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CA 02577523 2007-02-08
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Titre de l'invention
Chambre de combustion annulaire de turbomachine à fixations alternées
Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général des
chambres de combustion annulaires pour turbomachine munies d'un
carénage monobloc de protection des systèmes d'injection de carburant.
Une chambre de combustion annulaire de turbomachine est
généralement formée de deux parois longitudinales de révolution (une
paroi externe et une paroi interne) qui sont reliées en amont par une paroi
transversale formant fond de chambre.
La présente invention vise plus particulièrement les chambres de
combustion qui comportent également un carénage monobloc monté en
amont du fond de chambre. Le carénage permet notamment de protéger
les systèmes d'injection de carburant qui sont montés sur le fond de
chambre.
L'assemblage de ces différents éléments de la chambre de
combustion s'effectue au moyen de boulonnages montés au niveau des
parois interne et externe. De façon plus précise, le fond de chambre et le
carénage comportent chacun une bride interne et une bride externe sur
lesquelles sont fixées par boulonnage respectivement la paroi interne et la
paroi externe de la chambre de combustion, ces parois longitudinales
étant intercalées entre le carénage et le fond de chambre. Ainsi, un même
boulonnage traverse à la fois l'une des parois longitudinales, le fond de
chambre et le carénage de la chambre de combustion.
En pratique, ce type d'architecture de chambre de combustion
pose de nombreux problèmes. Notamment, les différents éléments de la
chambre de combustion ont des tolérances de fabrication importantes, ce
qui conduit à un empilage des tolérances ayant pour conséquence un
mauvais accostage entre ces éléments lors du montage de la chambre de
combustion, ce qui engendre une perte au niveau du serrage transitant
entre les brides. En effet, la part du serrage qui est utilisée pour déformer
la chambre est soustraite de l'effort de réactions entre ses composants.
Lorsque cet effort de réaction diminue, l'effort nécessaire pour faire glisser
les pièces entre elles est donc moindre. Un couple de serrage
supplémentaire est donc nécessaire pour rattraper les jeux provenant des
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tolérances de fabrication des composants et ainsi garder le bon effort de
serrage pour le passage des efforts de glissement transitant dans la
liaison. De ce fait, en fonctionnement, les vibrations causées par la
combustion des gaz à l'intérieur de la chambre de combustion entraînent
la formation de criques au niveau des boulonnages sur le carénage et/ou
le fond de chambre. De telles criques sont particulièrement préjudiciables
à la durée de vie de la chambre de combustion.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels
inconvénients en proposant une architecture de chambre de combustion
annulaire de montage facilité et ayant une souplesse suffisante pour éviter
la formation de criques tout en gardant une efficacité de serrage utile.
A cet effet, il est prévu une chambre de combustion annulaire
de turbomachine formée de parois longitudinales interne et externe reliées
en amont par un fond de chambre transversal et comportant un carénage
monobloc couvrant ledit fond de chambre, les parois longitudinales étant
chacune insérée entre des brides correspondantes du fond de chambre et
du carénage, caractérisée en ce que les parois longitudinales, le fond de
chambre et le carénage sont assemblés entre eux par l'intermédiaire d'une
pluralité de premières fixations uniquement entre les parois longitudinales
et le fond de chambre alternant avec une pluralité de secondes fixations
distinctes des premières fixations uniquement entre les parois
longitudinales et le carénage.
Alterner la fixation des parois longitudinales sur le fond de
chambre et le carénage de la chambre de combustion permet de réduire
l'empilage des tolérances de fabrication de ces éléments d'un tiers. Il en
résulte une rigidité moindre de l'assemblage et ainsi un meilleur accostage
entre ces éléments lors du montage de la chambre et une réduction des
risques de formation de criques.
Par ailleurs, une solution consistant simplement à réduire les
tolérances de fabrication des éléments de la chambre de combustion
s'avérerait beaucoup plus coûteuse à réaliser que la mise en oeuvre de la
présente invention.
Selon une disposition avantageuse de l'invention, il est prévu
autant de premières fixations entre les parois longitudinales et le fond de
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chambre que de secondes fixations entre les parois longitudinales et le
carénage.
Selon une autre disposition avantageuse de l'invention, les
premières fixations entre la paroi longitudinale interne et le fond de
chambre sont situées en vis-à-vis des secondes fixations entre la paroi
longitudinale externe et le carénage, et les secondes fixations entre la
paroi longitudinale interne et le carénage sont situées en vis-à-vis des
premières fixations entre la paroi longitudinale externe et le fond de
chambre. Cette disposition permet d'éviter toute dissymétrie cyclique des
souplesses et rigidités azimutales et donc de prévenir tout phénomène
d'endommagement que peuvent générer les sollicitations vibratoires de la
chambre de combustion lors de son fonctionnement.
Les brides du fond de chambre comportent de préférence des
encoches pratiquées au niveau des secondes fixations entre les parois
longitudinales et le carénage. De même, les brides du carénage
comportent avantageusement des encoches pratiquées au niveau des
premières fixations entre les parois longitudinales et le fond de chambre.
La présence d'encoches permet ainsi de faciliter l'assemblage de la
chambre de combustion.
La présente invention a également pour objet une turbomachine
ayant une chambre de combustion annulaire 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 :
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une chambre
de combustion de turbomachine selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue partielle et en perspective de la
chambre de combustion de la figure 1 avant son assemblage ;
- la figure 3 est une vue partielle et en perspective de la
chambre de combustion de la figure 2 après son assemblage ; et
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- la figure 4 est une vue schématique de la chambre de
combustion de la figure 1 montrant l'emplacement des différentes
fixations entre les éléments la constituant.
Description détaillée d'un mode de réalisation
Les figures 1 à 4 illustrent une chambre de combustion pour
turbomachine selon l'invention.
Une telle turbomachine, par exemple aéronautique, comporte
notamment 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 5 disposée
en sortie de la chambre de combustion.
La chambre de combustion 4 est de type annulaire. Elle est
formée d'une paroi annulaire interne 6 et d'une paroi annulaire externe 8
qui sont réunies en amont (par rapport au sens d'écoulement des gaz de
combustion dans la chambre de combustion) par une paroi annulaire
transversale 10 formant fond de chambre.
La chambre de combustion comporte également un carénage
annulaire et monobloc 12 (c'est-à-dire réalisé en une seule et même
pièce) couvrant le fond de chambre 10.
Les parois longitudinales 6, 8 de la chambre de combustion
s'étendent selon un axe longitudinal X-X qui peut être légèrement incliné
par rapport à l'axe longitudinal Y-Y de la turbomachine comme représenté
sur la figure 1.
Bien entendu, la présente invention s'applique également aux
chambres de combustion dont les parois longitudinales ne sont pas
inclinées par rapport à l'axe longitudinal de la turbomachine.
Par ailleurs, le fond de chambre 10 et le carénage 12 de la
chambre de combustion sont chacun pourvus d'une pluralité d'ouvertures,
respectivement 14 et 16, pour le passage de systèmes d'injection de
carburant 18.
Les composants principaux de la chambre de combustion (à
savoir ; les parois longitudinales 6, 8, le fond de chambre 10 et le
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carénage 12) sont assemblés entre eux à l'aide d'une pluralité de
systèmes de fixation 20 régulièrement répartis sur toute la circonférence
de la chambre de combustion et formés chacun d'une vis 20a et d'un
écrou de serrage 20b.
5 De façon
plus précise, comme représenté sur les figures 2 et 3,
le fond de chambre 10 comporte une bride interne 22 et une bride externe
24 s'étendant longitudinalement vers l'amont et munie chacune de trous,
respectivement 22a et 24a, pour le passage de vis de fixation 20a.
De même, le carénage monobloc 12 comprend une bride interne
26 et une bride externe 28 qui s'étendent longitudinalement vers l'aval et
qui sont chacune munie de trous, respectivement 26a et 28a, pour le
passage des vis de fixation 20a.
Quant aux parois longitudinales 6, 8 de la chambre de
combustion, elles sont également percées à leur extrémité amont d'une
pluralité de trous, respectivement 6a et 8a, pour le passage des vis de
fixation 20a.
L'assemblage de ces composants de la chambre de combustion
s'effectue en intercalant les parois longitudinales 6, 8 entre les brides
respectives du fond de chambre 10 et du carénage 12 comme représenté
sur les figures 1 et 3. L'ensemble est alors maintenu par les vis de fixation
20a sur lesquelles sont serrées les écrous 20b.
Selon l'invention, les parois longitudinales 6, 8, le fond de
chambre 10 et le carénage 12 sont assemblés alternativement deux par
deux par les systèmes de fixation 20.
En d'autres termes, comme représenté par la figure 4, les
systèmes de fixation 20 pour l'assemblage de ces éléments se répartissent
en deux groupes : un premier groupe de systèmes de fixation 20' venant
serrer uniquement les parois longitudinales 6, 8 et les brides
correspondantes 22, 24 du fond de chambre 10, et un second groupe de
systèmes de fixation 20" venant serrer uniquement les parois
longitudinales 6, 8 et les brides correspondantes 26, 28 du carénage 12,
les systèmes de fixation 20" du second groupe étant distincts des
systèmes de fixation 20' du premier groupe et disposés en alternance avec
ceux-ci.
Ainsi, chacun des systèmes de fixation 20', 20" appartenant à
ces groupes ne traverse que deux des éléments constituant la chambre de
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combustion, à savoir soit l'une des parois longitudinales 6, 8 et la bride 22,
24 correspondante du fond de chambre 10, soit l'une des longitudinales 6,
8 et la bride 26, 28 correspondante du carénage 12.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention illustrée
5 sur la figure 4, il est prévu autant de systèmes de fixation 20'
appartenant
au premier groupe (c'est-à-dire de systèmes de fixation entre les parois
longitudinales 6, 8 et le fond de chambre 10) que de systèmes de fixation
20" appartenant au second groupe (c'est-à-dire de systèmes de fixations
entre les parois longitudinales 6, 8 et le carénage 12). Par exemple, il peut
10 être prévu huit systèmes de fixation pour chaque groupe.
Par ailleurs, on notera que pour obtenir une alternance de
systèmes de fixation 20', 20" appartenant à chaque groupe qui soit
uniforme sur toute la circonférence de la chambre de combustion, il est
nécessaire d'avoir un nombre pair de systèmes de fixation.
15 Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention
également illustrée sur la figure 4, les systèmes de fixations 20' entre la
paroi longitudinale interne 6 et le fond de chambre 10 sont situées en vis-
à-vis des systèmes de fixations 20" entre la paroi longitudinale externe 8
et le carénage 12, et les systèmes de fixations 20" entre la paroi
20 longitudinale interne 6 et le carénage 12 sont situées en vis-à-vis des
systèmes de fixations 20' entre la paroi longitudinale externe 8 et le fond
de chambre 10.
Par l'expression situés en vis-à-vis , on entend que les
systèmes de fixation sont alignés selon une même direction radiale définie
25 par rapport à l'axe longitudinal Y-Y de la turbomachine comme illustré
sur
la figure 4.
Selon encore une autre caractéristique avantageuse de
l'invention, la bride interne 22 et la bride externe 24 du fond de chambre
comportent des encoches, respectivement 30 et 32, qui sont
30 pratiquées au niveau des systèmes de fixation 20" entre les parois
longitudinales 6, 8 et le carénage 12.
De même, la bride interne 26 et la bride externe 28 du carénage
12 comportent de préférence des encoches, respectivement 34 et 36, qui
sont pratiquées au niveau des systèmes de fixation 20' entre les parois
35 longitudinales 6, 8 et le fond de chambre 10.
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La présence de telles encoches 30 à 36 sur les brides du fond
de chambre et du carénage a pour avantage de faciliter l'assemblage de
ces deux éléments de la chambre de combustion. Bien entendu, de telles
encoches sont de dimensions suffisantes pour permettre le passage des
vis 20a et des écrous 20b des systèmes de fixation.
