FR2958372A1 - Chambre de combustion de turbomachine. - Google Patents

Abstract

Chambre de combustion (41) de turbomachine, comprenant au moins une paroi de révolution (16) comportant un orifice de passage (40) de l'extrémité d'une bougie (38) portée par un carter externe (12) entourant la chambre (41) et délimitant avec celle ci une veine d'écoulement d'air, la paroi de révolution (16) comprenant des perçages (42) au voisinage de l'orifice (40) de manière à ventiler l'extrémité de la bougie (38) et dévier une nappe de carburant injecté dans la chambre.

Description

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, une chambre annulaire de combustion de turbomachine est agencée entre un compresseur haute pression et une turbine haute pression et comprend deux parois de révolution interne et externe reliées à leur extrémité amont par un fond de chambre annulaire comportant des orifices de passage de têtes d'injecteurs.

Au moins une bougie d'allumage est portée par un carter externe entourant la paroi de révolution externe et débouche à son extrémité interne dans un orifice de la paroi de révolution externe. L'air sortant du compresseur haute pression circule à l'intérieur de la chambre de combustion et se mélange au carburant pulvérisé par les injecteurs. Ce mélange air / carburant est ensuite enflammé par le ou les bougies. En fonctionnement, il est possible que le mélange air / carburant vienne au contact des extrémités internes des bougies débouchant à l'intérieur de la chambre, ce qui peut réduire leurs performances d'allumage. En particulier, le mouillage de la bougie s'avère encore plus néfaste lorsque la chambre est équipée de bougies basse tension. En effet, celles-ci comprennent au niveau de la face d'extrémité interne une électrode entourée par un semi-conducteur. Le mouillage du semi-conducteur par du mélange air / carburant peut conduire à des défaillances lors du claquage de la bougie et entraîner une réduction de sa durée de vie. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème tout en évitant les inconvénients précités.

A cette fin, elle propose une chambre de combustion de turbomachine, comprenant au moins une paroi de révolution comportant un orifice de passage de l'extrémité d'une bougie d'allumage portée par un carter externe entourant la chambre et délimitant avec celle-ci une veine d'écoulement d'air, la paroi de révolution comprenant des perçages au voisinage de l'orifice de manière à ventiler l'extrémité de la bougie et dévier une nappe de carburant injecté dans la chambre. La présence de ces perçages au voisinage de l'orifice de passage de l'extrémité de la bougie permet la formation d'une couche d'air au voisinage de cette extrémité et sur la face interne de la paroi de révolution externe, et une déviation locale de la nappe de carburant vers l'intérieur de la chambre. Ainsi, on évite le mouillage de l'extrémité de la bougie par le mélange air / carburant, ce qui permet de garantir un fonctionnement optimal de la bougie et une augmentation de sa durée de vie.

Avantageusement, les perçages sont formés dans une zone de la paroi s'étendant au moins en partie autour de l'orifice et vers l'amont depuis l'axe de l'orifice de passage de la bougie. De cette manière, au moins la partie amont de l'orifice est entourée par des perçages, ce qui permet de garantir la formation d'un flux d'air protecteur autour de l'extrémité de la bougie. Dans une réalisation particulière de l'invention, les perçages sont formés dans une zone de la paroi s'étendant sur une distance axiale au moins égale au diamètre de l'orifice de passage de la tête de la bougie, cette zone s'étendant circonférentiellement de part et d'autre de l'orifice sur une distance au moins égale au diamètre de cet orifice. Selon une autre caractéristique de l'invention, les perçages sont inclinés vers l'aval par rapport à la normale à la paroi de révolution en direction axiale et cette inclinaison est comprise entre 0° et 20°. Dans un mode de réalisation préféré, les perçages ont un diamètre d'environ 0,5 à 0,6 millimètre et la zone de la paroi comportant ces perçages a une perméabilité d'environ 2 à 3%.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi de révolution comprend des multiperforations de refroidissement en amont des perçages et les perçages ont sensiblement les mêmes dimensions et la même répartition que les multiperforations, telle que par exemple une répartition en rangées selon la direction circonférentielle et en quinconce les unes par rapport aux autres. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant une chambre de combustion telle que décrite précédemment.

L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques 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 demi-vue schématique en coupe axiale d'une chambre annulaire de combustion selon la technique antérieure ; la figure 2 est une vue schématique partielle de la partie amont d'une chambre annulaire de combustion selon l'invention ; la figure 3 est une représentation schématique des perçages de la paroi externe de la chambre de combustion de la figure 2 ; la figure 4 est une vue selon le plan de coupe AA de la figure 3 ; la figure 5 est une représentation schématique de la déviation de la nappe de carburant dans une coupe transversale passant par l'axe d'une bougie montée dans une chambre de combustion selon l'invention.

On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente une chambre annulaire de combustion 10 d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, agencée entre un compresseur haute pression en amont et une turbine haute pression en aval. La chambre de combustion 10 est montée à l'intérieur d'un carter externe 12 et comprend deux parois de révolution interne 14 et externe 16 reliées à leur extrémité amont à un fond de chambre annulaire 18 comportant des orifices 20 alignés avec des orifices 22 d'un carénage annulaire 24 s'étendant vers l'amont et fixé sur le fond de chambre 18. Des têtes d'injecteurs 26 sont montées entre le carénage 24 et le fond de chambre 18 et sont alignées avec les orifices 20 du fond de chambre 18.

Les têtes d'injecteurs 26 sont reliées à des conduits 28 d'amenée de carburant passant dans les orifices 22 du carénage 24 et portés par le carter externe 12. Des systèmes d'injection 30 sont disposés autour de chaque tête d'injecteur 26 dans les orifices 20 du fond de chambre. Les extrémités aval des parois de révolution interne 14 et externe 16 sont reliées à des brides 32, 34 de fixation sur un carter interne 36 et sur le carter externe 12, respectivement. Au moins une bougie d'allumage 38 est portée par le carter externe 12 et est engagée dans des moyens de guidage 37 portés par la paroi de révolution externe 16. L'extrémité interne de la bougie 38 débouche à l'intérieur de la chambre à travers un orifice 40 de la paroi de révolution externe 16. En fonctionnement, l'air sortant du compresseur haute pression se divise en un flux d'air entrant à l'intérieur de la chambre de combustion 10 et mélangé au carburant (flèche A) et en un flux d'air de contournement (flèches B) de la chambre 10. Le flux d'air de contournement s'écoule entre le carter interne 36 et la paroi de révolution interne 14 d'une part et entre le carter externe 12 et la paroi de révolution externe 16 d'autre part. En fonctionnement, on observe que l'extrémité interne de la bougie 38 peut être mouillée par le mélange air / carburant injecté à l'intérieur de la chambre de combustion 10. II s'ensuit une diminution des performances d'allumage de la bougie 38, laquelle est plus importante lorsque la bougie est du type à basse tension comprenant une électrode centrale entourée par un semi-conducteur comme expliqué précédemment. Pour éviter le mouillage de l'extrémité interne de la bougie 38, la paroi de révolution externe 16 de la chambre de combustion 41 selon l'invention comprend des perçages 42 (dont seuls les axes 44 sont représentés en figure 2) formés au voisinage amont de l'orifice de passage 40 de l'extrémité interne de la bougie 38. Comme représenté en figure 3, les perçages 42 sont formés dans une zone amont s'étendant au moins en partie autour de l'orifice 40, depuis un plan transverse passant par l'axe 46 de l'orifice 40 jusqu'en amont de l'orifice 40. Cette zone s'étend axialement sur une distance sensiblement égale au diamètre de l'orifice de passage 40 de la bougie 38. Elle s'étend en direction circonférentielle de part et d'autre de l'orifice 40 et sur une distance circonférentielle sensiblement égale au double du diamètre de l'orifice 40. Dans une réalisation de l'invention (figure 4), la paroi de révolution externe 16 comprend des multiperforations (dont seuls les axes 48 sont représentés) en amont des perçages 42 de manière à refroidir la paroi de révolution externe par la formation d'une couche d'air sur sa face interne.

La perméabilité des perçages 42, c'est-à-dire le rapport entre la section totale des perçages sur la surface de la zone sur laquelle ils sont formés, est déterminée pour être sensiblement identique à la perméabilité des multiperforations. Les multiperforations débouchent dans la chambre vers l'aval et leurs axes 48 sont compris dans un plan passant par l'axe 50 de la chambre 41. L'inclinaison des multiperforations est en général de l'ordre de 60° par rapport à la normale à la paroi de révolution externe. Les perçages 42 débouchent dans la chambre vers l'aval et leurs axes sont contenus dans un plan passant par l'axe 50 de la chambre de combustion 41. L'inclinaison des axes 44 des perçages 42 par rapport à la normale à la paroi de révolution externe 16 est inférieure à 20° et de préférence compris entre 10° et 20°. Selon l'invention, les perçages 42 permettent de ventiler l'extrémité interne de la bougie 38 qui affleure la face interne de la paroi de révolution externe 16, et de repousser la nappe de carburant 52 pour la dévier vers l'intérieur de la chambre 41 (figure 4). Cette déviation radiale d est de l'ordre de 2 à 3 millimètres par rapport à la nappe de carburant 54 d'une chambre de combustion 10 de la technique antérieure. Notons que la déviation d de la nappe de carburant est inférieure à la longueur de l'étincelle produite par la bougie 38, qui est par exemple de 10 mm environ. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les perçages 42 de la paroi de révolution externe ont un diamètre compris entre 0,5 et 0,6 millimètre et la perméabilité de la zone perforée entourant l'extrémité de la bougie est d'environ 2 à 3%.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Chambre de combustion (41) de turbomachine, comprenant au moins une paroi de révolution (16) comportant un orifice de passage (40) de l'extrémité d'une bougie d'allumage (38) portée par un carter externe (12) entourant la chambre (41) et délimitant avec celle-ci une veine d'écoulement d'air, caractérisée en ce que la paroi de révolution (16) comprend des perçages (42) au voisinage de l'orifice (40) destinés à ventiler l'extrémité de la bougie (38) et dévier une nappe de carburant injecté dans la chambre.
2. 2. Chambre selon la revendication 1, caractérisée en ce que les perçages (42) sont formés dans une zone de la paroi s'étendant au moins en partie autour de l'orifice (40) et vers l'amont depuis l'axe (46) de l'orifice (40) de passage de la bougie (38).
3. 3. Chambre selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les perçages (42) sont formés dans une zone de la paroi s'étendant sur une distance axiale au moins égale au diamètre de l'orifice de passage (40) de la tête de la bougie (40), cette zone s'étendant circonférentiellement de part et d'autre de l'orifice et sur une distance circonférentielle au moins égale au double du diamètre de cet orifice (40).
4. 4. Chambre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les perçages (42) sont inclinés vers l'aval par rapport à la normale à la paroi de révolution (16) en direction axiale.
5. 5. Chambre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'inclinaison des perçages (42) est comprise entre 0° et 20°.
6. 6. Chambre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les perçages (42) ont un diamètre d'environ 0,5 à 0,6 millimètre et la zone de la paroi (16) comportant ces perçages (42) a une perméabilité d'environ 2 à 3%.
7. 7. Chambre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi de révolution (16) comprend des mutliperforations derefroidissement en amont des perçages (42) et en ce que les perçages (42) ont sensiblement les mêmes dimensions et la même répartition que les multiperforations.
8. 8. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur 5 d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 7.