de premiers moyens de positionnement angulaire et de deuxièmes moyens de positionnement angulaire. Cette caractéristique est commune au premier mode de réalisation et aux deux variantes du deuxième mode de réalisation.
La figure 6 illustre les premiers moyens de positionnement angulaire 82, 84 qui comportent une première rainure de blocage 82 comportant trois sections ménagées respectivement dans le fond de chambre 16, le déflecteur 22 et la deuxième bague 52 et une clavette 84. L'insertion de la clavette 84 dans ladite première rainure de blocage 82 empêche une rotation relative de la deuxième bague 52 et du déflecteur 22 par rapport au fond de chambre 16.
La figure 5 illustre les deuxièmes moyens de positionnement angulaire 86, 88 qui comportent une deuxième rainure de blocage 86 ménagée dans la deuxième bague 52 et un doigt d'arrêt 88 solidaire du bol d'injection 206, L'insertion du doigt d'arrêt 88 dans ladite deuxième rainure de blocage 86 empêche une rotation relative du bol d'injection 206 par rapport à la deuxième bague 52.
La coopération de ces quatre moyens de positionnement angulaire 82, 84, 86, 88 permet donc d'empêcher une rotation relative du déflecteur 22 par rapport au 5 fond de chambre 16. Par suite, le déflecteur 22 et le fond de chambre 16 restent correctement positionnés l'un par rapport à l'autre, leur parallélisme est maintenu, et la distance D reste constante.
L'invention se rapporte également à une chambre de combustion 10 qui comporte un fond de chambre 16 et au moins un déflecteur 22 comme précédemment
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