FR2990001A1

FR2990001A1 - Assemblage d'un echangeur thermique au sein d'un carter intermediaire de turboreacteur

Info

Publication number: FR2990001A1
Application number: FR1253937A
Authority: FR
Inventors: Frederic Paul Eichstadt
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-11-01
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: FR2990001B1

Abstract

Carter intermédiaire de turboréacteur, comprenant un anneau de fixation (10) pour assembler ledit carter intermédiaire avec un second carter et un échangeur thermique (12) dans lequel l'anneau de fixation (10) présente une patte annulaire radiale (10b), l'échangeur thermique (12) étant au moins en partie fixé à la patte annulaire radiale (10b).

Description

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un carter intermédiaire de turboréacteur, et plus particulièrement l'assemblage d'un échangeur thermique au sein d'un carter intermédiaire de turboréacteur.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Classiquement, un carter intermédiaire de turboréacteur comprend une virole de carter intermédiaire, ledit carter présentant une patte radiale spécifique rapportée sur la virole par exemple par boulonnage ou soudage, pour fixer un échangeur thermique à la virole.

Une telle patte rapportée présente l'inconvénient de nécessiter une étape supplémentaire lors de l'assemblage du carter intermédiaire, ce qui impacte la complexité, la durée et le coût dudit assemblage. Il en va de même lors des opérations de maintenance. PRESENTATION DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de remédier au moins substantiellement aux inconvénients précités. L'invention atteint son but en proposant un carter intermédiaire de turboréacteur comprenant un anneau de fixation pour assembler ledit carter intermédiaire avec un second carter, et un échangeur thermique, l'anneau de fixation présentant une patte (ou bride) annulaire radiale, l'échangeur thermique étant au moins en partie fixé à la patte annulaire radiale. De manière générale, la direction axiale correspond à la direction de l'axe de rotation A des rotors (par exemple de turbine ou de compresseur) du turboréacteur, et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe A. La direction azimutale (ou annulaire) correspond la direction décrivant un anneau autour de la direction axiale. Les trois directions axiale, radiale et azimutale correspondent respectivement aux directions définies par la côte, le rayon et l'angle dans un système de coordonnées cylindrique. En outre, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du fluide (de l'amont vers l'aval) à travers le turboréacteur. Enfin, sauf précision contraire, les adjectifs « intérieur » et « extérieur » sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure (i.e. radialement intérieure) d'un élément est plus proche de l'axe A que la partie extérieure (i.e. radialement extérieure) du même élément.

Un turboréacteur comprend classiquement quatre carters extérieurs disposés de l'amont vers l'aval dans l'ordre suivant : le carter d'entrée d'air, le carter de soufflante (ou fan), le carter intermédiaire et le carter d'inverseur de poussée. Le carter d'entrée d'air forme l'entrée du turboréacteur. Le carter de soufflante s'étend autour des aubes de la soufflante. Le carter intermédiaire comprend des bras radiaux et supporte l'ensemble des rotors et stators du turboréacteur. Le carter d'inverseur de poussée s'étend jusqu'à la sortie du turboréacteur. Ces quatre carters forment la limite extérieure de la veine des gaz au sein de la turbomachine. Au sens de la présente invention, les termes « carter », « anneau » ou « virole » désignent tant un carter, un anneau ou une virole s'étendant azimutalement sur 3600 qu'un secteur annulaire de carter, d'anneau ou de virole s'étendant azimutalement sur moins de 360°. L'anneau de fixation (ou secteur d'anneau de fixation), est une pièce fixée au carter intermédiaire (ou secteur de carter intermédiaire) sur laquelle est accroché le second carter (ou secteur de second carter). Ainsi, l'anneau de fixation sert notamment à raccorder le carter intermédiaire au 20 second carter. Préférentiellement, ce second carter est un carter d'inverseur de poussée. Des anneaux de fixation classiques, ayant pour unique fonction de raccorder le carter intermédiaire au second carter, sont connus sur le nom générique de « V-Groove » (ou gorge en forme de V). L'anneau de fixation selon l'invention est muni d'une patte 25 annulaire radiale, c'est-à-dire une patte qui s'étend azimutalement sur tout ou partie de la longueur azimutale de l'anneau de fixation, et radialement vers l'intérieur du carter intermédiaire. L'échangeur thermique est fixé à cette patte annulaire radiale. Ainsi, contrairement aux carters intermédiaires de l'état de la technique, 30 dans le carter intermédiaire selon l'invention il n'est plus nécessaire de rapporter une patte supplémentaire pour fixer l'échangeur thermique. L'anneau de fixation selon l'invention présente ainsi deux fonctions, à savoir une première fonction de raccord entre le carter intermédiaire et le second carter, et une deuxième fonction de fixation de l'échangeur 35 thermique au sein du carter intermédiaire, tandis qu'un anneau de fixation classique ne présente qu'une seule fonction, à savoir la fonction de raccord entre le carter intermédiaire et le second carter. En supprimant la patte rapportée des carters intermédiaires de l'état de la technique, et en formant une patte annulaire radiale sur l'anneau de fixation selon l'invention, on simplifie l'assemblage du carter intermédiaire selon l'invention par rapport à l'assemblage des carters intermédiaires de l'état de la technique. L'assemblage est ainsi plus facile, plus rapide et plus économique. Avantageusement, la patte annulaire radiale s'étend du toute la longueur azimutale de l'anneau de fixation. Une telle configuration permet notamment d'assurer une meilleure étanchéité de la jonction entre le carter intermédiaire et le second carter, c'est-à-dire d'assurer que les gaz de la veine de gaz délimitée par le carter intermédiaire et le second carter ne peuvent pas s'échapper vers l'extérieur (ou seulement en quantité réduite et/ou négligeable) au voisinage de cet anneau de fixation, entre le carter intermédiaire et le second carter. Avantageusement, l'échangeur thermique présente une forme de secteur d'anneau présentant une extrémité axiale amont et une extrémité axiale aval, l'extrémité axiale aval de l'échangeur thermique étant fixée à la patte annulaire radiale. Avantageusement, un bandeau de verrouillage coopère avec la patte annulaire radiale, l'extrémité axiale aval de l'échangeur thermique étant disposée entre la patte annulaire radiale et le bandeau de verrouillage.

On comprend que le bandeau de verrouillage s'étend azimutalement et qu'il est fixé à la patte annulaire radiale. La patte annulaire radiale et le bandeau de verrouillage enserrent l'extrémité aval de l'échangeur thermique. Avantageusement, le bandeau s'étend sur toute la longueur azimutale de la patte annulaire radiale. Une partie de maintien de l'échangeur thermique, par exemple une bordure annulaire, est prise en sandwich entre la patte annulaire radiale et le bandeau de verrouillage. Le bandeau de verrouillage permet de repartir la pression de maintien de l'échangeur thermique sur toute la partie de maintien, ce qui améliore la robustesse et la rigidité de l'assemblage. Le bandeau contribue par ailleurs à homogénéiser l'écoulement des gaz en formant une paroi continue délimitant la veine d'écoulement des gaz.

Avantageusement, le carter intermédiaire comprend une virole (ou virole de carter intermédiaire), l'anneau de fixation étant monté sur la virole, l'échangeur thermique présente une forme de secteur d'anneau présentant une extrémité axiale amont et une extrémité axiale aval, l'extrémité axiale amont de l'échangeur thermique étant fixée à la virole. Ainsi, l'échangeur thermique est fixé par son extrémité axiale amont à la virole (ou secteur de virole) et à son extrémité axiale aval à la patte annulaire radiale, elle-même fixée à la virole. Avantageusement, l'extrémité axiale amont de l'échangeur thermique est fixée à la virole par une pièce intermédiaire. On comprend que la pièce intermédiaire est elle-même montée sur la virole, tandis que l'extrémité axiale amont de l'échangeur thermique est fixée à la pièce intermédiaire. Une telle structure d'assemblage permet de monter facilement un échangeur thermique donné sur divers types de carter intermédiaire, notamment dans le cadre de l'entretien/réparation de turboréacteurs préexistants. Avantageusement, la pièce intermédiaire est une plateforme d'aubes de redresseur de flux. Un tel assemblage permet d'utiliser des pièces déjà existantes au sein du carter intermédiaire, à savoir la plateforme d'aubes de redresseur de flux, et d'éviter d'introduire de nouvelles pièces intermédiaires qui pourraient alourdir le carter intermédiaire, et au final pénaliser les performances du turboréacteur. Bien entendu, la plateforme d'aubes de redresseur de flux peut être formée de plusieurs secteurs de plateforme d'aube(s) de redresseur de flux, chaque secteur de plateforme portant une ou plusieurs aubes de redresseur de flux, les aubes de redresseur de flux étant fixes ou à calage variable. Avantageusement, l'échangeur thermique est fixé à la pièce intermédiaire par emmanchement.

Par exemple, l'échangeur thermique comprend une partie mâle qui est emmanchée dans une partie femelle, ou vice versa. Un assemblage du type tenon/mortaise constitue un exemple d'assemblage par emmanchement. L'invention concerne également un turboréacteur comprenant un carter intermédiaire selon l'invention.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux figures annexées, sur lesquelles : - la figure 1 représente un turboréacteur comprenant un carter intermédiaire selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure ibis représente une vue détaillée du raccord entre le carter intermédiaire et le carter d'inverseur de poussée de la figure 1, - la figure 2 représente l'assemblage de la virole du carter intermédiaire avec l'extrémité aval de l'échangeur thermique du premier mode de réalisation, en vue partielle en perspective, - la figure 3 représente l'assemblage de la virole du carter intermédiaire avec l'échangeur thermique du premier mode de réalisation, vu en coupe radiale, - la figure 4 représente l'assemblage de la virole du carter intermédiaire avec l'échangeur thermique selon un deuxième mode de réalisation, vu en coupe radiale, - la figure 5 représente l'assemblage de l'échangeur thermique à l'anneau de fixation selon un troisième mode de réalisation, vu en coupe radiale, et - la figure 6 représente l'assemblage de l'échangeur thermique à l'anneau de fixation selon un quatrième mode de réalisation, vu en coupe radiale.

DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION La figure 1 représente un turboréacteur 100 selon l'invention s'étendant selon la direction axiale A. De l'amont vers l'aval, le turboréacteur 100 comprend successivement les carters extérieurs suivants : un carter d'entrée d'air I, un carter de soufflante II disposé autour d'une soufflante 102, un carter intermédiaire III relié à des bras radiaux 104 et soutenant l'ensemble des rotors et stators du turboréacteur 100, et un carter d'inverseur de poussée IV. Dans cet exemple, le turboréacteur 100 est un turboréacteur double corps double flux, mais peut bien entendu être, selon une variante, un réacteur monoflux et/ou monocorps.

Le carter intermédiaire III comprend une virole de carter intermédiaire 14, un séparateur de flux 15 séparant radialement la veine primaire V1 des gaz la veine secondaire V2 des gaz, la virole 14 et le séparateur de flux 15 étant reliés par des portions de bras 104a. Bien entendu, dans le cas où le turboréacteur est un turboréacteur monoflux, le carter intermédiaire ne présente pas de séparateur de flux. Le carter de fan II et le carter intermédiaire III sont recouverts, côté extérieur, par un capot extérieur 17, généralement appelé « capot de soufflante », s'étendant axialement et azimutalement autour du carter de soufflante II et du carter intermédiaire III. Ce capot extérieur 17 assure la continuité géométrique de l'extérieur du turboréacteur 100 entre l'extérieur Ta du carter d'entrée d'air I et l'extérieur IVa du carter d'inverseur de poussée IV. La figure ibis représente une vue détaillée du raccord entre le carter intermédiaire III et le carter d'inverseur de poussée IV. Le carter intermédiaire III comprend un anneau de fixation 10, un échangeur thermique 12 en forme de secteur d'anneau et une virole de carter intermédiaire 14. Le carter d'inverseur de poussée IV comprend une virole de carter d'inverseur de poussée 50. L'anneau de fixation 10 présente une gorge 10a sensiblement en forme de V et orientée radialement vers l'extérieur. La virole de carter d'inverseur de poussée 50 présente une extrémité amont en forme de crochet 50a qui est engagée dans la gorge 10a et coopère avec cette dernière en appui radial et axial. L'anneau de fixation 10 présente une patte annulaire radiale 10b à laquelle est fixé l'échangeur thermique 12. L'échangeur thermique 12 est disposé du côté intérieur de la virole 14. Dans cet exemple, l'anneau de fixation 10 est monté sur la virole 14 à l'aide de boulons. La figure 2 représente l'anneau de fixation 10, la virole 14 et l'échangeur thermique 12 en vue partielle en perspective. La patte annulaire radiale 10b présente une extrémité distale 10bb s'étendant axialement (parallèlement à l'axe A) et azimutalement. Un bandeau de verrouillage 16 annulaire, s'étendant selon la direction axiale et azimutale, est fixé à la patte 10b. L'extrémité axiale aval de l'échangeur thermique 12 présente une partie de maintien aval 12a formant un bord annulaire s'étendant axialement et azimutalement, qui est disposée dans un espace ménagé entre le bandeau de verrouillage 16 et l'extrémité distale 10bb. La partie de maintien aval 12a est enserrée par la patte annulaire radiale 10b (côté extérieur) et par le bandeau de verrouillage 16 (côté intérieur). Dans cet exemple, le bandeau de verrouillage 16 est fixé à la patte annulaire radiale 10b à l'aide de boulons 11. Ces boulons 11 coopèrent également avec l'échangeur thermique 12 de manière à limiter les éventuels mouvements azimutaux de ce dernier. Bien entendu, selon une variante, des moyens de butée (par exemple un ergot) sont disposés sur le bandeau de verrouillage 16 et/ou sur l'extrémité distale 10bb et coopèrent avec l'échangeur thermique 12 pour limiter ses éventuels mouvements azimutaux. La figure 3 représente l'assemblage de l'échangeur thermique 12 avec la virole 14 du carter intermédiaire III, vu en coupe radiale. La fixation de l'extrémité axiale aval, au niveau de la partie de maintien aval 12a, de l'échangeur thermique 12 avec l'anneau de fixation 10 est identique à celle décrite en référence à la figure 2. L'extrémité axiale amont de l'échangeur thermique 12 présente une partie de maintien amont 12b formant un bord annulaire s'étendant axialement et azinnutalement. Ce bord annulaire forme une mortaise qui coopère par emmanchement dans une gorge 18a orientée axialement vers l'aval ménagée dans la plateforme 18 (représentée partiellement) d'aubes de redresseur de flux (non représentées), la gorge 18a formant une mortaise. Cette plateforme 18 est fixée à la virole 14 (fixation non représentée) et forme une pièce intermédiaire de fixation. Ainsi, dans cet exemple, l'échangeur thermique 12 est assemblé à la virole 14 par son extrémité axiale amont et par son extrémité axiale aval. Un deuxième mode de réalisation de l'invention est décrit en référence à la figure 4. Dans ce deuxième mode de réalisation, seule la fixation de l'extrémité axiale amont de l'échangeur thermique 12 diffère par rapport au premier mode de réalisation (cf. fig. 3). Une patte de fixation axiale 20 forme une pièce intermédiaire de fixation pour fixer l'extrémité axiale amont de l'échangeur thermique à la virole 14. Un élément d'appui 21 fixé à la patte 20 par un boulon 19 maintient la partie de maintien amont 12b assemblée à la patte 20. La partie de maintien amont 12b est prise en sandwich entre la patte 20 et l'élément d'appui 21.

Le boulon 19 coopère également avec la partie de maintien amont 12b pour bloquer les déplacements azimutaux éventuels de l'échangeur thermique 12. Par ailleurs, la patte 20 et l'élément d'appui 21 enserrent une saillie axiale 18'a s'étendant depuis la plateforme 18' d'aubes de redresseur de flux. Ceci permet de rigidifier la patte 20 et d'améliorer le maintien de l'échangeur thermique 12. Ainsi, la patte 20 et l'élément d'appui 21 enserrent en amont la saillie axiale 18'a de la platefornne 18' et en aval la partie de maintien amont 12b de l'échangeur thermique 12. Un troisième mode de réalisation de l'invention est décrit en référence à la figure 5 qui représente l'assemblage de l'anneau de fixation 10 à l'échangeur thermique 12. Seule la forme de la patte annulaire radiale 101D1 diffère des modes de réalisation précédents. L'extrémité distale lObb' de la patte annulaire radiale 10b' du troisième mode de réalisation s'étend axialement vers l'amont « en dessous » de la patte 10b' elle-même (la patte 10b' recouvre axialement l'extrémité distale lObb'), tandis que dans les modes de réalisation précédents l'extrémité distale lObb de la patte annulaire radiale 10b s'étend axialement vers l'aval, la patte 10b ne recouvrant pas axialement l'extrémité distale lObb. Ainsi, dans le troisième mode de réalisation, les boulons 11 sont protégés par la patte annulaire radiale 10b' par rapport à l'extérieur. Avantageusement, les écrous des boulons 11 sont pré-assemblés, par exemple par soudage, à l'extrémité distale lObb'. Le bandeau de verrouillage 16 reste inchangé par rapport aux modes de réalisation précédents. Un quatrième mode de réalisation de l'invention est décrit en référence à la figure 6. La forme de la patte annulaire radiale 10b" est sensiblement similaire à celle de la patte annulaire radiale 10b' du troisième mode de réalisation. Seule l'étendue radiale de la patte annulaire radiale diffère. En effet, l'extrémité distale lObb' de la patte annulaire radiale 10b' du troisième mode de réalisation est radialement plus éloignée de la virole 14 que l'extrémité distale lObb" de la patte annulaire radiale 10b" du quatrième mode de réalisation. En d'autres termes, la distance radiale entre l'extrémité distale de la patte annulaire radiale et la virole 14 est plus grande dans le quatrième mode de réalisation que dans le troisième mode de réalisation. Cette distance radiale accrue permet de remplacer le bandeau de verrouillage 16, qui forme un bandeau de verrouillage intérieur, par un bandeau de verrouillage 16', qui forme un bandeau de verrouillage extérieur, ce bandeau de verrouillage 16' étant disposé entre la virole 14 et le côté extérieur de l'extrémité distale 10bb". Le bandeau de verrouillage 16' est monté sur la virole 14 en étant enserré entre la virole 14 et l'anneau de fixation 10. Une saillie radiale 16'b, orientée radialement vers l'intérieur, du bandeau de verrouillage 16' coopère avec une rainure 14a orienté radialement vers l'extérieur de la virole 14. La coopération de la saillie 16'b avec la rainure 14a améliore le blocage, notamment selon la direction axiale A, du bandeau de verrouillage 16', ce qui facilite notamment l'assemblage. L'extrémité distale 16'a du bandeau de verrouillage 16' s'étend axialement et azimutalement parallèlement à l'extrémité distale lObb" de la patte annulaire radiale 10b". La partie de maintien aval 12a est enserrée par l'extrémité distale 10bb" de la patte annulaire radiale 10b" (côté intérieur) et par l'extrémité distale 16'a (côté extérieur) du bandeau de verrouillage 16'. Avantageusement, les écrous des boulons 11 sont pré- assemblés au bandeau de verrouillage 16', ce qui facilite l'assemblage final. Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation/variantes illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif. En particulier, on comprend que les pattes annulaires radiales 10b des figures 3 et 4 (premier et deuxième modes de réalisation) sont remplaçables par les pattes annulaires radiales 10b' et 10b" des figures 5 et 6 (troisième et quatrième modes de réalisation).30

Claims

REVENDICATIONS1. Carter intermédiaire (III) de turboréacteur (100), comprenant un anneau de fixation (10) pour assembler ledit carter intermédiaire (III) avec un second carter (IV), et un échangeur thermique (12), ledit carter intermédiaire (III) étant caractérisé en ce que l'anneau de fixation (10) présente une patte annulaire radiale (10b, 10b', 10b"), l'échangeur thermique (12) étant au moins en partie fixé à la patte annulaire radiale (10b, 10b', 10b").
2. Carter intermédiaire (III) selon la revendication 1, dans lequel l'échangeur thermique (12) présente une forme de secteur d'anneau présentant une extrémité axiale amont et une extrémité axiale aval, l'extrémité axiale aval de l'échangeur thermique (12) étant fixée à la patte annulaire radiale (10b, 10b', 10b").
3. Carter intermédiaire (III) selon la revendication 2, dans lequel un bandeau de verrouillage (16, 16') coopère avec la patte annulaire radiale (10b, 10b', 10b"), l'extrémité axiale aval de l'échangeur thermique (12) étant disposée entre la patte annulaire radiale (10b, lOb') et le bandeau de verrouillage (16, 16').
4. Carter intermédiaire (III) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant une virole (14), l'anneau de fixation (10) étant monté sur la virole (14), dans lequel l'échangeur thermique (12) présente une forme de secteur d'anneau présentant une extrémité axiale amont et une extrémité axiale aval, l'extrémité axiale amont de l'échangeur thermique (12) étant fixée à la virole (14).
5. Carter intermédiaire (III) selon la revendication 4, dans lequel l'extrémité axiale amont de l'échangeur thermique (12) est fixée à la virole (14) par une pièce intermédiaire (18, 20).
6. Carter intermédiaire (III) selon la revendication 5, dans laquelle la pièce intermédiaire est une plateforme (18) d'aubes de redresseur de flux.
7. Carter intermédiaire (III) selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle l'échangeur thermique (12) est fixé à la pièce intermédiaire (18) par emmanchement.
8. Carter intermédiaire (III) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le second carter est un carter d'inverseur de poussée (IV).
9. Turboréacteur (100) comprenant un carter intermédiaire (III) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.