FR2995634A1

FR2995634A1 - Tube d'echappement pour un tube de degazage d'une turbomachine

Info

Publication number: FR2995634A1
Application number: FR1258800A
Authority: FR
Inventors: Emily Barnes
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2014-03-21
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: FR2995634B1

Abstract

Le tube d'échappement (140) est destiné à être monté dans un cône d'échappement (25) d'une turbomachine pour faire communiquer avec l'air ambiant un tube de dégazage monté à l'intérieur d'un arbre basse pression de la turbomachine. Le tube d'échappement (140) présente, considéré en section transversale perpendiculaire à l'axe (B) du cône d'échappement (25), un contour transversal d'extrémité ayant une dimension transversale (T) augmentée vers le bas. Avantageusement, le contour transversal d'extrémité présente une portion excentrée vers le bas.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne un tube d'échappement pour un tube de dégazage destiné à faire communiquer l'intérieur d'un arbre basse pression d'une turbomachine avec l'air ambiant, le tube d'échappement étant destiné à être monté dans un cône d'échappement et présentant une extrémité amont destinée à être reliée à l'extrémité aval du tube de dégazage et une extrémité aval destinée à être ouverte à l'air ambiant. En particulier, la turbomachine est un turbomoteur servant à la propulsion d'un aéronef. Le tube d'échappement est disposé dans le cône d'échappement, couramment dénommé « plug », de la turbomachine qui est lui-même situé dans l'arrière-corps de la turbomachine. Ce type de turbomachine comprend généralement, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, une soufflante, un ou plusieurs étages de compresseurs, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbines, et le cône d'échappement. Ce type de turbomachine comporte ainsi un corps haute pression comprenant un compresseur haute pression et une turbine haute pression reliés par un arbre haute pression, ainsi qu'un corps basse pression comprenant un compresseur basse pression et une turbine basse pression reliés par un arbre basse pression. Les documents EP 1 626 160 et FR 2 957 973 divulguent des tubes de dégazage. Comme indiqué dans ces documents, le tube de dégazage est situé à l'intérieur de l'arbre basse pression qui entraîne en rotation, à son extrémité amont, l'arbre de la soufflante.

La turbomachine comprend des organes devant être lubrifiés par de l'huile, tels que des paliers à roulements. En particulier, l'arbre de la soufflante est supporté en rotation par un palier à roulements situé à l'extérieur de cet arbre, palier qu'il est nécessaire de lubrifier et de refroidir par de l'huile injectée entre les bagues du palier à roulements.

Par ailleurs, un flux de gaz traverse ces organes, notamment pour assurer leur ventilation et contribuer ainsi à leur refroidissement. Ce flux de gaz est évacué par l'intérieur creux de l'arbre basse pression. En effet, le flux qui s'écoule autour de l'arbre passe à l'intérieur de cet arbre par des cheminées ménagées dans sa paroi. La plus grande partie de l'huile qui sert à lubrifier les organes tels que les paliers, reste dans une enceinte de lubrification située du côté extérieur de l'arbre basse pression.

Cependant, une petite partie de l'huile peut traverser les cheminées en se mélangeant au flux de gaz devant être évacué par l'intérieur de l'arbre basse pression. Le tube de dégazage est situé à l'intérieur de l'arbre basse pression et forme ainsi un canal qui, par des perçages du tube, communique avec les cheminées pour guider vers l'échappement les gaz huilés, également dénommés « fluide de dégazage ». Ainsi, le tube de dégazage permet d'éviter que l'huile contenue dans le fluide de dégazage ne vienne endommager l'arbre basse pression, notamment en se cokéfiant en raison de la température élevée de cet arbre. En d'autres termes, le tube de dégazage permet non seulement de mettre à l'air ambiant les gaz circulant autour de l'arbre passe-pression, mais également d'évacuer l'huile qui peut se mélanger à ces gaz dans le fluide d'échappement. Classiquement, comme dans les documents EP 1 626 160 et FR 2 957 973 précités, un tube de dégazage est de forme cylindrique à symétrie de révolution et concentrique avec l'arbre basse pression. Ceci s'explique par le fait que le tube de dégazage tourne avec l'arbre basse pression à l'intérieur duquel il est disposé, et que l'espace entre la surface externe du tube de dégazage et la surface interne de l'arbre basse pression est faible. Ainsi, il est naturel que le tube d'échappement, qui est une pièce non rotative prolongeant le tube de dégazage jusqu'à l'extrémité du cône d'échappement, soit également cylindrique, de section circulaire et de même axe que le tube de dégazage. L'évacuation de l'huile sous forme de gouttelettes entraînées par les gaz dans le fluide de dégazage s'opère donc naturellement dès lors que l'arbre basse pression, le tube de dégazage et le tube d'échappement sont horizontaux, dans les conditions d'utilisation de la turbomachine. Par ailleurs, en général, l'axe de montage du cône d'échappement, qui est également l'axe du tube d'échappement, est aligné avec l'axe commun à l'arbre basse pression et au tube de dégazage et cet axe commun est horizontal dans les conditions d'utilisation de la turbomachine. Toutefois, dans certains cas, si l'on souhaite redresser l'écoulement alors que la partie amont de la turbomachine est inclinée vers le bas dans le sens allant vers l'aval, l'axe du cône d'échappement peut être incliné vers le haut en allant vers l'aval. C'est le cas de certaines turbomachines montées sur les aéronefs pour en assurer la propulsion. Dans ce cas, dans la mesure où il s'étend à l'intérieur du cône d'échappement, le tube de dégazage est lui-même incliné vers le haut en allant vers l'aval. La demanderesse a constaté que, dans de telles situations, il existe un risque que les gouttelettes d'huile ne soient pas parfaitement évacuées 5 et se stockent pendant un certain temps dans le tube de dégazage ou l'arbre passe-pression, risquant ainsi d'endommager ce dernier. Objet et résumé de l'invention L'invention a donc pour but de proposer un tube d'échappement 10 pour un tube de dégazage permettant de surmonter les inconvénients précités, en assurant une évacuation plus fiable des gouttelettes d'huile. Ce but est atteint grâce à un tube d'échappement pour un tube de dégazage destiné à faire communiquer l'intérieur d'un arbre basse pression d'une turbomachine avec l'air ambiant, le tube d'échappement 15 étant destiné à être monté dans un cône d'échappement et présentant une extrémité amont destinée à être reliée à l'extrémité aval du tube de dégazage et une extrémité aval destinée à être ouverte à l'air ambiant, caractérisé en ce que le tube d'échappement présente, considéré en section transversale perpendiculaire à l'axe du cône d'échappement, un 20 contour transversal d'extrémité ayant une dimension transversale augmentée vers le bas. Au sens de la présente invention, la direction « vers le bas » est considérée dans les conditions normales d'utilisation de la turbomachine. Par exemple, lorsque la turbomachine équipe un aéronef, ces conditions 25 normales sont celles dans lesquelles l'aéronef est posé au sol ou en vol à altitude stabilisée. On comprend que même si, en conditions d'utilisation, l'axe du cône d'échappement est légèrement relevé par rapport à l'horizontale dans le sens allant vers l'aval, la surface interne inférieure de l'extrémité aval du 30 tube d'échappement, grâce à l'augmentation précitée de la dimension transversale, se trouve en dessous de l'horizontale ou à l'horizontale, ce qui permet une évacuation naturelle du fluide de dégazage. Avantageusement, le contour transversal d'extrémité présente une portion excentrée vers le bas. 35 Le fluide de dégazage est alors naturellement guidé vers cette portion excentrée.

Selon un exemple avantageux, le contour transversal d'extrémité présente la forme d'une ellipse. Cette forme est simple à réaliser et à mettre en place de telle sorte que le grand axe de l'ellipse corresponde sensiblement à la direction verticale, lorsque la turbomachine est en conditions d'utilisation. Selon un autre exemple avantageux, le contour transversal d'extrémité présente une forme en goutte d'eau. Dans ce cas, le tube de dégazage sera monté de telle sorte que la partie arrondie de la forme en goutte d'eau, de rayon de courbure plus important, se trouve vers le haut, tandis que la partie de la pointe de la goutte d'eau, de plus petit rayon de courbure, se trouve vers le bas. En d'autres termes, la goutte d'eau est "étirée" vers le bas de sorte que la partie de plus petit rayon de courbure forme la portion excentrée. Avantageusement, la courbure du contour transversal d'extrémité est localement augmentée dans la zone dudit contour dans laquelle la dimension transversale est augmentée. Avantageusement, sur au moins un tronçon aval terminal, le tube de d'échappement est symétrique par rapport à un plan de symétrie comprenant le plus grand segment diamétral du contour transversal 20 d'extrémité. Un tube présentant une telle symétrie est simple à fabriquer et à monter. Avantageusement, le tube d'échappement comprend au moins un tronçon évasé dans lequel sa section transversale présente une dimension 25 transversale qui s'agrandit progressivement vers le bas, en allant vers l'aval. Le fluide de dégazage est ainsi naturellement guidé vers l'extrémité libre de dégazage sur toute la longueur du tronçon évasé. 30 Brève description des dessins L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : 35 - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une turbomachine ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une partie de l'arrière-corps d'une turbomachine montrant un cône d'échappement et un tube d'échappement classique ; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2, dans laquelle le 5 cône d'échappement est équipé d'un tube d'échappement conforme à l'invention ; - la figure 4 est une vue en bout selon la flèche IV de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue analogue à la figure 4, pour une variante de réalisation ; et 10 - la figure 6 est une vue axiale schématique d'un tube d'échappement selon une variante de réalisation. Description détaillée de l'invention La figure 1 montre une turbomachine 1 qui, de manière classique, 15 comporte un carter 10 dans lequel sont logés une soufflante 12, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression 20, une turbine basse pression 22 et un cône d'échappement 25. Le compresseur haute pression 16 et la turbine haute pression 20 sont reliés par un arbre haute 20 pression 24. Cet ensemble forme un corps haute pression. Le compresseur basse pression 14 et la turbine basse pression 22 sont reliés par un arbre basse pression 26. Cet ensemble forme un corps basse pression. L'arbre 28 de la soufflante 12 est relié à l'arbre basse pression 26, en amont de ce dernier. A l'intérieur de l'arbre passe-pression 26 est logé un tube de 25 dégazage 30. Les différents arbres sont supportés à rotation par des paliers. Ainsi, deux paliers 32A et 32B sont représentés schématiquement à titre d'exemple. Comme indiqué au début de la présente description, ces paliers sont lubrifiés par de l'huile. De plus, notamment pour assurer la 30 ventilation de l'ensemble, un flux de gaz circule autour des arbres. L'arbre basse pression 26 présente des cheminées 26A qui communiquent avec des perçages 30A de la paroi du tube de dégazage. Ainsi, le flux d'air pouvant entraîner des gouttelettes d'huile passe de l'enceinte dans laquelle est logé un palier 32A ou 32B à l'espace interne 34 du tube de 35 dégazage. L'extrémité aval 30B de ce tube de dégazage est reliée à un tube d'échappement 40, à l'extrémité amont 40A de ce dernier.

L'extrémité aval 40B du tube d'échappement est ouverte à l'air ambiant à l'extrémité aval 25B du cône d'échappement 25. A son extrémité amont, le tube d'échappement 40 est fixé au cône d'échappement par une bride 40'. Cette extrémité amont 40A du tube d'échappement est reliée à l'extrémité avale 30B du tube de dégazage par une pièce d'interface non représentée sur la figure 1. Sur la figure 1, les arbres 24, 26 et 28, ainsi que le tube de dégazage 30 et le tube d'échappement 40 sont coaxiaux, leur axe commun A étant également l'axe de symétrie du cône d'échappement 25.

La figure 2 montre, plus en détail, le tube d'échappement 40 et le cône d'échappement 25. Comme indiqué précédemment, l'extrémité amont 40A du tube d'échappement est fixée au cône par une bride 40'. Plus précisément, l'extrémité aval 30B du tube de dégazage parvient dans une pièce d'interface 40", qui est solidaire du cône d'échappement 25 et à laquelle est fixée la bride 40'. Dans la région amont du tube d'échappement, une pièce interne de déflexion 42 passe du diamètre de raccordement à l'extrémité avale du tube de dégazage, à un diamètre agrandi correspondant au diamètre interne D du tube d'échappement 40. La figure 3 montre le tube d'échappement 140 de l'invention situé dans le cône d'échappement 25. De même que précédemment, l'extrémité amont 140A du tube d'échappement est fixée au cône par une bride 140' via une pièce d'interface 40". De plus, la pièce de raccordement 142 est également située à l'intérieur du tube d'échappement, dans la région amont de ce dernier. Sur la figure 2, l'axe B du cône d'échappement 25, c'est-à-dire l'axe de révolution de ce cône, est légèrement incliné vers le haut (en allant vers l'aval) par rapport à l'axe A des arbres de la turbomachine et du tube de dégazage 30. Cependant, considéré en section axiale comme sur la figure 3, le tube d'échappement 140 va en s'évasant vers l'aval jusqu'à son extrémité aval 140B.

Ceci est mieux visible sur la figure 4 sur laquelle on comprend que, grâce à cet évasement, la surface interne inférieure 141 du tube d'échappement 140 est sensiblement parallèle à l'axe A, qui est en général horizontal en conditions d'utilisation de la turbomachine, bien que l'axe B du cône d'échappement 25 soit relevé vers l'aval. Ainsi, l'augmentation de la dimension transversale T du tube d'échappement est choisie de telle sorte que, au moins dans un tronçon terminal aval de ce tube, la surface inférieure de ce tube se trouve inclinée vers le bas en allant vers l'aval ou horizontale lorsque le tube d'échappement est monté dans une turbomachine en conditions d'utilisation, même si, dans ces conditions, lorsque l'axe de symétrie du cône d'échappement est relevé vers l'aval.

Sur la vue en coupe de la figure 4, on voit la bride de fixation 140', le contour transversal d'extrémité Cl du tube d'échappement 140, et le contour transversal C2 de liaison de ce tube avec la bride 140'. On voit que le contour transversal d'extrémité Cl n'est pas circulaire, mais qu'il présente deux portions excentrées, respectivement Cll et C"1, qui sont excentrées par rapport à l'axe B dans la direction D, c'est-à-dire vers le bas. En particulier, ce contour transversal d'extrémité Cl est ovalisé. On voit sur la figure 4 qu'il présente la forme d'une ellipse dont le grand axe G est vertical tandis que le petit axe P est horizontal, ces directions verticale et horizontale étant considérées lorsque le tube d'échappement est monté dans la turbomachine en conditions d'utilisation. L'excentricité e de l'ellipse est choisie pour que, comme indiqué précédemment, la surface interne inférieure 141 se trouve en dessous de l'horizontale ou à l'horizontale. Cette forme ovalisée est simple à fabriquer. Ainsi, le tube d'échappement est symétrique par rapport à un plan de symétrie comprenant le grand axe G de l'ellipse. De manière générale, il est avantageux que le tube d'échappement soit symétrique par rapport à un plan de symétrie comprenant son plus grand segment diamétral du contour transversal d'extrémité. Sur la figure 4, ce plus grand segment diamétral SG est pris selon le grand axe de l'ellipse.

De manière générale, il est avantageux que, comme c'est le cas pour une ellipse, la courbure du contour transversal d'extrémité Cl soit localement augmentée dans la zone du contour dans laquelle la dimension transversale est augmentée. Cette courbure augmentée permet de former une sorte de goulotte qui guide naturellement les gouttelettes d'huile contenues dans le fluide de dégazage vers l'extrémité aval du tube d'échappement. Sur la figure 5, on a représenté une vue en coupe d'un tube d'échappement 240 qui se distingue du tube 140 par la forme de son contour transversal d'extrémité. Sur la figure 5, on reconnaît la bride de fixation 240' du tube au cône d'échappement, et le contour C2 du tube dans sa région de liaison avec cette bride. Le contour transversal d'extrémité CE1 présente une forme en goutte d'eau. Sur toute sa partie supérieure, considérée alors que le tube d'échappement est en situation d'utilisation, ce contour transversal d'extrémité forme un arc de cercle correspondant au contour C2. En revanche, sur sa partie inférieure, le contour CE1 présente une zone CE'l de courbure augmentée. Par conséquent, dans cette zone, son rayon de courbure est diminué. En quelque sorte, la moitié supérieure du contour transversal CE1 forme un demi-cercle, tandis que sa moitié inférieure forme une demi-ellipse. Dans l'exemple représenté sur les figures 3 à 5, la dimension 10 transversale du tube d'échappement augmente graduellement sur toute la longueur de ce tube, en allant vers l'aval. Ce tube d'échappement peut par exemple avoir la forme d'un tronc de cône. En référence au mode de réalisation de la figure 4, on peut toutefois privilégier une configuration dans laquelle le tube d'échappement 15 s'ovalise progressivement en allant vers l'aval ou bien, en référence au mode de réalisation de la figure 5, on peut prévoir que seule la moitié inférieure du tube d'échappement s'ovalise progressivement. Comme indiqué sur la figure 6, le tube d'échappement peut présenter plusieurs tronçons. Dans cet exemple, le tube d'échappement 20 340 présente un tronçon amont 340A de section circulaire, un tronçon intermédiaire 340B évasé en allant vers l'aval, et un tronçon aval 340C, situé en aval du tronçon évasé 340B, et s'étendant jusqu'à l'extrémité aval 340D du tube. Par exemple, le tronçon évasé 340B est ovalisé ou formé en goutte d'eau comme dans les exemples des figures 4 et 5, alors que le 25 tronçon aval 340C garde un contour correspondant soit au contour Cl, soit au contour CE1. Bien entendu, le tube d'échappement peut ne comporter que les tronçons 340A et 340B, ou bien que les tronçons 340B et 340C. Dans tous les cas, il est avantageux que le tronçon aval terminal du tube d'échappement soit symétrique par rapport à un plan de symétrie 30 comprenant le plus grand segment diamétral de son contour transversal d'extrémité.

Claims

REVENDICATIONS1. Tube d'échappement (140, 240 ; 340) pour un tube de dégazage (30) destiné à faire communiquer l'intérieur d'un arbre basse pression (26) d'une turbomachine (1) avec l'air ambiant, le tube d'échappement étant destiné à être monté dans un cône d'échappement (25) et présentant une extrémité amont (140A) destinée à être reliée à l'extrémité aval (30B) du tube de dégazage (30) et une extrémité aval (140B) destinée à être ouverte à l'air ambiant, caractérisé en ce que le tube d'échappement (140 ; 240 ; 340) présente, considéré en section transversale perpendiculaire à l'axe du cône d'échappement, un contour transversal d'extrémité (C1 ; CE1) ayant une dimension transversale (T) augmentée vers le bas.
2. Tube d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contour transversal d'extrémité (C1 ; CE1) présente une portion excentrée (C'1, C"1 ; CE'l) vers le bas.
3. Tube d'échappement selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit contour transversal d'extrémité (C1) présente la forme d'une ellipse.
4. Tube d'échappement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le contour transversal d'extrémité (CE1) présente une forme en goutte d'eau.
5. Tube d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la courbure dudit contour transversal d'extrémité (C1 ; CE1) est localement augmentée dans la zone dudit contour dans laquelle la dimension transversale (T) est augmentée.
6. Tube d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, sur au moins un tronçon aval terminal (340C), ledit tube d'échappement (140 ; 240 ; 340) est symétrique par rapport à un plan de symétrie comprenant le plus grand segment diamétral (SG) du contour transversal d'extrémité (C1 ; CE1).
7. Tube d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un tronçon évasé (140 ; 340B) dans lequel sa section transversale présente une dimension transversale (T) qui s'agrandit progressivement vers le bas, en allant vers l'aval.
8. Tube d'échappement selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend, en amont du tronçon évasé (340B), un tronçon amont (340A) de section circulaire.
9. Tube d'échappement selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend, en aval du tronçon évasé (340B), un tronçon aval (340C) de section constante, qui s'étend jusqu'à l'extrémité aval (340D).
10. Ensemble de dégazage pour une turbomachine, comprenant un tube de dégazage (30) destiné à être disposé à l'intérieur de l'arbre basse pression (26) de la turbomachine (1) et un tube d'échappement (140 ; 240 ; 340) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, relié, par son extrémité amont (140A), à l'extrémité aval (30B) du tube de dégazage (30) et destiné à être monté dans le cône d'échappement (25) de la turbomachine.
11. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend un arbre basse pression (26), un tube de dégazage (30) disposé à l'intérieur de l'arbre basse pression (26), un cône d'échappement (25) et un tube d'échappement (140 ; 240 ; 340) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, monté dans le cône d'échappement (25) et relié, par son extrémité amont, à l'extrémité aval (30B) du tube de dégazage (30).