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CA 02500762 2005-03-23
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Titre de I invention
Chambre de combustion annulaire de turbomachine à bride interne de
fixation améliorée.
Arrière~lan d~ l'inventi2n
La présente invention se rapporte au domaine général des
chambres de combustion de turbomachine. Elle s'intéresse plus
particulièrement au problème posé par la fixation d'une chambre de
combustion annulaire de turbomachine sur le carter de la turbomachine.
Classiquement, la chambre de combustion annulaire d'une
turbomachine est formée de parois annulaires interne et externe reliées
par une paroi transversale formant fond de chambre. Le fond de chambre
est pourvu d'une pluralité d'ouvertures dans lequel sont montés des
injecteurs de carburant.
A leur extrémité aval, les parois interne et externe de la
chambre de combustion se prolongent généralement par des brides
interne et externe, également annulaires, qui sont destinées à être fixées
respectivement sur des enveloppes interne et externe du carter de la
turbomachine. Ces brides ont pour fonction de maintenir en position la
chambre de combustion dans le carter de la turbomachine.
De l'air provenant d'un étage de compresseur de la
turbomachine disposé en amont de la chambre de combustion circule
entre les enveloppes du carter et les parois annulaires de la chambre. Cet
air, qui est introduit dans la chambre notamment par des perçages
pratiqués au travers des parois de la chambre, participe à la combustion
du mélange air/carburant.
Une partie de cet air est par ailleurs destiné à alimenter un
circuit de refroidissement de la turbine haute-pression de la turbomachine
qui est disposée en aval de la chambre de combustion.
Dans ce but, la bride interne de fixation de la chambre de
combustion est typiquement percée d'une pluralité de trous qui
permettent le passage de l'air de compresseur vers un circuit de
refroidissement de la turbine haute-pression. Ces trous sont généralement
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régulièrement répartis sur une rangée sur toute la circonférence de la
bride interne.
L'enveloppe interne du carter de la turbomachine est également
percée d'une pluralité d'orifices qui s'ouvrent dans l'espace annulaire défini
entre l'enveloppe interne et la bride interne de fixation de la chambre et
qui débouchent vers le circuit ~e refroidissement de la turbine haute-
pression.
Le perçage de trous d'alimentation en air sur la bride interne de
fixation de la chambre de combustion pose des problèmes de résistance
mécanique aux vibrations engendrées par la combustion du mélange
air/carburant dans la chambre.
En effet, les fréquences de combustion du mélange
air/carburant dans la chambre provoquent des vibrations au niveau des
parois de la chambre qui se propagent jusqu'aux brides de fixation. Les
brides de fixation doivent donc être suffisamment souples pour amortir
ces vibrations, mais aussi suffisamment rigides pour jouer leur rôle de
maintien en position de la chambre de combustion dans ie carter.
Or, la présence de trous sur la bride interne de fixation fragilise
la résistance mécanique de la bride aux vibrations. Les vibrations au
niveau des parois de la chambre, associées à une répartition régulière de
des trous de la bride interne, provoquent un phénomène de résonance
vibratoire qui entraîne un risque de cassure de la bride interne,
notamment entre deux trous adjacents.
Objgt et résumé de Invention
La présente invention vise donc à pallier de tels inconvénients
en proposant une chambre de combustion qui possède une meilleure
tenue mécanique aux vibrations engendrées par la combustion du
mélange air/carburant.
A cet effet, il est prévu une chambre de combustion annulaire
de turbomachine, comportant des parois annulaires interne et externe
réunies par une paroi transversale, les parois interne et externe se
prolongeant à leur extrémité aval par des brides de fixation interne et
externe destinées à être fixées respectivement sur des enveloppes interne
et externe d'un carter de la turbomachine pour le maintien en position de
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la chambre de combustion, la bride interne étant munie d'une pluralité de
trous destinés à alimenter en air de refroidissement une turbine haute-
pression de la turbomachine, caractérisée en ce que les trous
d'alimentation en air de la bride interne sont répartis circonférentiellement
sur au moins deux rangées disposées en quinconce.
t_a répartition parfâculière des trous de la bride interne sur au
moins deux rangées disposées en quinconce a pour effet de ~ casser ~
l'harmonique des vibrations engendrées par la combustion du mélange
air/carburant. Cette répartition permet ainsi d'éviter toute résonance
vibratoire, et donc de limiter les risques de cassure de la bride interne de
fixation de la chambre.
Selon une caractéristique avantageuse de lmvention, les trous
d'alimentation en air de la bride interne sont décalés radialement par
rapport à des perçages d'alimentation en air pratiqués au travers de la
paroi interne.
Le décalage radial entre les trous de la bride interne et les
perçages de la paroi interne de la chambre de combustion permet ainsi
d'éviter un rayonnement direct des gaz de combustion vers l'enveloppe
interne du carter, rayonnement qui est particulièrement préjudiciable à la
durée de vie de celle-ci.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les
trous d'alimentation en air de la bride interne sont décalés radialement par
rapport à des orifices pratiqués sur l'enveloppe interne du carter.
Pour la même raison que précédemment, ce décalage radial
permet d'éviter tout rayonnement direct des gaz de combustion depuis la
chambre vers le circuit de refroidissement de la turbine haute-pression.
La présente invention a également pour objet une bride interne
destinée au maintien en position d'une chambre de combustion telle que
définie précédemment.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins
annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout
caractère limitatif. Sur les figures
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- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une chambre
de combustion dans son environnement selon un mode de réalisation de
l'invention ;
- la figure 2 est une vue partielle en perspective et en écorché
de la figure 1 ; et
- la figure 3 est une vue en développé montrant la répartition
des trous de !a bride interne de fa chambre de combustion selon
l'invention.
Descri t~~~'on dP6taülée dan mode de ré,~üsation
La figure 1 illustre une chambre de combustion de turbomachine
conforme à l'invention.
La turbomachine comporte une section de compression (non
représentée) dans laquelle de l'air est comprimé avant d'être injecté dans
un carter de chambre 2, puis dans une chambre de combustion 4 montée
à l'intérieur de celui-ci.
L'air comprimé est introduit dans la chambre de combustion et
mélangé à du carburant avant d'y être brûlé. Les gaz issus de cette
combustion sont alors dirigés vers une turbine haute-pression 6 disposée
en sortie de la chambre de combustion 4.
La chambre de combustion 4, qui est de type annulaire, est
formée d'une paroi annulaire interne 4a et d'une paroi annulaire externe
4b qui sont réunies par une paroi transversale 4c formant fond de
chambre.
Les parois interne 4a et externe 4b s'étendent selon un axe
longitudinal X-X légèrement incliné par rapport à l'axe longitudinal Y-Y de
la turbomachine. Le fond de chambre 4c est pourvu d'une pluralité
d'ouvertures 8 dans lequel sont montés des injecteurs de carburant 10.
Le carter de chambre 2, qui est formé d'une enveloppe interne
2a et d'une enveloppe externe 2b, ménage avec la chambre de
combustion 4 un espace annulaire 12 dans lequel est admis l'air comprimé
destiné à la combustion, à la dilution et au refroidissement de la chambre.
La chambre 4 se divise en une zone primaire (ou zone de combustion) et
une zone secondaire (ou zone de dilution) située en aval de la précédente.
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L'air qui alimente les zones primaire et secondaire de la
chambre de combustion 4 est introduit par une ou plusieurs rangées de
perçages 14, 16 pratiqués respectivement dans les parois interne 4a et
externe 4b de la chambre.
5 Les parois interne 4a et externe 4b de la chambre 4 se
prolongent, à leur extrémité aval, respectivement par des brides (ou
languettes) annulaires interne 18 et externe 20.
Ces brides interne 18 et externe 20 sont destinés à être fixées
respectivement sur les enveloppes interne 2a et externe 2b du carter de
chambre 2 par l'intermédiaire de liaisons boulonnées respectives 22, 24.
Elles ont pour fonction de maintenir en position fa chambre de combustion
4 dans le carter de chambre 2.
L'air comprimé circulant dans l'espace annulaire 12 est
également destiné à un alimenter un circuit de refroidissement de la
turbine haute-pression 6 de la turbomachine.
A cet effet, la bride interne 18 de maintien de la chambre de
combustion 4 est munie de trous d'alimentation en air 26. Ces trous 26
permettent la circulation de l'air dans l'espace annulaire 12 en aval de la
bride interne 18.
De même, l'enveloppe interne 2a du carter de chambre 2 est
percée par des orifices d'alimentation en air 28, par exemple répartis sur
une seule rangée, qui s'ouvrent dans l'espace annulaire 12 en aval de la
bride interne 18 et débouchent à l'extérieur du carter de chambre 2, vers
un injecteur d'air 30. Cet injecteur d'air 30 est destiné à refroidir la
turbine
haute-pression 6 de la turbomachine.
Selon I invention, les trous d'alimentation en air 26 de la bride
interne 18 sont répartis circonférentiellement sur au moins deux rangées
26a, 26b disposées en quinconce.
Cette répartition est notamment représentée sur les figures 2 et
3. Sur cette figure, les deux rangées 26a, 26b de trous d'alimentation en
air de la bride interne 18 sont bien disposées en quinconce.
Par rangées disposées en quinconce, on entend que les trous de
l'une des rangées 26a, 26b ne sont pas alignés avec les trous de l'autre
rangée selon l'axe longitudinal X-X de la chambre de combustion 4.
Une telle disposition des trous selon deux rangées disposées en
quinconce permet de « casser ~ l'harmonique des vibrations engendrées
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par la combustion du mélange air/carburant dans la chambre, et ainsi
d'éviter que la bride interne ne se casse sous l'effet de ses vibrations.
Sur les figures 2 et 3, les trous d'alimentation en air 26 de la
chambre de combustion ont une section circulaire. II est toutefois possible
d'envisager une autre forme de section, par exemple oblong.
On notera également que comme les trous 26 de la bride
interne 18 sont répartis sur deux rangées en quinconce, leur section
individuelle peut être réduite par rapport à une disposition classique en
une seule rangée de façon. à garder le même débit d'air général
alimentant l'injecteur d'air 30. Ainsi, la distance séparant deux trous
adjacents est augmentée, ce qui réduit encore les risques possibles de
cassure de la bride interne à cet endroit.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention illustrée
sur la figure 3, les trous d'alimentation en air 26 de la bride interne 18
sont décalés radialement par rapport aux perçages d'alimentation en air
i4 de la paroi interne 4a de la chambre de combustion 4.
Comme les trous 26 de la bride interne 18 ne sont pas alignés
avec les perçages 14 de la paroi interne 4a, il est ainsi possible d'éviter
que les gaz issus de la combustion du mélange air/carburant dans la
chambre 4 ne rayonnent directement vers l'enveloppe interne 2a du carter
de chambre 2 avec le risque de l'endommager.
Selon une autre caractéristique avantageuse de llnvention
également illustrée sur la figure 3, les trous d'alimentation en air 26 de la
bride interne 18 sont décalés radialement par rapport aux orifices 28 de
l'enveloppe interne 2a du carter de chambre 2.
Ainsi, il est également possible d'éviter un rayonnement direct
des gaz de combustion depuis la chambre de combustion 4 vers I injecteur
d'air 30 qui est destiné à assurer le refroidissement de la turbine haute-
pression 6. De la sorte, l'efficacité du refroidissement de la turbine haute-
pression n'est pas détériorée par la présence des trous d'alimentation en
air 26 de la bride interne 18.
On notera que ce décalage entre les trous d'alimentation en air
26 de la bride interne 18 et les orifices 28 de l'enveloppe interne 2a peut
être combiné au décalage avantageux entre ces mêmes trous 26 de fa
bride interne et les perçages 14 de la paroi interne 4a de 1a chambre de
combustion 4.
