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Dispositif de combustion de section annulaire pour installation à turbine à gaz Le dispositif de combustion de section annulaire pour installation à turbine à gaz présente des avantages très nets sur celui comportant un certain nombre de tubes disposés autour de l'axe de l'installation en ce qui concerne la réduction des pertes de pression pendant la combustion et la réduction du diamètre total pour un courant de masse donné, mais il comporte l'inconvénient d'être difficile à démonter et à remonter.
L'invention a pour objet un dispositif de combustion de section annulaire pour installation à turbine à gaz comprenant deux enveloppes coaxiales ménageant entre elles un espace de section annulaire dans lequel est montée une structure comprenant au moins deux éléments s'étendant longitudinalement dans ledit espace et présentant chacun des parois intérieure et extérieure espacées de ces enveloppes, de façon à délimiter chacun une chambre de combustion de section en forme de segment d'anneau, caractérisé en ce que lesdits deux éléments sont reliés l'un à l'autre de manière amovible.
Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple, aux dessins annexés.
La fig. 1 est une élévation latérale, partie en coupe, d'une installation à turbine à gaz présentant cette forme d'exécution du dispositif selon l'invention. La fig. 2 est une vue en perspective à plus grande échelle, partie en coupe, du dispositif de combustion et de constructions adjacentes de l'installation représentée à la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe à plus grande échelle, suivant le plan de la ligne III - III de la fig. 1. La fig. 4 est une autre coupe partielle à plus grande échelle montrant une variante de détail.
La fig. 5 est une coupe suivant le plan de la ligne V - V de la fig. 4.
La fig. 6 est une coupe montrant avec plus de détails cette variante de détail.
L'installation représentée au dessin est à flux axial ; elle comporte un compresseur 10, un dispositif de combustion 11 et une turbine 12 montés en série le long d'un axe commun. Le compresseur et la turbine sont reliés par un arbre 13, qui est supporté dans des paliers avant, médian et arrière 14, 15 et 16 respectivement. Le dispositif de combustion comprend une enveloppe extérieure 17 et une enveloppe intérieure 18, ces enveloppes étant montées coaxialement à l'arbre 13 et délimitant un espace de section annulaire 19.
Dans cet espace est montée une structure 20 coaxiale aux enveloppes 17 et @ 18 et formée de deux éléments 21a, 21b, s'étendant longitudinalement dans ledit espace et présentant chacun des parois intérieure 22 et extérieure 23 semi-cylindriques espacées des enveloppes 18 et 17 de façon à délimiter une chambre de combustion 25 de section en forme de segment d'anneau (fig. 3). Deux cloisons longitudinales 24 s'étendent radiale- ment près des bords longitudinaux de ces parois 22 et 23 de chaque élément en maintenant l'espacement radial convenable entre les parois.
Les cloisons ne sont pas montées tout à fait sur les bords des parois 22 et 23, mais sont espacées de ces bords en convergeant avec les bords à leurs extrémités aval, de façon que des paires adjacentes de cloisons forment des canaux longitudinaux 26, dont la section diminue progressivement vers leurs extrémités aval qui sont
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fermées. Les deux éléments de la structure 20 sont fixés amoviblement l'un à l'autre au moyen de brides radiales 27 qui sont fixées à la surface extérieure de la paroi extérieure 23 de chaque élément le long de ses bords longitudinaux ; ces brides présentent une série de trous 28, dans lesquels sont placés des boulons de fixation 29.
Les bords des parois intérieures 22 des deux éléments de la structure 20 portent des bourrelets ou rebords 27', qui ne sont pas fixés ensemble, mais qui butent l'un contre l'autre lorsque les brides 27 sont assemblées. La communication est établie entre les chambres de combustion respectives 25 au moyen de tubes 30 d'intercommunication, qui sont emmanchés dans des douilles 31 prévues dans les cloisons 24, chacune de ces douilles donnant accès à l'intérieur de l'élément respectif de la structure 20.
L'extrémité avant de chaque élément de la structure 20, se trouvant entre les cloisons 24, est fermée par une cloison annulaire transversale 32, dans laquelle il y a une série d'orifices 33 à intervalles pour l'admission d'air primaire dans la chambre de combustion 25 ; les ajutages à combustible 34 sont supportés concentriquement dans chacun de ces orifices sur des aubes de turbulence 35. Les extrémités avant des canaux 26 ne sont pas fermées et, pour l'admission d'air secondaire aux chambres de combustion, on a prévu des trous 36 dans les cloisons, ainsi que d'autres trous 37 se trouvant à la fois dans les parois intérieure et extérieure des éléments de la structure 20.
Le dispositif de combustion est supporté à son extrémité avant ou amont par un carter de diffuseur 40 qui supporte aussi le palier principal 15, la fixation des enveloppes extérieure 17 et intérieure 18 au carter de diffuseur étant effectuée par des rangées périphériques de boulons 40a. L'extrémité aval de l'enveloppe intérieure 18 supporte un élément tronconique 41 s'étendant vers l'intérieur sur lequel le palier 16 est monté et elle supporte aussi un élément tronconique 42 s'étendant vers l'extérieur qui porte une bride de raidissement circulaire 43, de même qu'une couronne intérieure 44 de montage des aubes directrices de la turbine.
L'extrémité aval de l'enveloppe extérieure 17 présente une bride 45 fixée par des boulons 45a à une couronne extérieure 46 de montage des aubes du stator de la turbine et une bride de raidissement 47 ; la couronne de montage extérieure supporte une couronne 48 à laquelle est fixé le cône de queue 39.
L'extrémité aval de la structure 20 est supportée et empêchée d'exécuter des mouvements radiaux par le dispositif de support formé par les deux brides de raidissement 43 et 47, un bourrelet 49 étant formé sur les surfaces intérieure et extérieure des parois intérieure et extérieure 22, 23, respectivement des éléments de la structure 20 pour permettre un mouvement relatif limité de l'extrémité aval de cette structure dans le sens longitudinal. A son extrémité amont, la structure 20 est maintenue par une série de tubes de suspension radiaux 50 faisant saillie vers l'intérieur, espacés symétriquement autour de l'enveloppe extérieure 17.
Les tubes de suspension passent par des trous 51 entourés par des bossages dont est pourvue l'enveloppe et les tubes présentent des têtes à rebord qui butent contre les bossages. Les extrémités intérieures de tubes de suspension s'engagent de façon à coulisser dans des douilles 52 fixées à la surface extérieure de la paroi extérieure 23 des éléments de la structure 20.
L'enveloppe intérieure 18 porte une série de brides 53 en forme de T, qui sont fixées avec un écartement régulier autour de sa surface extérieure, ces brides étant montées de façon que les âmes des T s'étendent radialement. Des brides 54 en forme de L sont montées par paires sur la surface adjacente de la paroi intérieure 22 des éléments de la structure 20, coïncident avec les âmes saillantes des brides 53 en T. Ces brides assurent que la structure 20 est convenablement orientée pour permettre aux douilles 52 d'être saisies par les tubes de suspension 50.
La structure 20 est supportée sur l'enveloppe intérieure par les brides 53 lorsque l'installation est froide, mais elle se dilate sous les températures de fonctionnement en tirant les parois intérieures 22 hors de contact avec les brides 53 en forme de T, de sorte que la totalité du poids de la structure est alors portée par les tubes de suspension 50. L'air entrant dans l'espace 19 en venant du compresseur est divisé en deux parties : l'air primaire, qui entre dans la structure 20 par les orifices 33 des cloisons 32, et l'air secondaire, qui entre dans la structure 20 par les trous 36 et 37 en assurant le refroidissement des parois 22 et 23 des éléments de la structure 20 et des cloisons 24.
Les cloisons séparent les chambres de combustion 25 des joints ménagés entre les éléments de la structure 20, puis protègent ces joints de la distorsion et des fuites possibles. Une turbulence donnée est imprimée à l'air primaire par les aubes 35 afin d'assurer un meilleur mélange avec le combustible injecté par les ajutages 34. Un dispositif d'allumage non représenté sert à amorcer la combustion, mais étant donné que le processus de combustion s'entretient de lui-même, le dispositif d'allumage peut être mis hors d'action après la mise en marche.
Les tubes d'intercommunication 30 assurent une communication directe entre les chambres de combustion des deux éléments 21a, 21b de la structure 20, de sorte que si l'allumage ne se produit pas dans une moitié, la flamme produite dans l'autre moitié est transmise à la moitié inerte. L'air secondaire qui entre dans les canaux 26 à l'extrémité antérieure du dispositif de combustion est déchargé dans la zone de flammes par les trous 36, en refroidissant ainsi les cloisons et en les empêchant de brûler.
A l'extrémité aval du dispositif de combustion, les cloisons convergentes se rencontrent en fermant les canaux 26 de sorte que les chambres de combustion 25 ont ensemble une section annulaire pratiquement complète devant les aubes directrices de la turbine.
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Lorsqu'il y a lieu de démonter le dispositif de combustion pour une raison quelconque, les boulons 45a maintenant la bride 45 à l'extrémité aval de l'enveloppe extérieure 17 sur la couronne de montage extérieure 46 et les boulons 40a maintenant l'extrémité amont de l'enveloppe sur le carter de diffuseur 40 sont retirés, les tubes de suspension 50 étant également retirés de leurs douilles 52.
L'enveloppe extérieure 17 est ensuite glissée vers l'arrière pardessus l'ensemble 38 du stator de la turbine et le cône de queue 39 pour donner accès à la structure 20. Les raccords allant aux ajutages à combustible 34 sont ensuite démontés et les boulons 29 posés dans les brides longitudinales 27 sont retirés de façon que l'un et l'autre élément de la structure 20 puissent être retirés en faisant coulisser la structure vers l'avant pour dégager le bourrelet 49 des brides de raidissement 43 et 47 et pour dégager les brides 53 en T des brides correspondantes 54. Pour remonter le dispositif de combustion, on procède de façon inverse.
L'ensemble d'aubes directrices de la turbine doit être suffisamment fort pour transmettre la charge du cône de queue 39 à l'enveloppe intérieure 18 lorsque l'enveloppe extérieure 17 est retirée ; les dispositions prises dans l'ensemble 38 du stator de turbine pour permettre la dilatation radiale des aubes du stator et la dilatation longitudinale différentielle entre les enveloppes extérieure 17 et intérieure 18 lorsque l'installation se trouve aux températures de fonctionnement, sont telles qu'il ne puisse se produire de contact entre les aubes 12a du rotor de la turbine et les couronnes enveloppantes 48, lorsque le carter extérieur 17 est retiré de l'installation froide.
Les tourillons de l'installation (non représentés), par lesquels l'installation est montée dans un aéronef ou sur un chariot de manutention, sont placés sur le carter de diffuseur 40 en avant de l'enveloppe extérieure 17 et ne gênant pas le retrait vers l'arrière de cette enveloppe extérieure.
Dans la variante des fig. 4 à 6, la structure 20 est constituée par deux éléments 21a' et 21b' comportant chacun comme dans l'exemple des fig. 1 à 3 une paroi intérieure 22' et une paroi extérieure 23', ainsi que des cloisons longitudinales 24', mais, dans ce cas, l'espacement radial entre les parois de l'élément 21 â le long de ses bords de fixation est plus grand que l'espacement radial ménagé entre les parois sur les bords d'assemblage de l'autre élément 21b', afin de permettre au plus petit élément 21b' de s'emboîter dans le plus grand élément 21â , comme représenté à la fig. 4, en ménageant des canaux 26' entre des cloisons adjacentes.
De minces bandes de métal 55 sont soudées sur les parois intérieure et extérieure du plus grand élément 21â sur ses surfaces tournées vers les canaux 26', tandis que d'autres bandes 56, présentant chacune une lèvre radiale 57, sont soudées aux surfaces adjacentes des parois du plus petit élément 21b', la hauteur des lèvres étant égale à l'épaisseur des bandes 55.
Plusieurs fentes 58 sont prévues dans les bords des parois du plus petit élément 21b' et dans les bandes 56 et une série de trous 59 est percée de façon correspondante dans les parois du plus grand élément 21â et dans les bandes 55 ; ces trous et fentes sont à l'alignement, et les éléments sont maintenus assemblés par des boulons 60 traversant les trous et les fentes, ces boulons étant maintenus en place par des écrous 61, munis d'une rondelle, qui sont fixés à la paroi intérieure 22' du plus grand élément 21d. Les boulons sont gainés par des tubes d'espacement 62 qui séparent les parois du plus petit élément 21b'. Pour fixer les deux éléments ensemble, les boulons 60 sont introduits dans les trous 59 du plus grand élément 21â , ils traversent les tubes d'espacement 62 et sont partiellement vissés dans les écrous à rondelle 61.
Le plus petit élément 21b' est alors glissé dans le plus grand élément jusqu'à ce que les lèvres 57 des bandes 56 viennent en prise avec les bords des bandes 55 et que les boulons soient ensuite bloqués.
Pour fixer la structure 20 à l'enveloppe extérieure 17' du dispositif de combustion, des blocs 63 à section en H sont disposés entre la structure et l'enveloppe extérieure en plusieurs points le long de la structure où il n'y a pas de boulons 60 en saillie. Chacun de ces blocs 63 en H présente un trou 64 présentant à son extrémité une partie formant un évidement, de même que deux rangées de trous taraudés radiaux 65 traversant ses ailes extérieures. Des trous 66 ménageant un jeu sont percés dans l'enveloppe extérieure 17' et dans la plaque 67 formant couvercle fixée à la surface extérieure de l'enveloppe extérieure, et une rondelle d'étanchéité 68 est disposée entre la plaque formant couvercle et l'enveloppe extérieure pour empêcher les fuites d'air secondaire.
Des boulons de fixation 69 traversent les trous 64 et sont maintenus en place par des écrous à rondelle 70 fixés à la surface intérieure de la paroi extérieure 23' du plus petit élément 21b'. Le montage est effectué en boulonnant les blocs 63 en H sur la structure 20 et en glissant ensuite l'enveloppe 17' en avant sur la structure 20, comme précédemment décrit ; la rondelle 68 et le couvercle 67 sont ensuite fixés en place par des boulons 71 vissés dans les trous taraudés 65 du bloc en H, les trous 66 percés dans l'enveloppe extérieure et ménageant un jeu facilitant l'alignement de la structure. Il y a lieu de noter que dans cette variante, les boulons 69 qui sont utilisés pour fixer la structure 20 à l'enveloppe extérieure aident aussi à maintenir les éléments de cette structure assemblés.
Si le diamètre extérieur du compresseur est suffisamment petit, l'enveloppe extérieure 17 peut être glissée en avant plutôt qu'en arrière pour avoir accès à la structure 20.