FR2919899A1 - Melangeur a lobes muni de bras redresseurs d'ecoulement pour tuyere a flux confluents de turbomachine - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un mélangeur (10) pour tuyère à flux confluents de turbomachine, comportant un corps central (16), un capot primaire (12) et un capot secondaire (14), l'extrémité aval (16b) du corps central s'étendant longitudinalement au-delà de l'extrémité aval (12a) du capot primaire. Le capot primaire comporte à son extrémité aval une partie (26) sinusoïdale définissant des lobes intérieurs (28) alternant avec des lobes extérieurs (30) et une pluralité de bras redresseurs d'écoulement (32) sont répartis autour de l'axe longitudinal (X-X) et solidaires de l'extrémité aval (16b) du corps central à partir de laquelle ils s'étendent radialement vers l'extérieur.
Description
Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine
général des mélangeurs destinés au mélange de flux gazeux concentriques d'une turbomachine à double flux. Elle vise plus particulièrement un mélangeur à lobes de type marguerite. Un mélangeur pour tuyère à flux confluents de turbomachine se compose typiquement d'un corps central annulaire centré sur un axe longitudinal de la turbomachine, d'un capot primaire annulaire entourant de façon coaxiale le corps central pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire primaire, et d'un capot secondaire annulaire entourant de façon coaxiale le capot primaire pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire secondaire coaxial au canal primaire. Un flux gazeux (appelé flux primaire) provenant de la turbine basse-pression de la turbomachine circule dans le canal primaire du mélangeur. Un autre flux gazeux (appelé flux secondaire) extérieur à la turbomachine s'écoule dans le canal secondaire. Le capot primaire d'un tel mélangeur comporte à son extrémité aval une partie sensiblement sinusoïdale définissant des lobes intérieurs alternant avec des lobes extérieurs, les lobes intérieurs formant des goulottes intérieures pour guider radialement le flux secondaire vers l'intérieur et les lobes extérieurs formant des goulottes extérieures pour guider radialement le flux primaire vers l'extérieur. On parle alors de mélangeur de type marguerite. Les flux primaire et secondaire se mélangent ainsi en aval des lobes du capot primaire.
Par ailleurs, il est connu que le flux primaire en sortie de la turbine basse-pression présente un mouvement de rotation autour de l'axe longitudinal de la turbomachine. Ce flux primaire a donc besoin d'être redressé (c'est-à-dire aligné selon l'axe longitudinal de la turbomachine) avant son éjection de la turbomachine.
A cet effet, le carter d'échappement de la turbomachine qui est situé entre la turbine basse-pression et les lobes du capot primaire comporte généralement des bras redresseurs qui sont des profils aérodynamiques permettant de redresser l'écoulement issu de la turbine basse-pression selon l'axe longitudinal.
Or, la fabrication de ces bras redresseurs est délicate. En termes de coûts, d'études et de qualité, il est nettement plus difficile de fabriquer un bras redresseur ayant un profil aérodynamique qu'un bras redresseur ayant profil droit. En effet, le fait d'utiliser ce type de bras comme redresseurs d'écoulement oblige à prendre en compte leur impact en termes de performances aérodynamiques. De plus, ces bras doivent permettre le passage de servitudes difficilement adaptables à des bras ayant un profil aérodynamique.
Objet et résumé de l'invention La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités en proposant un mélangeur pour tuyère à flux confluents de turbomachine qui intègre la fonction de redresser selon l'axe longitudinal le flux gazeux en rotation issu de la turbine basse-pression. Ce but est atteint grâce à un mélangeur comportant un corps central annulaire centré sur un axe longitudinal, un capot primaire annulaire entourant de façon coaxiale le corps central pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire primaire, et un capot secondaire annulaire entourant de façon coaxiale le capot primaire pour délimiter avec celuici un canal annulaire secondaire coaxial au canal primaire, l'extrémité aval du corps central s'étendant longitudinalement au-delà de l'extrémité aval du capot primaire, le capot primaire comportant à son extrémité aval une partie sensiblement sinusoïdale définissant des lobes intérieurs alternant avec des lobes extérieurs, les lobes intérieurs formant des goulottes intérieures pour guider radialement le flux gazeux s'écoulant dans le canal secondaire vers l'intérieur et les lobes extérieurs formant des goulottes extérieures pour guider radialement le flux gazeux s'écoulant dans le canal primaire vers l'extérieur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pluralité de bras redresseurs d'écoulement répartis autour de l'axe longitudinal et solidaires de l'extrémité aval du corps central à partir de laquelle ils s'étendent radialement vers l'extérieur.
La Demanderesse a constaté que la présence d'un mélangeur à lobes ne permet pas de redresser complètement selon l'axe longitudinal le flux primaire en rotation issu de la turbine basse-pression de la turbomachine et s'écoulant dans le canal primaire, et qu'une giration résiduelle persiste, cette giration étant localisée essentiellement autour du corps central du mélangeur. La présence de bras redresseurs d'écoulement solidaires du corps central permet alors de redresser le flux primaire selon l'axe longitudinal de la turbomachine. Ainsi, il n'est plus nécessaire d'intégrer de tels bras dans le carter d'échappement de la turbomachine. Les bras redresseurs d'écoulement peuvent s'étendre selon une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal. Alternativement, ces bras redresseurs peuvent s'étendre selon une direction inclinée par rapport à l'axe longitudinal, l'inclinaison étant de sens opposée à l'inclinaison du flux gazeux s'écoulant dans le canal primaire. Chaque bras redresseur d'écoulement peut être aligné angulairement avec un lobe extérieur du capot primaire. Par ailleurs, le mélangeur peut comporter un bras redresseur d'écoulement pour deux lobes extérieurs du capot primaire. De préférence, les bras redresseurs d'écoulement sont régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal.
L'invention concerne également une tuyère à flux confluents de turbomachine et une turbomachine comportant un mélangeur tel que défini précédemment.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue en perspective et en écorché d'une tuyère à flux confluents équipée d'un mélangeur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe transversale de la figure 1 ; et - la figure 4 est une vue en perspective d'un mélangeur selon un autre mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation Les figures 1 à 3 représentent schématiquement une turbomachine à flux confluents équipée d'un mélangeur 10 selon un mode de réalisation de l'invention.
Le mélangeur 10, de forme axisymétrique par rapport à son axe longitudinal X-X (confondu avec l'axe longitudinal de la turbomachine), est typiquement formé d'un capot primaire 12, d'un capot secondaire 14 et d'un corps central 16.
Le capot primaire 12 a sensiblement une forme de cylindre centré sur l'axe longitudinal X-X du mélangeur. Le corps central 16 est disposé concentriquement à l'intérieur du capot primaire 12. Il se compose pour l'essentiel d'une première partie cylindrique 16a qui se termine à l'extrémité aval 16b du corps central par une partie conique 16c se prolongeant elle-même vers l'aval par une seconde partie cylindrique 16d de diamètre inférieur à la première partie cylindrique 16a. Le capot secondaire 14, également de forme sensiblement cylindrique, entoure le capot primaire 12 tout en lui étant concentrique et 15 s'étend également selon l'axe longitudinal X-X du mélangeur. Le capot secondaire 14 s'étend longitudinalement vers l'aval au-delà de l'extrémité aval 12a du capot primaire 12. Par ailleurs, l'extrémité aval 16b du corps central 16 (c'est-à-dire la partie conique 16c et la seconde partie cylindrique 16d) s'étend longitudinalement au-delà de 20 l'extrémité aval 12a du capot primaire 12. Comme représenté de façon très schématique sur la figure 2, la turbomachine équipée d'un tel mélangeur 10 comporte également, d'amont en aval selon le sens d'écoulement du flux gazeux la traversant, une section annulaire de turbine basse-pression 18 et un carter 25 d'échappement 20 logés à l'intérieur du capot primaire 12. La section de turbine basse-pression 18 a pour fonction principale d'entraîner en rotation le compresseur basse-pression situé à l'amont de la turbomachine (et non représenté sur les figures). Quant au carter d'échappement 20, il a pour rôle de participer à la détente utile de 30 la propulsion. Le capot primaire 12 et le corps central 16 du mélangeur 10 définissent entre eux un premier canal annulaire 22 (appelé canal primaire) pour l'écoulement d'un flux gazeux intérieur issu de la section de turbine basse-pression 18 (appelé flux primaire ou flux chaud). 35 De même, les capots primaire 12 et secondaire 14 définissent entre eux un second canal annulaire 24 (appelé canal secondaire), coaxial au canal primaire, pour l'écoulement d'un flux gazeux extérieur issu de la turbomachine (appelé flux secondaire ou flux froid). Le flux primaire issu de la section de turbine basse-pression 18 traverse le carter d'échappement 20 puis se mélange au flux secondaire au niveau de l'extrémité aval 12a du capot primaire 12 comme expliqué ci-après. Dans la description qui suit, les termes intérieur et extérieur désignent un élément du mélangeur respectivement proche ou éloignée de l'axe longitudinal X-X.
Le mélangeur 10 est du type marguerite. Son capot primaire 12 comporte à son extrémité aval 12a un organe 26 sensiblement cylindrique ayant à son extrémité aval une partie sensiblement sinusoïdale définissant des lobes intérieurs 28 et des lobes extérieurs 30. Les lobes intérieurs 28 et des lobes extérieurs 30 du mélangeur sont disposés en alternance les uns par rapport aux autres et peuvent être répartis de façon régulière sur toute la circonférence de l'organe cylindrique 26. Comme représenté sur la figure 3, les lobes intérieurs 28 font saillies radialement vers l'intérieur du capot primaire 12, c'est-à-dire qu'ils pénètrent dans le canal primaire 22, tandis que les lobes extérieurs 30 font saillies radialement vers l'extérieur du capot primaire 12, c'est-à-dire qu'ils pénètrent dans le canal secondaire 24. Plus précisément, les lobes intérieurs 28 forment chacun une goulotte (ou conduit) intérieure permettant de guider vers l'intérieur le flux secondaire s'écoulant dans le canal secondaire 24 du mélangeur, c'est-à-dire que le flux secondaire empruntant de telles goulottes intérieures est dirigé radialement vers l'axe longitudinal X-X pour se mélanger au flux primaire. De même, les lobes extérieurs 30 forment chacun une goulotte extérieure par laquelle le flux primaire s'écoulant dans le canal primaire 22 de la tuyère est guidé radialement vers l'extérieur, c'est-à-dire que le flux primaire empruntant de telles goulottes extérieures est dirigé en direction du canal secondaire 24 de la tuyère pour se mélanger au flux secondaire y circulant.
De la sorte, un mélange s'effectue entre le flux primaire s'écoulant dans le canal primaire 22 et le flux secondaire s'écoulant dans le canal secondaire 24 en aval de l'organe 26 à lobes du capot primaire 12. Le flux primaire issu de la section de turbine basse-pression s'écoule dans le canal primaire selon une direction qui est essentiellement parallèle à l'axe longitudinal X-X. En sortie de la section de turbine basse-pression, le flux primaire présente cependant également un mouvement de rotation autour de cet axe longitudinal X-X qui se traduit par une inclinaison par rapport à l'axe longitudinal (généralement comprise entre 10 et 300).
Selon l'invention, pour redresser le flux primaire selon l'axe longitudinal X-X avant son éjection de la turbomachine, le mélangeur comporte une pluralité de bras redresseurs d'écoulement 32 qui sont répartis autour de l'axe longitudinal X-X et solidaires de l'extrémité aval 16b du corps central 16 à partir de laquelle ils s'étendent radialement vers l'extérieur. Ces bras redresseurs d'écoulement 32 se présentent sous la forme de profils aérodynamiques (de type aubage de turbine à gaz par exemple) dont les pieds 32a sont solidaires de l'extrémité aval 16b du corps central du mélangeur (et plus précisément de la partie conique 16c de cette extrémité aval). La Demanderesse a constaté que c'est autour du corps central 16 au niveau de son extrémité aval 16b que la giration résiduelle du flux primaire est la plus élevée. La présence d'un mélangeur à lobes tel que décrit ci-dessus ne permet en effet pas de redresser complètement selon l'axe longitudinal X-X le flux primaire. Comme représenté sur la figure 2, les bras redresseurs d'écoulement 32 ont un bord d'attaque 32b et un bord de fuite 32c qui sont décalés axialement vers l'aval par rapport à l'organe 26 à lobes du mélangeur (les lobes 28, 30 ne sont pas alignés radialement avec les bras redresseurs). Ils ne sont donc pas situés directement dans le canal primaire 22 mais en aval de celui-ci. Les bras redresseurs d'écoulement 32 s'étendent entre leur pied 32a et leur tête 32d (c'est-à-dire vers l'extérieur) selon une direction sensiblement radiale.
La hauteur sur laquelle ils s'étendent radialement et leur nombre varient en fonction des besoins de redressement du flux primaire issu de la section de turbine basse-pression. De manière générale, plus la giration du flux gazeux en sortie de la section de turbine basse-pression sera élevée, plus le nombre et la hauteur des bras redresseurs et la distance longitudinale sur laquelle ils s'étendent seront importants. Dans l'exemple de réalisation des figures 1 à 3, chaque bras redresseur d'écoulement 32 est aligné angulairement avec un lobe extérieur 30 du capot primaire 12 (voir la figure 3 notamment). Toujours dans cet exemple de réalisation, il est prévu un bras redresseur d'écoulement 32 pour deux lobes extérieurs (ou intérieurs) du capot primaire 12 (le capot primaire comporte vingt lobes extérieurs ou intérieurs et dix bras redresseurs d'écoulement 32).
Encore dans cet exemple de réalisation, les bras redresseurs d'écoulement 32 s'étendent entre leur bord d'attaque 32b et leur bord de fuite 32c selon une direction qui est sensiblement parallèle à l'axe longitudinal X-X. Toutefois, comme représenté dans le mode de réalisation de la figure 4, les bras redresseurs d'écoulement 32' peuvent s'étendre selon une direction 34 qui est inclinée par rapport à l'axe longitudinal X-X d'un angle a. Dans ce mode de réalisation, l'inclinaison a de la direction 34 avec l'axe longitudinal X-X est de sens opposée à celle de la direction 36 du flux primaire s'écoulant dans le canal primaire 22 et de valeur absolue sensiblement également à celle-ci. Ce mode de réalisation permet de corriger davantage le mouvement de rotation du flux primaire issu de la section de turbine basse-pression.
Claims (8)
1. Mélangeur (10) pour tuyère à flux confluents de turbomachine, comportant un corps central annulaire (16) centré sur un axe longitudinal (X-X), un capot primaire annulaire (12) entourant de façon coaxiale le corps central pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire primaire (22), et un capot secondaire annulaire (14) entourant de façon coaxiale le capot primaire pour délimiter avec celui-ci un canal annulaire secondaire (24) coaxial au canal primaire, l'extrémité aval (16b) du corps central (16) s'étendant longitudinalement au-delà de l'extrémité aval (12a) du capot primaire (12), le capot primaire comportant à son extrémité aval une partie (26) sensiblement sinusoïdale définissant des lobes intérieurs (28) alternant avec des lobes extérieurs (30), les lobes intérieurs formant des goulottes intérieures pour guider radialement le flux gazeux s'écoulant dans le canal secondaire vers l'intérieur et les lobes extérieurs formant des goulottes extérieures pour guider radialement le flux gazeux s'écoulant dans le canal primaire vers l'extérieur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pluralité de bras redresseurs d'écoulement (32, 32') répartis autour de l'axe longitudinal et solidaires de l'extrémité aval (16b) du corps central (16) à partir de laquelle ils s'étendent radialement vers l'extérieur.
2. Mélangeur selon la revendication 1, dans lequel les bras redresseurs d'écoulement (32) s'étendent selon une direction sensiblement parallèle à l'axe longitudinal (X-X).
3. Mélangeur selon la revendication 1, dans lequel les bras redresseurs d'écoulement (32') s'étendent selon une direction (34) inclinée par rapport à l'axe longitudinal (X-X), l'inclinaison étant de sens opposée à l'inclinaison d'un flux gazeux s'écoulant dans le canal primaire (22).
4. Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque bras redresseur d'écoulement (32, 32') est aligné angulairement avec un lobe extérieur (30) du capot primaire (12).35
5. Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant un bras redresseur d'écoulement (32, 32') pour deux lobes extérieurs (30) du capot primaire (12).
6. Mélangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les bras redresseurs d'écoulement (32, 32') sont régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal (X-X).
7. Tuyère à flux confluents de turbomachine comportant un mélangeur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
8. Turbomachine à double flux comportant un mélangeur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
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