FR3107561A1 - Optimisation de la pressurisation d’une enceinte de palier de turbomachine - Google Patents

Optimisation de la pressurisation d’une enceinte de palier de turbomachine Download PDF

Info

Publication number
FR3107561A1
FR3107561A1 FR2001696A FR2001696A FR3107561A1 FR 3107561 A1 FR3107561 A1 FR 3107561A1 FR 2001696 A FR2001696 A FR 2001696A FR 2001696 A FR2001696 A FR 2001696A FR 3107561 A1 FR3107561 A1 FR 3107561A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
openings
pressurization
upstream
series
trunnion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR2001696A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3107561B1 (fr
Inventor
Paco Maurer
Arnaud Baudran
Patrice Kubiak Guillaume
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Priority to FR2001696A priority Critical patent/FR3107561B1/fr
Publication of FR3107561A1 publication Critical patent/FR3107561A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3107561B1 publication Critical patent/FR3107561B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/18—Lubricating arrangements
    • F01D25/183—Sealing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/06—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas
    • F02C6/08—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas the gas being bled from the gas-turbine compressor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

OPTIMISATION DE LA PRESSURISATION D’UNE ENCEINTE DE PALIER DE TURBOMACHINE L’invention concerne un dispositif de pressurisation d’une l’enceinte de turbomachine ayant un axe longitudinal X, le dispositif de pressurisation s’étendant, de l’amont vers l’aval dans un sens d’écoulement des gaz le long de l’axe X longitudinal et étant alimenté en air pressurisé par un flux d’air de pressurisation (F) prélevé en amont dans la turbomachine. Selon l’invention, le dispositif de pressurisation comporte : un tourillon amont (T1) destiné à être mis en rotation autour de l’axe X et dans lequel est ménagée une première série d’ouvertures (O1), un tourillon aval destiné à être mis en rotation autour de l’axe X et dans lequel est ménagée une deuxième série d’ouvertures (O2), la première série d’ouvertures (O1) étant configurée de manière que le flux d’air de pressurisation (F) la traverse et chaque ouverture (O1) de la première série d’ouvertures (O1) étant ménagée respectivement dans une cheminée (12) insérée dans le tourillon amont (T1) Figure pour l’abrégé : figure 2

Description

OPTIMISATION DE LA PRESSURISATION D’UNE ENCEINTE DE PALIER DE TURBOMACHINE
Domaine de l’invention
La présente invention concerne le domaine de la pressurisation d’enceintes de palier de turbomachine.
Etat de la technique
Une turbomachine pour aéronef comprend généralement, le long d’un axe de rotation X s’étendant d'amont en aval, dans le sens de l'écoulement des gaz, une soufflante, un ou plusieurs étages de compresseurs, par exemple un compresseur basse pression (BP), un compresseur haute pression (HP), une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbines, par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression, et une tuyère d'échappement des gaz. A chaque compresseur peut correspondre une turbine, les deux étant reliés par un arbre, formant ainsi, par exemple, un corps haute pression (HP) et un corps basse pression (BP).
Les arbres sont supportés à l'amont et à l'aval par des paliers qui sont logés dans des enceintes les isolant du reste du moteur. Les enceintes contiennent ainsi des paliers à roulements qui sont interposés entre un organe tournant et une partie fixe de la turbomachine qui le supporte ou bien entre deux parties tournantes, les deux tournant à des vitesses de rotation différentes telles qu'un tourillon solidaire de l'arbre HP et de l'arbre BP. Les paliers sont lubrifiés et refroidis par de l'huile. L'huile, projetée par les pièces en rotation, forme un brouillard de gouttelettes en suspension au sein de l’enceinte.
C’est notamment pour éviter que cette huile ne se répande dans l’ensemble du moteur, ce qui créerait des risques d’inflammation et une consommation excessive d’huile, que les paliers sont enfermés dans ces enceintes. Les enceintes sont formées et délimitées par des parois de la structure fixe du moteur et par les éléments tournants. Des moyens d'étanchéité sont prévus dans les zones où les parties fixes et mobiles se rejoignent. Ainsi, une enceinte de palier comprend en général deux zones d'étanchéité le long de l'arbre, l'un en amont du palier contenu dans l'enceinte, l'autre en aval de ces derniers. Classiquement, ces moyens d’étanchéité sont des joints labyrinthes. Certaines enceintes de palier peuvent comprendre un ou plusieurs joints supplémentaires et l'enceinte peut elle-même comprendre plusieurs paliers.
Ces joints ne pouvant assurer une étanchéité parfaite car ceux-ci sont placés entre une structure fixe et des éléments tournants, ils sont conditionnés de telle sorte qu’un filet d’air permanent pénètre depuis l’extérieur de l’enceinte vers l’intérieur de celle-ci en les traversant et empêchent ainsi l’huile en suspension dans l’air de l’enceinte de sortir de celle-ci en les traversant. Les enceintes sont donc mises sous pression. C’est-à-dire que la pression autour de l’enceinte est plus importante que la pression au sein de l’enceinte pour entretenir le passage du filet d’air au travers des joints de l’extérieur de l’enceinte vers l’intérieur de celle-ci. Cet air provient généralement d'une source d'air sous pression, notamment des compresseurs HP ou BP.
Généralement, d’amont en aval, une turbomachine comporte plusieurs enceintes qui sont disposées successivement dans la turbomachine et ceignant divers paliers associés à divers organes de la turbomachine.
Selon les turbomachines, on distingue deux types d’enceintes: Les enceintes connues sous le terme anglais «vented»(ventilée) et les enceintes «non-vented» (non-ventilée). Dans les deux cas, chaque enceinte est munie d’un système d’aspiration d’air (passif ou actif) et de récupération de l’huile qui aurait fuité vers l’extérieur de l’enceinte.
Les enceintesventedsont connectées à l’air ambiant via un déshuileur. L’aspiration de l’air (de l’extérieur de l’enceinte vers l’intérieur de l’enceinte) se fait de manière passive: l’aspiration de l’air se fait simplement par le différentiel de pression entre l’air à l’extérieur de l’enceinte (haute pression) et l’air ambiant dans l’enceinte (basse pression). L’air dans l’enceinte est à l’aval du déshuileur, l’objectif étant de déshuiler l’air autour de l’enceinte. Comme il y a toujours des fuites d’huile vers l’extérieur de l’enceinte, il y a toujours des gouttelettes d’huile en suspension dans l’air aspiré par le déshuileur. Une enceinteventedcomprend donc également une récupération d’huile en partie basse de l’enceinte.
Les enceintesnon-ventedprésentent une aspiration active de l’air à travers les joints d’étanchéité. Cette aspiration se fait par une pompe de récupération d’huile. On récupère un mélange d’huile et d’air qui est ensuite décanté, c’est pourquoi cette pompe de récupération d'huile est généralement connectée à un port de récupération, placé à 6h (par rapport au cadran d’une horloge), au point bas du moteur. La pompe a avantageusement un débit de pompage supérieur à celui de l'arrivée d'huile dans l'enceinte permettant la lubrification du palier. Les demandes des brevets FR3016661 et FR3005099 décrivent des exemples d’enceintes non ventilées.
Il est communément admis que, quel que soit le type d’enceinte,ventedounon-vented, plus la pression à l’extérieur de celle-ci est élevée, plus il est facile d’en assurer l’étanchéité. Classiquement, les points faibles, les points où l’étanchéité est moins bien assurée, sont les points dits externes (éloignés par rapport à l’axe de rotation X) car c’est là que la pression à l’extérieur des enceintes est généralement la plus faible. Ces points permettent ainsi plus facilement à l’huile de fuiter. Dans le cas particulier des enceintesnon-vented, cette pression faible impacte fortement les dimensions des pompes de récupération d’huile.
Une enceinte C telle que représentée sur la figure 1 est classiquement une enceinte annulaire ayant l’axe X comme axe de révolution. L’enceinte C est délimitée par une paroi fixe radialement externe et un ensemble d’éléments tournants radialement internes. La paroi radialement externe forme une délimitation externe Cede l’enceinte C et la série d’éléments tournants forme une délimitation interne Cide l’enceinte C. A la jonction des délimitations interne et externe Ci,Ce, l’enceinte C comporte deux moyens étanchéité E, une moyen d’étanchéité amont E1et un moyen d’étanchéité aval E2.L’enceinte comprend également un palier qui est situé entre les deux moyens d’étanchéité.
L’air permettant de pressuriser l’enceinte C passe classiquement autour de celle-ci et autour de l’arbre. Le flux d’air de pressurisation F de l’enceinte aval C est prélevé au niveau du compresseur BP et transite sous le compresseur HP. Ce flux peut se diviser en plusieurs flux, tels qu’un flux interne Fiet un flux externe Fequi se rejoignent en aval de l’enceinte C et qui servent à pressuriser au moins un moyen d’étanchéité E2.
Sur le chemin du flux de pressurisation interne Fi, comme l’air est en rotation et que le chemin peut diminuer en rayon, le flux Fisubit une décompression (perte de pression). Cette décompression diminue donc la pression disponible au niveau du moyen d’étanchéité E2. Le flux de pressurisation externe Fepeut subir également une perte de pression suivant son chemin autour de l’arbre. La pression de pressurisation au niveau du moyen d’étanchéité E2dépendra de la perte de pression et du débit relatif passant par chacun des flux Fiet Fe.
Ce problème est renforcé dans le cas des enceintesnon-vented. En effet, comme la pressurisation de l’enceinte est faite par l’aspiration de la pompe de récupération, il est d’autant plus important de s’assurer que les pressions aux deux points d’étanchéité de l’enceinte sont les plus proches possibles. Dans le cas contraire, il apparaît un risque de génération d’un flux d’air interne à l’enceinte C: on a un débit rentrant sur un moyen d’étanchéité et un débit sortant de l’autre moyen d’étanchéité. Le moyen d’étanchéité voyant un débit sortant ne réalise plus sa fonction et il y a un risque de fuite car l’air entraîne l’huile de l’enceinte.
L’objectif est d’augmenter la pression autour de l’enceinte tout en réduisant le déséquilibre de pression autour celle-ci.
On parvient à réaliser cet objectif, conformément à l’invention grâce à un dispositif de pressurisation d’une enceinte de turbomachine ayant un axe longitudinal X, le dispositif s’étendant, de l’amont vers l’aval dans un sens d’écoulement des gaz le long de l’axe longitudinal X et étant alimenté en air pressurisé par un flux d’air de pressurisation prélevé en amont dans la turbomachine, le dispositif de pressurisation comportant:
  • un tourillon amont destiné à être mis en rotation autour de l’axe X et dans lequel est ménagée une première série d’ouvertures,
  • un tourillon aval destiné à être mis en rotation autour de l’axe X et dans lequel est ménagée une deuxième série d’ouvertures,
la première série d’ouvertures étant configurée de manière que le flux d’air de pressurisation la traverse et chaque ouverture de la première série d’ouvertures est ménagée respectivement dans une cheminée insérée dans le tourillon amont.
Cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. Ainsi, la présente invention propose de limiter les pertes de charges du flux d’air de pressurisation externe à travers une première série d’ouvertures ménagées dans le tourillon amont en spécifiant un diamètre le plus large possible, et d’améliorer l’entrainement d’air par la première série d’ouvertures ménagées dans le tourillon amont. En particulier, si l’impact de la seconde série d’ouvertures sur le flux de pressurisation externe est réduit de manière significative, alors la plus grande partie de l’entraînement en rotation des deux flux de pressurisation est effectuée par la première série d’ouvertures.
Par ailleurs, il est possible, d’une part, d’assurer un entrainement optimisé en sortie du tourillon amont et, d’autre part de calculer/mesurer toute potentielle décompression de chacun des deux flux de pressurisation permettant ainsi de pallier ces pertes de pressions en amont (en sortie de la première série d’ouvertures, par exemple). On assure ainsi l’équilibre des pressions.
La perte de charge relative du flux d’air de pressurisation externe par rapport au flux de pressurisation interne est donc réduite et on obtient un entrainement sensiblement équivalent des deux flux de pressurisation. L’optimisation de l’entraînement des flux d’air de pressurisation par la première série d’ouvertures permet une minimisation des pertes de charges et donc de la pressurisation de l’enceinte.
Le dispositif de pressurisation selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres:
  • l’accès du flux d’air de pressurisation à la première série d’ouvertures étant optimisé par au moins un élément profilé fixé à proximité de chaque ouverture de la première série d’ouvertures.
  • le nombre d’ouvertures de la première série d’ouvertures est compris entre 2 et 36.
  • chaque cheminée présente une courbure de manière à ce que la direction d’entrée du flux d’air de pressurisation soit différente de la direction de sortie du flux d’air de pressurisation.
  • cette courbure présente un angle de l’ordre de 90°.
  • chaque cheminée comprend une portion s’étendant à travers l’épaisseur de la paroi du tourillon amont.
  • la longueur de chaque cheminée est supérieure au diamètre du tourillon aval.
  • le tourillon amont est entouré, au niveau de la première série d’ouvertures, par une enveloppe solidaire en rotation du tourillon amont, et que chaque élément profilé est fixé sur cette enveloppe.
  • chaque élément profilé est une équerre en tôle.
  • au moins un élément profilé est agencé en regard d’une ouverture de la première série d’ouvertures et en amont de ladite ouverture.
  • la première série d’ouvertures est configurée de manière à entraîner le flux d’air à l’intérieur des tourillons.
  • au moins la première série et la deuxième série d’ouvertures sont configurées de manière à former des moyens de compression du flux de pressurisation.
L’invention concerne également un module de turbomachine comprenant un dispositif de pressurisation d’une d’enceinte présentant l’une quelconque des caractéristiques précédentes et une enceinte de palier étant située, selon l’axe X, en aval du tourillon aval, lui-même situé en aval du tourillon amont.
Le module comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes:
  • le module comprend un arbre basse pression entraîné en rotation autour de l’axe longitudinal et qui comprend le tourillon amont et le tourillon aval, et en ce qu’au moins la première série d’ouvertures entraîne un flux de pressurisation à l’intérieur de l’arbre basse pression qui se divise en un flux un flux de pressurisation interne Fiet un flux de pressurisation externe Fe.
  • le module comprend un fourreau s’étendant à l’intérieur de l’arbre basse pression et comprenant au moins un orifice d’axe transversal à l’axe longitudinal, flux d’air de pressurisation interne traversant l’orifice vers l’enceinte.
  • le flux de pressurisation circule au moins en partie entre un arbre basse pression et un fourreau.
Enfin l’invention concerne également une turbomachine comprenant un module de turbomachine tel que susmentionné.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés.
Sur ces dessins :
la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale, d’un dispositif de pressurisation et d’une enceinte de palier de turbomachine à laquelle s’applique l’invention,
la figure 2 est une vue schématique en coupe radiale (vue depuis l’aval) d’une série de premières ouvertures selon un premier mode de réalisation de l’invention,
la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale d’une ouverture de la première série d’ouvertures selon le mode de réalisation de la figure précédente,
la figure 4 est une vue schématique en coupe longitudinale d’une ouverture de la première série d’ouvertures selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
la figure 5a est une vue schématique en coupe longitudinale d’un tourillon amont et d’un tourillon aval selon un mode de réalisation de l’invention, et
la figure 5b est une vue en perspective et en semi transparence, depuis l’amont de la série de premières ouvertures selon le mode de réalisation de la figure précédente.
Description détaillée de l’invention
La figure 1 représente un schéma d’un module 10 de turbomachine comportant une enceinte C de turbomachine et un dispositif de pressurisation de cette enceinte C renfermant au moins un palier P. Comme déjà indiqué, la turbomachine présente un axe longitudinal X de rotation s’étendant sensiblement dans le sens d’écoulement des gaz. La turbomachine présente un sens de rotation R.
Suivant l’exemple représentée, l’enceinte C est située en aval d’un arbre 11 basse pression (BP). L’arbre 11 de la turbomachine s’étend suivant l’axe longitudinal X. Comme nous pouvons le voir sur la figure 1, un fourreau 19 s’étend à l’intérieur de l’arbre BP et globalement suivant l’axe longitudinal X.
L’arbre 11 BP comprend un tourillon amont T1et un tourillon aval T2. Les deux tourillons T1, T2tournent à la même vitesse autour de l’axe longitudinal X et dans le même sens de rotation R. Les tourillons amont et aval comprennent chacun une bride 15a, 15b qui s’étend chacune respectivement suivant un axe radial Z perpendiculaire à l’axe longitudinal X. Les brides 15a, 15b sont fixées entre elles au moyen d’organes de fixation 17. Ici, les organes de fixation sont des vis et écrous. Dans le présent exemple, les tourillons amont et aval T1, T2présentent une section axiale en forme de V inversé.
Le fourreau 19 comprend une portion aval 19a (sensiblement cylindrique et centré sur l’axe X) qui forme la délimitation Cide l’enceinte C. L’arbre BP comprend une portion 11b sensiblement cylindrique qui est formée d’un seul tenant avec le tourillon aval et qui comprend une extrémité distale à laquelle est couplée la portion aval 19a du fourreau 19.
L’enceinte C est également formée en partie par un support de palier 18 qui porte la bague externe du palier P. Le support de palier est fixée à la structure fixe de la turbomachine. Le support de palier 18 forme la délimitation externe Cede l’enceinte C.
Le tourillon amont T1comprend une première série d’ouvertures O1et le tourillon aval T2comprend une deuxième série d’ouvertures O2par lesquelles circule un flux d’air de pressurisation F. L’axe des première et deuxième séries d’ouvertures est respectivement transversal à l’axe X. Le flux d’air de pressurisation F de l’enceinte aval C est prélevé en amont du tourillon amont T1, au niveau du compresseur BP et transite sous le compresseur HP. Le flux d’air de pressurisation F passe à travers la première série d’ouvertures O1ménagées dans le tourillon amont T1et se divise ensuite en deux flux d’air distincts: un flux de pressurisation externe Fe, et un flux de pressurisation interne Fi.
Le flux de pressurisation externe Fetraverse la deuxième série d’ouvertures O2du tourillon aval T2avant d’atteindre l’enceinte C. Le flux de pressurisation externe Fecircule donc le long de la délimitation externe Cede l’enceinte C. Le flux de pressurisation externe Fecircule à l’extérieur de l’arbre BP après avoir traversé les ouvertures O2. Le flux de pressurisation interne Ficircule, quant à lui, le long de la délimitation interne Cide l’enceinte. En particulier, le flux de pressurisation interne Ficircule à l’intérieur de l’arbre BP, et entre l’arbre BP et le fourreau 19. Les flux de pressurisation externe Fe, et interne Fise rejoignent en aval de l’enceinte C et servent à pressuriser au moins une zone d’étanchéité aval. Cette dernière comprend un moyen d’étanchéité aval E2. Une autre zone d’étanchéité est agencée en amont de l’enceinte C. Cette zone d’étanchéité amont comprend un moyen d’étanchéité amont E1.
Le fourreau 19 comprend au moins un orifice 20 qui traverse sa paroi de part et d’autre suivant l’axe longitudinal. En particulier, la partie 19c du fourreau 19 qui porte l’orifice 20 présente une inclinaison par rapport à l’axe longitudinal. La partie 19c s’évase vers l’extérieur et comprend une extrémité 19b qui est fixée sur l’arbre BP. Le flux de pressurisation interne traverse également cet orifice 20 après avoir traversé la première série d’ouvertures O1.
Le moyen d’étanchéité amont E1 comprend un joint labyrinthe. Le moyen d’étanchéité aval E2 comprend un joint d’étanchéité segmenté, tel qu’un joint radial segmenté. Ces joints différents permettent une perméabilité à l’air qui soit différente également.
Les première et deuxième séries ouvertures sont configurées de manière à réaliser un moyen de compression du flux d’air de pressurisation. En particulier l’air est réentrainé et la compression de celui-ci permet de rééquilibrer la pression autour de l’enceinte.
Le passage d’un flux d’air par une ouverture tournante (comme par exemple, ici, les ouvertures O1, O2, des tourillons T1, T2) peut entrainer deux phénomènes: une mise en rotation du flux d’air et une perte de charge. Si le rapport longueur/diamètre de l’ouverture est suffisamment élevé, le flux d’air sortant tourne à la même vitesse que l’ouverture. Si le rapport est trop faible, le flux d’air n’est que partiellement entrainé et tourne donc moins vite que l’ouverture (vitesse des tourillons T1, T2dans le cas de la présente invention). Les pertes de charges associées au passage à travers l’ouverture tournante peuvent être liées à deux facteurs: la vitesse de rotation du flux d’air en entrée et la taille des ouvertures. Si la vitesse de rotation du flux d’air en entrée de l’ouverture est égale à la vitesse de rotation de l’ouverture tournante (ici des tourillon T1, T2), il n’apparait pas de cisaillement et la perte de charge est minimisée. Par ailleurs, plus la taille de l’ouverture tournante est faible, plus la perte de charge est importante. Ainsi, vouloir entrainer le flux d’air à la vitesse de l’ouverture (ici des tourillons T1, T2) nécessite une ouverture de petit diamètre mais ce petit diamètre cause des pertes de charges importantes.
Chacune des ouverture O1, O2, présente respectivement une longueur l1, l2, égales aux diamètres/épaisseurs respectif/ve/s des tourillons T1, T2dans lesquels ces ouvertures O1, O2, sont percées. Ainsi, lorsqu’elles présentent des longueurs l1, l2grandes par rapport à leurs diamètres d1, D, les flux d’airs peuvent subir des pertes de charge et des mises en rotation à chaque passage à travers les tourillons T1, T2.
En référence à la figure 2, les ouvertures O1sont réparties régulièrement, à rayon constant, autour de l’axe de rotation du tourillon T1. Le tourillon amont T1présente un axe de rotation propre X1et chaque ouverture O1est percée sensiblement perpendiculairement à l’axe X1dans le tourillon aval T1.
La première série d’ouvertures O1présente entre 2 et 36 ouvertures. De préférence, mais non limitativement il y a 4 ouvertures. Les premières ouvertures O1, présentent toutes le même diamètre d1. Ces ouvertures présentent classiquement un diamètre d1comprise entre 0.5 et 10 cm. Les ouvertures présentent également une longueur l1comprise entre 0.5 et 5 cm.On obtient communément un ratio {longueur(l1)/diamètre(d1)} compris entre 0.5 et 2. Si le ratio l1/d1est trop faible il n’est pas possible d’assurer une bonne mise en rotation de l’air.
Chaque ouverture O1est ménagée dans une cheminée 12. Chaque cheminée 12 est insérée dans un perçage correspondant du tourillon amont T1de manière à permettre le passage du flux F à travers ledit tourillon T1de l’amont vers l’aval de la turbomachine. Le nombre de cheminées 12 est variable. Sur l’exemple de la figure 2, il y a quatre cheminées 12.
Le diamètre d2de chaque cheminée 12 (illustré sur la figure 3) est librement paramétrable en fonction d’une section de passage globale du flux de pressurisation F prédéterminée. Cette section de passage globale peut être déterminée en fonction de la perte de charge acceptable, par exemple. Plus le diamètre d2de chaque cheminée 12 est grand, plus le nombre de cheminées 12 peut être diminué. Grâce à l’utilisation des cheminées 12, il est possible d’obtenir des perçages unitaires de diamètre d2larges de l’ordre de 10 cm sans nuire à la fabricabilité et à la tenue mécanique du tourillon amont T1.
Chaque ouverture O1présente un ratio {longueur(l2)/diamètre(d2)} dont la valeur peut être librement choisie et qui peut significativement être supérieure à 0.5. Les cheminées 12 et/ou les profilés (décrits ultérieurement) permettent d’augmenter de manière artificielle la valeur de la longueur, ce qui permet d’être plus libre quant au choix du diamètre.
Une diminution du nombre d’ouvertures O1, permet une augmentation de la durée de vie du tourillon amont T1. Par ailleurs, plus les diamètres d2des ouvertures O1sont larges plus il est aisé de les grenailler. Le grenaillage permet de renforcer le tourillon T1. Un diamètre d2élevé permet également d’automatiser un éventuel dépôt de peinture, ce qui représente un gain de temps considérable.
Comme visible sur la figure 3, la longueur l2de chaque cheminée 12 est complètement indépendante de l’épaisseur du tourillon amont T1.Les cheminées 12 peuvent ainsi déborder indifféremment en amont ou en aval des perçages du tourillon amont T1.
De manière bien connue en soi, la mise en rotation du flux de pressurisation F génère, aux abords des différentes ouvertures O1du tourillon amont T1, des vortex. La longueur l2des cheminées 12 peut donc être choisie afin de respecter le critère de L/Ø pour la maîtrise de ces vortex. Plus la longueur l2des cheminées 12 est grande, plus le contrôle de la vitesse d’entrainement du flux d’air de pressurisation F est facilité, facilitant ainsi la réalisation des équilibres d’enceinte C au cours les différents points de cycle du moteur lors des différentes phases de fonctionnement.
Par ailleurs, comme illustré aux figures 4 et 2, les cheminées 12 peuvent présenter une courbure. Ainsi, la direction d’entrée du flux d’air pressurisation F est différente de la direction de sortie du flux d’air de pressurisation F. Dans l’exemple de la figure 4, chaque cheminée 12 présente un profil de forme générale de L. L’extrémité amont de chaque cheminée 12 s’étend parallèlement au tourillon amont T1et l’extrémité aval de chaque cheminée 12 s’étend, dans le perçage correspondant, sensiblement perpendiculairement à l’axe de rotation X1. Plus précisément encore, une portion 12b de chaque cheminée 12 s’étend dans l’épaisseur de la paroi du tourillon amont et suivant un axe sensiblement perpendiculaire au plan dans lequel est défini globalement le tourillon amont T1. Une deuxième portion 12c s’étend le long de la paroi du tourillon amont T1. Cette deuxième portion est positionnée en amont de la paroi du tourillon amont T1.La cheminée 12 présente sensiblement en son centre, une courbure 12a de 90° (ou un coude). Le coude relie les deux portions 12b, 12c.
Dans l’exemple des figures 2 et 4, l’extrémité amont de chaque cheminée 12 pointe vers l’axe X de la turbomachine. De cette manière, le sens de circulation du flux d’air de pressurisation F dans chaque cheminée 12 se fait dans le sens opposé au sens de rotation R du tourillon amont T1. Cette extrémité amont pointant vers l’axe X permet notamment de contrer la force centrifuge du tourillon amont T1. La courbure des cheminées 12 permet également de bénéficier d’un léger effet de récupération dynamique du flux de pressurisation F en amont du tourillon T1.
Par ailleurs, l’utilisation de cheminées 12 permet, durant la phase de conception et de développement, une meilleure adaptabilité des sections de passages du flux d’air de pressurisation F. En effet, la définition d’une cheminée est plus facile à modifier au court du développement que le perçage d’un tourillon: le perçage d’un tourillon amont impacte la définition d’une pièce centrale de la turbomachine. Il est ainsi possible de partir d’un développement avec des perçages de diamètres d2importants et de les réduire à un diamètre d2plus faible une fois les modèles recalés afin de limiter les fuites en aval de l’enceinte B à leur strict nécessaire.
En résumé, l’utilisation des cheminées 12 permet une diminution des pertes de charges du flux de pressurisation F (et donc respectivement des flux interne Fiet externe Fe) du fait que le diamètre d2des ouvertures O1soit plus grands et que l’air du flux de pressurisation F est moins cisaillé à l’entrée des ouvertures O1. Ceci a un impact positif à la fois sur l’encombrement, la masse et le coût du dispositif de pressurisation 10.
On peut voir sur la figure 2 que le tourillon avalT2présente une série d’ouvertures O2. De manière semblable au tourillon amont T1, le tourillon aval T2présente un axe de rotation propre X2et les ouvertures O2traversent le tourillon T2de manière sensiblement perpendiculairement à l’axe X2. De même que les premières ouvertures O1, les deuxièmes ouvertures O2sont régulièrement réparties, à rayon constant, autour de l’axe de rotation du deuxième tourillon T2. Ces deuxièmes ouvertures O2sont classiquement au nombre de huit. Les deuxièmes ouvertures O2, présentent toutes le même diamètre D.
On l’a vu, l’augmentation du diamètre d2des ouvertures O1de la deuxième série d’ouvertures O1ménagées dans le tourillon amont T1permet de mieux contrôler le différentiel de pression entre le flux de pressurisation interne Fiet externe Fe. Ceci permet de mieux contrôler le différentiel de pression aux deux zones d’étanchéité comprenant respectivement les moyens d’étanchéité E1, E2. Ce contrôle se fait tout en respectant les spécifications de fabricabilité du tourillon T1.
Par ailleurs, le module 10 selon la présente invention peut également permettre d’augmenter la pression globale disponible le long des délimitations interne et externe Ci, Ceet des moyens d’étanchéités E1, E2de l’enceinte C.
Pour rappel, l’air de pressurisation de l’enceinte C est issu des deux tourillons amont et aval T1, T2. L’air provient de l’amont ou des premiers étages du compresseur haute pression et traverse le moteur entre l’arbre HP et l’arbre BP. La délimitation radialement interne de l’enceinte B est assurée par une casquette 14 solidaire du tourillon T1. En particulier, la casquette est fixée au niveau des brides 15a, 15b des tourillons. La casquette 14 forme une enveloppe qui entoure le tourillon T1au niveau de la première série d’ouvertures O1, comme visible sur la figure 5a.
L’air du flux de pressurisation F passant dans les ouvertures O1du tourillon amont T1passe à proximité de la casquette 14. Plus précisément, le chemin d’écoulement du flux de pressurisation F passe entre la casquette 14 et le tourillon amont T1avant de s’engouffrer dans la première série d’ouvertures O1, à l’intérieur de l’arbre BP. Ainsi, l’air du flux de pressurisation F est partiellement entrainé par le mouvement de rotation de la casquette 14. La présente invention exploite cet entraînement partiel.
En effet, comme visible sur les figures 5a et 5b, des éléments profilés 16 sont fixés à proximité de chaque ouverture O1de la première série d’ouvertures O1. En particulier, les éléments profilés 16 sont portés par la casquette 14. Les éléments profilés 16 sont répartis régulièrement autour de l’axe longitudinal X tel qu’illustré sur la figure 5b. Chaque élément profilé 16 s’étend, depuis une face interne de la casquette 14 vers le tourillon amont T1, à l’intérieur de l’enceinte B. Plus précisément encore, au moins un élément profilé 16 est agencé en regard d’une ouverture O1et en amont du tourillon amont.
Dans le mode de réalisation des figures 5a et 5b, les éléments profilés 16 sont définis respectivement dans un plan axial qui passe par l’axe longitudinal de la turbomachine. Ces éléments profilés 16 sont réalisés dans un matériau métallique. Ici les éléments profilés sont des équerres et en tôle. Il y a entre 4 et 36 équerres dans le présent exemple. Chaque équerre présente une longueur (mesurée sur son plus grand côté) comprise entre 2 et 20 cm.
La mise en rotation de l’air du flux de pressurisation F est ainsi forcée par les éléments profilés 16 de la casquette 14. Bien évidemment, les éléments profilés 16 peuvent adopter tout profil permettant d’améliorer la mise en rotation du flux d’air de pressurisation F.
Cette solution présente l’avantage de ne pas impacter le design du tourillon amont T1. Seule la casquette 14 délimitant l’enceinte B est modifiée. Cette pièce étant rapportée sur le tourillon amont T1, sa fabrication est beaucoup moins contrainte que celle du tourillon T1en lui-même. Les éléments profilés 16 peuvent être rapportés sur la casquette 14 après production de celle-ci ou peuvent être venus de matière avec la casquette 14 produite par impression 3D.
Dans le mode de représentation illustré aux figures 5a et 5b, les éléments profilés 16 ont été représentés comme étant fixés sur la casquette 14 mais ils pourraient être positionnés sur le tourillon amont T1lui-même, ou sur une pièce rapportée tierce.
L’ajout d’éléments profilés 16 au niveau des ouvertures O1de la première série d’ouvertures O1permet d’assurer une bonne maitrise du coefficient d’entrainement du flux de pressurisation F. Ce coefficient est augmenté et ainsi, les pertes de charges dues au cisaillement des ouvertures O1du tourillon T1sont réduites et donc des deux flux de pressurisations interne Fiet externe Fesont augmentés. La pressurisation des délimitations interne Ciet externe Ceest donc globalement augmentée et l’étanchéité de l’enceinte C est globalement améliorée.
Ainsi, le dispositif de pressurisation avec ses ouvertures, ses cheminées (ainsi que les éléments profilés) permettent un gain d’au moins 30 mbar au ralenti ou au moins 30% de la différence de pression. Le ralenti est choisi comme point dimensionnant car c’est un régime problématique pour la pressurisation des enceintes. En effet la pompe de récupération et le compresseur de la turbomachine tournent également au ralenti car ils sont directement entrainés par l’arbre moteur. Par ailleurs, cette solution permet de relâcher la contrainte sur le diamètre d2des ouvertures O1percées dans le tourillon amont T1permettant de gagner en durée de vie dudit tourillon amont T1, d’augmenter la pressurisation globale de l’enceinte C et la fiabilité sur l’équilibre des pressions autour de l’enceinte C.

Claims (13)

  1. Dispositif de pressurisation d’une enceinte (C) de turbomachine ayant un axe longitudinal X, le dispositif s’étendant, de l’amont vers l’aval dans un sens d’écoulement des gaz le long de l’axe X longitudinal et étant alimenté en air pressurisé par un flux d’air de pressurisation (F) prélevé en amont dans la turbomachine, le dispositif étant caractérisé en ce qu’il comporte:
    • un tourillon amont (T1) destiné à être mis en rotation autour de l’axe X et dans lequel est ménagée une première série d’ouvertures (O1),
    • un tourillon aval (T2) destiné à être mis en rotation autour de l’axe X et dans lequel est ménagée une deuxième série d’ouvertures (O2),
    la première série d’ouvertures (O1) étant configurée de manière que le flux d’air de pressurisation (F) la traverse et chaque ouverture (O1) de la première série d’ouvertures (O1) étant ménagée respectivement dans une cheminée (12) insérée dans le tourillon amont (T1).
  2. Dispositif de pressurisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’accès du flux d’air de pressurisation à la première série d’ouvertures (O1) est optimisé par au moins un élément profilé (16) fixé à proximité de chaque ouverture de la première série d’ouvertures (O1).
  3. Dispositif de pressurisation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre d’ouvertures (O1) de la première série d’ouvertures (O1) est compris entre 2 et 36.
  4. Dispositif de pressurisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cheminée (12) présente une courbure de manière à ce que la direction d’entrée du flux d’air de pressurisation (F) soit différente de la direction de sortie du flux d’air de pressurisation (F).
  5. Dispositif de pressurisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque cheminée (12) comprend une portion s’étendant à travers l’épaisseur de la paroi du tourillon amont (T1).
  6. Dispositif de pressurisation selon l’une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que cette courbure (12a) est de 90°.
  7. Dispositif de pressurisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur (l2) de chaque cheminée (12) est supérieure au diamètre (d2) du tourillon aval (T1).
  8. Dispositif de pressurisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tourillon amont (T1) est entouré, au niveau de la première série d’ouvertures (O1), par une enveloppe (14) solidaire en rotation du tourillon amont (T1), et que chaque élément profilé (16) est fixé sur cette enveloppe.
  9. Dispositif de pressurisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément profilé (16) est une équerre en tôle.
  10. Module de turbomachine comprenant un dispositif de pressurisation d’une d’enceinte (C) selon l’une quelconque des revendications précédentes et une enceinte (C) de palier (P) étant située, selon l’axe longitudinal X, en aval du tourillon aval (T2), lui-même situé en aval du tourillon amont (T1).
  11. Module de turbomachine selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend un arbre (11) basse pression entraîné en rotation autour de l’axe longitudinal X et qui comprend le tourillon amont et le tourillon aval et en ce qu’au moins la première série d’ouvertures (O1) entraîne un flux de pressurisation à l’intérieur de l’arbre (11) basse pression qui se divise en un flux un flux de pressurisation interne (Fi) et un flux de pressurisation externe (Fe).
  12. Module de turbomachine selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend un fourreau (19) s’étendant à l’intérieur de l’arbre (11) basse pression et comprend au moins un orifice (20) d’axe transversal à l’axe longitudinal X, le flux d’air de pressurisation interne traversant l’orifice (20).
  13. Turbomachine comportant un module de turbomachine selon la revendication précédente.
FR2001696A 2020-02-20 2020-02-20 Optimisation de la pressurisation d’une enceinte de palier de turbomachine Active FR3107561B1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2001696A FR3107561B1 (fr) 2020-02-20 2020-02-20 Optimisation de la pressurisation d’une enceinte de palier de turbomachine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2001696A FR3107561B1 (fr) 2020-02-20 2020-02-20 Optimisation de la pressurisation d’une enceinte de palier de turbomachine
FR2001696 2020-02-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3107561A1 true FR3107561A1 (fr) 2021-08-27
FR3107561B1 FR3107561B1 (fr) 2022-02-18

Family

ID=70008992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2001696A Active FR3107561B1 (fr) 2020-02-20 2020-02-20 Optimisation de la pressurisation d’une enceinte de palier de turbomachine

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3107561B1 (fr)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2219312A1 (fr) * 1973-02-26 1974-09-20 Gen Electric
US20060090449A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Moniz Thomas O Counter-rotating turbine engine and method of assembling same
RU2484272C2 (ru) * 2011-06-23 2013-06-10 Открытое Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Мотор" Опора роторов турбины высокотемпературного газотурбинного двигателя
FR3005099A1 (fr) 2013-04-30 2014-10-31 Snecma Structure de turbomachine comportant une bague de ventilation
FR3016661A1 (fr) 2014-01-23 2015-07-24 Snecma Enceinte de palier d'une turbomachine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2219312A1 (fr) * 1973-02-26 1974-09-20 Gen Electric
US20060090449A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Moniz Thomas O Counter-rotating turbine engine and method of assembling same
RU2484272C2 (ru) * 2011-06-23 2013-06-10 Открытое Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Мотор" Опора роторов турбины высокотемпературного газотурбинного двигателя
FR3005099A1 (fr) 2013-04-30 2014-10-31 Snecma Structure de turbomachine comportant une bague de ventilation
FR3016661A1 (fr) 2014-01-23 2015-07-24 Snecma Enceinte de palier d'une turbomachine

Also Published As

Publication number Publication date
FR3107561B1 (fr) 2022-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2719472C (fr) Dispositif et procede d'equilibrage de pression dans une enceinte palier de turboreacteur
EP3011142B1 (fr) Carter intermédiaire amélioré de turbomachine et ensemble d'entrainement de boitier d'accessoire
EP3097272B1 (fr) Enceinte de palier d'une turbomachine
CA2646935C (fr) Dispositif de prelevement d'air dans un compresseur de turbomachine
FR2998922A1 (fr) Etancheite d'enceintes de turbomachine realisee par joint a brosse et labyrinthe
EP3857040B1 (fr) Turbomachine à réducteur pour un aéronef
WO2020074839A1 (fr) Module de soufflante a pales a calage variable
CA2554933C (fr) Systeme d'etancheite de la chambre de lubrification arriere d'un turboreacteur
EP2803822A1 (fr) Système de prélèvement d'air de turbomachine axiale
EP3430243A1 (fr) Turboréacteur ayant un groupe lubrification des paliers simplifié
FR2859002A1 (fr) Dispositif abradable sur carter de soufflante d'un moteur de turbine a gaz
FR3071547A1 (fr) Ensemble d'un support palier et des paliers d'un arbre de rotor dans une turbomachine
FR3107561A1 (fr) Optimisation de la pressurisation d’une enceinte de palier de turbomachine
FR2960923A1 (fr) Controle de la poussee axiale par guidage de l'air preleve sur un compresseur centrifuge
FR2968062A1 (fr) Dispositif d'evacuation d'huile et turbomachine comprenant un tel dispositif
FR3063102A1 (fr) Aube statorique a angle de calage variable pour une turbomachine d'aeronef
FR3075867A1 (fr) Dispositif de deshuilage d'une enceinte de lubrification de turbomachine
FR3067057A1 (fr) Turbomachine comportant une enceinte a debits de fuite optimises
FR3119199A1 (fr) Conduit de decharge a etancheite perfectionnee
FR3104206A1 (fr) Enceinte de lubrification pour une turbomachine d’aeronef
FR2995634A1 (fr) Tube d'echappement pour un tube de degazage d'une turbomachine
WO2022090654A1 (fr) Dispositif de pressurisation d'une enceinte aval de turbomachine et turbomachine correspondante
WO2023047055A1 (fr) Carter d'injection d'air de refroidissement pour turbine de turbomachine
WO2021224565A1 (fr) Distributeur en cmc amélioré pour turbine de turbomachine
FR3114836A1 (fr) Support statorique pour un arbre de soufflante entraine par une boite de reduction de vitesse dans une turbomachine

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20210827

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5