FR2824598A1 - Dispositif de ventilation d'une nacelle du corps d'un turboreacteur - Google Patents

Dispositif de ventilation d'une nacelle du corps d'un turboreacteur Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de ventilation interne de la nacelle du corps (10) d'un turboréacteur à double flux, cette nacelle du corps (10) étant disposée entre une veine primaire (11) d'écoulement d'un flux chaud (5), et une veine secondaire (12) d'écoulement d'un flux froid (6), et comportant en aval, dans le sens de l'écoulement des gaz, un carter d'échappement (16) relié à une enceinte (17) disposée à l'arrière de la turbine par une pluralité de bras structuraux (18) traversant la veine primaire (11), ledit dispositif comportant des moyens d'échappement de l'air de ventilation vers l'extérieur, caractérisé par le fait que les moyens d'échappement sont formés par des cavités (30) ménagées dans les bras structuraux (18) et des orifices (31 a, 31 b, 33) ménagés en correspondance avec lesdites cavités (30) dans la virole externe (34) du carter d'échappement (16) et dans les parois de l'enceinte (17), ladite enceinte (17) comportant notamment au niveau de l'axe de rotation (X) du turboréacteur un orifice (32) permettant l'évacuation de l'air de ventilation de la nacelle (10) avec les gaz d'éjection de la turbine.

Description

revendications 14 à 26.
L'invention concerne la ventilation interne de la nacelle
entourant le corps d'un turboréscteur.
Elle concerne plus précisément un dispositif de ventilation interne de la nacelle du corps d'un turboréscteur à double flux, cette nacelle du corps étant disposée entre une veine primaire d'écoulement d'un flux chaud et une veine secondaire d'écoulement d'un flux froid, et comportant en aval, dans le sens de l'écoulement des gaz, un carter d'échappement relié à une enceinte disposée à l'arrière de la turbine par u ne pl u ralité de bras structu raux traversa nt la veine pri ma i re, led it dispositif comportant des moyens d'échappement de l'air de ventilation
vers l'extérieur.
Cette nacelle, dite du corps dans le présent mémoire, par analogie avec la nacelle dite de soufflante qui entoure la soufflante et se prolonge vers l'aval dans le sens de l'écoulement des gaz afin de délimiter extérieurement la veine secondaire d'écoulement de flux froid, comporte un capot externe qui délimite intérieurement la veine de flux froid, et un carter interne qui délimite extérieurement la veine primaire. Ce carter interne est constitué d'amont en aval par les carters des compresseurs basse pression et haute pression, le carter de la chambre de combustion, les carters des turbines haute pression et basse pression, et enfin la virole externe du carter d'échappement. Les carters des turbines haute pression et basse pression sont équipés de couronnes d'aubes fixes qui s'étendent radialement vers l'axe de rotoration du turboréacteur dans la veine primaire dans une région o circulent les gaz à haute température délivrés par la chambre de combustion. Des couronnes d'aubes mobiles montées sur les rotors des turbines sont intercalées entre les couronnes d'aubes fixes. Afin d'améliorer les performances du moteur, il est nécessaire de régler les jeux entre les extrémités des aubes mobiles et les carters de turbine. Ceci est fait notamment par refroidissement des éléments soumis aux hautes températures au moyen d'un air de refroidissement prélevé
dans des étages des compresseurs basse pression et haute pression.
La cavité interne de la nacelle du corps renferme une pluralité
de conduits, notamment les conduits de prélèvement d'air pour le refroi-
dissement des carters de turbine et la climatisation et pressurisation de I'habitacle de l'aéronef, les conduits de délivrance de combustible à la chambre de combustion, les conduits de délivrance d'huile vers les paliers des rotors et les conduits de retour d'huile. Cette cavité renferme également les moyens d'accrochage du turboréscteur sur un pylône. Le pylône s'étend en partie dans la cavité et doit être protégé contre les risques d'incendie. L'ensemble du pylône et de sa protection occupe un secteur de cavité qui s'étend sensiblement sur 90 et qui est disposé au voisinage des bras structuraux supportant l'enceinte et les paliers des turbines. La section de la nacelle du corps entourant les bras structuraux est donc partiellement occupée par le pylône. Cette section est d'une part soumise à des températures élevées et à des efforts mécaniques considérables du fait des forces axiales appliquées par les paliers et
reprises par le pylône au travers des bras structuraux.
L'air de refroidissement des carters de turbine est évacué à l'intérieur de la nacelle du corps après utilisation. Pour éviter que cet air réchauffé revienne vers la zone avant de la nacelle dont les parois sont en contact avec des fluides froids, il est prévu des moyens d'évacuation de l'air contenu dans la nacelle en aval des sections de turbine. Ces moyens d'évacuation sont réalisés sous la forme d'orifices ou de conduits qui mettent en communication l'intérieur de la nacelle avec l'extérieur du turboréacteur o règne une pression ambiante inférieure à la pression
régnant à l'intérieur de la nacelle du corps.
Ces orifices ou conduits d'évacuation sont actuellement prévus dans le capot externe de la nacelle dans un plan transversal perpendiculaire à l'axe de rotation du moteur, situé sensiblement au droit
des bras structuraux du carter d'échappement.
Lorsque le turboréacteur est équipé d'une nacelle de soufflante courte, les orifices sont ménagés dans un secteur angulaire de 270 dont les extrémités sont disposées de part et d'autre du secteur de pylône. L'air de refroidissement de la nacelle du corps est ainsi évacué à la sortie de la
veine secondaire.
Lorsque le turboréacteur est équipé d'une nacelle de soufflante longue qui oblige les gaz froids de la veine secondaire à se mélanger aux gaz chaubs de la veine primaire à la sortie du carter d'échappement, il est en général prévu du côté opposé au pylône un conduit d'évacuation traversant la veine secondaire et débouchant dans le capot externe de la
nacelle de soufflante.
La présence du pylône et les dispositions appliquées actuelle ment pour l'échappement des gaz circulant dans la nacelle du corps entranent une hétérogénéité thermique de la ligne des carters de turbine haute et basse pression qui conduit à des dégradations des performances par ouverture des jeux en sommet d'aubes, et crée un gradient thermique
élevé dans les carters d'échappement qui limite leur durée de vie.
En outre, les bras structuraux supportant l'enceinte ne sont pas ventilés. Or, ces bras structuraux renferment les tubes d'alimentation et de récupération d'huile de l'enceinte arrière, et sont en contact avec les gaz chauds d'échappement. Il y a donc des risques de cokéfaction dans ces tubes, ce qui peut être préjudiciable pour la lubrification des paliers de turbine. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de ventilation de la nacelle du corps tel que mentionné en introduction qui permette d'améliorer les performances globales du turboréscteur et d'augmenter la durée de vie du carter d'échappement et des composants de la nacelle par une diminution substantielle de la température de ces composants et
notamment des bras structuraux.
L'invention atteint son but par le fait que les moyens d'échappement sont formés par des cavités ménagées dans les bras structuraux et des orifices ménagés en correspondance avec lesdites cavités dans la virole externe du carter d'échappement et dans les parois de l'enceinte, ladite enceinte comportant notamment dans l'axe de rotation du turboréscteur un orifice permettant l'évacuation de l'air de ventilation
dans les gaz d'éjection de la turbine.
Avantageusement, les cavités des bras structuraux sont
alimentées par un collecteur annulaire prévu en tête des bras.
De préférence, le collecteur comporte des entrées d'air
disposées circonférentiellement en alternance avec les bras structuraux.
Ainsi l'air prélevé dans la nacelle du corps permet de refroidir efficacement la virole externe du carter d'échappement ainsi que ies bras structuraux. Afin de refroidir davantage les bras structuraux, les parois
internes de ces derniers pourront être équipées de perturbateurs.
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 est une coupe axiale d'un turboréacteur à double flux équipé du dispositif de ventilation de la nacelle du corps conforme à l'invention; la figure 2 est une coupe transversale du turboréacteur de la figure 1 au droit des bras du carter d'échappement; et la figure 3 est une coupe sensiblement axiale prise selon la
lO ligne lil-lil de la figure 2.
La figure 1 montre un turboréacteur 1 à double flux qui comporte à l'avant une soufflante 2 entranée par un arbre 3 d'axe X et entourée par une nacelle de soufflante 4. Le flux d'air aspiré par la soufflante 2 est divisé en aval de la soufflante dans le sens de l'écoule ment de l'air, en un flux primaire 5 et un flux secondaire 6. L'air du flux primaire passe successivement par une section de compression 7, o il est comprimé, une section de combustion 8, o il est mélangé à du combustible et brûlé, puis une section de turbine 9, o les gaz issus de la section de combustion sont détendus et produisent un travail entraînant notamment l'arbre 3 de la soufflante 2, et enfin une section d'éjection des gaz. Une nacelle du corps 10, de forme allongée et annulaire, sépare la veine primaire 11 dans laquelle s'écoule le flux primaire 5 et la veine secondaire 12 dans laquelle s'écoule le flux secondaire 6. Les flux primaire 5 et secondaire 6 peuvent se rejoindre en aval de la section d'éjection. La nacelle du corps 10 comporte un carter de turboréacteur 14 du côté de la veine primaire 11 et un capot externe 15 du coté de la veine secondaire 12, et présente en aval de la section de turbine 9 un carter annulaire d'échappement 16 supportant intérieurement une enceinte 17 au moyen d'une pluralité de bras structuraux 18 traversant la veine primaire 11. L'enceinte 17 comporte notamment dans l'axe de rotation X de la soufflante 2 des paliers de support de turbines, et présente en aval un
culot 19.
La référence 20 représente des moyens d'attache de la nacelle de noyau 10 sur un pylône non montré sur les dessins. Ces moyens d'attache 20 sont disposés à l'intérieur de la nacelle du corps 10 lépèrement en amont du carter d'échappement 16 et des bras structuraux 18. Un débit d'air de refroidissement F1 de la nacelle du corps 10 est prélevé dans la section de compression 7 et circule axialement vers
l'aval à l'intérieur de la nacelle 10.
Les carters de la section de turbine 9 sont également refroidis par un débit complémentaire d'air de refroidissement prélevé dans la section de compression 7 et guidé par des conduits spécifiques. Après utilisation, ce débit secondaire est évacué à l'intérieur de la nacelle du
corps 10 et se mélange au débit d'air F1.
Selon l'invention, l'intérieur de la nacelle du corps 10 est mis en communication avec l'extérieur par des cavités 30 ménagées dans les bras structuraux 18, des orifices 31a et 31b ménagés en correspondance dans les parois internes de l'encointe 17, et un orifice axial 32 prévu à l'extrémité aval du culot 19. Le flux d'air de refroidissement F1 s'échappe
ainsi axialement dans les gaz d'éjection de la turbine.
Ainsi que cela est visible sur les figures 2 et 3, la référence 33 représente un orifice ménagé dans la virole externe 34 du carter d'échappement 16 en tête d'un bras structural 18. Chaque bras 18 est ainsi alimenté en air par un orifice 33. Ces orifices 33 débouchent dans un collecteur annulaire 35 entourant les têtes des bras structuraux 18. Ce collecteur annulaire 35 est alimenté en air par des entrées d'air 36 disposéss circonférentiellement en alternance avec les bras structuraux 18. Autrement dit, chaque entrée d'air 36 est disposoe sensiblement à égale distance des orifices 33 d'entrce dans les cavités 30 de deux bras structuraux 18 adjacents. Les entrées d'air 36 sont disposées à l'intérieur de la nacelle du corps 10 à faible distance de la virole externe 34. La section du collecteur annulaire 35, de forme globalement rectangulaire, est choisie de manière à assurer un refroidissement intensif de la virole externe 34 du carter d'échappement 16. Afin de favoriser davantage le refroidissement des bras structuraux 18, la paroi interne de ces derniers peut être équipée de perturbateurs ou picots 37, semblables à ceux
utilisés dans les aubes fixes d'une turbine à haute pression.
Dans un turboréacteur du type décrit ci-dessus, la température de l'air dans la nacelle de noyau 10 est de 250 C environ, la température des gaz d'échappement au droit des bras radiaux 18 est de 700 C environ. Dans les turboréscteurs actuels, les bras structuraux 18 ne sont pas ventilés. La virole externe 34 est à une température de 650 C environ, les bras 18 sont à une température voisine de 700 C, et l'enceinte 17 est à
une température de 500 C.
En équipant le même turboréacteur d'un circuit d'échappement de l'air de ventilation F1 de la nacelle du corps 10, passant par le collecteur annulaire 35, les cavités 30 des bras radiaux 18 et les orifices 31a, 31b et 32 de l'enceinte 17, on peut escompter un abaissement de température de la virole externe 34 et des bras sttructuraux 18 d'au moins C, et un abaissement de la température de l'enceinte 17 supérieur à C. Ceci peut être obtenu avec un collecteur annulaire 35 ayant une épaisseur de 4 mm et une dimension axiale de 200 mm, et des orifices 33 ayant une dimension axiale de 60 mm et une largeur comprise entre 6 et mm. La diminution de température des bras structuraux 18 et de la vi role externe 34 augmente la durée de vie de ces pièces, ou la possi bi lité
d'utiliser d'autres matériaux moins coûteux.
La faible épaisseur du coliecteur annulaire 35 permet son installation sans problème à l'intérieur de la nacelle du corps 10, notamment en regard de la tête de pylône. L'alimentation du collecteur 35 par les entrées d'air 36 réparties angulairement autour de l'axe X favorise une circulation axiale du débit d'air de refroidissement F1 à l'intérieur de la nacelle du corps 10. Les températures au niveau de la virole externe 34
sont plus homogènes que celles obtenues dans l'état de la technique.
L'invention permet en outre une diminution des variations de
température de 40% en régime transitoire.

Claims (4)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de ventilation interne de la nacelle du corps (10) d'un turboréacteur à double flux, cette nacelle du corps (10) étant disposée entre une veine primaire (11) d'écoulement d'un flux chaud (5), et une veine secondaire (12) d'écoulement d'un flux froid (6), et comportant en aval, dans le sens de l'écoulement des gaz, un carter d'échappement (16) relié à une enceinte (17) disposée à l'arrière de la turbine par une pluralité de bras structuraux (18) traversant la veine primaire (11), ledit dispositif comportant des moyens d'échappement de l'air de ventilation vers l'extérieur, caractérisé par le fait que les moyens d'échappement sont formés par des cavités (30) mènagées dans les bras structuraux (18) et des orifices (31a, 31b, 33) ménagés en correspondance avec lesdites cavités (30) dans la virole externe (34) du carter d'échappement (16) et dans les parois de l'enceinte (17), ladite enceinte (17) comportant notamment dans l'axe de rotation (X) du turboréacteur un orifice (32) permettant l'évacuation de l'air de ventilation de la nacelle (10) dans les
gaz d'éjection de la turbine.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les cavités (30) des bras structuraux (18) sont alimentés par un collecteur
annulaire (35) prévu en tête des bras (18).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le collecteur (35) comporte des entrses d'air (36) disposées circonféren
tiellement en alternance avec les bras structuraux (18).
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé
par le fait que les parois internes des bras structuraux (18) peuvent être
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