FR3089544A1 - Dispositif de refroidissement d’un carter de turbomachine - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif de refroidissement (21) d’un carter de turbine pour une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur d’avion, s’étendant autour d’un axe, comportant au moins un boîtier collecteur (22), au moins une première rampe (23) et au moins une seconde rampe (23) liées au boîtier collecteur (22) et s’étendant circonférentiellement de part et d’autre dudit boîtier collecteur (22), supportées respectivement par au moins un premier support de rampe (28) et un second support de rampe (28) destinés à être fixés au carter, chaque rampe (23) comportant des orifices d’éjection d’air destinés à être orientés vers le carter de sorte que l’air issu du boîtier collecteur (22) alimente les rampes (23) et soit éjecté par lesdits orifices de manière à refroidir le carter, caractérisé en ce que l’écartement angulaire du premier support de rampe (28) par rapport au boîtier collecteur (22) et l’écartement angulaire du second support de rampe (28) par rapport au boîtier collecteur (22) sont chacun inférieur à 10°. Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 3]
Description
Description
Titre de l’invention : DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT D’UN CARTER DE TURBOMACHINE
Domaine technique de l’invention
[0001] La présente invention concerne un dispositif de refroidissement d’un carter d’une turbomachine, telle par exemple qu’une turbomachine à double flux.
Etat de la technique antérieure
[0002] La figure 1 représente une turbomachine 1 à double flux et à double corps. L’axe de la turbomachine est référencé X et correspond à l’axe de rotation des parties tournantes. Dans ce qui suit, les termes axial et radial sont définis par rapport à l’axe X.
[0003] La turbomachine 1 comporte, de l’amont vers l’aval dans le sens d’écoulement des gaz, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7.
[0004] L’air issu de la soufflante 2 est divisé en un flux primaire 8 s’écoulant dans une veine annulaire primaire 9, et un flux secondaire 10 s’écoulant dans une veine annulaire secondaire 11 entourant la veine annulaire primaire 10.
[0005] Le compresseur basse pression 3, le compresseur haute pression 4, la chambre de combustion 5, la turbine haute pression 6 et la turbine basse pression 7 sont ménagés dans la veine primaire 9.
[0006] Le rotor de la turbine haute pression 6 et le rotor du compresseur haute pression 4 sont couplés en rotation par l’intermédiaire d’un premier arbre 12 de manière à former un corps haute pression.
[0007] Le rotor de la turbine basse pression 7 et le rotor du compresseur basse pression 3 sont couplés en rotation par l’intermédiaire d’un second arbre 13 de manière à former un corps basse pression, la soufflante 2 pouvant être reliée directement au rotor du compresseur basse pression 3 ou bien par l’intermédiaire d’un train d’engrenage épicycloïdal par exemple.
[0008] Comme cela est mieux visible à la figure 2, la turbine basse-pression 7 comporte en particulier différents étages successifs comportant des roues mobiles 14 et des parties fixes. La roue mobile comporte un disque 15 au niveau duquel sont montées des aubes 16. Les extrémités des aubes 16 sont entourées d’un anneau fixe 17 en matériau abradable, ledit anneau 17 étant fixé sur le carter 18 de la turbine. Des distributeurs 19 sont situés en aval des roues mobiles 14. Les distributeurs 19 et les anneaux 17 sont montés sur le carter par l’intermédiaire de brides ou de crochets 20 s’étendant depuis la surface radialement interne du carter 18.
[0009] Afin de garantir un rendement élevé de la turbomachine, il convient de limiter le flux d’air ne traversant pas les roues mobiles 14 des différents étages, c’est-à-dire de limiter les fuites entre les extrémités radialement externes des aubes 16 et l’anneau 17 en matériau abradable. Pour cela, il convient de contrôler le jeu au niveau de cette interface, ce jeu étant dépendant de la température du carter 18, et notamment des zones dudit carter 18 comportant les crochets ou brides 20 supportant l’anneau 17.
[0010] Le flux d’air primaire issu de la chambre de combustion 5 présente une température élevée et échauffe les parties situées en aval, telles que les parties fixes et mobiles de la turbine 6, 7.
[0011] Afin de maîtriser le jeu précité et d’éviter toute dégradation prématurée des différentes parties fixes et mobiles de la turbine, il est nécessaire de prévoir des moyens de refroidissement efficaces pouvant s’intégrer aisément dans l’environnement de la turbomachine.
[0012] La demande de brevet LR 3 021 700, au nom de la Demanderesse, divulgue un dispositif de refroidissement 21 d’un carter 18 de turbine basse pression 7, visible à la figure 3, comportant des boîtiers collecteurs 22, chaque boîtier collecteur 22 formant un canal s’étendant axialement.
[0013] Le dispositif 21 comporte de plus des tubes 23 s’étendant circonférentiellement de part et d’autre des boîtiers collecteurs 22. Lesdits tubes 23, également appelés rampes, sont formés par des canalisations courbes de section circulaire, chaque tube 23 s’étendant circonférentiellement autour du carter par exemple selon un angle d’environ 90°.
[0014] Chaque tube 23 comporte une entrée d’air débouchant dans le canal du boîtier collecteur 22 correspondant et une extrémité distale fermée. Chaque tube 23 comporte en outre une paroi cylindrique pourvue d’orifices d’éjection d’air tournés vers le carter 18, de sorte que de l’air de refroidissement puisse pénétrer dans les boîtiers collecteurs 22 puis dans les tubes 23 avant de déboucher par les orifices en regard du carter 18, de manière à le refroidir. On parle notamment de refroidissement par impact puisque l’air vient impacter le carter 18.
[0015] La partie radialement interne de chaque boîtier 22 comporte également des orifices d’éjection d’air tournés vers le carter 18 et destinés à son refroidissement.
[0016] Le boîtier 22 est fixé à des brides amont 24 et aval 25 du carter 18, par l’intermédiaire respectivement d’au moins une patte de fixation amont 26 et d’au moins une patte de fixation aval 27. Le nombre de pattes 26, 27 peut être doublé en fonction des contraintes mécaniques en fonctionnement, de façon à garantir le maintien en position du boîtier en cas de risque de fissure au niveau de l’une des pattes 26, 27.
[0017] Les tubes 23 sont maintenus sur le carter 18 par l’intermédiaire de supports 28, chaque support 28 comportant une base 29 s’étendant axialement et des zones de fixation 30 entourant les tubes 23, fixés à la base 29. La base 29 de chaque support 28 est fixée à ses extrémités axiales amont et aval, respectivement aux brides amont et aval 24, 25 du carter 28.
[0018] Il existe actuellement un besoin de réduire la masse, l’encombrement ainsi que le nombre de pièces d’un tel dispositif.
Présentation de l’invention
[0019] Afin de répondre à ce besoin, l’invention propose un dispositif de refroidissement d’un carter de turbine pour une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur d’avion, s’étendant autour d’un axe, comportant au moins un boîtier collecteur, au moins une première rampe et au moins une seconde rampe liées au boîtier collecteur et s’étendant circonférentiellement de part et d’autre dudit boîtier collecteur, supportées respectivement par au moins un premier support de rampe et un second support de rampe destinés à être fixés au carter, chaque rampe comportant des orifices d’éjection d’air destinés à être orientés vers le carter de sorte que l’air issu du boîtier collecteur alimente les rampes et soit éjecté par lesdits orifices de manière à refroidir le carter, caractérisé en ce que l’écartement angulaire du premier support de rampe par rapport au boîtier collecteur et l’écartement angulaire du second support de rampe par rapport au boîtier collecteur sont chacun inférieur à 10°.
[0020] L’écartement angulaire peut être défini comme l’angle entre chaque support de rampe et le boîtier collecteur, ou plus précisément/particulièrement l’angle défini respectivement entre l’extrémité circonférentielle de chaque support de rampe et l’extrémité circonférentielle correspondante du boîtier collecteur, l’extrémité circonférentielle de chaque support de rampe et l’extrémité circonférentielle correspondante du boîtier collecteur étant en regard l’une de l’autre.
[0021] En d’autres termes, les premier et second supports de rampe sont situés à proximité du boîtier collecteur, ce qui permet de maintenir ce dernier en position par rapport au carter. Le boîtier peut ainsi être dépourvu de moyens de fixation destinés à être fixés au carter. Le nombre de pièces, la masse et l’encombrement d’un tel dispositif sont ainsi réduits.
[0022] Bien entendu, le dispositif peut comporter d’autres supports de rampes, qui ne sont pas situés à proximité du boîtier collecteur, ces supports de rampes n’ayant pas pour fonction de maintenir le boîtier collecteur.
[0023] Le dispositif peut comporter au moins deux boîtiers collecteurs, au moins une première rampe et au moins une seconde rampe s’étendant circonférentiellement de part et d’autre de chaque boîtier collecteur, pour chaque boîtier collecteur, l’écartement angulaire du premier support de rampe par rapport au boîtier collecteur correspondant et l’écartement angulaire du second support de rampe par rapport au boîtier collecteur correspondant étant chacun inférieur à 10°.
[0024] Le dispositif peut par exemple comporter deux ou quatre boîtiers collecteurs, chaque boîtier étant maintenu en position par l’intermédiaire d’une paire de supports de rampes.
[0025] Chaque support de rampe peut s’étendre axialement, une première extrémité axiale de chaque support de rampe comportant des premiers moyens de fixation aptes à être fixés à une première bride du carter, une seconde extrémité axiale de chaque support de rampe comportant des seconds moyens de fixation aptes à être fixés à une seconde bride du carter.
[0026] Au moins une extrémité axiale de chaque support de rampe peut comporter un rebord s’étendant radialement, destinés à venir en appui sur une bride radiale du carter.
[0027] Chaque boîtier collecteur peut être connecté à un nombre de paires de rampes compris entre cinq et dix.
[0028] Une paire de rampe est composée d’une première rampe et d’une seconde rampe.
[0029] Un nombre important de rampes permet d’homogénéiser le refroidissement du carter, dans la direction axiale.
[0030] L’invention concerne également un turboréacteur à double flux, comportant une soufflante en aval de laquelle s’étend :
- une veine primaire dans laquelle s’écoule un flux primaire, ladite veine primaire traversant notamment, dans le sens d’écoulement du flux primaire, un compresseur, une chambre de combustion et une turbine comportant un carter de turbine,
- une veine secondaire dans laquelle s’écoule un flux secondaire distinct du flux primaire, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de refroidissement du type précité, les rampes s’étendant circonférentiellement autour de l’axe du turboréacteur et étant situées radialement à l’extérieur du carter de turbine, les orifices étant tournés en direction dudit carter de turbine, les moyens de prélèvement et d’amenée d’air étant aptes à prélever de l’air issu de la veine secondaire.
[0031] Le carter peut comporter une première bride et une seconde bride, écartées axialement l’une de l’autre, les supports de rampes étant fixés auxdites brides.
Brève description des figures
[0032] [fig.l] est une vue en coupe axiale d’un turboréacteur à double flux de l’art antérieur,
[0033] [fig.2] est une vue en coupe axiale d’une partie d’une turbine selon l’art antérieur,
[0034] [fig.3] est une vue en perspective d’une partie d’un dispositif de refroidissement selon l’art antérieur,
[0035] [fig.4] est une vue en perspective d’une partie d’un dispositif de refroidissement selon une forme de réalisation de l’invention,
[0036] [fig.5] est une vue de détail, en perspective, du dispositif de refroidissement de la figure 4.
Description détaillée de l’invention
[0037] Les figures 4 et 5 représentent un dispositif de refroidissement 21 selon une forme de réalisation de l’invention, s’étendant autour d’un axe X, correspondant à l’axe de la turbomachine.
[0038] Sur la figure 4, seule une moitié du dispositif de refroidissement 21 est représentée. Celui-ci comporte deux boîtier collecteurs 22, comportant chacun une zone centrale creuse 22a de distribution et une entrée d’air de refroidissement 22b débouchant dans la zone centrale creuse.
[0039] Le dispositif 21 comporte de plus des tubes 23 s’étendant circonférentiellement de part et d’autre des boîtiers collecteurs 22. Lesdits tubes 23, également appelés rampes, sont formés par des canalisations courbes de section circulaire, chaque tube 23 s’étendant circonférentiellement autour du carter par exemple selon un angle d’environ 90°.
[0040] Chaque boîtier collecteur 22 est ici associé à huit paires de tubes 23, les différentes paires de tubes 23 étant écartés axialement les unes des autres.
[0041] Chaque tube 23 comporte une entrée d’air débouchant dans le canal du boîtier collecteur 22 correspondant et une extrémité distale fermée. Chaque tube 23 comporte en outre une paroi cylindrique pourvue d’orifices d’éjection d’air tournés vers le carter 18, de sorte que de l’air de refroidissement puisse pénétrer dans les boîtiers collecteurs 22 puis dans les tubes 23 avant de déboucher par les orifices en regard du carter 18, de manière à le refroidir. On parle notamment de refroidissement par impact puisque l’air vient impacter le carter 18.
[0042] La partie radialement interne de chaque boîtier 22 comporte également des orifices d’éjection d’air 23a (illustrés partiellement par des traits pointillés à la figure 4) tournés vers le carter 18 et destinés à son refroidissement.
[0043] Les tubes 23 sont maintenus sur le carter 18 par l’intermédiaire de supports 28, chaque support comportant une base 29 s’étendant axialement et des zones de fixation 30 entourant les tubes 23, fixés à la base 29. La base 29 de chaque support 28 est fixée à ses extrémités axiales amont et aval 29a, 29b, respectivement aux brides amont et aval 24, 25 du carter 28. Plus particulièrement, l’extrémité axiale amont 29a de la base comporte un rebord s’étendant radialement vers l’extérieur, destiné à venir en appui sur une bride annulaire 24 du carter 18 de turbine et destiné à être fixé sur ladite bride 24, par exemple par vissage ou rivetage.
[0044] Chaque tube 23 est fixé au carter par l’intermédiaire de trois supports 28 écartés circonférentiellement les uns par rapport aux autres.
[0045] Deux supports 28 sont disposés à proximité de chaque boîtier collecteur 22, circonférentiellement de part et d’autre dudit boîtier 22, de manière à maintenir en position chaque boîtier collecteur 22 par rapport au carter 18, par l’intermédiaire des tubes 23. Chaque boîtier collecteur 22 est ainsi dépourvu de moyens de fixation permettant de fixer directement le boîtier 22 sur le carter 18.
[0046] En particulier, l’écartement angulaire a de chacun des supports 28 adjacents au boîtier collecteur 22, par rapport au boîtier collecteur 22, est inférieur à 10°.
[0047] L’écartement angulaire a est défini comme l’angle entre chaque support de rampe 28 et le boîtier collecteur 22, ou plus précisément entre l’angle entre les extrémités circonférentielles adjacentes de chaque support de rampe 28 et du boîtier collecteur 22.
[0048] Une telle structure permet de maintenir avec précision un écartement radial déterminé entre le boîtier 22 et le carter 18, tout en limitant le nombre de pièces ainsi que la masse du dispositif de refroidissement 21.
Claims (1)
-
Revendications [Revendication 1] Dispositif de refroidissement (21) d’un carter de turbine (18) pour une turbomachine (1), telle par exemple qu’un turboréacteur d’avion, s’étendant autour d’un axe (X), comportant au moins un boîtier collecteur (22), au moins une première rampe (23) et au moins une seconde rampe (23) liées au boîtier collecteur (22) et s’étendant circonférentiellement de part et d’autre dudit boîtier collecteur (22), supportées respectivement par au moins un premier support de rampe (28) et un second support de rampe (28) destinés à être fixés au carter (18), chaque rampe (23) comportant des orifices d’éjection d’air (23a) destinés à être orientés vers le carter (18) de sorte que l’air issu du boîtier collecteur (22) alimente les rampes (23) et soit éjecté par lesdits orifices de manière à refroidir le carter (18), caractérisé en ce que l’écartement angulaire du premier support de rampe (28) par rapport au boîtier collecteur (22) et l’écartement angulaire du second support de rampe (28) par rapport au boîtier collecteur (22) sont chacun inférieur à 10° [Revendication 2] IV . Dispositif (21) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’écartement angulaire est défini comme l’angle entre chaque support de rampe (28) et le boîtier collecteur (22), plus particulièrement l’angle défini respectivement entre l’extrémité circonférentielle de chaque support de rampe (28) et l’extrémité circonférentielle correspondante du boîtier collecteur (22), l’extrémité circonférentielle de chaque support de rampe (28) et l’extrémité circonférentielle correspondante du boîtier collecteur (22) étant en regard l’une de l’autre. [Revendication 3] Dispositif (21) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comporte au moins deux boîtiers collecteurs (22), au moins une première rampe (23) et au moins une seconde rampe (23) s’étendant circonférentiellement de part et d’autre de chaque boîtier collecteur (22), et en ce que, pour chaque boîtier collecteur (22), l’écartement angulaire du premier support de rampe (28) par rapport au boîtier collecteur (22) correspondant et l’écartement angulaire du second support de rampe (28) par rapport au boîtier collecteur (22) correspondant étant chacun inférieur à 10°. [Revendication 4] Dispositif (21) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque support de rampe (28) s’étend axialement, une première extrémité axiale (29a) de chaque support de rampe (28) comportant des [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] premiers moyens de fixation aptes à être fixés à une première bride (24) du carter (18), une seconde extrémité axiale (29b) de chaque support de rampe (28) comportant des seconds moyens de fixation aptes à être fixés à une seconde bride (25) du carter (18).Dispositif (21) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque boîtier collecteur (22) est connecté à un nombre de paires de rampes (23) compris entre cinq et dix.Turboréacteur (1) à double flux, comportant une soufflante (2) en aval de laquelle s’étend :- une veine primaire dans laquelle s’écoule un flux primaire (Fl), ladite veine primaire traversant notamment, dans le sens d’écoulement du flux primaire (Fl), un compresseur (3, 4), une chambre de combustion (5) et une turbine (6, 7) comportant un carter de turbine (18),- une veine secondaire dans laquelle s’écoule un flux secondaire distinct du flux primaire, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de refroidissement (21) selon l’une des revendications 1 à 5, les rampes (23) s’étendant circonférentiellement autour de l’axe (X) du turboréacteur (1) et étant situées radialement à l’extérieur du carter de turbine (18), les orifices étant tournés en direction dudit carter de turbine (18), les moyens de prélèvement et d’amenée d’air étant aptes à prélever de l’air issu de la veine secondaire.Turboréacteur (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le carter (18) comporte une première bride (24) et une seconde bride (25), écartées axialement l’une de l’autre, les supports de rampes (28) étant fixés auxdites brides (24, 25).
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