CHAMBRE DE COMBUSTION COUDÉE D'UNE TURBOMACHINE

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL

[0001] L'invention concerne le domaine des chambres de combustion pour des turbomachines et plus particulièrement la structure et la fixation d'un tube à flamme dans une chambre de combustion d'une turbomachine.

ETAT DE LA TECHNIQUE

[0002] De manière connue et en relation avec la figure 1, en aval d'un compresseur à haute pression (non représenté), une turbomachine comprend une chambre de combustion délimitée par des carters de révolution interne la et externe 1b qui sont concentriques.

[0003] La chambre à combustion comprend un tube à flamme 2 disposé dans l'espace défini par les carters interne la et externe 1b.

[0004] Le tube à flamme 2 est délimité par des parois interne 2a et externe 2b appelées viroles interne et externe et une plaque de fond de chambre 3 qui sert de support à des injecteurs 4.

[0005] Par ailleurs, la chambre de combustion comprend également un carénage 5 disposé devant le fond de chambre pour couvrir partiellement les injecteurs 4 et les protéger des chocs éventuels (que peut produire l'ingestion d'un oiseau ou d'un bloc de glace dans des moteurs). Et la chambre de combustion comprend un diffuseur 6 d'air débouchant sur l'injecteur 4.

[0006] La plaque de fond 3, les parois interne 2a et externe 2b du tube à flamme 2 et le carénage 5 sont assemblées par des boulons (non représentés).

[0007] La chambre de combustion de la figure 1 est dite annulaire axiale directe en ce qu'elle s'étend selon la direction privilégiée de l'axe moteur sans retournement des viroles cylindriques du tube à flamme. Cette architecture est la référence pour les turbomachines modernes, notamment sur les fortes puissances. Sur le domaine des petites puissances, elle cohabite avec l'architecture de chambre à retour qui est très compacte axialement. Cependant elle possède pour principal inconvénient un important ratio surface sur volume qui rend difficile le refroidissement des parois du tube à flamme et handicape leurs durées de vie.

[0008] A l'opposé, un problème avec le type de chambre axiale directe est que l'encombrement axial du tube à flamme est conséquent.

[0009] Un autre problème est que les fixations du carénage, des parois interne 2a et externe 2b et de la plaque de fond sont soumises à des vibrations de la turbomachine ainsi qu'à des dilatations thermiques des sous-composants du module chambre qui peuvent dégrader son fonctionnement de sorte que des systèmes de compensations vibratoires et thermiques généralement complexes sont prévus.

[0010] US 2010/0083664 A1 montre une turbine à gaz avec une chambre de combustion coudée entre une partie amont orientée radialement et une partie aval orientée axialement. La partie amont comprend en fond de chambre avec des mélangeurs connectés au carter.

PRESENTATION DE L'INVENTION

[0011] L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients.

[0012] A cet effet, l'invention propose, selon un premier aspect, une chambre de combustion d'une turbomachine selon la revendication 1.

[0013] Avantageusement, l'injecteur présente une direction principale coaxiale à un axe longitudinal Y selon lequel la première portion s'étend.

[0014] Les parois annulaires interne et externe du tube à flamme peuvent être connectées au carter externe par l'intermédiaire du corps d'injecteur.

[0015] La chambre peut comprendre des trous primaires percés dans les parois annulaire interne et externe au niveau de la première portion et des trous de dilution percés dans les parois annulaire interne et externe au niveau d'un coude du tube à flamme.

[0016] Selon un autre aspect, l'invention concerne une turbomachine comprenant une chambre de combustion selon le premier aspect de l'invention.

[0017] L'invention permet de réduire fortement l'encombrement axial de la chambre de combustion. Ceci présente les avantages suivants.

• la masse du moteur est réduite :

  ∘ la forme du tube à flamme permet de réduire la longueur du carter externe, qui est souvent commun avec la turbine haute pression en aval de la chambre de combustion;

  ∘ la réduction de longueur pour les équipements - canalisations - nacelle et l'ensemble des constituants « hors-veine » ;

  ∘ la structure de la chambre est simplifiée notamment par le fait que le tube à flamme est connecté au carter externe par l'intermédiaire de l'injecteur ce qui permet de supprimer le capotage et les boulons associés. Ces pièces sont généralement utilisées sur des chambres de type axial direct ;

• la situation dynamique du rotor haute pression, située sous la chambre de combustion, est améliorée :
  ∘ cette pièce est en effet un élément complexe de la turbomachine et doit respecter de nombreux critères de dimensionnement. Pour des turbomachines de petite dimension et avec des impératifs de performances élevées (en consommation et émissions), on est tenté de positionner un régime de rotation élevé : la difficulté étant alors d'assurer une raideur et une dynamique d'arbre acceptable. Ainsi, la forme coudée donnée au tube à flamme permet de diminuer la longueur d'arbre haute pression (constitué d'un compresseur haute pression en amont de la chambre de combustion et de la turbine haute pression en aval de la chambre de combustion) ;
• l'interface avec la turbine haute pression est améliorée :
  ∘ en effet, la sortie du tube à flamme est colinéaire au dessin des plateformes du DHP : cela permet de limiter le nombre de lignes de courant d'écoulement chaud qui impacteraient la paroi (notamment sur la virole interne) et pourraient potentiellement interférer avec le refroidissement de ces pièces dont la durée de vie est critique
• la bougie d'allumage peut être positionnée à différentes positions : en fond de chambre et/ou en coin de chambre et/ou sur la paroi externe.

PRESENTATION DES FIGURES

[0018] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels outre la figure 1 déjà discutée,

• La figure 2 illustre une vue en coupe d'une chambre de combustion ;
• La figure 3 illustre une vue en perspective d'une chambre de combustion ;
• La figure 4 illustre une vue détaille de la vue en perspective de la figure 3. Sur l'ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

[0019] Les figures 2 et 3 illustrent des vues d'une chambre de combustion selon un mode de réalisation.

[0020] La chambre de combustion comprend un carter externe 10a auquel est connecté un tube à flamme 20.

[0021] Le tube à flamme 20 comprend une paroi annulaire interne 20a et une paroi annulaire externe 20b.

[0022] Les parois annulaire interne et externe définissent d'une part une première portion 201 radiale autour d'un axe radial Y de la chambre de combustion et qui s'étend radialement par rapport à un axe longitudinal XX de rotation de la turbomachine.

[0023] D'autre part, Les parois annulaire interne et externe définissent une seconde portion 202 axiale autour d'un axe longitudinal X perpendiculaire à l'axe radial Y et parallèle à l'axe longitudinal XX de rotation de la turbomachine.

[0024] Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2 la première portion 201 s'étend vers la seconde portion 202 en formant un coude entre l'entrée et la sortie du tube à flamme.

[0025] Un tel coude permet une liaison aérodynamique efficace avec un étage haute pression en aval de l'écoulement des gaz (flèche en pointillés sur la figure 2).

[0026] En outre, cette forme coudée permet de réduire l'encombrement axial du tube à flamme 20.

[0027] La chambre de combustion comprend également un fond de chambre 30 qui a la forme d'une plaque situé en entrée du tube à flamme 20.

[0028] A ce fond de chambre 30 est attaché un injecteur 40 par lequel est connecté le tube à flamme 20 au carter externe 10a de la turbomachine.

[0029] En outre, la chambre de combustion peut éventuellement comprendre un bouclier thermique 50 sous la forme d'une plaque attachée au fond de chambre 30 situé dans le tube à flamme 20. Ce bouclier thermique 50 est situé à l'entrée du tube à flamme 20 et protège l'injecteur 40 des fortes températures supérieures à 2200 K pouvant régner dans le tube à flamme 20.

[0030] Des trous primaires 202a, 202b sont percés dans les parois annulaires interne et externe au niveau de de la première portion 201 en entrée du tube à flamme.

[0031] En outre, des trous de dilution 203a, 203b sont percés dans les parois annulaires interne et externe au niveau de la partie coudée du tube à flamme 20 (voir la figure 3). Le nombre de trous, leurs diamètres et positions respectifs pouvant varier selon l'application visée.

[0032] Comme cela est visible sur la figure 4, l'injecteur 40 comprend un corps 40a d'injecteur entourant un tuyau 40b d'injection par lequel est amené le combustible en tant que tel dans le tube à flamme 20. Le corps 40a d'injecteur est fixé au carter externe 10a par l'intermédiaire de boulons 70 et de plaques 80 de fixation (voir la figure 3).

[0033] Les parois annulaires interne et externe sont fixées au carter externe 10a par l'intermédiaire du corps 40a d'injecteur permettant ainsi de simplifier la liaison bol - fond de chambre et ainsi éviter l'utilisation d'un système de rattrapage des jeux.

[0034] Un disque de liaison 40c surmonté d'un cylindre 40d dans lequel est inséré le corps 40a de l'injecteur est connecté au fond de chambre 30 dans lequel un évidement 30a à la taille du disque de liaison a été ménagé.

[0035] Le corps 40a de l'injecteur est en liaison avec le tuyau 40b d'injection et le corps 40a de l'injecteur 40 est inséré dans le cylindre 40d surmontant le disque de liaison 40c de telle sorte que le corps 40a d'injecteur (et donc le tuyau 40b d'injection) est mobile par rapport au cylindre 40d. Ceci permet une compensation des mouvements auxquels est soumis le tube à flamme 20. Il n'y a donc pas besoin de systèmes de compensation complexes.

[0036] Le corps 40a de l'injecteur comprend une entrée d'air 40e par laquelle de l'air issu d'un diffuseur 60 est introduit. Cet air permet de refroidir l'injecteur 40. L'entrée d'air 40e a la forme d'un évidement ovale formé dans le corps 40a d'injecteur.

Revendications

1. Chambre de combustion d'une turbomachine, comprenant :

- un carter annulaire externe (10a) ;

- un tube à flamme (20) connecté au carter externe (10a), ledit tube à flamme (20) comprenant une paroi annulaire interne (20b) et une paroi annulaire externe (20a) définissant d'une part une première portion (201) radiale en entrée du tube à flamme et d'autre part une seconde portion (202) axiale en sortie du tube à flamme, la première portion (201) s'étendant vers la seconde portion (202) en formant un coude entre l'entrée et la sortie du tube à flamme, le tube à flamme comprend un fond de chambre (30) situé en entrée du tube à flamme, la chambre comprenant au moins un injecteur (40) de combustible configuré pour injecter du combustible dans le tube à flamme via l'entrée du tube à flamme, le tube à flamme étant connecté au carter externe (10a) par l'intermédiaire dudit injecteur (40) en liaison avec le fond de chambre (30), l'injecteur (40) comprenant un tuyau (40b) d'injection par lequel est amené du combustible dans le tube à flamme (20) et un corps (40a) d'injecteur entourant le tuyau (40b) d'injection, l'injecteur (40) comprenant un disque de liaison (40c) connecté au fond de chambre (30) et un cylindre (40d) surmontant le disque de liaison (40c) et dans lequel est inséré le corps (40a) d'injecteur, le corps (40a) d'injecteur étant connecté au tuyau (40b) d'injection, le corps (40a) d'injecteur étant mobile par rapport au cylindre (40d).

2. Chambre selon la revendication 1, dans lequel l'injecteur présente une direction principale coaxiale à un axe longitudinal Y selon lequel la première portion (201) s'étend.

3. Chambre selon la revendication 1, dans laquelle les parois annulaires interne et externe du tube à flamme sont connectées au carter externe (10a) par l'intermédiaire du corps d'injecteur (40a).

4. Chambre selon l'une des revendications précédentes, comprenant des trous primaires (202b, 202a) percés dans les parois annulaire interne et externe au niveau de la première portion (201) et des trous de dilution (203a, 203b) percés dans les parois annulaire interne et externe au niveau d'un coude du tube à flamme (20).

5. Turbomachine comprenant une chambre de combustion selon l'une des revendications précédentes.

Ansprüche

1. Brennkammer einer Turbomaschine, umfassend:

- ein ringförmiges Außengehäuse (10a);

- ein Flammrohr (20), das mit dem Außengehäuse (10a) verbunden ist, wobei das Flammrohr (20) eine ringförmige Innenwand (20b) und eine ringförmige Außenwand (20a) umfasst, die einerseits einen ersten radialen Abschnitt (201) am Eingang des Flammrohrs, und andererseits einen zweiten axialen Abschnitt (202) am Ausgang des Flammrohrs definieren, wobei sich der erste Abschnitt (201) unter Bildung eines Bogens zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Flammrohrs zum zweiten Abschnitt (202) hin erstreckt, das Flammrohr einen Kammerboden (30) umfasst, der am Eingang des Flammrohrs liegt, wobei die Kammer mindestens eine Kraftstoffeinspritzdüse (40) umfasst, die dafür konfiguriert ist, über den Eingang des Flammrohrs Kraftstoff in das Flammrohr einzuspritzen, wobei das Flammrohr mittels der Einspritzdüse (40) in Verbindung mit dem Kammerboden (30) mit dem Außengehäuse (10a) verbunden ist, wobei die Einspritzdüse (40) ein Einspritzrohr (40b), durch das Kraftstoff in das Flammrohr (20) geführt wird, und einen Einspritzdüsenkörper (40a) umfasst, der das Einspritzrohr (40b) umgibt, wobei die Einspritzdüse (40) eine Verbindungsscheibe (40c), die mit dem Kammerboden (30) verbunden ist, und einen Zylinder (40d) umfasst, der über der Verbindungsscheibe (40c) aufragt und in den der Einspritzdüsenkörper (40a) eingefügt ist, wobei der Einspritzdüsenkörper (40a) mit dem Einspritzrohr (40b) verbunden ist, wobei der Einspritzdüsenkörper (40a) in Bezug auf den Zylinder (40d) beweglich ist.

2. Kammer nach Anspruch 1, wobei die Einspritzdüse eine Hauptrichtung aufweist, die zu einer Längsachse Y, entlang der sich der erste Abschnitt (201) erstreckt, koaxial ist.

3. Kammer nach Anspruch 1, wobei die ringförmige Innen- und Außenwand des Flammrohrs mittels des Einspritzdüsenkörpers (40a) mit dem Außengehäuse (10a) verbunden sind.

4. Kammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, die Primäröffnungen (202b, 202a), die im Bereich des ersten Abschnitts (201) in die ringförmige Innen- und Außenwand gebohrt sind, und Verdünnungsöffnungen (203a, 203b) umfasst, die im Bereich eines Bogens des Flammrohrs (20) in die ringförmige Innen- und Außenwand gebohrt sind.

5. Turbomaschine, die eine Brennkammer nach einem der vorstehenden Ansprüche umfasst.

Claims

1. A combustion chamber of a turbine engine, comprising:

- an outer annular casing (10a);

- a flame tube (20) connected to the outer casing (10a), said flame tube (20) comprising an inner annular wall (20b) and an outer annular wall (20a) defining, on the one hand, a first radial portion (201) at the inlet of the flame tube and on the other hand a second axial portion (202) at the outlet of the flame tube, the first portion (201) extending toward the second portion (202) while forming an elbow between the inlet and the outlet of the flame tube, the flame tube comprises a chamber base (30) situated at the inlet of the flame tube, the chamber comprising at least one fuel injector (40) configured to inject fuel into the flame tube via the inlet of the flame tube, the flame tube being connected to the outer casing (10a) through said injector (40) in connection with the chamber base (30), the injector (40) comprising an injector tube (40b) through which fuel is brought into the flame tube (20), and an injector body (40a) surrounding the injector tube (40b), the injector (40) comprising a connection disk (40c) connected to the chamber base (30) and a cylinder (40d) topping the connection disk (40c) and into which the injector body (40d) is inserted, the injector body (40a) being connected to the injector tube (40b), the injector body (40a) being movable with respect to the cylinder (40d).

2. The chamber according to claim 1, wherein the injector has a main direction coaxial with a longitudinal axis Y along which the first portion (201) extends.

3. The chamber according to claim 1, wherein the inner and outer annular walls of the flame tube are connected to the outer casing (10a) through the injector body (40a).

4. The chamber according to one of the preceding claims, comprising primary holes (202b, 202a) drilled in the inner and outer annular walls at the first portion (201) and dilution holes (203a, 203b) drilled in the inner and outer annular walls at an elbow of the flame tube (20).

5. A turbine engine comprising a combustion chamber according to one of the preceding claims.

Dessins