Procédé de fabrication d'une chambre de combustion

Description

[0001] L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une chambre de combustion par assemblages de viroles préformées ; elle concerne plus particulièrement le type d'assemblage retenu, éliminant toute soudure à la molette. L'invention s'applique avantageusement à la fabrication des chambres de combustion dites « à retour ».

[0002] L'invention concerne également une chambre de combustion directe obtenue par la mise en oeuvre du procédé et un turboréacteur équipé d'une telle chambre de combustion.

[0003] Une chambre de combustion dite à retour se compose habituellement de tôles embouties pour constituer des viroles. Les viroles sont assemblées entre elles. Pour l'assemblage, les viroles comportent souvent des languettes annulaires assemblées à plat par une soudure à la molette.

[0004] Le document GB-791 752 divulgue une chambre de combustion comportant une telle languette annulaire.

[0005] Ces languettes soudées font saillie à l'extérieur de la chambre de combustion, ce qui crée des pertes de charge dans le flux d'écoulement d'air de contournement de cette chambre. De plus, il subsiste une faiblesse mécanique au niveau de ces languettes particulièrement pour une chambre à retour lors de sollicitation en flexion du coude externe de celle-ci.

[0006] En outre, ce type d'assemblage génère des contraintes thermomécaniques et pose des problèmes d'accessibilité si l'on désire réaliser une perforation laser de la chambre.

[0007] On a récemment cherché à réduire le nombre de languettes annulaires au profit d'assemblages bord à bord. Cependant, les solutions envisagées jusqu'à présent n'ont pas permis de supprimer complètement toute soudure à la molette.

[0008] L'invention permet d'atteindre cet objectif.

[0009] Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une chambre de combustion essentiellement constituée de viroles soudées, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser séparément deux sous-ensembles de telles viroles par soudure bord à bord de celles-ci, en soudant à une extrémité d'un premier sous-ensemble un anneau intermédiaire de raccordement, comportant une portée de montage, à engager une extrémité d'un second sous-ensemble sur cette portée et à la souder audit anneau intermédiaire.

[0010] Pour la fabrication d'une chambre de combustion dite « à retour » le premier sous-ensemble est principalement constitué des viroles externes et le second sous-ensemble est principalement constitué des viroles internes. Les viroles de chaque sous-ensemble sont assemblées par soudure bord à bord. Une virole à fond plat constitue un fond de chambre, portant les injecteurs et ce fond de chambre fait partie de l'un des sous-ensembles, avant la soudure finale.

[0011] Par exemple, l'un des sous-ensembles inclut un tel fond de chambre et l'une des extrémités de ce fond de chambre constitue l'extrémité dudit second sous-ensemble destinée à être soudée audit anneau intermédiaire.

[0012] D'une façon connue en soi, toute soudure bord à bord est pratiquée en réglant l'accostage des deux pièces annulaires concernées grâce à des outils d'expansion radiale qui permettent de positionner ces pièces bord à bord en vue de la soudure.

[0013] L'anneau intermédiaire de raccordement est une pièce au moins en partie usinée, aux cotes ajustées. Il peut donc assurer une fonction de centrage au moment de l'assemblage final des deux sous-ensembles, par soudage orbital. Cet assemblage peut se faire par soudure laser ou soudure « TIG ».

[0014] De plus, l'anneau intermédiaire de raccordement comporte ou constitue lui-même le métal d'apport nécessaire à la soudure avec ledit second sous-ensemble.

[0015] Une chambre de combustion selon l'invention est donc caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une pluralité de viroles préformées dont un fond de chambre, assemblées par soudures bord à bord à l'exception d'une jonction entre deux sous-ensembles de telles viroles, ladite jonction étant faite avec interposition d'un anneau intermédiaire de raccordement précité.

[0016] L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un procédé de fabrication d'une chambre de combustion « à retour » conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

• les figures 1A à 1C illustrent différentes opérations de soudage pour constituer un premier sous-ensemble ;
• les figures 2A à 2C illustrent différentes opérations de soudage pour constituer un second sous-ensemble ; et
• la figure 3 illustre une opération de soudage orbital réunissant les deux sous-ensembles pour constituer une chambre de combustion à retour.

[0017] Les dessins décrits brièvement ci-dessus sont des demi-coupes schématiques représentant des viroles annulaires ou d'autres pièces annulaires réunies entre elles successivement pour constituer une chambre de combustion à retour. A l'exception de la soudure illustrée sur la figure 3 qui est une soudure orbitale spécifique de l'invention permettant de réunir deux sous-ensembles de viroles déjà soudées entre elles, les autres opérations décrites en référence aux figures 1A-1C et aux figures 2A-2C, peuvent être effectuées dans un ordre différent. L'opération schématisée à la figure 3, en revanche, est la dernière soudure.

[0018] Les soudures bord à bord mentionnées en référence aux figures 1A-1C et 2A-2C sont indiquées par des flèches.

[0019] Conformément à la figure 1A, on soude bord à bord, sous gaz neutre ; une tôle emboutie en forme de virole 11, formant le coude externe de la chambre de combustion, avec un anneau de raccordement éventuellement usiné 12. Cet anneau servira ultérieurement au raccordement entre la sortie de chambre et une turbine haute pression.

[0020] Conformément à la figure 1B on soude ensuite, bord à bord, sous gaz neutre, l'autre extrémité du coude externe à une extrémité d'une virole cylindrique 13 formant la paroi externe de la chambre de combustion.

[0021] Conformément à la figure 1C, on soude bord à bord l'autre extrémité circulaire de la virole cylindrique 13 audit anneau intermédiaire de raccordement 14 qui sera utilisé lors de la soudure finale. La soudure, annulaire, se fait sous gaz neutre. Comme mentionné précédemment, l'anneau intermédiaire de raccordement 14 comporte une portée de montage 15, cylindrique, de diamètre réduit. Ses cotes sont maîtrisées par usinage. Il peut, par exemple, comporter un chanfrein au voisinage de l'épaulement définissant la portée de diamètre réduit. Ce chanfrein permettra de fournir le métal d'apport lors de la soudure finale.

[0022] A l'issu de l'opération illustrée sur la figure 1C, on a réalisé un premier sous-ensemble 20 formant toute la partie externe d'une chambre de combustion dite « à retour ».

[0023] Conformément à l'opération illustrée sur la figure 2A, on soude bord à bord une virole 21 en tôle emboutie, destinée à former le coude interne de la chambre de combustion, avec un anneau de raccordement 22 de même fonctionnalité que celui de la figure 1a et destiné lui aussi au raccordement ultérieur avec la turbine.

[0024] Conformément à la figure 2B, on soude ensuite, bord à bord et sous gaz neutre, l'autre extrémité du coude interne de la chambre de combustion avec une virole cylindrique 23 destinée à former la paroi interne de cette chambre de combustion.

[0025] Conformément à la figure 2C, on soude ensuite, bord à bord et sous gaz neutre, l'autre extrémité de la virole cylindrique 23 au bord interne d'une virole 24 destinée à constituer le fond de chambre sur lequel seront montés les injecteurs.

[0026] A l'issu de l'opération illustrée sur la figure 2C, on a réalisé un second sous-ensemble 30 constituant toute la paroi interne de la future chambre de combustion, complétée par le fond de chambre lui-même.

[0027] Conformément à la figure 3, les deux sous-ensembles 20, 30 sont accostés l'un à l'autre, l'anneau intermédiaire de raccordement 14 étant ajusté sur le fond de chambre 24 et soudé par soudure orbitale, par exemple par laser, sous gaz neutre. Comme mentionné précédemment, le métal d'apport nécessaire est fourni par ledit anneau intermédiaire de raccordement.

[0028] Il est à noter que, étant donné la structure de l'anneau intermédiaire de raccordement, la dernière soudure ne perturbera pas l'écoulement de l'air autour de la chambre de combustion.

[0029] De plus, la chambre de combustion ainsi obtenue, à paroi externe « lisse » facilite le positionnement des équipements laser utilisés pour réaliser les orifices de multperforation dans la paroi de la chambre de combustion.

[0030] Le type de soudure utilisé assure un meilleur comportement thermomécanique de la chambre. Le coût de fabrication est réduit.

Revendications

1. Procédé de fabrication d'une chambre de combustion essentiellement constituée de viroles soudées, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser séparément deux sous-ensembles (20, 30) de telles viroles par soudure bord à bord de celles-ci, en soudant à une extrémité d'un premier sous-ensemble (20) un anneau intermédiaire de raccordement (14), comportant une portée de montage, à engager une extrémité d'un second sous-ensemble (30) sur cette portée et à la souder audit anneau intermédiaire.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une soudure bord à bord précitée est pratiquée en réglant l'accostage des deux viroles concernées grâce à des outils d'expansion radiale.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on réalise ledit anneau intermédiaire de raccordement (14) au moins en partie par usinage.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit anneau intermédiaire de raccordement (14) comporte ou constitue le métal d'apport nécessaire à la soudure avec ledit second sous-ensemble.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on soude bord à bord d'autres anneaux de raccordement (12, 22) avec d'autres extrémités des deux sous-ensembles, respectivement.

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour la fabrication d'une chambre de combustion dite « à retour », on constitue un premier sous-ensemble externe (20) et un second sous-ensemble interne (30), par soudures bord à bord de viroles préformées, l'un des sous-ensembles incluant un fond de chambre (24) dont une extrémité constitue l'extrémité dudit second sous-ensemble destinée à être soudée audit anneau intermédiaire (14).

7. Chambre de combustion caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une pluralité de viroles préformées (11, 13, 23) dont un fond de chambre (24), assemblées par soudures bord à bord à l'exception d'une jonction entre deux sous-ensembles (20, 30) de telles viroles, ladite jonction étant faite avec interposition d'un anneau intermédiaire de raccordement (14)
comportant une portée de montage (15), soudé bord à bord avec un premier sous-ensemble (20) de viroles et soudé avec un second sous-ensemble de viroles (30) par une soudure sur ladite portée de montage.

8. Turboréacteur comportant une chambre de combustion obtenue par mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6.

9. Turboréacteur comportant une chambre de combustion selon la revendications 7.

Claims

1. A method of fabricating a combustion chamber essentially made up of welded-together annular shells, the method being characterized in that it comprises making separately two subassemblies (20, 30) of such shells by butt-welding the shells together, with an intermediate connection ring (14) being welded to one end of a first subassembly (20), the intermediate ring including an assembly surface; engaging one end of a second subassembly (30) on said surface; and welding it to said intermediate ring.

2. A method according to claim 1, characterized in that a said butt-welding is performed by adjusting the docking of the two shells concerned by using radial expander tools.

3. A method according to claim 2, characterized in that said intermediate connection ring (14) is made at least in part by machining.

4. A method according to any preceding claim, characterized in that said intermediate connection ring (14) includes or constitutes the filler metal needed for welding with said second subassembly.

5. A method according to any preceding claim, characterized in that other connection rings (12, 22) are butt-welded with respective other ends of the two subassemblies.

6. A method according to any preceding claim, characterized in that, in order to fabricate a "reverse-flow" combustion chamber, an outer first subassembly (20) and an inner second subassembly (30) are built up by butt-welding preformed shells together, one of the subassemblies including an end wall of the chamber (24) with one end thereof constituting the end of said second subassembly that is to be welded to said intermediate ring (14).

7. A combustion chamber, characterized in that it is constituted by a plurality of preformed annular shells (11, 13, 23) including a chamber end wall (24) that are assembled together by butt-welding, with the exception of a junction between two subassemblies (20, 30) of said shells, said junction being made with an interposed intermediate connection ring (14) including an assembly surface (15) butt-welded to the first shell subassembly (20) and welded to a second shell subassembly (30) by welding on said assembly surface.

8. A turbojet including a combustion chamber obtained by implementing the method according to any one of claims 1 to 6.

9. A turbojet including a combustion chamber according to claim 7.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Brennkammer, die im wesentlichen aus verschweißten Ringen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, zwei Untereinheiten (20, 30) derartiger Ringe durch Stumpfschweißen dieser, unter Anschweißen eines eine Montageauflagefläche aufweisenden Verbindungszwischenrings (14) an einem Ende einer ersten Untereinheit (20) getrennt herzustellen, ein Ende einer zweiten Untereinheit (30) auf diese Auflagefläche aufzusetzen und es an den Zwischenring anzuschweißen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgenanntes Stumpfschweißen unter Einstellen des Anlegens der beiden betroffenen Ringe mit Hilfe von Werkzeugen zum radialen Aufweiten durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungszwischenring (14) wenigstens teilweise durch maschinelle Bearbeitung gefertigt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungszwischenring (14) das für das Verschweißen mit der zweiten Untereinheit erforderliche Auftragsmetall umfaßt oder bildet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Verbindungsringe (12, 22) jeweils mit anderen Enden der beiden Untereinheiten stumpfverschweißt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung einer sogenannten Gegenstrom-Brennkammer eine erste äußere Untereinheit (20) und eine zweite innere Untereinheit (30) durch Stumpfschweißen vorgeformter Ringe ausgebildet werden, wobei die eine der Untereinheiten einen Kammerboden (24) einschließt, dessen eines Ende das Ende der zweiten Untereinheit bildet, das dazu bestimmt ist, an den Zwischenring (14) angeschweißt zu werden.

7. Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Vielzahl von vorgeformten Ringen (11, 13, 23), darunter ein Kammerboden (24), besteht, die mit Ausnahme einer Verbindung zwischen zwei Untereinheiten (20, 30) derartiger Ringe durch Stumpfschweißen verbunden sind, wobei die Verbindung unter Einfügen eines Verbindungszwischenrings (14) hergestellt ist, der eine Montageauflagefläche (15) aufweist, mit einer ersten Untereinheit (20) von Ringen stumpfverschweißt und mit einer zweiten Untereinheit von Ringen (30) durch ein Anschweißen an der Montageauflagefläche verschweißt ist.

8. Turbostrahltriebwerk, das eine Brennkammer umfaßt, die durch Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 erhalten wird.

9. Turbostrahltriebwerk, das eine Brennkammer nach Anspruch 7 umfaßt.

Dessins