Chambre de combustion comportant une multiperforation d'inclinaison axiale et tangentielle variable

Abstract

 La présente invention concerne une chambre de combustion, notamment pour turbomachine, qui est délimitée par une paroi axiale multiperforée. Les orientations des orifices sont adaptées en fonction de l'écoulement local des gaz, notamment au voisinage des trous de dilution (12a, 12b). La paroi (34) est subdivisée en des premières zones (16a, 16b) dans lesquelles les orifices sont dirigés à contre-courant de la direction générale (D) des gaz brûlés, des deuxièmes (17a, 17b) et troisièmes zones (19a, 19b) disposées de part et d'autre des premières zones, dans lesquelles les orifices ont une inclinaison axiale et une inclinaison tangentielle, et une quatrième zone (21) dans laquelle les orifices sont inclinées axialement dans le sens de l'écoulement général (D) des gaz brûlés.

Description

[0001] La présente invention concerne une chambre de combustion, notamment de turbomachine, qui est délimitée par au moins une paroi axiale munie d'une pluralité d'orifices traversant constituant une "multiperforation" destinée, notamment, au passage d'un fluide de réfrigération de ladite paroi axiale, et munie d'une pluralité de trous de dilution régulièrement répartis dans un plan transversal par rapport à la direction générale de l'écoulement des gaz brûlés provenant de la combustion, chaque orifice ayant un axe géométrique incliné d'un angle A par rapport à la normale à ladite paroi, ledit axe génmétrique étant disposé dans un plan contenant ladite normale qui fait un angle B par rapport au plan défini par ladite normale et la direction générale d'écoulement des gaz brûlés.

[0002] Le mode de refroidissement par multiperforation est connu. Les orifices sont généralement disposés en quinconce avec un réseau de mailles équidistantes.

[0003] Ces orifices sont alimentés par de l'air de refroidissement issu du compresseur. Les échanges de chaleur mises en jeu sont alors, la convection forcée à l'intérieur des orifices, la conduction au sein même de la paroi. L'alimentation en air de refroidissement de ces orifices génère, en aval de l'écoulement, sur la partie interne de la paroi, un film protecteur entre la paroi de chambre et les gaz brûlés provenant de la combustion. Afin de limiter la dégradation de l'efficacité de ce film, on fait en sorte que l'air de refroidissement ne se mélange pas trop tôt aux gaz brûlés. Pour cela les orifices sont inclinés d'un angle A par rapport à la normale à la paroi interne, de sorte que l'air de refroidissement vienne lécher cette paroi à refroidir.

[0004] EP-A-0 486 133 dévoile une paroi de ce type, dans lequel les orifices sont inclinés dans des plans axiaux.

[0005] EP-A-0 492 864 révèle, en outre, que les orifices sont également inclinés d'un angle tangentiel B qui coïncide globalement avec l'angle du tourbillon des gaz de combustion le long de la surface interne de la paroi.

[0006] EP-A-0 592 161 montre en figure 6 une paroi annulaire multiperforée d'une chambre de combustion dans laquelle les orifices sont définis par une inclinaison axiale A et un angle tangentiel B de telle manière que le flux d'air frais introduit dans la chambre crée une couronne d'air protecteur qui tourbillonne autour du flux des gaz brûlés.

[0007] Dans tous les documents précédents, les inclinaisons A et les angles B qui définissent la direction des axes de chaque orifice par rapport à la direction générale d'écoulement des gaz brûlés, sont respectivement égaux à des valeurs déterminées.

[0008] Or, les calculs 3D montrent que l'écoulement des gaz dans la chambre de combustion n'est pas toujours longitudinal, mais que dans certaines zones, il est légèrement incliné, voire même opposé à l'écoulement, notamment en aval des trous de dilution. Il peut se produire des décollements de l'air de refroidissement dans ces zones.

[0009] Le but de la présente invention est d'éviter que l'air issu de la multiperforation ne décolle de la paroi.

[0010] La présente invention propose donc d'orienter localement les orifices en fonction de l'écoulement local des gaz brûlés.

[0011] Selon l'invention, la chambre de combustion est caractérisée par le fait que la paroi est subdivisée en plusieurs zones, dans chacune desquelles les orifices sont définis par des inclinaisons A et des angles B ayant respectivement des valeurs identiques et calculées en fonction des caractéristiques de l'écoulement des gaz brûlés dans chacune desdites zones.

[0012] Ladite paroi est subdivisée notamment en des premières zones situées respectivement en aval des trous de dilution, et dans lesquelles les orifices sont dirigés à contre courant de la direction générale de l'écoulement des gaz brûlés, des deuxièmes et troisièmes zones disposées de part et d'autre desdites premières zones par rapport aux plans axiaux passant par les trous de dilution correspondants, et une quatrième zone recouvrant le reste de ladite paroi.

[0013] Les orifices ménagés dans la quatrième zone ont une inclinaison axiale supérieure à 30. Leur angle B est sensiblement égal à 0°. L'écoulement d'air frais issu de ces orifices vient lécher la surface interne de la paroi dans le sens de l'écoulement axial des gaz brûlés.

[0014] Les orifices ménagés dans les premières zones, c'est-à-dire en aval des trous de dilution, diffusent un air de refroidissement à contre-courant de la direction générale d'écoulement des gaz brûlés. Leur inclinaison A est comprise entre 0° et -60°, et leur angle B est sensiblement égal à 0°.

[0015] De part et d'autre de chacune des premières zones, dans le sens circonférentiel, il est prévu une deuxième et une troisième zones, dont les orifices diffusent un air de refroidissement vers le plan axial passant par le trou de dilution correspondant et dans la direction de l'écoulement général des gaz brûlés.

[0016] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels :

La figure 1 montre en coupe une chambre de combustion annulaire d'une turbomachine ;

² la figure 2 est une représentation 3D de l'écoulement des gaz brûlés au voisinage de deux trous de dilution ;

la figure 3 montre la subdivision de la paroi multiperforée en plusieurs zones homogènes ;

la figure 4 est une coupe axiale à grande échelle de la paroi multiperforée selon un plan axial passant par l'axe d'un trou de dilution ;

la figure 5 est une représentation en perspective d'une portion de paroi dans laquelle les orifices de la multiperforation ont une inclinaison axiale et tangentielle.

[0017] La chambre de combustion 1, de type annulaire, comporte une paroi axiale annulaire extérieure 2 et une paroi axiale annulaire intérieure 3, réunies à leurs extrémités amont par un fond de chambre 4 équipé de systèmes d'injection 5, et présentant entre leurs extrémités aval une ouverture annulaire 6 pour l'échappement des gaz brûlés G vers une turbine non représentée sur les dessins. Les gaz brûlés G circulent dans la cavité interne 7 de la chambre de combustion 1 selon une direction générale axiale représentée par la flèche D.

[0018] Les parois axiales extérieure 2 et intérieure 3 délimitent avec les carters extérieur 8 et intérieur 9 des passages annulaires 10 et 11 dans lesquels circule un air de refroidissement A issu d'un compresseur non représenté sur les dessins et situé en amont de la chambre de combustion 1.

[0019] Les deux parois 2 et 3 sont munis d'une pluralité- de trous de dilution 12 régulièrement répartis dans un plan axial 13 perpendiculaire à l'axe de la turbomachine, et d'une pluralité d'orifices traversants 14 constituant une multiperforation.

[0020] Une partie de l'air de refroidissement A pénètre axialement dans la cavité interne 7 par les trous de dilution 12 et participe à l'appauvrissement et au refroidissement des gaz de combustion dans la zone de dilution de la chambre de combustion 1, tandis que le reste de l'air A pénètre dans la cavité interne 7 par les orifices 14 afin de former un film de refroidissement sur des faces internes 2a et 3a des parois axiales 2 et 3.

[0021] La figure 2 montre le diagramme des vitesses des gaz au voisinage de la face interne 2a de la paroi extérieure 2, dans la région de deux trous de dilution 12a et 12b, ce diagramme ayant été obtenu par des calculs 3D.

[0022] Ce diagramme montre que, dans la zone 15 qui sépare les deux trous de dilution 12a et 12b, les gaz s'écoulent dans la direction D.

[0023] Dans les zones 16 situées immédiatement en aval des trous de dilution 12a et 12b, les gaz circulent au contraire vers les trous de dilution 12a et 12b, c'est-à-dire dans une direction globalement opposée à la direction D.

[0024] De part et d'autre de chaque zone 16, les gaz s'écoulent selon une direction inclinée vers le plan axial 18 passant par le trou de dilution correspondant, et globalement dirigée dans le sens de l'écoulement général des gaz brûlés D.

[0025] En amont des trous de dilution 12a et 12b et dans la région éloignée des trous de dilution 12a et 12b, les gaz brûlés circulent selon la direction D.

[0026] Le diagramme 3D des températures au voisinage des trous de dilution montre également des écarts notables en fonction des zones.

[0027] Selon la présente invention, on subdivise la région de la paroi 2 et 3 qui comporte les orifices 14 en plusieurs zones, dans chacune desquelles, les angles d'inclinaison A des axes 30 des orifices 14 par rapport aux normales 31 à la paroi sont identiques, ainsi que les angles B des plans 32 contenant lesdits axes 30 et les normales 31 par rapport aux plans axiaux 33 contenant lesdites normales.

[0028] Sur la figure 3, on a représenté une portion de paroi axiale 34 comportant deux trous de dilution 12a et 12b. La flèche D représente la direction générale de l'écoulement des gaz brûlés dans la chambre de combustion 1.

[0029] Les références 16a et 16b représentent des premières zones dans lesquelles les gaz brûlés s'écoulent à contre-courant. Dans les deuxièmes zones 17a et 17b situées à gauche des plans axiaux 18a et 18b, les gaz brûlés s'écoulent dans l'ensemble selon la direction des flèches 19. Dans les troisièmes zones 19a et 19b situées à droite des plan axiaux 18a et 18b, les gaz s'écoulent dans le sens des flèches 20.

[0030] Dans la quatrième zone 21 située en dehors des zones 16a, 16b, 17a, 17b, 19a et 19b, les gaz s'écoulent globalement dans le sens de la flèche D.

[0031] Comme on le voit sur la figure 4, les orifices 14 ménagés dans la quatrième zone 21 sont définis par une inclinaison A₄ supérieure à 30° et un angle B sensiblement égal à 0°. L'air de refroidissement diffusé par ces orifices 14 pénètre dans la chambre de combustion 1, dans le sens de l'écoulement général D des gaz, mais avec une inclinaison A₄.

[0032] Les orifices 14 ménagés dans la première zone 16a sont inclinés de manière à permettre une diffusion d'un air de refroidissement à contre-courant de la direction générale D. Les axes 30 de ces orifices 14 font un angle A₁ avec les normales 31 qui est compris entre -60° et 0°. Les axes 30 de ces orifices 14 sont également parallèles au plan axial 18a passant par l'axe 35 du trou de dilution 12a.

[0033] Sur la figure 5, on a représenté une petite partie 36 de la paroi extérieure 2 au niveau d'une troisième zone 19b. Dans cette troisième zone 19b, les orifices sont percés selon une inclinaison A₃ par rapport à la normale 31 et dans un plan faisant un angle B₃ par rapport à la direction de l'écoulement principal D. L'angle B₃ est calculé en fonction de la direction moyenne de l'écoulement local des gaz dans la troisième zone 19b.

Revendications

1. Chambre de combustion, notamment de turbomachine, qui est délimitée par au moins une paroi axiale (2, 3) munie d'une pluralité d'orifices (14) traversant constituant une "multiperforation" destinée, notamment, au passage d'un fluide de réfrigération (A) de ladite paroi axiale (2, 3), et munie d'une pluralité de trous de dilution (12) régulièrement répartis dans un plan transversal (13) par rapport à la direction générale (D) de l'écoulement des gaz brûlés (G) provenant de la combustion, chaque orifice (14) ayant un axe géométrique (30) incliné d'un angle A par rapport à la normale (31) à ladite paroi (2, 3) ledit axe géométrique (30) étant disposé dans un plan (32) contenant ladite normale (31) qui fait un angle B par rapport au plan (33) défini par ladite normale et la direction générale (D) d'écoulement des gaz brûlés,
caractérisée par le fait que la paroi (2, 3) est subdivisée en plusieurs zones (16a, 16b, 17a, 17b, 19a, 19b, 21), dans chacune desquelles les orifices (14) sont définis par des inclinaisons A et des angles B ayant respectivement des valeurs identiques et calculées en fonction de l'écoulement local des gaz brûlés (6) dans chacune desdites zones.

2. Chambre selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite paroi (2, 3) est subdivisée en des premières zones (16a, 16b) situées respectivement en aval des trous de dilution (12a, 12b) et dans lesquelles les orifices (14) sont dirigés à contre-courant de la direction générale (D) de l'écoulement des gaz brûlés (G), des deuxièmes (17a, 17b) et troisièmes zones disposées de part et d'autre desdites premières zones (16a, 16b) par rapport aux plan axiaux (18a, 18b) passant par les trous de dilution (12a, 12b) correspondants, et une quatrième zone (21) recouvrant le reste de ladite paroi (2, 3).

3. Chambre selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les orifices (14) ménagés dans la quatrième zone (21) sont définis par une inclinaison A supérieure à 30°.

4. Chambre selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les orifices (14) ménagés dans la quatrième zone (21) sont définis par un angle B sensiblement égal à 0°.

5. Chambre selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les orifices (14) ménagés dans les premières zones (16a, 16b) sont définis par une inclinaison A comprise entre 0° et -60°.

6. Chambre selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les orifices (14) ménagés dans les premières zones (16a, 16b) sont définis par un angle B sensiblement égal à 0°.

7. Chambre selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les orifices (14) ménagés dans les deuxièmes zones (17a, 17b) sont définis par des angles B ayant des valeurs opposées aux angles B définissant les orifices (14) ménagés dans les troisièmes zones (19a, 19b).

Dessins