FR3129436A1 - Dispositif de pressurisation d’une enceinte de turbomachine a passage par accouplement curvic ® et turbomachine correspondante. - Google Patents

Dispositif de pressurisation d’une enceinte de turbomachine a passage par accouplement curvic ® et turbomachine correspondante. Download PDF

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Julien Fabien Patrick BECOULET
Olivier BELMONTE
Nicolas STOLIAROFF-PEPIN
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Abstract

L’invention concerne un dispositif de pressurisation (82) d’une enceinte aval d’une turbomachine (10), le dispositif (82) comprenant  un canal d’acheminement (86) d’un premier flux d’air (F1) depuis des moyens de prélèvement jusqu’à l’enceinte, ce canal (86) passant d’une périphérie extérieure (90) d’une première portion (92) d’un arbre basse pression (28) de la turbomachine (10) à un conduit interne (96) délimité par une deuxième portion creuse (98) de l’arbre basse pression (28) qui communique avec l’enceinte aval, caractérisé en ce que les deux portions (92, 98) de l’arbre basse pression (28) sont des portions amont et aval accouplées axialement l’une à l’autre par un accouplement de type Curvic ® (104) comportant deux plateaux dentés amont et aval (106, 108) et en ce qu’un passage de communication fluidique (102) est délimité entre lesdits plateaux amont (106) et aval (108). Figure pour l'abrégé : Figure 3.

Description

DISPOSITIF DE PRESSURISATION D’UNE ENCEINTE DE TURBOMACHINE A PASSAGE PAR ACCOUPLEMENT CURVIC ® ET TURBOMACHINE CORRESPONDANTE.
Domaine de l’invention
La présente invention concerne le domaine des turbomachines et en particulier un dispositif de pressurisation d’une enceinte aval de turbomachine. Elle vise également la turbomachine correspondante.
Arrière-plan technique
Les turbomachines comprennent généralement un ou plusieurs arbres tels que des arbres basse pression et haute pression qui sont guidés en rotation par des paliers de guidage en rotation. Ces paliers sont agencés dans une ou plusieurs enceinte(s) de lubrification étanche(s) dans chacune desquelles règne un brouillard de lubrification des paliers. Les enceintes sont pressurisées extérieurement de manière à maintenir le lubrifiant à l’intérieur de celles-ci. Une fuite de lubrifiant à l’extérieur d’une enceinte pourrait amener celui-ci à atteindre des zones non souhaitées, comme des zones chaudes où il pourrait créer un risque d’inflammation ou se déposer sur des éléments tournants en créant des balourds dans la turbomachine, ou encore s’introduire dans un système de pressurisation de la cabine de l’aéronef et occasionner ainsi un risque de pollution de celle-ci. En tout état de cause, une telle fuite de lubrifiant conduirait à une consommation excessive de lubrifiant.
Les enceintes sont généralement délimitées par des parois fixes ou mobiles qui sont formées au moins en partie par des carters fixes, des carters de rotor, des supports de paliers et/ou des portions d’arbres, notamment d’arbre basse pression. 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 moyens d’étanchéité situés en amont et en aval de l’enceinte. Les enceintes sont mises extérieurement sous pression car les moyens d’étanchéité ne peuvent assurer une étanchéité parfaite. En effet, les moyens d’étanchéité sont conditionnés de sorte qu’un filet d’air permanent pénètre depuis l’extérieur de l’enceinte vers l’intérieur de celle-ci en les traversant, et empêche ainsi le lubrifiant de sortir de l’enceinte en les traversant de l’intérieur vers l’extérieur. La pression d’air autour de l’enceinte est donc plus élevée que la pression au sein de l’enceinte afin d’entretenir le passage du filet d’air au travers des moyens d’étanchéité de l’extérieur de l’enceinte vers l’intérieur de celle-ci. Cet air est issu d’un flux d’air qui est prélevé dans des compresseurs haute pression ou basse pression de la turbomachine.
Dans le cas d’une turbomachine présentant une zone autour de la chambre de combustion de taille réduite, aussi appelée noyau de moteur ou « zone core », comme c’est notamment le cas des turbomachines à doublet d’hélices contrarotatives ou des turbomachines à hélice simple non carénées connues sous le nom d’USF (acronyme anglo-saxon pour Unducted Single Fan), des contraintes d’intégration peuvent apparaître au niveau du passage d’un arbre moteur tel que l’arbre de turbine basse pression dans cette « zone core », qui est de taille plus réduite que celle d’une turbomachine conventionnelle. La taille réduite de la « zone core » nécessite d’avoir un arbre de petit diamètre (typiquement inférieur à 100 mm) qui est limité dans sa capacité à permettre le passage d’un couple important.
Classiquement, la pressurisation de l’enceinte aval d’une turbomachine est réalisée par un flux d’air de pressurisation (ou de ventilation) qui est issu de moyens de prélèvement agencés au niveau du compresseur haute pression, la plupart du temps en amont de la « zone core ». Ces moyens de prélèvement comportent par exemple des piquages réalisés sur le compresseur haute pression Un tel flux d’air peut cheminer en partie autour d’une première portion de l’arbre basse pression, puis le traverser au moyen d’une première série de perçages pour cheminer à l’intérieur de l’arbre basse pression, puis en ressortir au moyen d’une seconde série de perçages et alimenter ainsi l’enceinte aval.
La présence de séries de perçages réalisés à certains endroits de l'arbre basse pression provoque l’apparition de zones de concentration de contraintes autour de ces perçages. Il est nécessaire, pour éviter la rupture de l’arbre dans ces zones, de disposer des surépaisseurs locales au niveau de celles-ci afin de compenser les concentrations de contraintes. L’inconvénient est que ces surépaisseurs peuvent empêcher le montage de l’arbre basse pression car il est sensé traverser une « zone core » de dimension réduite.
L’objectif de la présente invention est de proposer une turbomachine comportant un dispositif de pressurisation d’une enceinte remédiant aux inconvénients précités, permettant notamment de ne pas augmenter la masse de l’arbre basse pression ni pénaliser son montage dans la « zone core ».
Dans ce but l’invention propose d’une turbomachine d’axe longitudinal X comportant un dispositif de pressurisation d’une enceinte, le dispositif comprenant :
- des moyens de prélèvement d’un premier flux d’air de pressurisation en amont de l’enceinte,
- un canal d’acheminement du premier flux d’air depuis les moyens de prélèvement jusqu’à l’enceinte, ce canal comportant un premier tronçon délimité intérieurement par une périphérie extérieure d’une première portion d’un arbre basse pression de la turbomachine qui s’étend suivant l’axe longitudinal X, et un deuxième tronçon qui est formé dans un conduit interne délimité par une deuxième portion creuse de l’arbre basse pression, et qui communique avec l’enceinte aval,
- au moins un passage de communication fluidique entre la périphérie extérieure de la première portion et le conduit interne de la deuxième portion,
- l’enceinte aval,
caractérisé en ce que les deux portions de l’arbre basse pression sont des portions amont et aval distinctes qui sont accouplées axialement l’une à l’autre par l’intermédiaire d’un accouplement de type Curvic ® comportant deux plateaux dentés d'accouplement amont et aval coopérant l’un avec l’autre, lesdits plateaux amont et aval étant portés respectivement par lesdites portions amont et aval de l’arbre basse pression et fixés l'un à l'autre par l'intermédiaire de vis axiales, et en ce que ledit au moins un passage de communication fluidique est délimité entre les plateaux amont et aval.
Les accouplements entre arbres de type Curvic ® sont bien connus de l’état de la technique. Un tel accouplement est un accouplement comportant aux extrémités des arbres devant être accouplés des plateaux dentés dont les dents sont mutuellement engagées les unes avec les autres.
Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, une telle configuration permet de pressuriser l’enceinte aval en faisant circuler le flux d’air de pressurisation entre les moyens de prélèvement jusqu’à l’enceinte aval de la turbomachine. L’emplacement du passage de communication fluidique entre les deux plateaux de l’accouplement Curvic ® permet d’éviter de percer l’arbre basse pression dans une zone de passage de couple, ce qui impliquerait de créer une surépaisseur sur l’arbre basse pression afin de résister à la concentration de contraintes en ce point. Les efforts qui passent dans la portion aval d’arbre basse pression transitent par les dents de l’accouplement Curvic ® sans se concentrer dans un quelconque tronçon percé. Par ailleurs, un accouplement Curvic ® est simple à réaliser et n’entraîne pas de modification structurelles conséquentes des pièces existantes de la turbomachine.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le dispositif de pressurisation comporte un capot amont d’isolation du premier flux d’air qui entoure l’accouplement Curvic ® et qui est porté par ledit accouplement, ledit capot amont comportant une bride de fixation amont dont une paroi transversale amont est fixée au dos du plateau amont de l’accouplement Curvic ® et qui est traversée par les vis axiales de l’accouplement Curvic ®, et des moyens de guidage du premier flux d’air de pressurisation vers une jonction des périphéries extérieures des plateaux dentés.
Le capot amont permet donc avantageusement de guider le premier flux jusqu’à l’accouplement Curvic ® pour permettre sa pénétration entre les plateaux de l’accouplement, en l’isolant de tout autre flux ou perturbation.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention :
- le capot amont comporte successivement d’amont en aval :
  • une collerette tubulaire amont qui s’étend en amont de la bride amont avec jeu autour la portion amont de l’arbre basse pression,
  • la bride amont, comportant la paroi transversale amont et en aval de cette paroi transversale amont, une collerette tubulaire aval qui est reçue et centrée sur une périphérie du plateau aval de l’accouplement Curvic ®,
  • les moyens de guidage du premier flux d’air, comportant au moins un conduit qui est formé à l’intérieur du capot amont, qui s’étend depuis la jonction de la collerette tubulaire amont et de la bride amont jusqu’au droit de la jonction des plateaux de l’accouplement Curvic ®, et qui met en communication fluidique l’intérieur de la collerette tubulaire amont avec la jonction des plateaux de l’accouplement Curvic ®.
- l’au moins un conduit comporte :
  • au moins une première partie de conduit délimitée entre une lunule radiale creusée dans une face de la paroi transversale amont et une face amont du plateau amont de l’accouplement Curvic ®, cette lunule débouchant dans la collerette tubulaire amont,
  • une deuxième partie de conduit communiquant avec la première partie, délimitée par une cavité annulaire formée entre la collerette tubulaire aval et le plateau amont de l’accouplement Curvic ®, ledit plateau amont étant de diamètre inférieur au plateau aval,
- la portion amont d’arbre basse pression comporte à sa jonction avec le plateau amont de l’accouplement Curvic ®, une gouttière radiale qui est alignée avec chaque lunule de la bride amont du capot amont,
- le capot amont comporte une pluralité de premières parties de conduit, chacune desdites premières parties de conduit correspondant avec une gouttière de la portion amont de l’arbre basse pression.
Avantageusement, selon une autre caractéristique de l’invention, le dispositif de pressurisation comporte des moyens de prélèvement d’un second flux d’air de pressurisation en amont de la turbomachine, et un boîtier d’acheminement dudit second flux d’air qui comporte deux parties amont et aval tubulaires comportant des parois externes tubulaires amont et aval qui sont reçues l’une dans l’autre, qui entourent avec jeu le capot amont, et qui délimitent avec le capot amont un canal externe communiquant avec une autre enceinte aval et :
  • la partie amont comporte le capot amont et une paroi de liaison amont sensiblement radiale, solidaire dudit capot amont, et porteuse de la paroi externe tubulaire amont,
  • la partie aval comporte une bride de fixation aval qui est fixée au dos du plateau aval de l’accouplement Curvic ®, qui est traversée par les vis axiales de l’accouplement Curvic ® et ’une paroi de liaison aval sensiblement radiale, solidaire de ladite bride aval, et porteuse de la paroi externe tubulaire aval,
  • lesdites paroi de liaison amont et aval comportent chacune au moins une ouverture respective permettant le passage du second flux d’air de pressurisation au travers du boîtier dans le canal externe.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention :
- la partie tubulaire amont du boîter comporte :
  • une portée d’étanchéité interne, formée dans la collerette tubulaire amont du capot amont, et porteuse d’un matériau abradable apte à coopérer avec une léchette externe d’un arbre haute pression de la turbomachine,
  • une léchette radiale externe, portée par la paroi externe tubulaire amont
- chaque plateau amont ou aval de l’accouplement Curvic ® comporte une face tournée vers une face du plateau opposé, à partir de laquelle s’étendent axialement des dents qui sont reçues entre des dents de la face du plateau opposé en formant un jeu axial avec ledit plateau opposé, et ce que chaque passage de communication fluidique est délimité par deux dents adjacentes d’un plateau, au moins une dent du plateau opposé, et au moins une face d’un plateau,
- au moins un plateau amont ou aval comporte au moins deux dents adjacentes qui sont distantes d’un pas qui est multiple d’un pas séparant deux dents adjacentes du plateau opposé.
L’invention concerne aussi avantageusement en particulier une turbomachine d’aéronef du type décrit précédemment comprenant une hélice en rotation autour d’un axe longitudinal, un générateur de gaz destiné à entrainer l’hélice en rotation, et le dispositif de pressurisation de l’enceinte.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
La est une vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine comprenant à titre d’exemple une seule hélice et un redresseur des aubes de stator à laquelle s’applique l’invention ;
La est une vue en coupe axiale d’un exemple d’une enceinte aval de la turbomachine de la qui renferme au moins un palier ;
La est une vue en coupe axiale d’une partie aval de la turbomachine de la qui renferme au moins un dispositif de pressurisation selon l’invention en amont d’une enceinte à pressuriser;
La est une vue en perspective représentant un plateau d’un accouplement de type Curvic ® mis en œuvre dans l’invention ;
La est une vue schématique de détail représentant les dentures d’un accouplement de type Curvic ® mis en œuvre dans l’invention ;
La est une vue en perspective d’un dispositif de pressurisation selon l’invention ;
La est une vue en perspective en coupe d’un dispositif de pressurisation selon l’invention ;
La est une vue en perspective d’une portion amont d’arbre basse pression et d’une partie amont de boîtier d’acheminement du dispositif de pressurisation selon l’invention ;
La est une vue en perspective d’une portion aval d’arbre basse pression et d’une partie aval de boîtier d’acheminement du dispositif de pressurisation selon l’invention.
La est une vue en bout de la portion aval d’arbre basse pression et de la partie aval de boîtier d’acheminement du dispositif de pressurisation selon l’invention.

Claims (11)

  1. Turbomachine (10) d’axe longitudinal X comportant un dispositif de pressurisation (82) d’une enceinte (50) d’une turbomachine (10), le dispositif (82) comprenant :
    - des moyens de prélèvement d’un premier flux d’air (F1) de pressurisation en amont de l’enceinte (50) ,
    - un canal d’acheminement (86) du premier flux d’air (F1) depuis les moyens de prélèvement jusqu’à l’enceinte (50), ce canal (86) comportant un premier tronçon (88) délimité intérieurement par une périphérie extérieure (90) d’une première portion (92) d’un arbre basse pression (28) de la turbomachine (10) qui s’étend suivant l’axe longitudinal X, et un deuxième tronçon (94) qui est formé dans un conduit interne (96) délimité par une deuxième portion creuse (98) de l’arbre basse pression (28) , et qui communique avec l’enceinte aval (50) ,
    - au moins un passage de communication fluidique (102) entre la périphérie extérieure (90) de la première portion (92) et le conduit interne (96) de la deuxième portion (98),
    - l’enceinte aval (50) ,
    caractérisé en ce que les deux portions (92, 98) de l’arbre basse pression (28) sont des portions amont et aval distinctes qui sont accouplées axialement l’une à l’autre par l’intermédiaire d’un accouplement de type Curvic ® (104) comportant deux plateaux dentés d’accouplement amont (106) et aval (108) coopérant l’un avec l’autre, lesdits plateaux amont (106) et aval (108) étant portés respectivement par lesdites portions amont (92) et aval (96) de l’arbre basse pression (28) et fixés l’un à l’autre par l’intermédiaire de vis axiales (114), et en ce que ledit au moins un passage de communication fluidique (102) est délimité entre les plateaux amont (106) et aval (108).
  2. Turbomachine (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de pressurisation (82) comporte un capot amont (122) d’isolation du premier flux d’air (F1) qui entoure l’accouplement Curvic ® (104) et qui est porté par ledit accouplement (104), ledit capot amont (122) comportant une bride de fixation amont (124) dont une paroi transversale amont (126) est fixée au dos du plateau amont (106) de l’accouplement Curvic ® et qui est traversée par les vis axiales (114) de l’accouplement Curvic ® (104) , et des moyens de guidage du premier flux d’air de pressurisation (F1) vers une jonction des périphéries extérieures des plateaux dentés (106, 108).
  3. Turbomachine (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le capot amont (122) comporte successivement d’amont en aval :
    - une collerette tubulaire amont (128) qui s’étend en amont de la bride amont (124) avec jeu autour la portion amont (92) de l’arbre basse pression (28),
    - la bride amont (124), comportant la paroi transversale amont (126) et en aval de cette paroi transversale amont (126), une collerette tubulaire aval (130) qui est reçue et centrée sur une périphérie du plateau aval (108) de l’accouplement Curvic ® (104),
    - les moyens de guidage du premier flux d’air (F1), comportant au moins un conduit qui est formé à l’intérieur du capot amont (122), qui s’étend depuis la jonction de la collerette tubulaire amont (128) et de la bride amont (124) jusqu’au droit de la jonction des plateaux (106, 108) de l’accouplement Curvic ® (104), et qui met en communication fluidique l’intérieur de la collerette tubulaire amont (128) avec la jonction des plateaux (106, 108) de l’accouplement Curvic ® (104).
  4. Turbomachine (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’au moins un conduit comporte :
    - au moins une première partie de conduit (136) délimitée entre une lunule radiale (138) creusée dans une face de la paroi transversale amont (126) et une face amont du plateau amont (106) de l’accouplement Curvic ® (104), cette lunule (138) débouchant dans la collerette (128) tubulaire amont,
    - une deuxième partie de conduit communiquant avec la première partie (136), délimitée par une cavité annulaire (140) formée entre la collerette tubulaire aval (130) et le plateau amont(106) de l’accouplement Curvic ® (104), ledit plateau amont (106) étant de diamètre inférieur au plateau aval (108).
  5. Turbomachine (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la portion amont (92) d’arbre basse pression (28) comporte à sa jonction avec le plateau amont (106) de l’accouplement Curvic ® (104), une gouttière radiale (142) qui est alignée avec chaque lunule (138) de la bride amont (124) du capot amont (122).
  6. Turbomachine (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le capot amont comporte une pluralité de premières parties de conduit (136), chacune desdites premières parties de conduit (136) correspondant avec une gouttière (142) de la portion amont (92) de l’arbre basse pression (28).
  7. Turbomachine (10) selon l’une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de pressurisation (82) comporte des moyens de prélèvement d’un second flux d’air (F2) de pressurisation en amont de la turbomachine, et un boîtier d’acheminement (144) dudit second flux d’air (F2) qui comporte deux parties amont (146) et aval (148) tubulaires comportant des parois externes tubulaires amont (150) et aval (152) qui sont reçues l’une dans l’autre, qui entourent avec jeu le capot amont (122), et qui délimitent avec le capot amont (122) un canal externe (154) communiquant avec une autre enceinte aval et en ce que :
    - la partie amont (146) comporte le capot amont (122) et une paroi de liaison amont sensiblement radiale (156), solidaire dudit capot amont (122), et porteuse de la paroi externe tubulaire amont (150),
    - la partie aval (148) comporte une bride de fixation aval (158) qui est fixée au dos du plateau aval (108)de l’accouplement Curvic ® (104), qui est traversée par les vis axiales (114) de l’accouplement Curvic ® (104) et une paroi de liaison aval (160) sensiblement radiale, solidaire de ladite bride aval (158), et porteuse de la paroi externe tubulaire ava (152),
    - lesdites parois de liaison (156) amont et aval (160) comportent chacune au moins une ouverture (162) respective permettant le passage du second flux d’air (F2) de pressurisation au travers du boîtier (144) dans le canal externe.
  8. Turbomachine (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la partie tubulaire amont (146) du boîter (144) comporte :
    - une portée d’étanchéité interne (127), formée dans la collerette tubulaire (128) amont du capot amont, et porteuse d’un matériau abradable apte à coopérer avec une léchette externe (132) d’un arbre haute pression (30) de la turbomachine (10) ,
    - une léchette radiale externe (166), portée par la paroi externe tubulaire amont (150).
  9. Turbomachine (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en que chaque plateau amont (106) ou aval (108) de l’accouplement Curvic ® (104) comporte une face (116, 118) tournée vers une face (118, 116) du plateau opposé, à partir de laquelle s’étendent axialement des dents (110, 112) qui sont reçues entre des dents (112, 110) de la face (118, 116) du plateau opposé en formant un jeu axial (J) avec ledit plateau opposé, et ce que chaque passage de communication fluidique (102) est délimité par deux dents adjacentes (110, 112) d’un plateau (106, 108), au moins une dent (112, 1110) du plateau opposé (108, 106), et au moins une face (116, 118) d’un plateau (106, 108).
  10. Turbomachine (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que au moins un plateau amont (106, 108) ou aval comporte au moins deux dents adjacentes (110, 112) qui sont distantes d’un pas (p’) qui est multiple d’un pas (p) séparant deux dents adjacentes (112, 110) du plateau opposé (108, 106).
  11. Turbomachine (10) d’aéronef selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant une hélice (12) en rotation autour d’un axe longitudinal X, un générateur de gaz (16) destiné à entrainer l’hélice (12) en rotation, et le dispositif (82) de pressurisation de l’enceinte (50) dudit générateur de gaz (16).
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