FR2903151A1 - Exhaust case ventilation device for e.g. aircraft`s jet engine, has slits delimiting blades that are supported on stiffener and freely deformable in radial direction under effect of differential thermal dilatation between case and trim - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif de ventilation d'un carter d'échappement dans une turbomachineDevice for ventilating an exhaust casing in a turbomachine
La présente invention concerne un dispositif de ventilation d'un carter d'échappement dans une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. De façon connue, le circuit de ventilation d'un carter d'échappement comprend une virole cylindrique externe en tôle dont l'extrémité amont est soudée sur le carter d'échappement et dont l'extrémité aval est en appui étanche sur un élément cylindrique d'un habillage de carter qui protége thermiquement le carter d'échappement du flux de gaz chauds de la turbomachine qui s'écoule à l'intérieur de l'élément cylindrique de l'habillage. En fonctionnement, la dilatation thermique radiale de l'habillage est supérieure à celle du carter et de sa virole externe, ce qui entraîne des contraintes importantes dans l'élément de l'habillage sur lequel cette virole est en appui et réduit la durée de vie de cet élément. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. The present invention relates to a device for ventilating an exhaust casing in a turbomachine, such as an airplane turbojet or turboprop. In known manner, the ventilation circuit of an exhaust casing comprises an external cylindrical shell sheet metal whose upstream end is welded to the exhaust casing and whose downstream end is in sealing engagement on a cylindrical element of a housing casing which thermally protects the exhaust casing of the hot gas stream of the turbomachine which flows inside the cylindrical element of the casing. In operation, the radial thermal expansion of the cladding is greater than that of the casing and its outer shell, which causes significant stresses in the element of the cladding on which this ferrule is supported and reduces the service life of this element. The invention aims in particular to provide a simple, effective and economical solution to this problem.
Elle propose à cet effet un dispositif de ventilation d'un carter d'échappement dans une turbomachine, comprenant une virole cylindrique en tôle solidaire du carter d'échappement à son extrémité amont et venant en appui étanche à son extrémité aval sur un élément cylindrique d'habillage de carter, caractérisé en ce que l'extrémité aval de la virole cylindrique solidaire du carter comporte des fentes parallèles à l'axe du carter et délimitant entre elles des lamelles longitudinales qui sont en appui sur l'élément cylindrique de l'habillage et qui sont déformables librement en direction radiale sous l'effet d'une dilatation thermique différentielle entre le carter et l'habillage. To this end, it proposes a device for ventilating an exhaust casing in a turbomachine, comprising a cylindrical shell made of sheet integral with the exhaust casing at its upstream end and coming into sealing engagement at its downstream end on a cylindrical element of housing casing, characterized in that the downstream end of the cylindrical shell integral with the housing has slots parallel to the axis of the casing and delimiting between them longitudinal lamellae which bear on the cylindrical element of the casing and which are freely deformable in the radial direction under the effect of a differential thermal expansion between the casing and the casing.
Grâce aux lamelles de l'extrémité aval de la virole du carter et à leur possibilité de déformation radiale, l'étanchéité entre cette virole et l'élément 2903151 2 de l'habillage est sensiblement conservée sans générer de contraintes élevées dans cet élément en fonctionnement. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, le dispositif comprend une seconde virole en tôle sensiblement cylindrique qui est 5 interposée entre la virole solidaire du carter et l'élément de l'habillage et comporte dans sa partie aval une pluralité de fentes parallèles à l'axe du carter et délimitant entre elles des lamelles longitudinales serrées radialement entre les lamelles longitudinales de la première virole et l'élément d'habillage. Thanks to the lamellae of the downstream end of the shell of the casing and to their possibility of radial deformation, the seal between this shell and the element 2903151 2 of the casing is substantially preserved without generating high stresses in this element in operation. . In a preferred embodiment of the invention, the device comprises a second shell substantially cylindrical sheet which is interposed between the shell integral with the casing and the element of the casing and comprises in its downstream part a plurality of parallel slots to the axis of the housing and delimiting between them longitudinal lamellae radially clamped between the longitudinal lamellae of the first ferrule and the covering element.
10 Les lamelles de la seconde virole peuvent également se déformer librement en direction radiale sous l'effet de la dilatation thermique différentielle entre le carter et l'habillage et, notamment lorsqu'elles sont disposées en quinconce avec les lamelles de la première virole, permettent d'assurer une étanchéité très satisfaisante entre les viroles et l'élément 15 d'habillage en dépit de leur dilatation thermique différentielle. L'élément d'habillage sur lequel s'appuie l'extrémité aval de la virole est par exemple un raidisseur porté par un voile cylindrique de l'habillage et destiné à renforcer ce dernier. Les fentes de la ou de chaque virole s'étendent depuis le bord 20 périphérique aval de la virole sur une longueur de quelques centimètres et chaque virole est fixée par soudure ou par d'autres moyens appropriés à son extrémité amont sur le carter d'échappement. Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, la ou chaque virole comprend une partie amont cylindrique de plus grand 25 diamètre et une partie aval cylindrique de plus petit diamètre dont la surface cylindrique intérieure est en contact avec l'élément cylindrique de l'habillage. Les viroles ont typiquement une dimension axiale d'environ 50 à 60mm et une épaisseur comprise entre 0,5 et 0,8mm environ et 30 comprennent chacune environ 40 à 50 lamelles longitudinales. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un 2903151 3 turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif de ventilation tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la 5 description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un carter d'échappement ; - la figure 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 1 et 10 représente un dispositif de ventilation selon la technique antérieure ; - la figure 3 est une vue schématique partielle en perspective d'une virole du dispositif selon l'invention, vue de l'aval ; - la figure 4 est une vue correspondant à la figure 3 et représente les deux viroles du dispositif selon l'invention.The lamellae of the second ferrule may also deform freely in the radial direction under the effect of the differential thermal expansion between the casing and the casing and, in particular when they are arranged in staggered rows with the lamellae of the first ferrule, allow to ensure a very satisfactory seal between the ferrules and the cladding element 15 despite their differential thermal expansion. The cladding element on which the downstream end of the shell is supported for example is a stiffener carried by a cylindrical veil of the cladding and intended to strengthen the latter. The slits of the or each shell extend from the downstream peripheral edge of the shell over a length of a few centimeters and each shell is attached by welding or other suitable means to its upstream end on the exhaust housing. . In a particular embodiment of the invention, the or each ferrule comprises a cylindrical upstream portion of larger diameter and a cylindrical downstream portion of smaller diameter whose inner cylindrical surface is in contact with the cylindrical element of the dressing. The ferrules typically have an axial dimension of about 50 to 60 mm and a thickness of about 0.5 to about 0.8 mm and each includes about 40 to 50 longitudinal lamellae. The invention also relates to a turbomachine, such as a turbojet engine or an airplane turbo-propeller, characterized in that it comprises at least one ventilation device as described above. The invention will be better understood and other details, features and advantages of the present invention will become apparent on reading the following description given by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings, in which: FIG. a partial schematic view in axial section of an exhaust casing; Figure 2 is an enlarged view of a portion of Figure 1 and shows a ventilation device according to the prior art; - Figure 3 is a partial schematic perspective view of a ferrule of the device according to the invention, seen from downstream; - Figure 4 is a view corresponding to Figure 3 and shows the two rings of the device according to the invention.
15 On a représenté en figure 1 une partie d'un carter d'échappement 10 d'une turbomachine qui est monté autour d'un support de palier 12 et qui est protégé thermiquement par un habillage 14 d'un flux 16 de gaz chauds provenant d'une chambre de combustion et d'une turbine (non représentées) de la turbomachine.FIG. 1 shows a portion of an exhaust casing 10 of a turbomachine which is mounted around a bearing support 12 and which is thermally protected by a casing 14 of a stream 16 of hot gases from a combustion chamber and a turbine (not shown) of the turbomachine.
20 Le support de palier 12 comprend une paroi 18 sensiblement tronconique s'étendant vers l'aval et vers l'axe 20 de la turbomachine et portant une bague extérieure 22 d'un palier (non représenté) de centrage et de guidage d'un arbre de la turbomachine. La paroi 18 du support de palier comprend à son extrémité aval une bride annulaire 24 de fixation sur des 25 moyens 26 de lubrification du palier et est reliée à son extrémité amont à une extrémité amont d'une paroi 28 sensiblement cylindrique. Le carter d'échappement 10 comprend des bras radiaux 30 qui sont fixés à leur extrémité radialement interne sur la paroi cylindrique 28 du support de palier et à leur extrémité radialement externe sur une paroi 30 cylindrique 32 du carter d'échappement. L'habillage de carter 14 est monobloc et comporte deux voiles 2903151 4 sensiblement cylindriques coaxiaux 34 et 36 qui s'étendent l'un à l'intérieur de l'autre et qui sont reliés par des chemises radiales 38 à l'intérieur desquelles s'étendent les bras radiaux 30. Chaque chemise 38 a une forme profilée axialement et le bras radial 30 s'étend à l'intérieur d'une partie 5 amont de la chemise et à distance de celle-ci. Le voile interne 34 s'étend à l'extérieur et à distance de la paroi 28 du support de palier et le voile externe 36 s'étend à l'intérieur et à distance de la paroi 32 du carter d'échappement. Le voile interne 34 de l'habillage 14 comprend à son extrémité aval 10 une bride annulaire radialement interne 40 qui est fixée par des moyens appropriés du type vis-écrou sur une bride annulaire 42 correspondante de la paroi 28 du support de palier. L'extrémité amont du voile interne 34 est fixée à des moyens 44 élastiquement déformables portés par le support de palier 12 et autorisant des dilatations thermiques différentielles entre 15 l'habillage et le support de palier. Le voile externe 36 de l'habillage 14 comporte à proximité de son extrémité amont un rebord annulaire radialement externe 46 qui est en appui axial sur l'extrémité amont de la paroi 32 du carter d'échappement. L'extrémité aval de cette paroi 32 est reliée par soudure à l'extrémité amont 20 d'une virole sensiblement cylindrique 48 en tôle dont l'extrémité aval est en appui radial sur un raidisseur annulaire 50 monté autour d'une partie d'extrémité aval du voile externe 36 de l'habillage. Le raidisseur 50 s'étend coaxialement à l'intérieur de la virole 48, depuis le bord périphérique aval du voile externe 36 de l'habillage jusqu'au voisinage des bras radiaux 30.The bearing support 12 comprises a substantially frustoconical wall 18 extending downstream and towards the axis 20 of the turbomachine and carrying an outer ring 22 of a bearing (not shown) for centering and guiding a turbomachine shaft. The wall 18 of the bearing support comprises at its downstream end an annular flange 24 for fixing on bearing lubrication means 26 and is connected at its upstream end to an upstream end of a substantially cylindrical wall 28. The exhaust casing 10 comprises radial arms 30 which are fixed at their radially inner end to the cylindrical wall 28 of the bearing support and at their radially external end to a cylindrical wall 32 of the exhaust casing. The housing casing 14 is in one piece and comprises two substantially coaxial cylindrical sails 34 and 36 which extend one inside the other and which are connected by radial jackets 38 inside which extend the radial arms 30. Each liner 38 has an axially profiled shape and the radial arm 30 extends into and away from an upstream portion of the liner. The inner web 34 extends outside and away from the wall 28 of the bearing support and the outer web 36 extends within and away from the wall 32 of the exhaust casing. The internal web 34 of the covering 14 comprises at its downstream end 10 a radially inner annular flange 40 which is fixed by appropriate means of the screw-nut type on a corresponding annular flange 42 of the wall 28 of the bearing support. The upstream end of the internal web 34 is attached to elastically deformable means 44 carried by the bearing support 12 and allowing differential thermal expansion between the casing and the bearing support. The outer web 36 of the casing 14 comprises near its upstream end a radially outer annular flange 46 which bears axially on the upstream end of the wall 32 of the exhaust casing. The downstream end of this wall 32 is connected by welding to the upstream end 20 of a substantially cylindrical ferrule 48 made of sheet metal, the downstream end of which bears radially against an annular stiffener 50 mounted around an end portion downstream of the outer veil 36 of the covering. The stiffener 50 extends coaxially inside the shell 48, from the downstream peripheral edge of the outer web 36 of the casing to the vicinity of the radial arms 30.
25 Chaque bras radial 30 est alimenté en air de refroidissement à partir d'une enceinte 54, radialement externe à la paroi 32 du carter, et comprend dans sa paroi amont des trous 58 débouchant vers la partie amont de la chemise 38. L'air qui circule à l'intérieur du bras radial 30 est en partie éjecté par les trous 58 sur la partie amont de la chemise pour son 30 refroidissement. La virole 48 délimite avec le raidisseur 50 un passage annulaire 62 2903151 5 qui débouche à son extrémité amont à l'intérieur des chemises 38 et est en appui étanche en 66 à son extrémité aval sur le raidisseur 50 (figure 2). En fonctionnement, l'habillage 14 est exposé à de fortes températures pouvant atteindre 800 C environ et l'air qui circule dans les 5 bras radiaux 30 et à l'intérieur des chemises 38 a une température de 300 à 350 C environ, ce qui entraîne des dilatations thermiques différentielles importantes en direction radiale entre l'habillage et le carter et se traduit par des contraintes importantes dans la partie aval du gousset extérieur 52 de l'habillage du carter.Each radial arm 30 is supplied with cooling air from an enclosure 54, radially external to the wall 32 of the casing, and comprises in its upstream wall holes 58 opening towards the upstream part of the casing 38. The air which circulates inside the radial arm 30 is partly ejected by the holes 58 on the upstream part of the jacket for its cooling. The ferrule 48 delimits with the stiffener 50 an annular passage 62 which opens at its upstream end inside the jackets 38 and is sealingly abutted at its downstream end on the stiffener 50 (FIG. 2). In operation, the covering 14 is exposed to high temperatures of up to about 800 ° C. and the air circulating in the radial arms 30 and inside the shirts 38 has a temperature of about 300 ° C. to about 350 ° C. causes significant differential thermal expansion in the radial direction between the casing and the casing and results in significant stresses in the downstream portion of the outer gusset 52 of the housing casing.
10 Le dispositif de ventilation selon l'invention permet de remédier à ce problème au moyen de fentes formées dans la partie aval de la virole du carter d'échappement, parallèlement à l'axe 20 de la turbomachine, et délimitant entre elles des lamelles longitudinales capables de se déformer librement en direction radiale.The ventilation device according to the invention makes it possible to remedy this problem by means of slots formed in the downstream part of the shell of the exhaust casing, parallel to the axis 20 of the turbomachine, and delimiting between them longitudinal strips. able to deform freely in the radial direction.
15 Dans l'exemple de réalisation représenté en figure 3, la virole 148 est similaire à la virole 48 de la technique antérieure représentée en figures 1 et 2, et comprend deux parties sensiblement cylindriques amont 150 et aval 152 coaxiales reliées l'une à l'autre par une partie sensiblement tronconique 154. Le bord périphérique amont de la partie amont 150 de 20 plus grand diamètre est fixée par exemple par des points de soudure ou par un cordon annulaire de soudure à la paroi 32 du carter d'échappement et est alignée axialement avec celle-ci. La partie aval 152 de plus petit diamètre est en appui radial étanche sur une surface cylindrique extérieure correspondante du raidisseur 50.In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, the ferrule 148 is similar to ferrule 48 of the prior art shown in FIGS. 1 and 2, and comprises two substantially cylindrical upstream portions 150 and 152 coaxial downstream portions connected to one another. the other by a substantially frustoconical portion 154. The upstream peripheral edge of the upstream portion 150 of larger diameter is fixed for example by welding spots or by an annular weld bead to the wall 32 of the exhaust casing and is axially aligned therewith. The downstream portion 152 of smaller diameter is in radial sealing support on a corresponding outer cylindrical surface of the stiffener 50.
25 Les fentes 156 de la virole 148 s'étendent depuis son bord périphérique aval sur une majeure partie de la dimension axiale de la virole qui est par exemple d'environ 50 à 60mm, l'épaisseur de la virole étant comprise entre 0,5 et 0,8mm environ. Chaque lamelle 158 est déformable élastiquement en flexion en 30 direction radiale et peut donc suivre la dilatation thermique radiale de l'habillage sans exercer de contraintes importantes sur celui-ci.Slots 156 of ferrule 148 extend from its downstream peripheral edge over a major part of the axial dimension of the shell, which is for example about 50 to 60 mm, the thickness of the shell being between 0.5 and about 0.8mm. Each strip 158 is elastically deformable in bending in the radial direction and can therefore follow the radial thermal expansion of the covering without exerting significant stresses on it.
2903151 6 De préférence, comme représenté en figure 4, une seconde virole 248 est interposée entre la première virole 148 et le raidisseur 50 et comporte également des fentes 256 qui s'étendent parallèlement à l'axe de la turbomachine et délimitent entre elles des lamelles longitudinales 258 5 capables de se déformer librement en direction radiale. Les bords périphériques amont des deux viroles sont reliés à l'extrémité aval de la paroi 32 du carter d'échappement. La partie aval 252 de plus petit diamètre de la seconde virole 248 est serrée radialement entre la partie aval 152 de la première virole et le 10 raidisseur 50. Les lamelles longitudinales 258 de la seconde virole sont disposées en quinconce avec les lamelles longitudinales 158 de la première virole 148, les bords longitudinaux des lamelles 258 de la seconde virole étant en contact avec les surfaces intérieures des lamelles 158 de la première virole.Preferably, as shown in FIG. 4, a second collar 248 is interposed between the first ferrule 148 and the stiffener 50 and also comprises slots 256 which extend parallel to the axis of the turbomachine and delimit between them lamellae. longitudinal 258 5 capable of freely deforming in the radial direction. The upstream peripheral edges of the two rings are connected to the downstream end of the wall 32 of the exhaust casing. The downstream portion 252 of smaller diameter of the second ferrule 248 is clamped radially between the downstream portion 152 of the first ferrule and the stiffener 50. The longitudinal lamellae 258 of the second ferrule are arranged in staggered rows with the longitudinal lamellae 158 of the first ferrule 148, the longitudinal edges of the lamellae 258 of the second ferrule being in contact with the inner surfaces of the lamellae 158 of the first ferrule.
15 Au repos, les lamelles 258 de la seconde virole sont appliquées et maintenues par les lamelles 158 de la première virole sur le raidisseur 50. En fonctionnement, la dilatation thermique radiale de l'habillage est supérieure à celle du carter et des viroles 148, 248 ce qui entraîne des déformations des lamelles 158, 258 en direction radiale, les fentes entre les 20 lamelles 258 de la seconde virole restant fermées par les lamelles 158 de la première virole pour assurer l'étanchéité du dispositif. Dans un exemple de réalisation, les viroles 148 et 248 comprennent environ entre 40 et 50 lamelles longitudinales 158, 258 et sont réalisées en alliage à base de Nickel tel que de l'INCO 718. 25At rest, the lamellae 258 of the second ferrule are applied and held by the lamellae 158 of the first ferrule on the stiffener 50. In operation, the radial thermal expansion of the cladding is greater than that of the casing and ferrules 148, 248 which results in deformations of the lamellae 158, 258 in the radial direction, the slots between the lamellae 258 of the second ferrule remaining closed by the lamellae 158 of the first ferrule for sealing the device. In an exemplary embodiment, the ferrules 148 and 248 comprise approximately between 40 and 50 longitudinal strips 158, 258 and are made of nickel-based alloy such as INCO 718.
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