[0001] La présente invention concerne un dispositif de guidage d'un élément, tel qu'une
bougie d'allumage ou un injecteur de carburant, s'étendant dans un orifice ou au voisinage
d'un orifice d'une paroi de chambre de combustion de turbomachine.
[0002] Une chambre annulaire de combustion de turbomachine est délimitée par deux parois
de révolution coaxiales qui s'étendent l'une à l'intérieur de l'autre et qui sont
reliées entre elles à leurs extrémités amont par une paroi annulaire de fond de chambre.
[0003] La paroi de fond de chambre comporte des orifices de montage de moyens d'injection
d'un mélange d'air et de carburant à l'intérieur de la chambre, l'air provenant d'un
compresseur de la turbomachine et le carburant étant amené par des injecteurs. Ces
injecteurs s'étendent sensiblement radialement depuis leurs extrémités externes fixées
sur un carter externe de la chambre, jusqu'à leurs têtes alignées axialement avec
les orifices de la paroi de fond de chambre.
[0004] La paroi externe de révolution de la chambre comporte au moins un orifice de passage
d'une extrémité d'une bougie d'allumage dont l'autre extrémité est fixée sur un carter
externe de la chambre, cette bougie étant destinée à amorcer la combustion du mélange
d'air et de carburant dans la chambre.
[0005] En fonctionnement de la turbomachine, les parois de la chambre de combustion se dilatent
thermiquement, ce qui engendre des déplacements relatifs entre la paroi externe de
la chambre et la bougie d'allumage et entre la paroi de fond de chambre et les injecteurs
de carburant.
[0006] Pour compenser et autoriser ces déplacements relatifs, on utilise des dispositifs
de guidage de la bougie et des injecteurs qui comprennent chacun une bague et une
douille sensiblement coaxiales montées l'une à l'intérieur de l'autre, la bague étant
destinée à être traversée axialement par la bougie ou un injecteur et comportant un
rebord annulaire externe guidé transversalement dans une gorge annulaire interne de
la douille qui est fixée sur le bord de l'orifice de la paroi externe de la chambre
ou portée par un système d'injection. Cette douille comprend deux pièces annulaires
coaxiales qui sont fixées l'une sur l'autre par soudage et qui définissent entre elles
la gorge annulaire de guidage du rebord de la bague. La demande de brevet
EP-A1-1 770 332 de la demanderesse décrit un dispositif de guidage de ce type.
[0007] Les déplacements relatifs entre la paroi externe de la chambre et la bougie ont principalement
lieu dans une direction parallèle à l'axe longitudinal de la chambre. En fonctionnement,
la douille solidaire de la paroi de la chambre est donc essentiellement déplacée dans
cette direction longitudinale par rapport à la bague de guidage de la bougie portée
par le carter externe. Les déplacements relatifs de la bague dans la gorge de la douille
dans les autres directions transversales sont de plus faibles amplitudes. La direction
axiale ou longitudinale est donc la direction privilégiée de déplacement de la bague
de guidage de la bougie d'allumage par rapport à la douille portée par la chambre.
[0008] Les déplacements relatifs entre la paroi de fond de chambre et les injecteurs ont
principalement lieu dans des directions radiales par rapport à l'axe longitudinal
de la chambre, la direction privilégiée de déplacement relatif de la bague montée
autour d'un injecteur est donc une direction radiale par rapport à l'axe longitudinal
de la chambre.
[0009] Dans la technique actuelle, les deux pièces annulaires formant la douille d'un dispositif
de guidage sont fixées l'une sur l'autre à leurs périphéries externes par un ou des
cordons de soudure qui s'étendent sur tout le pourtour de la douille. Bien que l'opérateur
en charge de la réalisation de cette soudure prenne un maximum de précautions pour
effectuer ces soudures, les cordons de soudure peuvent déborder dans la gorge annulaire
de guidage de la bague et boucher localement la périphérie externe de cette gorge,
réduisant ou empêchant ainsi les débattements de la bague en direction transversale
dans la gorge de la douille. L'opération de soudage des pièces de la douille est donc
délicate à réaliser et ne permet pas de contrôler ces débordements de soudure. De
plus, il existe un risque important de blocage ou de grippage du dispositif à chaque
fois que le rebord de la bague vient en contact avec un cordon de soudure qui déborde
dans la gorge de la douille, avec un risque inacceptable de rupture de la bougie ou
de l'injecteur.
[0010] Une solution à ce problème consisterait à surdimensionner les pièces de la douille
de façon à ce que la gorge annulaire ait une dimension transversale plus grande que
nécessaire pour conserver un débattement maximal de la bague en direction transversale,
même lorsque les cordons de soudure débordent à l'intérieur de la gorge.
[0011] Cependant, cette solution ne serait pas satisfaisante car elle entraînerait une augmentation
significative de la masse du dispositif et gênerait la ventilation de la paroi de
la chambre en obturant partiellement des orifices de passage d'air de cette paroi
situés au voisinage du dispositif.
[0012] L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique
à ce problème.
[0013] Elle propose à cet effet un dispositif de guidage d'un élément dans un orifice d'une
paroi de chambre de combustion de turbomachine, comprenant une bague et une douille
sensiblement coaxiales montées l'une à l'intérieur de l'autre, la bague étant destinée
à être traversée axialement par l'élément et comportant un rebord annulaire externe
guidé transversalement dans une gorge annulaire interne de la douille destinée à être
fixée sur le bord de l'orifice de la paroi de la chambre de combustion, la douille
comprenant deux pièces annulaires coaxiales fixées l'une sur l'autre par brasage ou
soudage et définissant entre elles la gorge annulaire de guidage du rebord de la bague,
et le dispositif comportant au moins une direction transversale privilégiée de déplacement
de la bague, caractérisé en ce que les deux pièces de la douille sont fixées l'une
sur l'autre par des zones de soudure ou de brasure, ces zones se trouvant en dehors
de la trajectoire du rebord de la bague quand celle-ci est déplacée par rapport à
la douille dans la direction privilégiée,
[0014] Selon l'invention, les deux zones de soudure ou de brasure des deux pièces de la
douille ne sont pas situées sur la direction privilégiée de déplacement de la bague,
et les débordements des cordons de soudure ou de brasure qui pénètrent dans la gorge
de la douille et la bouchent localement ne limitent donc pas les déplacements du rebord
de la bague dans cette direction. Il n'est donc pas nécessaire de tenir compte des
débordements des cordons de soudure dans le dimensionnement de la douille du dispositif
de guidage. Dans un cas particulier de réalisation de l'invention, cela permet d'obtenir
une réduction de 2mm environ sur le diamètre de la douille par rapport à la technique
antérieure.
[0015] Préférentiellement, les zones de soudure ou de brasure sont réparties autour de l'axe
de la douille.
[0016] Ces zones peuvent être au nombre de deux et sont alors diamétralement opposées par
rapport à l'axe de la douille. Une des deux pièces de la douille est par exemple une
rondelle à contour externe sensiblement ovale ou oblong, cette rondelle comportant
des parties d'extrémité à plus petit rayon de courbure qui sont brasées ou soudées
sur l'autre pièce de la douille. Cette forme particulière de la rondelle de la douille
permet de réduire la masse du dispositif. Avantageusement, les zones de soudure ou
de brasure sont alignées sur un axe sensiblement perpendiculaire à la direction privilégiée
de déplacement de la bague.
[0017] En variante, les zones de soudure ou de brasure sont au nombre de quatre et sont
diamétralement opposées deux à deux par rapport à l'axe de la douille. Une des deux
pièces de la douille est par exemple une rondelle à contour externe de forme sensiblement
carrée pour réduire la masse de cette pièce, cette rondelle comportant des parties
d'extrémité correspondant aux sommets du carré qui sont brasées ou soudées sur l'autre
pièce de la douille. Les zones de soudure diamétralement opposées sont alignées sur
des axes inclinés d'un angle de 45° environ par rapport à la direction privilégiée
de déplacement de la bague.
[0018] La présente invention concerne également une chambre de combustion de turbomachine,
caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif tel que décrit ci-dessus,
et une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée
en ce qu'elle comprend au moins une turbine de ce type.
[0019] L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages
de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit,
faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels
:
- la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'un diffuseur et d'une chambre
de combustion d'une turbomachine ;
- la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif de guidage selon la technique
antérieure ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de guidage selon
l'invention ;
- la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une variante de réalisation du
dispositif selon l'invention.
[0020] On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une chambre annulaire de combustion
10, pour une turbomachine telle qu'un turboréacteur d'avion, agencée en sortie d'un
diffuseur annulaire 12, lui même situé en sortie d'un compresseur (non représenté).
[0021] La chambre 10 comprend une paroi de révolution interne 14 et une paroi de révolution
externe 16 reliées en amont à une paroi annulaire 18 de fond de chambre et fixées
en aval par des brides annulaires interne 20 et externe 22 respectivement sur un voile
tronconique interne 24 du diffuseur, et sur une extrémité aval d'un carter externe
26 de la chambre, l'extrémité amont de ce carter 26 étant fixée sur un voile tronconique
externe 28 du diffuseur.
[0022] La paroi 18 de fond de chambre comporte des orifices 30 de montage de systèmes 37
d'injection d'un mélange d'air et de carburant dans la chambre 10, l'air provenant
du diffuseur 12 et le carburant étant amené par des injecteurs 32. Les injecteurs
32 sont fixés à leurs extrémités radialement externes sur le carter externe 26 et
régulièrement répartis sur une circonférence autour de l'axe de révolution 34 de la
chambre. Chaque injecteur 32 comprend à son extrémité radialement interne une tête
36 d'injection de carburant qui est guidée dans un système d'injection 37 et qui est
alignée avec l'axe 38 d'un orifice 30 correspondant de la paroi 18 de la chambre,
cet axe 38 étant confondu dans le dessin avec l'axe longitudinal de la section de
la chambre.
[0023] Un capot annulaire 40 incurvé vers l'amont est fixé sur les extrémités amont des
parois 14, 16 et 18 de la chambre et comprend des orifices 42 de passage d'air alignés
avec les orifices 30 de la paroi 18 de fond de chambre.
[0024] Le mélange d'air et de carburant injecté dans la chambre 10 est enflammé au moyen
d'au moins une bougie d'allumage 44 qui s'étend radialement à l'extérieur de la chambre.
Cette bougie 44 est guidée à son extrémité radialement interne dans un orifice 46
de la paroi externe 16 de la chambre, et son extrémité radialement externe est fixée
par des moyens appropriés sur le carter externe 26 et reliée à des moyens d'alimentation
électrique (non représentés) situés à l'extérieur du carter 26.
[0025] Un dispositif 48 de guidage de l'extrémité radialement interne de la bougie d'allumage
44 est fixé à l'extérieur de la chambre 10 sur la paroi externe 16, autour de l'orifice
46 pour compenser les déplacements relatifs entre la paroi externe 16 de la chambre
et la bougie 44 portée par le carter 26 pendant le fonctionnement de la turbomachine.
Ces déplacements relatifs ont principalement lieu en direction longitudinale, c'est-à-dire
sensiblement parallèlement à l'axe 38 de la chambre 10.
[0026] Un dispositif 48' de guidage de la tête 36 de l'injecteur est également porté par
chaque système d'injection 37 monté dans un orifice 30 de la paroi 18 de la chambre,
pour compenser les déplacements relatifs entre la chambre et l'injecteur qui ont principalement
lieu en direction radiale par rapport à l'axe 38.
[0027] Le dispositif de guidage 48 (48'), mieux visible en figure 2, comporte une bague
50 traversée axialement par la bougie 44 (ou la tête 36 de l'injecteur) et montée
à l'intérieur d'une extrémité d'une douille 52 coaxiale, dont l'autre extrémité est
fixée par brasage, soudage ou analogue sur la paroi externe 16 de la chambre, autour
de l'orifice 46 de passage de la bougie (ou fixé sur le système d'injection 37 porté
par la paroi 18 de la chambre).
[0028] La bague 50 comprend une partie cylindrique 54 dont la surface interne 56 entoure
avec un faible jeu la bougie 44 (ou la tête 36 de l'injecteur). Cette partie cylindrique
54 est reliée à une extrémité à une partie tronconique 58 évasée vers l'extérieur
qui sert au guidage de la bougie (ou de la tête) lors de son montage dans le dispositif,
et comporte à son autre extrémité un rebord annulaire 60 qui s'étend radialement vers
l'extérieur par rapport à l'axe de la bague 50 et qui est guidé dans une gorge annulaire
interne 62 de la douille 52.
[0029] La douille 52 comprend deux pièces annulaires 64, 66 coaxiales qui sont fixées par
brasage ou soudage l'une sur l'autre et qui définissent entre elles la gorge annulaire
62 de guidage du rebord externe 60 de la bague 50. Dans l'exemple représenté, la douille
52 comprend une première pièce annulaire 64 à section sensiblement en S ou en Z et
une seconde pièce annulaire 66 plane formée par une rondelle.
[0030] La première pièce 64 comprend une paroi cylindrique 68 qui est soudée ou brasée à
une extrémité sur la paroi 16 (ou sur le système d'injection 37) et qui est reliée
à son autre extrémité à une paroi radiale 70 définissant une surface annulaire interne
72 de la gorge 62. La paroi radiale 70 de la pièce 64 est raccordée à sa périphérie
externe à un rebord cylindrique 74 s'étendant du côté opposé à la paroi cylindrique
68 et sur lequel est appliquée et soudée ou brasée la périphérie de la rondelle 66
de la douille. Cette rondelle 66 s'étend sensiblement radialement par rapport à l'axe
de la douille et définit une autre surface annulaire interne 76 de la gorge, cette
surface 76 étant parallèle à la surface 72 définie par la première pièce 64 de la
douille. Les surfaces annulaires 72, 76 permettent de guider le rebord externe 60
de la bague dans un plan radial ou transversal par rapport à l'axe de la douille.
[0031] Le diamètre externe du rebord annulaire 60 de la bague 50 est inférieur au diamètre
interne du rebord cylindrique 74 de la douille 52 et le diamètre externe de la partie
cylindrique 54 de la bague est inférieur au diamètre interne de la rondelle 66 pour
autoriser des déplacements du rebord 60 de la bague dans la gorge 62 dans un plan
transversal. La dimension axiale ou épaisseur du rebord externe 60 de la bague est
en outre inférieure à la dimension axiale de la gorge 62 de la douille pour autoriser
des décalages angulaires entre les axes de la bague 50 et de la douille 52.
[0032] Cependant, lors de l'opération de soudage ou de brasage de la périphérie externe
de la rondelle 66 sur le rebord cylindrique 74, de la matière 78 en fusion pénètre
à l'intérieur de la gorge 62 de la douille et vient boucher localement cette gorge
sur au moins une partie de son pourtour, ce qui se traduit par une diminution du débattement
de la bague 50 en direction transversale dans la gorge.
[0033] L'invention permet de remédier à ce problème grâce au soudage ou au brasage de la
rondelle 66 et de la pièce 64 de la douille dans des zones circonférentielles qui
sont espacées l'une de l'autre et qui sont éloignées de la direction privilégiée de
déplacement du rebord de la bague pendant le fonctionnement.
[0034] Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, la rondelle 66 est fixée sur la pièce
64 par quatre zones 80 de soudure ou de brasure régulièrement réparties autour de
l'axe de la douille. Ces zones de soudure 80 peuvent être formées chacune par un ou
plusieurs points de soudure ou par un cordon de soudure s'étendant sur une faible
étendue angulaire autour de l'axe de la douille (par exemple de l'ordre de 20° environ).
[0035] Les zones de soudure 80 sont diamétralement opposées deux à deux par rapport à l'axe
de la douille. Deux zones de soudure 80 diamétralement opposées sont alignées sur
un axe P1 (ou P2) perpendiculaire à l'axe de la douille. Selon l'invention, les axes
P1 et P2 sont décalés, de 45° dans l'exemple représenté dans le sens horaire et anti-horaire,
par rapport à la direction privilégiée X1, X2 de déplacement relatif de la bague.
[0036] Dans le cas du dispositif de guidage 48 de la bougie 44, la direction privilégiée
de déplacement relatif de la bague est la direction longitudinale selon l'axe 38,
les déplacements de la bague ayant lieu dans cette direction vers l'amont (X1) ou
vers l'aval (X2).
[0037] Dans le cas du dispositif de guidage 48' de la tête 36 d'un injecteur, la direction
privilégiée de guidage de la bague est la direction radiale par rapport à l'axe 38,
les déplacements de la bague ayant lieu dans cette direction vers l'extérieur (X1)
ou vers l'intérieur (X2).
[0038] Dans l'exemple représenté, la forme de la rondelle 66 a été optimisée pour réduire
sa masse. La rondelle 66 a un contour externe de forme sensiblement carrée dont les
sommets sont appliqués et soudés au niveau des zones 80 sur le rebord cylindrique
74 de la pièce 64 de la douille. Les arêtes du contour externe carré de la rondelle
66 ne sont pas en appui sur ce rebord cylindrique 74 et sont écartées de ce rebord
radialement vers l'intérieur de façon à définir des espaces de passage d'air de ventilation
entre la rondelle 66 et le rebord cylindrique 74 de la pièce 64.
[0039] Dans la variante représentée en figure 4, la rondelle 166 est fixée sur le rebord
externe 174 par deux zones 180 de soudure ou de brasure diamétralement opposées qui
s'étendent chacune sur une étendue angulaire de l'ordre de 40° environ. Selon l'invention,
ces zones de soudure 180 sont décalées par rapport à la direction X1, X2 privilégiée
de déplacement de la bague. Cette direction X1, X2 peut être la direction longitudinale
dans le cas du guidage d'une bougie 44, ou la direction radiale dans le cas du guidage
de la tête 36 d'un injecteur.
[0040] Dans l'exemple représenté, les zones de soudure 180 sont alignées sur un axe P3 qui
est sensiblement perpendiculaire à cette direction privilégiée X1, X2.
[0041] La rondelle 166 a ici une forme ovale ou oblongue dont les sommets correspondant
aux extrémités de plus petit rayon de courbure sont brasés ou soudés sur le rebord
cylindrique 174 de la pièce 164. Les parties latérales de la rondelle 166 correspondant
aux extrémités de plus grand rayon de courbure sont écartées et situées radialement
en retrait vers l'intérieur du rebord cylindrique 174 de la douille, de façon à créer
des espaces de passage d'air entre la rondelle 166 et le rebord 174.
[0042] La bague 50, 150, la pièce 64, 164 et la rondelle 66, 166 du dispositif sont par
exemple réalisées en alliage à base de cobalt.
1. Dispositif de guidage d'un élément dans un orifice d'une paroi de chambre de combustion
(10) de turbomachine, comprenant une bague (50) et une douille (52) sensiblement coaxiales
montées l'une à l'intérieur de l'autre, la bague (50) étant destinée à être traversée
axialement par l'élément et comportant un rebord annulaire externe (60) guidé transversalement
dans une gorge annulaire interne (62) de la douille (52) destinée à être fixée sur
le bord de l'orifice (46) de la paroi de la chambre de combustion (10), la douille
(52) comprenant deux pièces annulaires (64, 66) coaxiales fixées l'une sur l'autre
par brasage ou soudage et définissant entre elles la gorge annulaire de guidage du
rebord de la bague, et le dispositif comportant au moins une direction transversale
(X1, X2) privilégiée de déplacement de la bague, caractérisé en ce que les deux pièces de la douille sont fixées l'une sur l'autre par des zones (80) de
soudure ou de brasure, ces zones se trouvant en dehors de la trajectoire du rebord
de la bague quand celle-ci est déplacée par rapport à la douille dans la direction
privilégiée.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones (80, 180) de soudure ou de brasure sont réparties autour de l'axe de la
douille.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les zones (180) de soudure ou de brasure sont diamétralement opposées par rapport
à l'axe de la douille.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une des deux pièces de la douille est une rondelle (166) à contour externe sensiblement
ovale ou oblong, cette rondelle comportant des parties d'extrémité opposées à plus
petit rayon de courbure qui sont brasées ou soudées sur l'autre pièce (164) de la
douille.
5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les zones (180) de soudure ou de brasure sont alignées sur un axe (P3) sensiblement
perpendiculaire à la direction (X1, X2) privilégiée de déplacement de la bague.
6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les zones (80) de soudure ou de brasure sont au nombre de quatre et sont diamétralement
opposées deux à deux par rapport à l'axe de la douille.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une des deux pièces de la douille est une rondelle (66) à contour externe de forme
sensiblement carrée, cette rondelle comportant des parties d'extrémité correspondant
aux sommets du carré qui sont brasées ou soudées sur l'autre pièce (64) de la douille.
8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les zones (80) de soudure diamétralement opposées sont alignées sur des axes (P1,
P2) inclinés d'un angle de 45° environ par rapport à la direction (X1, X2) privilégiée
de déplacement de la bague.
9. Chambre de combustion (10) de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif (48, 48') selon l'une des revendications précédentes
pour le guidage d'une bougie d'allumage (44) ou d'un injecteur de carburant (32).
10. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre de combustion (10) selon la revendication 9.