EP4731877A1 - Carter d'échappement cloisonné pour turbomachine - Google Patents

Carter d'échappement cloisonné pour turbomachine

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Publication number
EP4731877A1
EP4731877A1 EP24738366.4A EP24738366A EP4731877A1 EP 4731877 A1 EP4731877 A1 EP 4731877A1 EP 24738366 A EP24738366 A EP 24738366A EP 4731877 A1 EP4731877 A1 EP 4731877A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
partition
electric machine
nozzle cone
flange
blading
Prior art date
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Pending
Application number
EP24738366.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Olivier Renon
Tewfik BOUDEBIZA
Adrien Pierre Jean PERTAT
Lore Marie RICQUEMAQUE
Irfaan BENGAH
Gaël Frédéric Claude Cyrille EVAIN
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • F01D25/30—Exhaust heads, chambers, or the like
    • 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
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
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    • 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
    • F01D25/162—Bearing supports
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/06—Fluid supply conduits to nozzles or the like
    • F01D9/065—Fluid supply or removal conduits traversing the working fluid flow, e.g. for lubrication-, cooling-, or sealing fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05D2220/00—Application
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    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/15—Heat shield

Definitions

  • TITLE Partitioned exhaust casing for turbomachine
  • the present invention relates generally to the field of turbomachines, in particular aeronautical turboshaft engines, and more particularly to an exhaust casing for an aircraft turbomachine.
  • the invention relates more specifically, but not exclusively, to an exhaust casing intended to be used in a USF type engine (acronym for "Unducted Single Fan"), comprising a mobile blade and a fixed blade of an unducted fan of an aircraft engine.
  • a USF type engine ascronym for "Unducted Single Fan”
  • a turbomachine has a longitudinal axis around which it extends and typically comprises, from upstream to downstream in the direction of gas flow, a fan, a low-pressure compressor, a high-pressure compressor, a combustion chamber, a high-pressure turbine, and a low-pressure turbine including in particular an exhaust casing.
  • the exhaust casing helps to delimit the primary vein of the fluid (or primary flow of gases) passing through the turbomachine and ensures, via the bearing support, the concentricity between the rotor and the stator of the turbomachine, as well as optionally the attachment of the downstream part of the engine to the nacelle.
  • This exhaust casing conventionally comprises a bearing support, centered on the axis of the turbomachine, a blading that extends between an inner shell and an outer shell, downstream and coaxial with the bearing support, and a set of arms connecting the bearing support and the blading.
  • the exhaust casing is subjected to significant thermal gradients that generate mechanical stresses in the elements, which has an impact on the service life of the exhaust casing as a whole.
  • a turbomachine may include other similar casings such as an intermediate casing (intercalated between a low-pressure compressor and a high-pressure compressor of the turbomachine, and is therefore crossed by a flow of gas leaving the low-pressure compressor and intended to supply the high-pressure compressor) or an inter-turbine casing (intercalated between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine).
  • an intermediate casing intercalated between a low-pressure compressor and a high-pressure compressor of the turbomachine, and is therefore crossed by a flow of gas leaving the low-pressure compressor and intended to supply the high-pressure compressor
  • an inter-turbine casing intercalated between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine
  • a conventional turbomachine involves in particular the passage of electrical cables and the circulation of various fluids through the turbomachine, such as air, oil, or oiled air.
  • various fluids such as air, oil, or oiled air.
  • Some of these pipes, called service tubes, must connect radially external parts of the turbomachine with radially internal parts, and thus cross the primary and secondary air flows.
  • each of the servitude elements makes it possible to connect at least one first hydraulic or electrical equipment located radially outside the vein to at least one second hydraulic or electrical equipment located radially inside the vein of the casing.
  • the first hydraulic equipment is a pump and the second hydraulic equipment is a bearing enclosure.
  • Such a second electrical equipment is for example an electric alternator, which can be placed inside the nozzle cone, an aerodynamic element also called a plug or central body and which makes it possible to guide the exhaust gases at the outlet of the turbomachine.
  • a major problem is the protection of the second electrical equipment, in particular from oil emissions coming from the bearing support, but also from radiative heat exchanges with the primary vein and the blading wall, the second electrical equipment having a substantially lower operating temperature than the primary vein and the elements located outside the nozzle cone.
  • An aim of the present application is to remedy the aforementioned drawbacks, by proposing a partitioning of the turbomachine casing.
  • a turbomachine exhaust casing comprising:
  • a blading forming a crown comprising arms which extend between an internal shell and an external shell, the blading extending around an axis extending from upstream to downstream in a direction of circulation of an exhaust flow;
  • a service tube extending into a housing of an arm of the blade and being connected to the electric machine by passing through the partition by a bulkhead; such that the partition and the insulating cover define an insulated electric machine compartment between the partition, the electric machine and the insulating cover and a nozzle cone cavity being delimited by the partition, the nozzle cone and the insulating cover.
  • the exhaust casing according to the invention is advantageously supplemented by the following characteristics, taken alone or in any of their technically possible combinations:
  • the partition comprises on its surface located between the nozzle cone flange and the insulation cover flange a flexibility zone, configured to allow the partition to maintain the seal between the cavity located radially under the blading, the nozzle cone cavity and the electrical machine compartment during a relative movement between the nozzle cone flange and the bearing support flange.
  • the service tube has a ball joint plate or a sliding plate and the bulkhead fitting has a cylindrical boss, so that the service tube slides axially in the bulkhead fitting while maintaining the seal of the partition.
  • the bulkhead fitting has a radial fixing plate fixed to the partition by a retaining plate allowing radial play, so that the service tube passing through the fixing plate can move radially while maintaining the sealing of the partition, the retaining plate being integral with the partition.
  • the bulkhead fitting comprises a radial support plate fixed to the bulkhead, the support plate comprising a nipple or nozzle type fitting, the fitting being fixed to the support plate and configured to receive the end of a service tube.
  • the flexible zone of the partition includes undulations in the radial direction and/or in the axial direction.
  • the partition and/or the insulation cover includes thermal insulation.
  • the partition includes anti-thermal radiation sheets or is covered with anti-radiation paint.
  • the service tube houses electrical control or power cables, ventilated by air for cooling, these cables being arranged in a sheath, the service tube preferably being configured to also accommodate oil, air or oiled air pipes.
  • the invention also relates to a turbomachine comprising a turbomachine exhaust casing according to one of the above embodiments.
  • Figure 1 is a partial and simplified sectional view of an exhaust housing according to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a schematic view of an embodiment of a bulkhead pass-through according to the invention.
  • Figure 3 is a schematic view of a second embodiment of a partition wall pass-through according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic view of a third embodiment of a bulkhead pass-through according to the invention.
  • upstream and downstream are defined relative to the normal flow direction of the gas in the casing 0 and through the turbomachine.
  • the longitudinal axis A is the axis of symmetry of the casing 0, which corresponds to the axis of rotation of the fan when the casing 0 is mounted in a turbomachine 8.
  • the axial direction corresponds to the direction of the axis A and a radial direction is a direction perpendicular to this axis and passing through it.
  • the circumferential (or lateral) direction corresponds to a direction perpendicular to the axis A and not passing through it.
  • the exhaust casing 0 comprises a blading 1 at the outlet of a primary flow path 11.
  • the blading 1 forms a crown comprising arms that extend between an inner shroud and an outer shroud.
  • Coaxially and downstream of the blading 1 is fixed, via a nozzle cone flange 12, a nozzle cone 2 that guides the exhaust gases at the outlet of the primary flow path 11 of the turbomachine.
  • the turbomachine is a hybrid turbomachine, that is to say that it more particularly comprises an electric machine 4 (which may comprise an electric generator or an electric motor) that is arranged downstream of the exhaust casing 0, coaxially therewith along the main axis A, and that is housed in the nozzle cone 2 inside a nozzle of the turbomachine.
  • the electric machine 4 is fixed to a support, typically a bearing support 3 by a bearing support flange 34a.
  • at least one conductive element for transmitting control signals called an electrical harness, connects the electric machine 4 to another member of the turbomachine, another member which is typically external to the primary vein 11.
  • the casing 0 comprises one or more service tubes 7 in which the necessary sheaths and/or tubes are housed.
  • a tube is understood to mean an oil or air or oiled air conduit and a sheath is understood to mean a conduit containing harnesses of electrical control or power cables, ventilated by air for cooling.
  • Each service tube 7 may comprise one or more electrical control and/or power sheaths, and may also comprise air, oil or oiled air conduits.
  • a service tube 7 thus extends from the blading 1 to the electrical machine 4, being mounted in the blading 1 in a sliding manner, in order to be able to accommodate relative movements, in particular relative movements caused by the thermal expansion differences between the blading 1, the temperature of which is much higher than that of a ventilated service tube 7.
  • the invention makes it possible to ensure these connections while isolating the electric machine 4 from the oil coming from the bearing support 3 and from heat exchanges with the primary flow path 11 and the wall of the nozzle cone 2.
  • the exhaust casing 0 comprises, fixed between the nozzle cone flange 12a and the bearing support flange 34, a partition 5 or radial sheet metal, placed radially so as to define a cavity radially under the blading 10, thus isolating the electric machine 4 from the bearing support 3.
  • the partition 5 is fixed using a partition support flange 12b, fixed to one or the other of the blading 1 or the nozzle cone 2.
  • the partition support flange 12b is a flange dedicated solely to holding the partition 5 in position, which makes it possible to improve the positioning of the partition 5.
  • the partition 5 also supports an insulation cover 6 of the nozzle cone 2, by means of an insulation cover flange 56 which keeps the insulation cover 6 fixed to the partition 5 coaxially with the electric machine 4.
  • the insulation cover 5 can be fixed at the nozzle cone flange 12.
  • the partition 5 and the insulation cover 6 thus define an electric machine compartment 40 between the partition 5, the insulation cover 6 and the electric machine 4 and a nozzle cone cavity 20, between the partition 5, the insulation cover 6 and the nozzle cone 2, in order to thermally insulate the electric machine 4.
  • the partition 5 and/or the insulation cover 6 may comprise thermal insulating materials in order to limit conductive heat exchanges, for example silica wool. To limit radiative heat exchanges, the partition 5 and/or the insulation cover 6 may also include anti-thermal radiation sheets or an anti-radiation paint coating.
  • the partition 5 may comprise on all or part of its surface located radially between the insulation cover flange 56 and the nozzle cone flange 12 a deformable zone 51, configured to undergo radial and axial elongations in an elastic manner while maintaining the sealing of the electrical machine compartment 40.
  • the deformable zone 51 can thus comprise radial and/or axial undulations or be made of materials different from the rest of the partition 5, in order to allow the partition 5 to perform its function during relative movements between the nozzle cone flange 12 and the bearing support flange 34, under the effect of significant temperature gradients during the operating cycle of the turbomachine.
  • the partition 5 comprises one or more bulkhead pass-through devices 52 configured to allow one or more service tubes 7 to pass through.
  • Each service tube 7 typically extends from the electric machine 4 to the blading 1 by passing through a bulkhead pass-through 52.
  • Each service tube 7 is guided inside the blading 1 so as to be able to slide, such that the partition 5 must be configured to position and hold each service tube 7 in the cavity located radially under the blading 10 and in the electric machine compartment 40.
  • Such an arrangement makes it possible to segregate the connections to the electric machine 4 from the other circuits of the turbomachine, in particular the secondary air circuit, which reduces interference and therefore the constraints on the sizing of the pressurization circuits of the enclosures, the drainage circuits and the fire prevention circuits, for example the circuit evacuation called in English “sump flooding”.
  • Figure 2 illustrates an alternative embodiment in which the service tube(s) 7 each comprise a ball-joint plate 71 or alternatively a sliding plate 71 and the bulkhead 52 comprises a cylindrical boss.
  • the cylindrical boss of the bulkhead 52 and the plate 71 are sized so that the plate 71 slides in the cylindrical boss each service tube 7 can perform axial movements in the bulkhead 52 while maintaining the sealing of the partition 5. In this way, the movements of a service tube 7 relative to the partition 5, induced by thermal expansion, are permitted without being able to compromise the integrity of the insulation.
  • the bulkhead 52 may be provided with a radial fixing plate 53 screwed onto the partition 5 or clamped by a retaining plate 54 onto the partition 5.
  • the retaining plate 54 is made integral with the partition 5, in order to increase the rigidity of the fixing of the service tubes 7.
  • the fixing plate 53 is screwed or fixed onto the partition 5, allowing radial play, so that the service tube 7 passing through the fixing plate 53 can move radially while maintaining the sealing of the partition 5.
  • the bulkhead pass-through 52 comprises a radial support plate 55 screwed onto the bulkhead 5.
  • the support plate 55 is clamped by a holding plate 54 onto the bulkhead 5, in a manner similar to the embodiment of Figure 3 in order to obtain the same advantages.
  • the retaining plate 54 can be made integral with the partition 5, in order to increase the rigidity of the fixing of the service tubes 7.
  • the support plate 55 comprises on each of its faces one or more nipple or nozzle type connectors 72, the connectors 72 being welded or screwed onto the support plate 55 and configured to receive the end 73 of a service tube 7.
  • This arrangement makes it possible to size the service tubes 7 more efficiently, because those located between the partition 5 and the electric machine 4, inside the electric machine compartment 40, are subjected to fewer stresses, in particular thermal stresses, than those located between the blading 1 and the partition 5, in the cavity under the blading 10. This also simplifies maintenance, because it is possible to dismantle only part of the service tubes 7.
  • a partition 5 in a turbomachine casing 0 provides an improvement in the mechanical strength of the nozzle cone 2, which is fixed in a more constrained area thanks to the partition 5.
  • the general maintenance operations of the turbomachine are also facilitated since it is now possible to dismantle the electric machine 4 without opening the engine oil enclosure.
  • the partition 5 also maintains the service tubes 7 in positions facilitating these operations.

Landscapes

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Abstract

La présente invention concerne un carter d'échappement (0) de turbomachine comprenant : - un aubage (1 ); - un cône de tuyère (2) monté à l'aval de l'aubage (1 ); - un support de paliers (3) disposé radialement à l'intérieur vis-à-vis de l'aubage (1 ); - une machine électrique (4) fixée au support de paliers (3); - une cloison (5) s'étendant de sorte à définir entre le support de paliers (3) et l'aubage (1 ) une cavité radialement sous l'aubage (10); - un capot d'isolation (6) disposé entre le cône de tuyère (2) et la machine électrique (4); - un tube de servitude (7) relié à la machine électrique (4) en passant au travers de la cloison (5); de sorte que la cloison (5) et le capot d'isolation (6) définissent un compartiment de machine électrique (40) et une cavité de cône de tuyère (20).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Carter d’échappement cloisonné pour turbomachine
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne de manière générale le domaine des turbomachines, notamment des turbomoteurs aéronautiques, et plus particulièrement un carter d’échappement de turbomachine d'aéronef.
L’invention concerne plus précisément, mais non exclusivement, un carter d’échappement destiné à être utilisé dans un moteur de type USF (acronyme anglais de « Unducted Single Fan » pour soufflante unique non carénée), comprenant un aubage mobile et un aubage fixe de soufflante non-carénée de moteur d’aéronef.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Une turbomachine présente un axe longitudinal autour duquel elle s’étend et comporte typiquement, d’amont en aval dans le sens de l’écoulement des gaz, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression, et une turbine basse pression comprenant notamment un carter d’échappement. Le carter d’échappement contribue à délimiter la veine primaire du fluide (ou flux primaire des gaz) traversant la turbomachine et assure, par l’intermédiaire du support de paliers, la concentricité entre le rotor et le stator de la turbomachine, ainsi qu’optionnellement l’accrochage de l’aval du moteur à la nacelle.
Ce carter d’échappement comprend conventionnellement un support de paliers, centré sur l’axe de la turbomachine, un aubage qui s’étend entre une virole interne et une virole externe, à l’aval et coaxial avec le support de paliers, et un ensemble de bras reliant le support de paliers et l’aubage. Le carter d’échappement est soumis à des gradients thermiques importants qui génèrent des contraintes mécaniques dans les éléments, ce qui a un impact sur la durée de vie du carter d’échappement dans son ensemble.
Une turbomachine peut comprendre d'autres carters similaires tel qu'un carter intermédiaire (intercalé entre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression de la turbomachine, et est donc traversé par un flux de gaz sortant du compresseur basse pression et destiné à alimenter le compresseur haute pression) ou un carter inter-turbine (intercalé entre la turbine haute pression et la turbine basse pression).
Le fonctionnement d'une turbomachine conventionnelle implique notamment le passage de câbles électriques et la circulation de divers fluides à travers la turbomachine, tels que de l'air, de l'huile, ou de l'air huilé. Afin d'acheminer ces fluides, il est connu de disposer des canalisations dans la structure même de la turbomachine. Certaines de ces canalisations, appelées tubes de servitude, doivent relier des parties radialement externes de la turbomachine à des parties radialement internes, et ainsi traverser les flux d'air primaires et secondaires.
Il est connu de faire passer des éléments de servitude tels que les tubes de servitude au sein de bras creux de carters, tels que les bras creux du carter d'échappement, sans perturber l'écoulement du flux à l'intérieur de la veine grâce à leur cavité interne. De manière générale, chacun des éléments de servitude permet de relier au moins un premier équipement hydraulique ou électrique situé radialement à l’extérieur de la veine à au moins un deuxième équipement hydraulique ou électrique situé radialement à l'intérieur de la veine du carter. Par exemple, le premier équipement hydraulique est une pompe et le deuxième équipement hydraulique est une enceinte de palier. Un tel deuxième équipement électrique est par exemple un alternateur électrique, qui peut être placé à l’intérieur du cône de tuyère, un élément aérodynamique aussi appelé plug ou corps central et qui permet de guider les gaz d’échappement en sortie de la turbomachine.
Dans cette configuration, un problème majeur est la protection du deuxième équipement électrique, notamment des émissions d’huile provenant du support de paliers, mais également des échanges thermiques radiatifs avec la veine primaire et la paroi de l’aubage, le deuxième équipement électrique ayant une température de fonctionnement substantiellement plus basse que la veine primaire et les éléments situés en dehors du cône de tuyère.
A cet impératif de protection s’oppose la nécessité de faire passer de nombreux harnais électriques de puissance et de commande, de même que les conduites nécessaires au circuit d’huile dans les tubes de servitude entre l’aubage et le deuxième équipement électrique, dans un environnement où les variations de température provoquent de fortes dilatations qui induisent des mouvements relatifs important des éléments entre eux.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de la présente demande est de remédier aux inconvénients précités, en proposant un cloisonnement du carter de turbomachine.
Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention, un carter d’échappement de turbomachine comprenant :
- un aubage formant une couronne comprenant des bras qui s’étendent entre une virole interne et une virole externe, l’aubage s’étendant autour d’un axe s’étendant d’amont en aval dans un sens de circulation d’un flux d’échappement ;
- un cône de tuyère annulaire, coaxial et monté à l’aval de l’aubage par une bride de cône de tuyère, la bride de cône de tuyère étant disposée axialement entre l’aubage et le cône de tuyère ; - un support de paliers coaxial à l’aubage et disposé radialement à l’intérieur vis-à-vis de l’aubage ;
- une machine électrique disposée radialement à l’intérieur du cône de tuyère, à l’aval du support de paliers, la machine électrique étant fixée au support de paliers par une bride de support de paliers, la bride de support de paliers étant disposée axialement entre la machine électrique et le support de paliers ;
- une cloison s’étendant radialement entre la bride de cône de tuyère et la bride de support de paliers, ou entre une bride de support cloison et la bride de support de paliers, la bride de support cloison étant fixée sur l’aubage ou sur le cône de tuyère, de sorte à définir entre le support de paliers et l’aubage une cavité radialement sous l’aubage ;
- un capot d’isolation disposé entre le cône de tuyère et la machine électrique, coaxial à la machine électrique et au cône de tuyère, le capot d’isolation étant relié à la cloison par une bride de capot d’isolation ;
- un tube de servitude s’étendant dans un logement d’un bras de l’aubage et étant relié à la machine électrique en passant au travers de la cloison par un passe-cloison ; de sorte que la cloison et le capot d’isolation définissent un compartiment de machine électrique isolé entre la cloison, la machine électrique et le capot d’isolation et une cavité de cône de tuyère étant délimitée par la cloison, le cône de tuyère et le capot d’isolation.
Le carter d’échappement selon l’invention est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- la cloison comprend sur sa surface située entre la bride de cône de tuyère et la bride de capot d’isolation une zone de souplesse, configurée pour permettre à la cloison de maintenir l’étanchéité entre la cavité située radialement sous l’aubage, la cavité de cône de tuyère et le compartiment de machine électrique lors d’un déplacement relatif entre la bride de cône de tuyère et la bride de support paliers.
- le tube de servitude comporte une platine à rotule ou une platine glissante et le passe- cloison comporte un bossage cylindrique, de sorte que le tube de servitude coulisse axialement dans le passe-cloison en maintenant l’étanchéité de la cloison.
- le passe-cloison comporte une platine de fixation radiale fixée sur la cloison par une plaque de maintien en permettant un jeu radial, afin que le tube de servitude passant au travers de la platine de fixation puisse se déplacer radialement en maintenant l’étanchéité de la cloison, la plaque de maintien étant solidaire de la cloison.
- le passe-cloison comporte une plaque de support radiale fixée sur la cloison, la plaque de support comportant un raccord de type mamelons ou ajutage, le raccord étant fixé sur la plaque de support et configuré pour recevoir l’extrémité d’un tube de servitude. - la zone de souplesse de la cloison comprend des ondulations dans le sens radial et/ou dans le sens axial.
- la cloison et/ou le capot d’isolation comprend un isolant thermique.
- la cloison comprend des tôles anti-rayonnement thermique ou est recouverte de peinture anti-rayonnement.
- le tube de servitude loge des câbles électriques de commande ou de puissance, ventilés par de l’air pour le refroidissement, ces câbles étant disposés dans un fourreau, le tube de servitude étant de préférence configuré pour accueillir en outre des conduites d’huile, d’air ou d’air huilé.
L’invention concerne également une turbomachine comprenant un carter d’échappement de turbomachine selon l’un des modes de réalisations ci-dessus.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une vue en coupe partielle et simplifiée d’un carter d’échappement conforme à un mode de réalisation de l’invention ;
La figure 2 est une vue schématique d’un mode de réalisation de passe-cloison conforme à l’invention ;
La figure 3 est une vue schématique d’un deuxième mode de réalisation de passe- cloison conforme à l’invention ;
La figure 4 est une vue schématique d’un troisième mode de réalisation de passe-cloison conforme à l’invention ;
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
Dans la présente demande, l’amont et l’aval sont définis par rapport au sens d’écoulement normal du gaz dans le carter 0 et à travers la turbomachine. Par ailleurs, on appelle axe longitudinal A, l’axe de symétrie du carter 0, qui correspond à l’axe de rotation de la soufflante lorsque le carter 0 est monté dans une turbomachine 8. La direction axiale correspond à la direction de l'axe A et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe et passant par lui. Par ailleurs, la direction circonférentielle (ou latérale) correspond à une direction perpendiculaire à l'axe A et ne passant pas par lui. Sauf précision contraire, interne (respectivement, intérieur) et externe (respectivement, extérieur), respectivement, sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne d'un élément est plus proche de l'axe A que la partie ou la face externe du même élément. Dans un mode de réalisation, illustré figure 1 , le carter d’échappement 0 comprend un aubage 1 en sortie d’une veine primaire 11. L’aubage 1 forme une couronne comprenant des bras qui s’étendent entre une virole interne et une virole externe. Coaxialement et en aval de l’aubage 1 est fixé, par l’intermédiaire d’une bride de cône de tuyère 12, un cône de tuyère 2 qui permet de guider les gaz d’échappement en sortie de la veine primaire 11 de la turbomachine. Dans ce mode de réalisation, la turbomachine est une turbomachine hybride, c’est-à dire qu’elle comporte plus particulièrement une machine électrique 4 (qui peut comprendre un générateur électrique ou un moteur électrique) qui est agencée à l’aval du carter d’échappement 0, coaxialement à celui-ci selon l’axe principal A, et qui est logée dans le cône de tuyère 2 à l’intérieur d’une tuyère de la turbomachine. La machine électrique 4 est fixée à un support, typiquement un support de paliers 3 par une bride de support de paliers 34a. Pour son alimentation électrique, il est nécessaire qu’au moins un élément conducteur de transmission de signaux de commande, appelé harnais électrique, relie la machine électrique 4 à un autre organe de la turbomachine, autre organe qui est typiquement extérieur à la veine primaire 11. Ceci permet d’assurer la connexion électrique de la machine électrique 4 pour la transmission d’énergie par des harnais de puissance et d’informations par des harnais de commande. Pour la régulation thermique et la lubrification, des servitudes convoyant par exemple de l’air, de l’huile ou de l’air huilée doivent également relier au moins un organe extérieur au cône de tuyère 2 à la machine électrique 4. Pour assurer ces fonctions, le carter 0 comprend un ou plusieurs tubes de servitude 7 dans lesquels sont logés les fourreaux et/ou tubes nécessaires. On entend par tube une conduite d’huile ou d’air ou d’air huilé et par fourreaux une conduite contenant des harnais de câbles électriques de commande ou de puissance, ventilés par de l’air pour le refroidissement.
Alternativement, pour certaines turbomachines ne comprenant pas de palier basse pression et par conséquent pas de support de palier 3, il est possible d’utiliser une bride support de machine électrique 34b, non représentée sur les figures, dont le rôle est de fixer la machine électrique 4.
Chaque tube de servitude 7 peut comprendre un ou plusieurs fourreaux électriques de commande et/ou de puissance, peut également comprendre des conduites d’air, d’huile ou d’air huilé. Un tube de servitude 7 s’étend ainsi de l’aubage 1 à la machine électrique 4, en étant monté dans l’aubage 1 de façon coulissante, pour pouvoir s’accommoder des mouvements relatifs, en particulier des mouvements relatifs provoqués par les écarts de dilatation thermique entre l’aubage 1 , dont la température est bien plus élevée que celle d’un tube de servitude 7 ventilé. L’invention permet d’assurer ces connexions tout en isolant la machine électrique 4 de l’huile en provenance du support de paliers 3 et des échanges thermiques avec la veine primaire 11 et la paroi du cône de tuyère 2. Ainsi, le carter d’échappement 0 comprend, fixé entre la bride de cône de tuyère 12a et la bride de support de paliers 34, une cloison 5 ou tôle radiale, placée radialement de sorte à définir une cavité radialement sous l’aubage 10, isolant ainsi la machine électrique 4 du support de paliers 3. Alternativement, la cloison 5 est fixée à l’aide d’une bride de support cloison 12b, fixée sur l’un ou l’autre de l’aubage 1 ou du cône de tuyère 2. La bride de support cloison 12b est une bride dédiée au seul maintien en position de la cloison 5, ce qui permet d’améliorer le positionnement de la cloison 5.
La cloison 5 supporte également un capot d’isolation 6 du cône de tuyère 2, par l’intermédiaire d’une bride de capot d’isolation 56 qui maintient le capot d’isolation 6 fixé à la cloison 5 de façon coaxiale à la machine électrique 4. Alternativement, le capot d’isolation 5 peut être fixé au niveau de la bride de cône de tuyère 12. La cloison 5 et le capot d’isolation 6 définissent ainsi un compartiment de machine électrique 40 entre la cloison 5, le capot d’isolation 6 et la machine électrique 4 et une cavité de cône de tuyère 20, entre la cloison 5, le capot d’isolation 6 et le cône de tuyère 2, afin d’isoler thermiquement la machine électrique 4.
Par rapport à l’art antérieur, un tel compartimentage du carter 0 apporte plusieurs avantages, notamment une meilleure isolation thermique de la machine électrique 4 et sa protection contre l’huile en provenance du support de paliers 3, qui peut venir polluer la cavité sous aubage 10. Cela procure également un obstacle à la propagation de fluides inflammables et facilite leur drainage, ce qui limite les risques en cas de panne et participe à prévenir les incendies.
Optionnellement, il est possible d’améliorer encore la régulation thermique de la machine électrique 4 en ventilant par convection forcée le compartiment de machine électrique 40, en prélevant de l’air dans une zone plus froide de la turbomachine et en le convoyant dans les tubes de servitude 7. Le volume réduit du compartiment de machine électrique 40 par rapport à l’art antérieur permet alors de réduire la quantité d’air nécessaire à sa ventilation, ce qui diminue l’impact sur les performances générales de la turbomachine. Il est également possible de refroidir la machine électrique 4 grâce à un circuit liquide dans les tubes de servitude 7, en combinaison avec une ventilation par convection forcée ou non. D’autre part, la cloison 5 et/ou le capot d’isolation 6 peuvent comprendre des matériaux isolants thermiques afin de limiter les échanges thermiques conductifs, par exemple de la laine de silice. Pour limiter les échanges thermiques radiatifs, la cloison 5 et/ou le capot d’isolation 6 peuvent aussi comprendre des tôles anti-rayonnement thermique ou un revêtement de peinture anti-rayonnement.
La cloison 5 peut comprendre sur toute ou partie de sa surface située radialement entre la bride de capot d’isolation 56 et la bride de cône de tuyère 12 une zone déformable 51 , configurée pour subir des élongations radiales et axiales de façon élastique tout en maintenant l’étanchéité du compartiment de machine électrique 40. La zone déformable 51 peut ainsi comprendre des ondulations radiales et/ou axiales ou être constituée de matériaux différents du reste de la cloison 5, afin de permettre à la cloison 5 d’assurer sa fonction lors des déplacements relatifs entre la bride de cône de tuyère 12 et la bride de support paliers 34, sous l’effet des gradients de température importants au cours du cycle de fonctionnement de la turbomachine.
Afin de permettre la transmission de puissance et d’informations entre la machine électrique et le reste de la turbomachine, la cloison 5 comprend un ou plusieurs dispositifs passe-cloison 52 configurés pour laisser passer un ou plusieurs tubes de servitude 7. Chaque tube de servitude 7 s’étend typiquement de la machine électrique 4 à l’aubage 1 en traversant un passe-cloison 52. Chaque tube de servitude 7 est guidé à l’intérieur de l’aubage 1 de façon à pouvoir coulisser, de sorte que la cloison 5 doit être configurée pour positionner et maintenir chaque tube de servitude 7 dans la cavité située radialement sous aubage 10 et dans le compartiment machine électrique 40. Un tel agencement permet de ségréger les connexions à destination de la machine électrique 4 des autres circuits de la turbomachine, en particulier le circuit d’air secondaire, ce qui réduit les interférences et donc les contraintes de dimensionnement des circuits de pressurisation des enceintes, des circuits de drainage et des circuits de prévention feu, par exemple le circuit d’évacuation appelé en anglais « sump flooding ».
La figure 2 illustre un mode de réalisation alternatif dans lequel le ou les tubes de servitude 7 comportent chacun une platine 71 à rotule ou alternativement une platine 71 glissante et le passe-cloison 52 comporte un bossage cylindrique. Le bossage cylindrique du passe-cloison 52 et la platine 71 sont dimensionnés pour que la platine 71 coulisse dans le bossage cylindrique chaque tube de servitude 7 puisse effectuer des mouvements axiaux dans le passe-cloison 52 en maintenant l’étanchéité de la cloison 5. De cette façon, les déplacements d’un tube de servitude 7 par rapport à la cloison 5, induits par les dilatations thermiques, sont permis sans pouvoir compromettre l’intégrité de l’isolation.
Alternativement, comme illustré figure 3, le passe-cloison 52 peut être doté d’une platine de fixation 53 radiale vissée sur la cloison 5 ou serrée par une plaque de maintien 54 sur la cloison 5. Avantageusement, la plaque de maintient 54 est rendue solidaire de la cloison 5, afin d’augmenter la rigidité de la fixation des tubes de servitude 7. La platine de fixation 53 est vissée ou fixée sur la cloison 5 en permettant un jeu radial, afin que le tube de servitude 7 passant au travers de la platine de fixation 53 puisse se déplacer radialement en maintenant l’étanchéité de la cloison 5. Dans un autre mode de réalisation, qui est celui illustré figure 4, le passe-cloison 52 comprend une plaque de support 55 radiale vissée sur la cloison 5. En alternative, la plaque de support 55 est serrée par une plaque de maintient 54 sur la cloison 5, de façon similaire au mode de réalisation de la figure 3 afin d’obtenir les mêmes avantages. En particulier, la plaque de maintien 54 peut être rendue solidaire de la cloison 5, afin d’augmenter la rigidité de la fixation des tubes de servitude 7. La plaque de support 55 comprend sur chacune de ses faces un ou plusieurs raccords 72 de type mamelon ou ajutage, les raccords 72 étant soudés ou vissés sur la plaque de support 55 et configurés pour recevoir l’extrémité 73 d’un tube de servitude 7. Cet agencement permet de dimensionner plus efficacement les tubes de servitude 7, car ceux situés entre la cloison 5 et la machine électrique 4, à l’intérieur du compartiment de machine électrique 40 subissent moins de contraintes, notamment thermiques, que ceux situés entre l’aubage 1 et la cloison 5, dans la cavité sous l’aubage 10. Cela simplifie aussi la maintenance, car il est possible de ne démonter qu’une partie des tubes de servitude 7.
En plus des avantages déjà cités, l’intégration d’une cloison 5 dans un carter 0 de turbomachine selon l’invention apporte une amélioration de la tenue mécanique du cône de tuyère 2, qui est fixé dans une zone plus contrainte grâce à la cloison 5. Les opérations de maintenance générale de la turbomachine sont également facilitées puisqu’il est désormais possible de démonter la machine électrique 4 sans ouvrir l’enceinte huile moteur. La cloison 5 maintient également les tubes de servitude 7 dans des positions facilitant ces opérations.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Carter d’échappement (0) de turbomachine comprenant :
- un aubage (1 ) formant une couronne comprenant des bras qui s’étendent entre une virole interne et une virole externe, l’aubage (1 ) s’étendant autour d’un axe (A) s’étendant d’amont en aval dans un sens de circulation d’un flux d’échappement ;
- un cône de tuyère (2) annulaire, coaxial et monté à l’aval de l’aubage (1 ) par une bride de cône de tuyère (12), la bride de cône de tuyère (12) étant disposée axialement entre l’aubage (1 ) et le cône de tuyère (2) ;
- un support de paliers (3) coaxial à l’aubage (1 ) et disposé radialement à l’intérieur vis-à-vis de l’aubage (1 ) ;
- une machine électrique (4) disposée radialement à l’intérieur du cône de tuyère (2), à l’aval du support de paliers (3), la machine électrique étant fixée au support de paliers (3) par une bride de support de paliers (34), la bride de support de paliers (34) étant disposée axialement entre la machine électrique (4) et le support de paliers (3) ;
- une cloison (5) s’étendant radialement entre la bride de cône de tuyère (12a) et la bride de support de paliers (34), ou entre une bride de support cloison (12b) et la bride de support de paliers (34), la bride de support cloison (12b) étant fixée sur l’aubage (1 ) ou sur le cône de tuyère (2), de sorte à définir entre le support de paliers (3) et l’aubage (1 ) une cavité radialement sous l’aubage (10) ;
- un capot d’isolation (6) disposé entre le cône de tuyère (2) et la machine électrique (4), coaxial à la machine électrique (4) et au cône de tuyère (2), le capot d’isolation (6) étant relié à la cloison (5) par une bride de capot d’isolation (56) ;
- un tube de servitude (7) s’étendant dans un logement d’un bras de l’aubage (1 ) et étant relié à la machine électrique (4) en passant au travers de la cloison (5) par un passe-cloison (52) ; de sorte que la cloison (5) et le capot d’isolation (6) définissent un compartiment de machine électrique (40) isolé entre la cloison (5), la machine électrique (4) et le capot d’isolation (6) et une cavité de cône de tuyère (20) étant délimitée par la cloison (5), le cône de tuyère (2) et le capot d’isolation (6).
2. Carter d’échappement (0) selon la revendication 1 , dans lequel la cloison (5) comprend sur sa surface située entre la bride de cône de tuyère (12) et la bride de capot d’isolation (56) une zone de souplesse (51 ) comprenant des ondulations dans le sens radial et/ou dans le sens axial et configurée pour permettre à la cloison (5) de maintenir l’étanchéité entre la cavité située radialement sous l’aubage (10), la cavité de cône de tuyère (20) et le compartiment de machine électrique (40) lors d’un déplacement relatif entre la bride de cône de tuyère (12) et la bride de support paliers (34).
3. Carter d’échappement (0) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le tube de servitude (7) comporte une platine (71 ) à rotule ou une platine (71 ) glissante et le passe-cloison (52) comporte un bossage cylindrique, de sorte que le tube de servitude (7) coulisse axialement dans le passe-cloison (52) en maintenant l’étanchéité de la cloison (5).
4. Carter d’échappement (0) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le passe- cloison (52) comporte une platine de fixation (53) radiale fixée sur la cloison (5) par une plaque de maintien (54) en permettant un jeu radial, afin que le tube de servitude (7) passant au travers de la platine de fixation (53) puisse se déplacer radialement en maintenant l’étanchéité de la cloison (5), la plaque de maintien (54) étant solidaire de la cloison (5).
5. Carter d’échappement (0) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le passe- cloison (52) comporte une plaque de support (55) radiale fixée sur la cloison (5), la plaque de support (55) comportant un raccord (72) de type mamelons ou ajutage, le raccord (72) étant fixé sur la plaque de support (55) et configuré pour recevoir l’extrémité (73) d’un tube de servitude (7).
6. Carter d’échappement (0) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la cloison (5) et/ou le capot d’isolation (6) comprend un isolant thermique.
7. Carter d’échappement (0) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la cloison (5) comprend des tôles anti-rayonnement thermique ou est recouverte de peinture antirayonnement.
8. Carter d’échappement (0) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le tube de servitude (7) loge des câbles électriques de commande ou de puissance, ventilés par de l’air pour le refroidissement, ces câbles étant disposés dans un fourreau, le tube de servitude (7) étant de préférence configuré pour accueillir en outre des conduites d’huile, d’air ou d’air huilé.
9. Carter d’échappement (0) selon la revendication 8, dans lequel le tube de servitude (7) est configuré pour accueillir des conduites d’huile, d’air ou d’air huilé.
10. Turbomachine comprenant un carter d’échappement (0) de turbomachine selon l’une des revendications 1 à 9.
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