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CA 02582624 2007-03-28
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Bras accroche-flammes d'une chambre de post-combustion
La présente invention concerne un bras accroche-flammes d'une
chambre de post-combustion dans une turbomachine telle qu'un
turboréacteur.
De façon classique, une chambre de post-combustion comprend une
série de bras accroche-flammes qui sont formés chacun d'un dièdre creux
dont l'arête de sommet est orientée vers l'amont de la chambre et qui est
fermé du côté aval par un écran de protection thermique. Une rampe de
carburant s'étend radialement à l'intérieur du bras depuis un carter externe
de la chambre. Cette rampe est reliée à des moyens d'alimentation en
carburant et comporte des trous de pulvérisation de carburant.
Un caisson de ventilation s'étend dans le bras sensiblement
parallèlement à ia rampe, entre celle-ci et l'arête du dièdre du bras, et
comporte à son extrémité radialement externe une ouverture de captation
d'air de refroidissement destiné à être diffusé dans le bras à travers des
trous du caisson. L'extrémité radialement interne du caisson de ventilation
est fermée et comporte un doigt de centrage engagé dans un orifice du
bras.
Le caisson de ventilation comporte également, au voisinage de son
extrémité radialement interne, un ergot en saillie vers l'aval et dont
l'extrémité libre est engagée dans un orifice correspondant de l'écran de
protection thermique pour assurer le maintien du caisson de ventilation. Un
orifice formé dans l'ergot reçoit l'extrémité inférieure de la rampe de
carburant pour la centrer dans le bras.
Au montage, le bras est assemblé avec le caisson de ventilation et
l'écran de protection thermique qui est fixé sur le bras au moyen de pions
épaulés et soudés et qui immobilise le caisson de ventilation. Ensuite, la
rampe de carburant est montée dans le bras depuis le carter externe de la
chambre, par engagement de son extrémité radialement interne entre
l'écran de protection thermique et le caisson de ventilation, jusqu'à ce que
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cette extrémité se loge dans l'orifice de centrage formé dans l'ergot du
caisson.
Cependant, cette opération est effectuée en aveugle, ce qui risque
d'entraîner un mauvais montage de la rampe dont l'extrémité interne peut
s'engager dans un espace libre situé entre l'ergot et une paroi latérale du
bras. Il en résulte une mauvaise répartition du carburant pulvérisé dans le
bras et une dégradation du refroidissement du bras, avec pour
conséquence une possible destruction de l'écran de protection thermique.
En fonctionnement, le caisson de ventilation est soumis à des
vibrations importantes qui provoquent une usure par frottement de son
ergot et de l'orifice correspondant de l'écran de protection thermique, ce qui
se traduit par un déplacement du caisson vers l'intérieur, et par un
dépassement du doigt du caisson dans le flux primaire, ainsi qu'une usure
et un élargissement de l'orifice du bras qui reçoit le doigt de centrage du
caisson.
Le déplacement du caisson de ventilation vers l'intérieur peut
entraîner le désengagement de la rampe de carburant de l'orifice de l'ergot
et la rupture de la rampe.
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple,
efficace et économique à l'ensemble de ces problèmes.
Elle propose à cet effet un bras accroche-flammes d'une chambre de
post-combustion, comprenant un corps en forme de dièdre ouvert, un
caisson de ventilation s'étendant à l'intérieur du corps et comportant à une
extrémité un doigt de centrage engagé dans un orifice du corps, une rampe
de carburant s'étendant à l'intérieur du corps le long du caisson de
ventilation, des moyens de guidage et de centrage de la rampe par rapport
au caisson, et un écran de protection thermique fixé sur le corps et fermant
la face ouverte du dièdre, caractérisé en ce que le caisson de ventilation
comprend des moyens d'immobilisation dans le corps du bras qui sont
indépendants de l'écran de protection thermique.
Ainsi, le centrage et l'immobilisation du caisson de ventilation dans le
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bras accroche-flammes sont assurés indépendamment de l'écran de
protection thermique, ce qui permet de supprimer l'ergot de centrage et de
fixation prévu sur le caisson dans la technique antérieure.
Du même coup, on supprime égaiement :
- l'usure de l'écran de protection thermique qui résultait des
vibrations de cet ergot dans l'orifice de réception formé dans l'écran,
- l'usure du doigt de centrage dans l'orifice formé dans le corps du
bras et l'usure correspondante des bords de cet orifice,
- les risques de rupture de la rampe de carburant par
désengagement des moyens de centrage et de guidage formés sur le
caisson de ventilation.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le doigt de centrage
du caisson traverse l'orifice formé dans le corps du bras et comporte les
moyens d'immobilisation du caisson sur le corps du bras.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ces moyens
d'immobilisation comprennent un épaulement annulaire formé sur le doigt
de centrage et destiné à venir en appui sur le bord de l'orifice du corps du
bras, à l'intérieur du bras, et des moyens de retenue du doigt dans cet
orifice, formés à l'extrémité du doigt extérieure au bras, ces moyens de
retenue comprenant une pièce annulaire fixée par brasage ou soudage sur
le doigt de centrage du caisson.
De préférence, l'épaulement du doigt de centrage est appliqué sur le
corps du bras par la pièce annulaire qui est fixée à l'extrémité de ce doigt,
à
l'extérieur du bras.
On assure ainsi une fixation sans jeu du caisson sur le corps du bras
et on évite les vibrations radiales du caisson par rapport au corps du bras.
On peut également prévoir que cette pièce annulaire comprenne au
moins un méplat coopérant par butée avec un élément correspondant du
corps du bras pour participer à l'immobilisation en rotation du caisson par
rapport au bras.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le caisson de
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ventilation comprend également un rebord transversal qui comporte un
orifice de centrage de la rampe de carburant et qui occupe la quasi-totalité
de l'espace disponible à l'intérieur du bras, pour empêcher un mauvais
montage de la rampe de carburant.
La présence de ce rebord transversal a l'intérieur du corps de bras
empêche de monter l'extrémité de la rampe de carburant ailleurs que dans
l'orifice de centrage formé dans ce rebord.
Ainsi, le montage en aveugle de la rampe de carburant dans le corps
du bras ne peut plus se traduire par une disposition incorrecte de la rampe
de carburant et évite les risques d'usure et de dégradation de la rampe et
du corps du bras.
L'invention propose également un caisson de ventilation d'un bras
accroche-flammes, comprenant une extrémité ouverte et une extrémité
formée avec un doigt sensiblement axial, caractérisé en ce que ce doigt
présente un épaulement annulaire d'appui sur un support.
Ce caisson de ventilation est encore caractérisé en ce qu'il est formé
avec un rebord transversal comportant un orifice traversant dont l'axe est
sensiblement parallèle à l'axe longitudinal du caisson.
L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un
turboréacteur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un
bras accroche-flammes du type décrit dans ce qui précède.
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques
et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la
description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux
dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une
chambre de post-combustion d'une turbomachine ;
- la figure 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie d'un bras
accroche-flammes de la figure 1 et illustre un dispositif de fixation d'un
caisson de ventilation dans le bras accroche-flammes selon la technique
antérieure ;
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- la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2, à
plus
grande échelle ;
- la figure 4 est une vue correspondant à la figure 2 mais illustre un
dispositif de fixation selon l'invention ;
5 - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 4, à plus
grande échelle.
- la figure 6 est une vue de dessous du bras de la figure 4.
On se réfère d'abord aux figures 1 à 3 dans lesquelles un bras
accroche-flammes 10 de la technique connue est monté sur un carter 12
d'une chambre de post-combustion d'un turboréacteur, à son extrémité
radialement externe, ce bras 10 s'étendant de façon sensiblement radiale
dans la chambre de post-combustion et traversant une tôle de confluence
14 qui sépare le flux primaire 16 des gaz chauds de combustion du flux
secondaire 18 fourni par une soufflante montée à l'avant du turboréacteur.
De façon connue, le bras accroche-flammes 10 comprend un corps
en forme de dièdre ouvert, dont l'arête de sommet 22 est orientée vers
l'amont et dont l'ouverture est tournée vers l'aval et dans lequel sont
disposés un caisson de ventilation 24, une rampe de carburant 26 et un
écran 28 de protection thermique ayant une section en C et qui ferme la
20 face ouverte du corps 22.
Le caisson de ventilation 24 s'étend à l'intérieur du bras le long de
l'arête de sommet 22 et comprend une extrémité radialement externe qui
est ouverte et est alimentée en air du flux secondaire 18 par une ouverture
de la partie radialement externe du corps du bras. La partie radialement
interne du caisson 24 comprend des perforations multiples de distribution
de l'air à l'intérieur du bras.
L'extrémité radialement interne du caisson forme un doigt cylindrique
qui est engagé sans jeu dans un orifice de la base 32 du corps du bras,
l'extrémité du doigt 30 venant affleurer la face extérieure de cette base 32
30 sans faire saillie à l'extérieur du bras.
Au voisinage de cette extrémité radialement externe, le caisson de
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ventilation 24 comporte une patte 34 qui s'étend vers l'aval en direction de
l'écran 28 de protection thermique, de façon sensiblement perpendiculaire
à l'axe longitudinal du caisson 24, et dont l'extrémité libre forme un ergot
36
engagé dans un orifice correspondant de l'écran 28.
Cette patte 34 comporte également, dans une partie intermédiaire
entre le caisson de ventilation 24 et l'ergot 36, un orifice traversant de
réception de la partie inférieure de la rampe de carburant 26 pour le
centrage de cette rampe à l'intérieur du bras 10.
Au montage, le caisson de ventilation 24 est d'abord disposé dans le
corps 20 du bras 10, puis l'écran de protection thermique 28 est mis en
place, l'ergot 36 du caisson de ventilation étant engagé dans l'orifice de
l'écran, puis l'écran 28 est fixé par soudure en quatre points 34 sur les
parois latérales du corps 20 du bras, en fixant ainsi le caisson de
ventilation
24 à l'intérieur du bras. La rampe de carburant 26 est ensuite montée en
aveugle à l'intérieur du bras depuis l'extrémité radialement externe de celui-
ci. Cette opération demande un soin particulier, car l'extrémité inférieure de
la rampe de carburant 26 doit être engagée dans l'orifice prévu dans la
patte 34 du caisson de ventilation 24 et non entre cette patte 34 et une
paroi latérale du corps 20 du bras 10.
En fonctionnement, le caisson de ventilation 24 est soumis à des
vibrations radiales à l'intérieur du bras 10, ce qui se traduit par une usure
de son ergot 36 et des bords de l'orifice correspondant de l'écran thermique
28 ainsi que par une usure du doigt 30 de son extrémité radialement
interne et des bords de l'orifice correspondant formé dans la base 32 du
bras 10.
Ces usures se traduisent par une descente du caisson 24 à
l'intérieur du bras 10, l'extrémité du doigt 30 venant faire saillie sous la
base 32 du bras 10 et perturbant les conditions de la post-combustion. De
plus, ce déplacement du caisson de ventilation 24 dans le bras 10 peut
permettre à l'extrémité radialement interne de la rampe de carburant 26 de
se dégager de son orifice de guidage formé dans la patte 34 du caisson de
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ventilation, ce qui provoque la rupture de la rampe de carburant 26.
Pour éviter ces inconvénients, l'invention propose que le caisson de
ventilation 24 soit monté et fixé à l'intérieur du bras 10 indépendamment de
l'écran de protection thermique 28, comme cela a été représenté aux
figures 4 à 6.
Dans ces figures, l'extrémité radialement interne du caisson de
ventilation 24 comporte un doigt cylindrique 40 qui s'étend dans l'axe du
caisson 24 et qui comporte un épaulement annulaire 42 formant une
surface d'appui sur le bord de l'orifice 44 formé dans la base 32 du bras 10,
le doigt cylindrique 40 s'étendant à l'extérieur de cet orifice et portant une
pièce annulaire 46, telle qu'une rondelle par exemple, qui est fixée, par
exemple par soudure ou brasure, sur l'extrémité du doigt 40.
De façon avantageuse, l'orifice 44 est formé dans la paroi de fond 48
d'un petit renfoncement 49 de la base 32 du bras 10, cette paroi de fond 48
étant perpendiculaire à l'axe du caisson 24 et du doigt 40.
Lorsque ce renfoncement 48 n'est pas de forme cylindrique, comme
représenté schématiquement en figure 6, on peut donner à la pièce
annulaire 46 une forme correspondante pour que cette pièce annulaire ait
une fonction d'anti-rotation du doigt 40 et donc du caisson 24 autour de leur
axe longitudinal.
On peut aussi pratiquer un ou deux méplats dans le contour de la
pièce annulaire 46, ce ou ces méplats correspondant à des faces planes du
renfoncement 48 pour donner cette fonction d'anti-rotation à la pièce
annulaire 46.
Comme on le voit bien sur les figures 4 et 5, le caisson de ventilation
24 ne comprend plus l'ergot 36 engagé dans un orifice de l'écran 28 de
protection thermique et la patte 34 représentée en figure 1 est remplacée
par un rebord transversal 50 du caisson 24, ce rebord 50 étant en forme de
secteur angulaire et s'étendant à l'intérieur du corps 20 du bras 10 de façon
à occuper, dans un plan transversal, la majeure partie de l'espace
disponible à l'intérieur du bras 10 entre le caisson 24 et l'écran de
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ô
protection thermique 28...., -
Dans l'exemple représenté, les côtés 52 et 54 du rebord 50 sont à
peu près parallèles aux parois latérales du bras 10 et de l'écran 28
respectivement, et s'étendent à faible distance de ces parois, en interdisant
un montage de f'extrémité radialement interne de la rampe de carburant 26
ailleurs que dans l'orifice de guidage 56 formé dans le rebord 50. On facilite
ainsi beaucoup le montage en aveugle de la rampe de carburant 26 dans le
bras 10 et on évite toute disposition incorrecte de la rampe de carburant, en
garantissant un meilleur refroidissement du bras 10 par le carburant et en
prolongeant la durée de vie du bras.
La fixation axiale sans jeu du doigt d'extrémité 40 du caisson 24
dans l'orifice 44 de la base 32 du bras 10 évite les vibrations radiales du
caisson de ventilation 24 dans le bras et les usures résultantes du bras et
du caisson.
En cas de brûlure de l'écran de protection thermique 28, le caisson
de ventilation 24 reste maintenu dans le bras 10 et continue d'assurer sa
fonction de refroidissement des différents éléments du bras. La rampe de
carburant 26 est également maintenue en place sur le caisson de
ventilation 24 à l'intérieur du bras et ne peut se rompre.
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