FR2952701A1 - Guidage d'une bougie d'allumage dans une chambre de combustion d'une turbomachine - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une chambre de combustion 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, ces moyens de guidage (14) comprenant un guide tubulaire (16) traversé axialement par la bougie (11) et monté avec un jeu axial et transversal sur une cheminée (15) fixée sur la paroi de révolution (3) de la chambre et débouchant dans celle-ci. Pour réduire l'usure de la bougie (11) en fonctionnement, celle-ci est montée fixement dans un fourreau (25), le guide tubulaire (16) étant monté coulissant autour du fourreau (25).

Description

Guidage d'une bougie d'allumage dans une chambre de combustion d'une turbomachine
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.
Il 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, caractérisée en ce que, pour réduire l'usure de la bougie en fonctionnement, celle-ci est montée fixement dans un fourreau, le guide tubulaire étant monté coulissant autour du fourreau. De cette manière, le guide tubulaire n'use pas la bougie mais le fourreau qui est une pièce peu coûteuse et facile à remplacer.
Dans une forme de réalisation de l'invention, le fourreau est fixé sur le carter externe, par exemple par vissage. Au moins une partie du fourreau s'étend dans une veine de circulation d'air à l'extérieur de la chambre et comprend des trous de refroidissement de la bougie.
Selon une caractéristique de l'invention, le fourreau comporte une extrémité radialement externe munie d'une collerette annulaire destinée à s'appuyer sur un élément porté par le carter externe. La collerette forme alors une butée facilitant le positionnement du fourreau. En pratique, la collerette annulaire comprend des méplats à sa périphérie. Ceux-ci permettent la prise du fourreau à l'aide d'un outil, afin par exemple de le visser dans un adaptateur du carter. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, au moins une ouverture de refroidissement de la bougie est ménagée dans la cheminée, l'extrémité radialement interne du fourreau étant située en deçà de cette ouverture de façon à laisser dépasser la bougie et permettre son refroidissement. Selon une caractéristique de l'invention, la bougie est fixée dans le fourreau par vissage. Avantageusement, le fourreau comporte une surépaisseur dans sa partie disposée entre la bougie et le guide. La surépaisseur est par exemple comprise entre 50 et 150 %. L'invention concerne en outre une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, 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 agrandie et en coupe d'une chambre de combustion selon l'invention, la bougie et le fourreau n'étant pas représentés ; - la figure 5 est une vue en perspective du fourreau ; - la figure 6 est une vue en perspective et en coupe médiane du fourreau de la figure 5 ; - la figure 7 est une vue en coupe médiane illustrant le montage de la bougie et du fourreau dans la chambre de combustion selon l'invention. 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 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 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. Une partie du guide s'étend dans la veine de circulation d'air située à l'extérieur de la chambre. Comme indiqué ci-dessus, l'air qui circule dans cette veine appuie le guide sur la bougie et sous l'effet des vibrations en fonctionnement, tend à le faire tourner autour de la bougie. Les moyens de guidage d'une chambre de combustion selon l'invention sont représentés aux figures 4 et 7. Ces moyens comprennent un 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, destiné à être engagée avec jeu dans une gorge annulaire interne 20 de la 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 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 étant formé entre le bord périphérique de la collerette 19 et le fond de la gorge 20, un jeu axial étant en outre formé entre la collerette 19 et la paroi annulaire 23.
Ces jeux ainsi que le coulissement de la bougie 11 dans le guide 16 permettent de 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 et sont régulièrement disposés le long d'un cercle situé entre le rebord 22 et l'extrémité interne 21 de la cheminée 15. Selon l'invention, un fourreau tubulaire 25 est monté coulissant dans le guide autour de la bougie. Comme on le voit mieux aux figures 5 et 6, le fourreau 25 comporte une surépaisseur externe 26 à son extrémité radialement interne située à l'intérieur du guide, dont la paroi interne cylindrique 17 est destinée à prendre appui en fonctionnement sur cette surépaisseur. La hauteur de la surépaisseur 26 est approximativement égale à celle du guide. L'extrémité radialement interne du fourreau 25 est située en deçà des ouvertures de refroidissement 24, de façon à laisser dépasser la bougie 11 et permettre son refroidissement. Le fourreau 25 comporte en outre une partie médiane s'étendant dans une veine de circulation d'air 27 à l'extérieur de la chambre et du guide 16, cette partie comprenant des trous de refroidissement 28 de la bougie 11. Ces trous 28 sont répartis en trois rangées, dans la forme de réalisation représentée aux figures 5 à 7. L'extrémité radialement externe du fourreau 25 est fixée par 25 vissage sur l'adaptateur 12 du carter externe 2. Plus précisément, l'adaptateur 12 est fixé sur le carter externe 2 et comprend un passage axial comportant une partie taraudée 29, coopérant avec une partie filetée du fourreau 25. L'extrémité radialement externe du fourreau 25 est munie d'une 30 collerette annulaire 30 venant s'appuyer sur l'extrémité correspondante de l'adaptateur en fin de vissage.
La collerette annulaire 30 comprend des méplats 31 à sa périphérie, de manière à pouvoir réaliser facilement le vissage du fourreau 25 à l'aide d'une clé. L'extrémité radialement externe du fourreau 25 comporte également un taraudage interne coopérant avec un filetage de la bougie 11, cette dernière étant ainsi vissée dans le fourreau 25. En fonctionnement, l'air circulant dans la veine périphérique 27 appuie le guide 16 contre la surépaisseur 26 du fourreau 25, les vibrations et la rotation du guide 16 usant progressivement cette surépaisseur. La bougie 11, protégée par le fourreau 25, ne subit aucun endommagement. En effet, seul le fourreau 25 est usé par le guide 16, et est peu coûteux et facile à remplacer. La surépaisseur 26 représente par exemple 50 à 150 % environ de l'épaisseur du reste du fourreau. Elle augmente notablement la durée de vie du fourreau.
L'utilisation d'un fourreau 25 ne perturbe en outre pas le fonctionnement des moyens de guidage 14. En effet, les jeux axial et radial ménagés entre le guide 16 et la cheminée 15 permettent de compenser un désaxage ou un décalage de l'axe du fourreau 25 et de la bougie 11 par rapport à celui de la cheminée 15, tout en assurant une bonne étanchéité de la chambre au niveau de l'orifice 13.

Claims (10)

  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 et transversal sur une cheminée (15) fixée sur la paroi de révolution (3) de la chambre (1) et débouchant dans celle-ci, caractérisée en ce que, pour réduire l'usure de la bougie (11) en fonctionnement, celle-ci est montée fixement dans un fourreau (25), le guide tubulaire (16) étant monté coulissant autour du fourreau (25).
  2. 2. Chambre de combustion (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fourreau (25) est fixé sur le carter externe (2, 12), 15 par exemple par vissage.
  3. 3. Chambre de combustion (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins une partie du fourreau (25) s'étend dans une veine de circulation d'air (27) à l'extérieur de la chambre et comprend des trous (28) de refroidissement de la bougie (11). 20
  4. 4. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le fourreau (25) comporte une extrémité radialement externe munie d'une collerette annulaire (30) destinée à s'appuyer sur un élément (12) porté par le carter externe (2).
  5. 5. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 1 à 25 4, caractérisée en ce que la collerette annulaire (30) comprend des méplats (31) à sa périphérie.
  6. 6. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'au moins une ouverture de refroidissement (24) de la bougie est ménagée dans la cheminée (15), l'extrémité radialement 30 interne du fourreau (25) étant située en deçà de cette ouverture (24) de façon à laisser dépasser la bougie (11) et permettre son refroidissement.
  7. 7. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la bougie (11) est fixée dans le fourreau (25) par vissage.
  8. 8. Chambre de combustion (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le fourreau (25) comporte une surépaisseur (26) dans sa partie disposée entre la bougie (11) et le guide (16).
  9. 9. Chambre de combustion (1) selon la revendication 8, caractérisée en ce que la surépaisseur (26) est comprise entre 50 et 150 % de l'épaisseur du reste du fourreau.
  10. 10. Turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant une chambre annulaire de combustion (1) selon l'une des revendications 1 à 9.15
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