Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02615029 2014-04-03
,
1
DEFLECTEUR POUR FOND DE CHAMBRE DE COMBUSTION, CHAMBRE DE
COMBUSTION EN ETANT EQUIPEE ET TURBOREACTEUR LES COMPORTANT
La présente invention se rapporte au domaine technique des chambres de
combustion pour turboréacteurs. Elle vise en particulier un écran de
protection
thermique, ou déflecteur, pour un fond de chambre de combustion. Elle vise
aussi une
chambre de combustion dotée d'au moins un tel déflecteur. Elle vise enfin un
turboréacteur équipé d'une telle chambre de combustion et/ou d'au moins un tel
déflecteur.
Dans tout ce qui suit, les termes axial , radial , transversal
correspondent respectivement à une direction axiale, à une direction radiale,
et à un plan
transversal du turboréacteur, et les termes amont et aval
correspondent
respectivement au sens de l'écoulement des gaz dans le turboréacteur.
Une chambre de combustion conventionnelle, dite divergente, est illustrée
sur la figure 11, qui est une coupe axiale montrant une moitié de la chambre
de
combustion, l'autre moitié de celle-ci se déduisant par symétrie par rapport à
l'axe (non
représenté) du turboréacteur. La chambre de combustion 110 est comprise dans
une
chambre de diffusion 130 qui est un espace annulaire défini entre un carter
externe 132
et un carter interne 134, dans lequel est introduit un comburant comprimé
provenant en
amont d'un compresseur (non représenté) par l'intermédiaire d'un conduit
annulaire de
diffusion 136.
Cette chambre de combustion conventionnelle, dite divergente 110
comporte une paroi externe 112 et une paroi interne 114, qui sont coaxiales et
sensiblement coniques, et qui s'évasent de l'amont vers l'aval avec un angle
de cône a.
Les parois externe 112 et interne 114 de la chambre de combustion 110 sont
reliées
entre elles vers l'amont de la chambre de combustion par un fond de chambre
116.
Le fond de chambre 116 est une pièce sensiblement tronconique, qui
s'étend entre deux plans sensiblement transversaux en s'évasant de l'aval vers
l'amont.
Le fond de chambre 116 se raccorde à chacune des deux parois externe 112 et
interne
114 de la chambre de combustion 110. Du fait de la faible inclinaison de la
chambre de
combustion 110, le fond de chambre 116 présente une faible conicité. Il est
doté de
systèmes d'injection 118 à travers lesquelles passent des injecteurs 120 qui
introduisent
du carburant à l'extrémité amont de la chambre de combustion 110 où se
déroulent les
réactions de combustion.
CA 02615029 2007-12-14
2
Ces réactions de combustion ont pour effet de faire rayonner de la chaleur
de l'aval vers l'amont en direction du fond de chambre 116. Afin d'éviter un
endommagement de ce fond de chambre 116, dû à la chaleur, il est prévu des
écrans de
protection thermique encore appelés déflecteurs 122. Ces déflecteurs 122 sont
des
plaques sensiblement planes disposées et fixées par brasage sur une face
intérieure du
fond de chambre 116. Ils sont refroidis au moyen de jets d'air de
refroidissement
pénétrant dans la chambre de combustion 110 à travers des orifices de
refroidissement
124 percés dans le fond de chambre 116. Ces jets d'air, s'écoulant de l'amont
vers
l'aval, sont guidés par des carénages de chambre 126, traversent le fond de
chambre 116
à travers les orifices de refroidissement 124, et viennent impacter une face
amont des
déflecteurs 122.
Dans des conceptions plus récentes de chambres de combustion dites
convergentes, les parois externe et interne de la chambre de combustion sont
inclinées
en s'évasant de l'aval vers l'amont, et non pas de l'amont vers l'aval comme
avec les
chambres de combustion conventionnelles, dites divergentes, précédemment
décrites.
Ces chambres de combustion dites convergentes peuvent avoir un angle de cône a
plus
important que l'angle de cône a des chambres de combustion dites divergentes.
Une inclinaison aussi importante de la chambre de combustion a des
répercussions sur la conicité du fond de chambre et sur la position des
déflecteurs par
rapport au fond de chambre. Une telle chambre de combustion est partiellement
illustrée
à la figure 12, en coupe axiale. Sur cette figure apparaissent une direction
axiale 100
parallèle à l'axe du turboréacteur, la direction principale 200 de la chambre
de
combustion 110, et l'angle a entre ces deux axes 100, 200. Du fait de
l'inclinaison
importante de la chambre de combustion 110, le fond de chambre 116 présente
une
conicité plus importante qu'un fond de chambre de combustion traditionnelle.
Lorsque
non seulement l'inclinaison du fond de chambre 116 est importante, mais
qu'aussi les
injecteurs 120 sont présents en nombre réduit et/ou que la chambre de
combustion 110
présente un faible diamètre, cela affecte la distance D entre le fond de
chambre et les
déflecteurs plans. Dans le plan de la coupe axiale de la figure 12, la
distance D entre le
fond de chambre 116 et les déflecteurs 122 apparaît comme étant constante. En
revanche, comme illustré sur la figure 13, qui est une coupe suivant le plan
XIII-XIII de
CA 02615029 2007-12-14
3
la figure 12, cette distance D s'amenuise en parcourant une génératrice
circonférentielle
du fond de chambre 116, à un point tel que le fond de chambre 116 et les
déflecteurs
122 peuvent entrer en contact. Un tel contact entre ces pièces est
préjudiciable à un
montage correct des déflecteurs dans la chambre de combustion. Le fait que la
distance
D entre le fond de chambre 116 et le déflecteur 122 n'est pas constante est
préjudiciable
à un bon refroidissement dudit déflecteur 122.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et propose un écran
de protection thermique pour fond de chambre, ou déflecteur, qui soit
configuré de telle
manière que la distance D entre le fond de chambre et ce déflecteur reste
constante.
Selon un premier aspect, l'invention se rapporte à un déflecteur pour un
fond de chambre d'une chambre de combustion d'un turboréacteur, se présentant
sous la
forme d'une plaque dotée d'un trou.
Selon un premier mode de réalisation, ladite plaque est une portion d'une
surface conique de révolution autour d'un axe de cône, ladite plaque ayant une
face
sensiblement concave et une face sensiblement convexe, et ladite plaque ayant
un
contour qui possède quatre côtés, parmi lesquels deux premiers côtés sont des
arcs de
cercles concentriques et centrés sur ledit axe de cône, et deux deuxièmes
côtés sont des
segments de génératrices dudit cône qui relient lesdits premiers côtés.
Selon un deuxième mode de réalisation, ledit déflecteur comporte toutes les
caractéristiques du premier mode de réalisation, et comporte, en outre, une
zone centrale
qui entoure ledit trou et une zone périphérique qui entoure ladite zone
centrale, ladite
zone centrale ayant une face plane du côté de ladite face concave.
Selon une première variante du deuxième mode de réalisation, ladite zone
centrale est sensiblement circulaire. Selon cette première variante du
deuxième mode de
réalisation, ledit déflecteur présente une zone de raccordement entre ladite
zone
périphérique et ladite zone centrale.
Selon une deuxième variante du deuxième mode de réalisation, ladite zone
centrale est une portion de plan délimitée par deux arêtes qui sont des
segments de
génératrices dudit cône parallèles auxdits deuxièmes côtés.
De manière commune au premier mode de réalisation et aux deux variantes
du deuxième mode de réalisation, lesdits premiers côtés de la plaque formant
le
CA 02615029 2007-12-14
4
déflecteur sont dotés chacun d'un rebord s'étendant du côté de la face concave
du
déflecteur.
De manière commune au premier mode de réalisation et aux deux variantes
du deuxième mode de réalisation, ledit déflecteur est, en outre, doté de
moyens de
positionnement angulaire. Selon une forme de réalisation, lesdits moyens de
positionnement angulaire comportent une rainure de blocage destinée à recevoir
une
clavette de blocage. Selon cette même forme de réalisation, ils comportent
également
une clavette de blocage destinée à coopérer avec une rainure de blocage
ménagée sur
ledit déflecteur.
Selon un deuxième aspect, l'invention se rapporte à une chambre de
combustion qui possède au moins un déflecteur selon le premier aspect.
De préférence, ledit déflecteur est fixé par brasage sur le fond de chambre.
Ladite chambre de combustion comporte, en outre, des moyens de
positionnement angulaire. Lesdits moyens de positionnement angulaire
comportent une
première rainure de blocage destinée à recevoir une clavette de blocage. Ils
comportent,
en outre, une deuxième rainure de blocage destinée à coopérer avec un doigt
d'arrêt.
De préférence, ladite chambre de combustion est une chambre de
combustion dite convergente, ayant une paroi externe et une paroi interne
coaxiales et
sensiblement tronconiques qui sont inclinées en s'évasant de l'aval vers
l'amont.
Selon un troisième aspect, l'invention se rapporte à un turboréacteur, qui
comporte une chambre de combustion selon le premier aspect et/ou au moins un
déflecteur selon le deuxième aspect.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui
va suivre, d'un mode de réalisation particulier de l'invention, fourni à titre
indicatif et
nullement limitatif, et illustré au moyen des dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une partie de turboréacteur dont
la chambre de combustion dite convergente, montrant une moitié de la chambre
de
combustion, l'autre moitié se déduisant par symétrie axiale ;
- la figure 2 représente en perspective et de façon schématique un déflecteur
selon l'invention ;
CA 02615029 2007-12-14
- la figure 3 représente, en coupe axiale, une partie de chambre de
combustion dite convergente ainsi qu'un déflecteur selon un premier mode de
réalisation de l'invention, vus en coupe axiale ;
- la figure 4 est une vue agrandie d'un détail de la figure 3;
5 - la
figure 5 est analogue à la figure 3, pour un deuxième mode de
réalisation de l'invention, vus en coupe axiale, et montre des premiers moyens
de
positionnement angulaire ;
- la figure 6 représente, en coupe axiale, d'autres moyens de positionnement
angulaire ;
- la figure 7 est une vue en perspective d'une première variante du deuxième
mode de réalisation ;
- la figure 8 est une vue en coupe selon le plan VIII-VIII de la figure 7;
- la figure 9 est une vue en perspective d'une deuxième variante du
deuxième mode de réalisation ;
- la figure 10 est une vue en coupe selon le plan X-X de la figure 9;
- la figure 11, déjà décrite, est une vue en coupe axiale d'une chambre de
combustion de la technique antérieure dite divergente ;
- la figure 12, déjà décrite, représente à plus grande échelle, une partie de
chambre de combustion dite convergente, ainsi qu'un déflecteur plan de la
technique
antérieure, vus en coupe axiale ; et
- la figure 13, déjà décrite, représente à plus grande échelle, une partie de
chambre de combustion dite convergente, ainsi qu'un déflecteur plan de la
technique
antérieure, vus en coupe suivant les flèches XIII-XIII de la figure 12.
En se référant tout d'abord à la figure 1, il est représenté une portion d'un
turboréacteur 2 s'étendant suivant une direction axiale 100 et équipé d'une
chambre de
combustion 10. Cette chambre de combustion 10, dite convergente, comporte une
paroi
externe 12 et une paroi interne 14, qui sont coaxiales et sensiblement
tronconiques.
La chambre de combustion 10 est comprise dans une chambre de diffusion
qui est un espace annulaire défini entre un carter externe 32 et un carter
interne 34,
30 dans
lequel est introduit un comburant comprimé provenant en amont d'un compresseur
(non représenté) par l'intermédiaire d'un conduit annulaire de diffusion 36.
CA 02615029 2007-12-14
6
Les parois externe 12 et interne 14 de la chambre de combustion 10 sont
reliées entre elles vers l'amont de la chambre de combustion par un fond de
chambre 16,
qui est une pièce sensiblement tronconique s'étendant entre deux plans
sensiblement
transversaux en s'évasant de l'amont vers l'aval. Le fond de chambre 16 se
raccorde à
chacune des deux parois externe 12 et interne 14 de la chambre de combustion
10. Il est
doté de systèmes d'injection 18 à travers lesquelles passent des injecteurs 20
qui
traversent le carter extérieur 32 et qui introduisent du carburant à
l'extrémité amont de
la chambre de combustion 10 où se déroulent les réactions de combustion.
Un premier mode de réalisation d'un déflecteur 22 selon l'invention est
représenté de manière schématique et en perspective à la figure 2. Ce
déflecteur 22 se
présente sous la forme d'une plaque qui est une portion d'une surface conique
d'un
cône, ce cône ayant un axe de cône 300 et un angle de cône a. En service,
lorsque ledit
déflecteur 22 est installé sur le fond de chambre 16, ledit axe de cône 300
est
sensiblement confondu avec l'axe 100 du turboréacteur. Le déflecteur 22
possède une
face concave 62 et une face convexe 64, ainsi qu'un contour ayant quatre côtés
72, 74,
76, 78. Deux 72, 76 de ces quatre côtés sont des arcs de cercle parallèles
concentriques
de même axe 300. Les deux autres 74, 78 de ces quatre côtés sont des segments
de
génératrices du cône, qui relient les deux côtés 72, 76 en arcs de cercle. Le
déflecteur 22
selon le premier mode de réalisation comporte un trou d'injection 40,
sensiblement
central, destiné à se trouver en regard d'un système d'injection 18 du fond de
chambre
16 lorsque le déflecteur 22 est installé sur le fond de chambre 16. Ledit trou
d'injection
40 est un trou à bord tombé, c'est-à-dire qu'il comporte un bord 402 s'élevant
du côté
de la face amont du déflecteur 22.
Ce premier mode de réalisation du déflecteur 22 selon l'invention est illustré
sur la figure 3, qui illustre une partie du fond de chambre 16 aux environs
d'un système
d'injection 18 dans laquelle est disposé un bol d'injection 206. Le fond de
chambre 16
présente une conicité importante (voir figure 1). Le déflecteur 22 est disposé
parallèlement au fond de chambre 16, du côté de l'intérieur de la chambre de
combustion 10. Du fait de la courbure conique du déflecteur 22, qui est
analogue à la
courbure conique du fond de chambre 16, ledit déflecteur 22 est parallèle
audit fond de
chambre 16.
CA 02615029 2007-12-14
7
Un avantage d'un tel déflecteur 22 réside dans le fait que la distance D entre
ledit déflecteur 22 et le fond de chambre 16 est sensiblement constante pour
toute la
surface dudit déflecteur 22. Par suite, un tel déflecteur 22 peut être
refroidi de façon
satisfaisante par des filets d'air qui viennent l'impacter après avoir
traversé des orifices
de refroidissement 24 ménagés dans le fond de chambre 16.
La figure 3 montre également la position relative du déflecteur 22 par
rapport au bol d'injection 206.
Le bol d'injection 206 est orienté autour d'un axe 200. Il comporte un
flasque 208 qui comporte lui-même une bride de fixation 210 qui est retenue
axialement
entre une première bague 50 et le trou d'injection 40 du déflecteur 22 et le
bord 402 du
trou d'injection 40 du déflecteur 22. Autour de son système d'injection 18, le
fond de
chambre 16 est bloqué entre un épaulement extérieur 226 du bord 402 du trou
d'injection 40 du déflecteur 22 et une deuxième bague 52 qui est elle-même
fixée par
brasage dans une rainure périphérique extérieure 404 du bord 402 du trou
d'injection 40
du déflecteur 22. La deuxième bague 52 présente également un épaulement
intérieur
dans lequel s'adapte la première bague 50, les deux bagues 50, 52 étant fixées
entre
elles par un cordon de soudure 54.
Ce montage est tel que le flasque 208 est autorisé à se déplacer légèrement
dans un plan perpendiculaire à l'axe 200. Par suite, le bol d'injection 206
est autorisé à
un léger jeu transversal par rapport à l'axe 200, ce qui autorise l'entrée de
filets d'air à
travers le trou d'injection 40 même lorsque le bol d'injection 206 est en
place. Ces filets
d'air, matérialisés par les flèches 60 aux figures, ont pour fonction de
refroidir le bord
402 du trou d'injection 40 du déflecteur 22, ce bord 402 constituant une zone
relativement= épaisse du déflecteur 22 qui ne peut pas être atteinte par l'air
de
refroidissement traversant les orifices de refroidissement 24 du fond de
chambre 16.
Le bol d'injection 206 comporte également une collerette 220 située à
l'intérieur de la chambre de combustion 10 qui est séparée du flasque 208 par
une gorge
222, et qui s'étend parallèlement à la bride de fixation 210 sensiblement
jusqu'à
l'aplomb de la face intérieure du bord 402 du trou d'injection 40 du
déflecteur 22.
La figure 4 montre un détail agrandi de la figure 3. Plus précisément, elle
montre le bord 402 du trou d'injection 40 du déflecteur 22 ainsi que le
flasque 208, la
collerette 220 et la gorge 222 du bol d'injection 206. Il apparaît que, du
fait de la forme
CA 02615029 2007-12-14
8
conique, et non plus plane, du déflecteur 22, la face intérieure du déflecteur
22 est
décalée par rapport à la face intérieure de la flasque 208. Ce décalage, ou
marche, est
désigné par la lettre M à la figure 4. L'existence de cette marche M est
susceptible de
créer une perturbation de l'écoulement des jets de refroidissement représentés
par la
flèche 60, par exemple sous forme de tourbillons, ce qui est susceptible
d'affecter le
refroidissement du bord tombé 402 du trou d'injection 40 du déflecteur 22.
Les figures 7-8 et 9-10 représentent respectivement une première variante
et une deuxième variante d'un deuxième mode de réalisation du déflecteur 22,
qui
constitue un perfectionnement du premier mode de réalisation précédemment
décrit. Les
caractéristiques du premier mode de réalisation du déflecteur 22 déjà décrit
sont aussi
des caractéristiques des deux variantes du deuxième mode de réalisation
illustrées sur
ces figures 7 à 10.
Le déflecteur 22 selon l'une ou l'autre du deuxième mode de réalisation
présente une zone centrale 90 qui entoure le trou d'injection 40, et une zone
périphérique 92 qui entoure la zone centrale 90 jusqu'aux bords 72, 74, 76, 78
du
déflecteur 22. La zone périphérique 92 présente une surface conique concave.
Selon la première variante du deuxième mode de réalisation illustrée aux
figures 7 et 8, ladite zone centrale 90 est circulaire et présente une surface
plane, tandis
que la zone périphérique 92 présente une surface conique concave. Une zone de
raccordement 94 relie ladite zone centrale 90 et ladite zone périphérique 92.
Selon la deuxième variante du deuxième mode de réalisation illustrée aux
figures 9 et 10, ladite zone centrale 90 est comprise entre deux arêtes 96, 98
sensiblement parallèles aux côtés rectilignes 74, 78 du contour dudit
déflecteur 22, et
elle s'étend jusqu'aux côtés en arc de cercle 72, 76 du contour dudit
déflecteur 22. Elle
présente une surface plane. En d'autre termes, les deux arêtes 96, 98
matérialisent
l'intersection entre la surface plane de ladite zone centrale 90 et la surface
conique
concave de la zone périphérique 92.
De manière commune à la première variante et à la deuxième variante du
deuxième mode de réalisation, la zone centrale 90 présente une surface plane
du côté de
la concavité du déflecteur 22.
Comme illustré sur la figure 5, et de manière analogue au déflecteur du
premier mode de réalisation illustré aux figures 3 et 4, la distance D entre
ledit
CA 02615029 2007-12-14
9
déflecteur 22 et le fond de chambre 16 est sensiblement constante pour toute
la surface
dudit déflecteur 22. Par suite, le déflecteur 22 peut être refroidi de façon
satisfaisante
par des filets d'air qui viennent l'impacter après avoir traversé des orifices
de
refroidissement 24 ménagés dans le fond de chambre 16. En outre, du fait de la
planéité
de la zone centrale 90, les filets d'air de refroidissement 60 peuvent
s'écouler depuis
l'extérieur du bol 206 à travers l'ouverture d'injection 40 sans être
perturbés par des
turbulences. Il s'ensuit que le refroidissement du bord tombé 402 du trou
d'injection 40
du déflecteur 22 peut s'effectuer de façon satisfaisante. En effet, et
contrairement à la
configuration du premier mode de réalisation, la surface plane de la zone
centrale 90 et
la face intérieure du flasque 208 du bol 206 se trouvent sensiblement dans un
même
plan.
En outre, et comme illustré aux figures 7 et 9, les deux côtés en arcs de
cercle 72, 76 de la plaque formant le déflecteur 22 sont dotés chacun d'un
rebord 80
s'étendant du côté de la face concave 62 du déflecteur. Cette caractéristique
est
commune au premier mode de réalisation et aux deux variantes du deuxième mode
de
réalisation. Les rebords 80 du déflecteur 22 ont pour fonction de créer un
film de
refroidissement en guidant l'air de refroidissement des déflecteurs 22 qui est
issu des
orifices de refroidissement 24, afin de refroidir les parois externe 12 et
interne 14 de la
chambre de combustion 10.
En outre, le déflecteur 22 est doté de moyens de positionnement angulaire
constitués de premiers moyens de positionnement angulaire et de deuxièmes
moyens de
positionnement angulaire. Cette caractéristique est commune au premier mode de
réalisation et aux deux variantes du deuxième mode de réalisation.
La figure 6 illustre les premiers moyens de positionnement angulaire 82, 84
qui comportent une première rainure de blocage 82 comportant trois sections
ménagées
respectivement dans le fond de chambre 16, le déflecteur 22 et la deuxième
bague 52 et
une clavette 84. L'insertion de la clavette 84 dans ladite première rainure de
blocage 82
empêche une rotation relative de la deuxième bague 52 et du déflecteur 22 par
rapport
au fond de chambre 16.
La figure 5 illustre les deuxièmes moyens de positionnement angulaire 86,
88 qui comportent une deuxième rainure de blocage 86 ménagée dans la deuxième
bague 52 et un doigt d'arrêt 88 solidaire du bol d'injection 206, L'insertion
du doigt
CA 02615029 2007-12-14
d'arrêt 88 dans ladite deuxième rainure de blocage 86 empêche une rotation
relative du
bol d'injection 206 par rapport à la deuxième bague 52.
La coopération de ces quatre moyens de positionnement angulaire 82, 84,
86, 88 permet donc d'empêcher une rotation relative du déflecteur 22 par
rapport au
5 fond de chambre 16. Par suite, le déflecteur 22 et le fond de chambre 16
restent
correctement positionnés l'un par rapport à l'autre, leur parallélisme est
maintenu, et la
distance D reste constante.
L'invention se rapporte également à une chambre de combustion 10 qui
comporte un fond de chambre 16 et au moins un déflecteur 22 comme précédemment
10 décrit. De préférence, ledit déflecteur 22 est fixé par brasage sur
ledit fond de
chambre 16.
