FR3028294A1 - Carenage pour melangeur de tuyere de turbomachine a double flux - Google Patents

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Abstract

L'invention se rapporte à un carénage (37) pour mélangeur (28) de tuyère (26) de turbomachine (22) à double flux, ledit mélangeur étant globalement annulaire et s'étendant selon un axe longitudinal (24) de la turbomachine, ledit mélangeur comprenant une partie amont (29) munie d'une bride (31) s'étendant radialement vers l'extérieur du mélangeur, destinée à être fixée à un carter d'échappement (21) de la turbomachine, et une partie aval (33) formant une zone de mélange des flux, le carénage (37) étant globalement annulaire et configuré pour s'étendre autour de la partie amont (29) du mélangeur (28) et pour être rapporté sur la bride (31) de ladite partie amont (29), de manière à relier le carénage (37) au mélangeur (28) à distance de la zone de mélange des flux.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne le domaine général des turbomachines à double flux. Plus précisément, la présente invention concerne un carénage pour mélangeur de tuyère de turbomachine à double flux.
ETAT DE L'ART Une turbomachine comprend généralement, d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz, une soufflante, un ou plusieurs étages de compresseurs, par exemple un compresseur haute pression et un compresseur basse pression, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbine, par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression, un carter d'échappement des gaz auquel est reliée une tuyère d'échappement. La figure 1 illustre une vue en coupe longitudinale de l'aval d'une turbomachine à double flux 1 selon l'art antérieur.
La turbomachine 1 comprend un carter d'échappement 2 délimité par des carters interne et externe 3 et 4 annulaires, s'étendant l'un à l'intérieur de l'autre selon un axe longitudinal 5 de la turbomachine 1, et entre lesquels s'écoule un flux primaire F1 de gaz. Le carter d'échappement 2 est entouré par une nacelle 6 qui forme avec le carter externe 4 un conduit 61 le long duquel s'écoule un flux secondaire F2 de gaz. Le carter d'échappement 2 est en outre entouré par une structure annulaire 62 ménagée entre la nacelle 6 et le carter externe 4 de sorte à dériver une partie F2' du flux secondaire F2 vers un conduit de ventilation 63 formé entre le carter externe 4 et la structure annulaire 62. Cette partie dérivée F2' du flux secondaire F2 est généralement qualifiée de flux de ventilation de la nacelle 6.
En aval, le carter d'échappement 2 est relié à une tuyère d'échappement 7. La tuyère d'échappement 7 comprend un corps central 8 ou « plug » s'étendant selon l'axe longitudinal 5 et présentant une extrémité aval globalement conique. Le corps central 8 est relié au carter interne 3. La tuyère d'échappement 7 comprend en outre un mélangeur 9 globalement annulaire, s'étendant selon l'axe longitudinal 5. Le mélangeur 9 comprend une partie amont 10 munie d'une bride 11 s'étendant radialement vers l'extérieur du mélangeur 9 et par laquelle le mélangeur 9 est relié au carter externe 4, ainsi qu'une partie aval 12 formant une zone de mélange des flux primaire F1 et secondaire F2. La partie aval 12 est par exemple munie de lobes configurés pour favoriser le mélange des flux primaire F1 et secondaire F2. Le conduit de ventilation 63 renvoie le flux de ventilation F2' dans le conduit 61 dans lequel le flux secondaire F2 s'écoule, au niveau de la partie amont 10 du mélangeur 9. Afin d'assurer la continuité du flux secondaire F2 en sortie du conduit de ventilation 63, le mélangeur 9 est muni d'un carénage 13. Pour cela, le carénage 13 a une forme globalement annulaire s'étendant selon l'axe longitudinal 5 autour de la partie amont 10 du mélangeur 9 et est rapporté sur le mélangeur 9 en aval de la partie amont 10. Le mélangeur 9 présente ainsi une coupe longitudinale formant globalement un Y. Cependant, tandis que le flux primaire F1 s'écoule à des températures très élevées, le flux secondaire F2 s'écoule à des températures moindres, ce qui induit un gradient de température très important au niveau des extrémités aval 14, 15 de la partie amont 10 du mélangeur 9 et du carénage 13. Par ailleurs, si les parties amont et aval 10, 12 du mélangeur 9 se dilatent sous l'effet des températures très élevées du flux primaire F1, ce n'est pas le cas 20 du carénage 13, ce qui crée des contraintes mécaniques très élevées au niveau des extrémités aval 14, 15 de la partie amont 10 du mélangeur 9. Devant de telles contraintes mécaniques, le carénage 13 et le mélangeur 9 peuvent s'endommager très rapidement, et il peut être nécessaire de les remplacer ou de les réparer régulièrement. De plus, il devient difficile d'atteindre 25 les objectifs de durée de vie imposés pour le mélangeur 9. Pour résoudre ce problème, il a déjà été envisagé de supprimer le carénage 13. Cette suppression permet un gain de masse important mais impacte également fortement les performances de la turbomachine 1 en créant une rupture de la ligne aérodynamique du flux secondaire F2 en sortie du conduit de ventilation 30 63 et en limitant la ventilation de la structure annulaire 62.
Par ailleurs, selon les modèles de turbomachine, il n'est pas toujours envisageable de supprimer le carénage 13. Il existe donc un besoin d'augmenter la durée de vie du mélangeur 9 et en particulier du carénage 13.
PRESENTATION DE L'INVENTION La présente invention répond à ce besoin en proposant un carénage pour mélangeur de tuyère de turbomachine à double flux configuré pour être rapporté sur le mélangeur à distance de la zone de mélange des flux primaire et secondaire. Plus précisément, la présente invention a pour objet un carénage pour mélangeur de tuyère de turbomachine à double flux, ledit mélangeur étant globalement annulaire et s'étendant selon un axe longitudinal de la turbomachine, ledit mélangeur comprenant une partie amont munie d'une bride s'étendant radialement vers l'extérieur du mélangeur, destinée à être fixée à un carter d'échappement de la turbomachine, et une partie aval formant une zone de mélange des flux, le carénage étant globalement annulaire et configuré pour s'étendre autour de la partie amont du mélangeur et pour être rapporté sur la bride de ladite partie amont, de manière à relier le carénage au mélangeur à distance de la zone de mélange des flux. Préférentiellement, le carénage comprend une portion amont formant une bride s'étendant radialement vers l'intérieur du carénage et configurée pour coopérer avec la bride de la partie amont du mélangeur, une portion médiane globalement annulaire, et une portion aval globalement conique s'étendant vers l'intérieur du carénage depuis la portion médiane vers une extrémité aval. Plus préférentiellement, l'extrémité aval du carénage est munie de découpes de matière destinées à faciliter l'accès à la bride du carénage. Selon un mode de réalisation de l'invention, le carénage est configuré pour être rapporté à la bride de la partie amont du mélangeur par soudure. Selon une variante, le carénage est configuré pour être rapporté à la bride de la partie amont du mélangeur au moyen d'un assemblage boulonné. La présente invention a également pour objet un mélangeur de tuyère de turbomachine à double flux, globalement annulaire s'étendant selon un axe longitudinal de la turbomachine, et comprenant : - une partie amont munie d'une bride s'étendant radialement vers l'extérieur du mélangeur et configurée pour être fixée à un carter d'échappement de la turbomachine, - une partie aval formant une zone de mélange des flux, - un carénage tel que précédemment décrit, globalement annulaire, s'étendant autour de la partie amont, et étant rapporté sur la bride de la partie amont, de manière à relier le carénage au mélangeur à distance de la zone de mélange des flux. Préférentiellement, la partie aval se termine à son extrémité aval par des lobes intérieurs alternant circonférentiellement avec des lobes extérieurs, de sorte à favoriser le mélange des flux. La présente invention a également pour objet une turbomachine à double flux comprenant un mélangeur tél que précédemment décrit, la bride de la partie amont dudit mélangeur étant fixée au carter d'échappement.
La présente invention a également pour objet un aéronef comprenant au moins une turbomachine à double flux telle que précédemment décrite. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatif et sur lesquels : - la figure 1 (déjà décrite) est une vue schématique, en coupe, d'une tuyère à flux confluent selon l'état de la technique, - la figure 2 est une vue schématique, en coupe, d'une tuyère de turbomachine à double flux comprenant un mélangeur muni d'un carénage selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue de détail, en coupe, du carénage illustré à la figure 2 - la figure 4 est une vue de détail, en coupe, d'un carénage selon une autre mode de réalisation que celui illustré à la figure 4, - la figure 5 est une vue en perspective du mélangeur muni du carénage illustré aux figures 2 et 3, - la figure 6 est une vue de détail de l'aval du mélangeur illustré à la figure 5. DESCRIPTION DETAILLEE La figure 2 représente une vue en coupe longitudinale d'une turbomachine à double flux 20 selon un mode de réalisation de l'invention.
La turbomachine 20 comprend un carter d'échappement 21 délimité par des carters interne et externe 22 et 23 annulaires, s'étendant l'un à l'intérieur de l'autre selon un axe longitudinal 24 de la turbomachine 20, et entre lesquels s'écoule un flux primaire F1 de gaz. Le carter d'échappement 21 est entouré par une nacelle 25 qui forme avec le carter externe 23 un conduit 251 le long duquel s'écoule un flux secondaire F2 de gaz. Le carter d'échappement 21 est en outre entouré par une structure annulaire 252 ménagée entre la nacelle 25 et le carter externe 23 de sorte à dériver une partie F2' du flux secondaire F2 vers un conduit de ventilation 253 formé entre le carter externe 23 et la structure annulaire 252. Cette partie dérivée F2' du flux secondaire F2 est généralement qualifiée de flux de ventilation de la nacelle 25. En aval, le carter d'échappement 21 est relié à une tuyère d'échappement 26. La tuyère d'échappement 26 comprend un corps central 27 ou « plug » s'étendant selon l'axe longitudinal 24 et présentant une extrémité aval globalement conique. Le corps central 27 est relié au carter interne 22.
La tuyère d'échappement 26 comprend en outre un mélangeur 28 globalement annulaire, s'étendant selon l'axe longitudinal 24. Le mélangeur 28 comprend une partie amont 29 au niveau de laquelle le conduit de ventilation 253 renvoie le flux de ventilation F2' dans le conduit 251 dans lequel le flux secondaire F2 s'écoule. La partie amont 29 du mélangeur 28 est munie à une extrémité amont 30 d'une bride 31 s'étendant radialement vers l'extérieur du mélangeur 28 et par laquelle le mélangeur 28 est relié au carter externe 23. La bride 31 est par exemple munie d'orifices 32 destinés à accueillir des assemblages boulonnés de sorte à assurer la liaison du mélangeur 28 avec le carter d'échappement 21. Le mélangeur 28 comprend en outre une partie aval 33 formant une zone de mélange des flux primaire F1 et secondaire F2. Dans l'exemple illustré aux figures 2 à 6, la partie aval 33 se termine à son extrémité aval 34 par des lobes intérieurs 35 alternant circonférentiellement avec des lobes extérieurs 36, de sorte à favoriser le mélange des flux primaire F1 et secondaire F2. Le mélangeur 28 est également muni d'un carénage 37 globalement annulaire s'étendant selon l'axe longitudinal 24 autour de la partie amont 29 du mélangeur 28 et configuré pour assurer la continuité du flux secondaire F2 en sortie du conduit de ventilation 253. En d'autres termes, le carénage 37 permet d'éviter une rupture de la ligne aérodynamique du flux secondaire F2 en sortie du conduit de ventilation 253, lorsque le flux de ventilation F2' est renvoyé dans le conduit 251 et vient se mélanger le flux secondaire F2. Le carénage 37 permet en outre de favoriser la ventilation de la structure annulaire 252. Le carénage 37 est rapporté sur la bride 31 de la partie amont 29. Ainsi, le carénage 37 est relié au mélangeur 28 à distance de la zone de mélange des flux primaire F1 et secondaire F2. En effet, la liaison physique entre le carénage 37 et partie amont 29 n'est plus réalisée dans la zone du mélangeur 28 présentant le plus fort gradient thermique, mais dans une zone présentant un gradient thermique moindre dans la mesure où la bride 31 de la partie amont 29 s'étend radialement vers l'extérieur du mélangeur 28 et n'est donc pas directement en contact avec le flux primaire F1. De plus, les contraintes mécaniques générées par la dilatation des parties amont et aval 29, 33 du mélangeur 28 sont diminuées. La durée de vie du mélangeur 33 et du carénage 37 s'en trouve donc fortement améliorée. Par ailleurs, une telle solution permet également de diminuer l'épaisseur du carénage 37 et de la partie amont 29 du mélangeur 28 de manière à réaliser un gain de masse. Plus précisément et comme illustré aux figures 3 et 4, le carénage 37 comprend une portion amont 38 formant une bride s'étendant radialement vers l'intérieur du mélangeur 28 et coopérant avec la bride 31 de la partie amont 29 dudit mélangeur 28, une portion médiane 39 globalement annulaire, et une portion aval 40 globalement conique s'étendant vers l'intérieur du mélangeur 28 depuis la portion médiane 39 vers une extrémité aval 41 du carénage 37. Ainsi, le carénage 37 permet d'assurer la continuité du flux secondaire F2 en sortie du conduit de ventilation 253.
Dans l'exemple illustré à la figure 3, la bride 38 du carénage 37 est munie d'orifices 42 s'étendant de manière coaxiale avec les orifices 32 de la bride 31 de la partie amont 29 du mélangeur 28. Ainsi, il est possible d'utiliser les mêmes assemblages boulonnés pour rapporter le carénage 37 sur le mélangeur 28 et pour fixer le mélangeur 28 au carter d'échappement 23. De plus, le carénage 37 peut être ajouté à une configuration existante de mélangeur 28 sans impact sur le procédé de fabrication dudit mélangeur 28. Dans ce cas, avant assemblage du mélangeur 28, le carénage 37 peut par exemple se présenter sous la forme de deux arcs de cercle que l'on vient mettre en appui l'un avec l'autre autour de la partie amont 29 du mélangeur 28 par translation radiale. Ces deux arcs de cercle peuvent facultativement être par la suite fixés l'un à l'autre au moyen d'une liaison boulonnée. Dans l'exemple illustré à la figure 3, la bride 38 du carénage 37 est positionnée en aval de la bride 31 de la partie amont 29, mais peut aussi bien être positionnée en amont de ladite bride 31. Selon une variante illustrée à la figure 4, la bride 38 du carénage 37 est rapportée sur la bride 31 de la partie amont 29 par soudure. Dans ce cas, le diamètre interne de la bride 38 du carénage 37 est sensiblement égal au diamètre externe de la bride 31 de la partie amont 29. Il est alors possible de disposer le carénage 37 autour de la partie amont 29 par translation selon l'axe longitudinal 24.
L'extrémité aval 41 peut en outre être munie de découpes de matière 43, formant par exemple des demi-cercles, destinées à faciliter l'accès aux orifices 32 de la bride 31 de la partie amont 29. Avantageusement, les découpes de matière 43 sont ménagées de manière coaxiale avec les orifices 32 de la bride 31 de la partie amont 29. Ces découpes de matière 43 sont notamment illustrées aux figures 5 et 6. Le carénage 37 formant avec la partie amont 29 une zone de rétention 44 par exemple d'huile ou d'eau, un orifice peut également être ménagé dans la portion médiane 39 du carénage 37, en position basse dudit carénage 37, pour assurer le drainage de la zone de rétention 44.15

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Carénage (37) pour mélangeur (28) de tuyère (26) de turbomachine (20) à double flux, ledit mélangeur (28) étant globalement annulaire et s'étendant selon un axe longitudinal (24) de la turbomachine, ledit mélangeur (28) comprenant une partie amont (29) munie d'une bride (31) s'étendant radialement vers l'extérieur du mélangeur (28), destinée à être fixée à un carter d'échappement (21) de la turbomachine, et une partie aval (33) formant une zone de mélange des flux, le carénage (37) étant globalement annulaire et configuré pour s'étendre autour de la partie amont (29) du mélangeur (28), ledit carénage (37) étant caractérisé en ce qu'il est en outre configuré pour être rapporté sur la bride (31) de la partie amont (29) du mélangeur (28), de manière à relier le carénage (37) au mélangeur (28) à distance de la zone de mélange des flux.
  2. 2. Carénage (37) selon la revendication 1, comprenant une portion amont (38) formant une bride s'étendant radialement vers l'intérieur du carénage (37) et configurée pour coopérer avec la bride (31) de la partie amont (29) du mélangeur (28), une portion médiane (39) globalement annulaire, et une portion aval (40) globalement conique s'étendant vers l'intérieur du carénage (37) depuis la portion médiane (39) vers une extrémité aval (41).
  3. 3. Carénage (37) selon la revendication 2, dans lequel l'extrémité aval (41) du carénage (37) est munie de découpes de matière (43) destinées à faciliter l'accès à la bride (38) du carénage (37).
  4. 4. Carénage (37) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le carénage (37) est configuré pour être rapporté à la bride (31) de la partie amont (29) du mélangeur (28) par soudure.30
  5. 5. Carénage (37) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le carénage (37) est configuré pour être rapporté à la bride (31) de la partie amont (29) du mélangeur (28) au moyen d'un assemblage boulonné.
  6. 6. Mélangeur (28) de tuyère (26) de turbomachine (20) à double flux, globalement annulaire s'étendant selon un axe longitudinal (24) de la turbomachine, ledit mélangeur (28) comprenant : - une partie amont (29) munie d'une bride (31) s'étendant radialement vers l'extérieur du mélangeur (28) et configurée pour être fixée à un carter d'échappement (21) de la turbomachine, - une partie aval (33) formant une zone de mélange des flux, ledit mélangeur (28) étant caractérisé en ce qu'il comprend un carénage (37) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, globalement annulaire, s'étendant autour de la partie amont (29), ledit carénage (37) étant rapporté sur la bride (31) de la partie amont (29), de manière à relier le carénage (37) au mélangeur (28) à distance de la zone de mélange des flux.
  7. 7. Mélangeur (28) selon la revendication 6, dans lequel la partie aval (33) se termine à son extrémité aval (34) par des lobes intérieurs (35) alternant circonférentiellement avec des lobes extérieurs (36), de sorte à favoriser le mélange des flux.
  8. 8. Turbomachine (20) à double flux comprenant un mélangeur (28) selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, la bride (31) de la partie amont (29) dudit mélangeur (28) étant fixée au carter d'échappement (21).
  9. 9. Aéronef comprenant au moins une turbomachine (20) à double flux selon la revendication 8.
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