FR2961867A1 - Prelevement d'air a travers le diffuseur d'un compresseur centrifuge d'une turbomachine - Google Patents

Prelevement d'air a travers le diffuseur d'un compresseur centrifuge d'une turbomachine Download PDF

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Abstract

Diffuseur destiné à redresser le flux d'air issu d'un compresseur centrifuge (2) dans une turbomachine, ledit diffuseur ayant une forme cylindrique et comprenant une première partie (31) ayant la forme de deux disques sensiblement parallèles s'étendant sensiblement radialement par rapport à l'axe de symétrie du diffuseur, une seconde partie coudée (32) et une troisième partie (33) destinée à déboucher dans une cavité aval (6), positionnée en aval dudit diffuseur (3) et alimentée par de l'air issu dudit compresseur (2), caractérisé en ce que la première partie (31) est traversée par au moins un canal (10) permettant de mettre en communication ladite cavité aval (6) avec une cavité de prélèvement (5) située en amont dudit diffuseur.

Description

1 Le domaine de la présente invention est celui des turbomachines et, plus particulièrement celui des dispositifs associés au prélèvement d'air effectué sur ces turbomachines.
Les turbomachines ont principalement pour objet de produire de la poussée ou de fournir une puissance à un véhicule, tel qu'un aéronef, mais elles ont souvent aussi comme fonction annexe de fournir de l'air sous pression pour assurer certaines servitudes qui sont nécessaires au bon fonctionnement de ce véhicule. On connaît principalement deux types de servitudes, un prélèvement de puissance sur un arbre entraîné par l'arbre moteur de la turbomachine et un prélèvement d'air qui est effectué en sortie d'un des étages des compresseurs de la turbomachine. Cet air sous pression permet par exemple d'assurer le conditionnement de la cabine, la pressurisation des réservoirs de carburant et d'autres fonctions, l'ensemble des ces fonctions étant connues sous le nom de ECS (Environmental control system ou Système de commande de l'environnement). L'air est généralement prélevé dans une cavité située en aval du dernier compresseur où le flux se tranquillise avant de sortir de la turbomachine. Il est ensuite acheminé, via une canalisation de prélèvement, vers les divers organes de l'aéronef qui l'utilisent. Sur les turbomachines où le dernier étage est assuré par un compresseur centrifuge, le flux est redressé par un diffuseur pour l'orienter sensiblement dans l'axe de la chambre de combustion. Un diffuseur est une pièce cylindrique qui recueille l'air en sortie du rouet du compresseur centrifuge et qui le redresse pour l'amener dans une direction sensiblement axiale. Dans le cas où le prélèvement d'air est effectué en sortie du dernier étage de compression, la chambre de tranquillisation est généralement située en amont du compresseur centrifuge pour des raisons d'utilisation optimale de l'espace. Il convient alors de faire passer au flux de prélèvement la barrière radiale constituée par la roue du diffuseur. Des dispositifs de prélèvement de l'air au niveau du diffuseur ont été imaginés, sous la forme d'un piquage situé soit sur la face amont du diffuseur, soit à son extrémité radiale, de sorte que l'air prélevé n'ait pas à traverser la roue du diffuseur. Mais cette solution a pour
2 inconvénient majeur qu'elle ne sépare pas l'air des poussières qu'il véhicule et que celles-ci se retrouvent dans la chambre de tranquillisation et sont entraînées dans le circuit de pressurisation de l'aéronef Une autre solution a alors été imaginée, qui consiste à prélever l'air de conditionnement ECS en aval du diffuseur, dans la cavité d'entrée de la chambre de combustion, et à lui faire décrire un circuit particulier pour le faire transiter vers la chambre de tranquillisation. Cette solution, qui consiste généralement à faire contourner le diffuseur par l'extérieur, se traduit par une augmentation de la masse de la turbomachine.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un cheminement de l'air entre la sortie du diffuseur et la chambre de tranquillisation, qui soit simple, tant du point de vue aérodynamique qu'énergétique, et qui ne soit pas sujet à l'entraînement des pollutions pouvant circuler dans la veine d'air.
A cet effet, l'invention a pour objet un diffuseur destiné à redresser le flux d'air issu d'un compresseur centrifuge dans une turbomachine, ledit diffuseur ayant une forme cylindrique et comprenant une première partie ayant la forme de deux disques sensiblement parallèles s'étendant sensiblement radialement par rapport à l'axe de symétrie du diffuseur, une seconde partie coudée et une troisième partie destinée à déboucher dans une cavité aval, positionnée en aval dudit diffuseur) et alimentée par de l'air issu dudit compresseur. Il est caractérisé en ce que la première partie est traversée par au moins un canal permettant de mettre en communication ladite cavité aval avec une cavité de prélèvement située en amont dudit diffuseur. Le passage de l'air à travers le diffuseur évite son contournement, ce qui réduit la longueur et le poids des canalisations qui seraient nécessaires.
Préférentiellement la première partie comprend au moins un redresseur formant moyen de canalisation du flux d'air circulant entre les deux disques, dans lequel est intégré ledit canal, de façon à ce qu'il n'interfère pas avec le flux d'air. L'utilisation des redresseurs du diffuseur pour y faire passer le 35 flux d'air constitue une solution simple et aérodynamiquement efficace. Avantageusement chaque redresseur est traversé par un canal.
3 Dans un mode particulier de réalisation ledit redresseur a la forme d'une ailette dont l'extrados et l'intrados s'étendent entre les deux disques dans des plans sensiblement radiaux et ledit canal s'étend entre lesdits extrados et intrados selon une orientation sensiblement axiale.
L'invention porte aussi sur une turbomachine comprenant au moins un étage de compression constitué par un compresseur centrifuge, une cavité de prélèvement située en amont dudit compresseur centrifuge et destinée à être alimentée via une cavité aval par de l'air issu dudit compresseur centrifuge, ladite cavité aval étant positionnée en aval dudit compresseur, caractérisée en ce qu'elle comporte un diffuseur tel que décrit ci-dessus, qui est positionné en sortie dudit compresseur pour redresser le flux d'air de ladite turbomachine et alimenter ladite cavité aval. De façon préférentielle ladite cavité aval est la cavité d'entrée 15 de chambre de la turbomachine. De façon encore plus préférentielle le compresseur centrifuge constitue le dernier étage de compression de ladite turbomachine.
L' invention sera mieux comprise, et d' autres buts, détails, 20 caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : 25 - la figure 1 est une vue en coupe de la partie centrale d'une turbomachine dont le dernier étage de compression est un compresseur centrifuge ; - la figure 2 est une vue d'un détail de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective et en coupe, dans son 30 environnement immédiat, du diffuseur de la turbomachine de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en coupe d'un redresseur selon un mode de réalisation de l'invention, positionné dans le diffuseur de la figure 3 35 - la figure 5 montre une vue en coupe d'un diffuseur comportant des redresseurs selon la figure 4.
4 En se référant à la figure 1, on voit en coupe longitudinale la partie centrale d'une turbomachine, comprenant un compresseur haute pression 1 auquel fait suite, à son aval, un compresseur centrifuge 2, puis un diffuseur 3 qui redresse la veine d'air en aval du compresseur centrifuge 2 et enfin une chambre de combustion 4. En amont du diffuseur 3 est disposée une cavité de prélèvement 5, formant une chambre de tranquillisation dans laquelle est prélevé l'air qui alimente le système ECS. De cette cavité part une canalisation de prélèvement 7 qui achemine l'air prélevé vers ce système ECS. De l'autre côté du diffuseur 3 se trouve la cavité d'entrée de chambre 6, dans laquelle arrive l'air comprimé, à sa sortie du diffuseur 3. En se référant maintenant à la figure 2, le diffuseur 3 a une forme cylindrique comportant une première partie 31 formant un double disque s'étendant radialement, dans lequel s'écoule l'air en sortie du compresseur centrifuge 2, qui se prolonge à son extrémité radiale par une seconde partie, coudée, 32 qui ramène le flux sensiblement dans la direction axiale du moteur. Le diffuseur 3 se poursuit, en aval du coude 32, par une troisième partie 33 formant une double couronne s'évasant légèrement à son extrémité longitudinale. De façon connue la première partie 31 porte, entre ses deux disques, des redresseurs 8 qui ont la forme de parois s'étendant entre les deux faces du disque, dans des plans sensiblement radiaux, et qui ont pour fonction de s'opposer à une éventuelle rotation circonférentielle du flux d'air comprimé. Ces redresseurs, qui sont placés sensiblement dans le lit du flux, ont la forme d'ailettes aérodynamiques, avec un bord d'attaque situé du côté de la sortie du compresseur centrifuge et un bord de fuite situé immédiatement en amont du coude 32. La figure 3 montre le diffuseur 3 en perspective avec une série d'ouvertures 9 pratiquées dans chacun des disques de sa première partie 31 ; celles-ci sont disposées régulièrement sur la face des disques et disposées en regard des redresseurs 8. Comme on peut le voir sur la figure 4, ceux-ci sont creux et traversés par un canal 10, qui met en relation la cavité 6 en amont de la chambre avec la cavité de prélèvement d'air 5. Pour des raisons d'alignement des canaux 10 avec les cavités qu'ils mettent en communication, ils sont positionnés du côté du bord de fuite de l'ailette constituant le redresseur 8, les cavités étant généralement positionnées du côté externe du moteur. Ils sont orientés selon la direction axiale du moteur, de façon à être perpendiculaires aux disques formant la première partie 31 du diffuseur 3. 5 La figure 5 montre la répartition des redresseurs 8 dans la première partie 31 du diffuseur 3, par l'intermédiaire d'une coupe radiale pratiquée au niveau de cette première partie. Les redresseurs 8 selon l'invention présentent une surépaisseur en leur milieu qui est consécutive à l'implantation d'un canal traversant 10. L'impact constaté sur la circulation de l'air dans le diffuseur est cependant négligeable.
On va maintenant décrire le cheminement que suit l'air qui sert à alimenter le système ECS de l'aéronef, lorsqu'il est prélevé sur une turbomachine comportant un diffuseur selon l'invention.
L'air en sortie du compresseur centrifuge 2 pénètre dans le diffuseur 3 en suivant le cheminement défini par les redresseurs 8 placés entre les deux disques de la première partie 31. Il est redressé par le coude 32 et ressort de façon sensiblement axiale, par la troisième partie 33, dans la cavité d'entrée de chambre 6. Ce faisant les éventuelles pollutions qu'il charrie sont éjectées dans une direction axiale en sortie de la troisième partie 33 et ne restent pas dans la cavité d'entrée de chambre 6. Tandis que l'air issu du diffuseur 3 passe majoritairement dans la chambre de combustion 4, une partie non polluée de cet air traverse le diffuseur en passant par les trous 9 et les canaux 10 pratiqués dans l'épaisseur des ailettes des redresseurs 8. Il se retrouve alors dans la cavité de prélèvement 5, où il se tranquillise et harmonise sa pression avant de sortir du moteur par la canalisation de prélèvement 7, en direction du circuit ECS de l'aéronef Le cheminement en boucle ainsi réalisé, permet d'éliminer les pollutions en prélevant l'air à une position située radialement à mi-hauteur du moteur, là où les éléments solides ne peuvent pas se trouver. Il est de plus réalisé d'une manière extrêmement simple puisqu'il ne nécessite pas de dispositifs particuliers pour contourner le diffuseur 3, évitant ainsi la présence de canalisations spécifiques qui auraient une conséquence néfaste sur l'encombrement radial du moteur et/ou sur le poids global de la machine.
La présente invention a été décrite avec un compresseur centrifuge 2 constituant le dernier étage de compression et un diffuseur 3 qui débouche dans la cavité d'entrée de chambre 6. Elle pourrait tout aussi bien être mise en oeuvre sur une turbomachine comportant un compresseur centrifuge situé plus en amont, comme par exemple en sortie d'un compresseur basse pression, pour autant que le prélèvement d'air soit effectué dans la veine en aval de ce compresseur centrifuge et que la cavité de prélèvement soit, elle, positionnée en amont de ce même compresseur.10

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1. Diffuseur destiné à redresser le flux d'air issu d'un compresseur centrifuge (2) dans une turbomachine, ledit diffuseur ayant une forme cylindrique et comprenant une première partie (31) ayant la forme de deux disques sensiblement parallèles s'étendant sensiblement radialement par rapport à l'axe de symétrie du diffuseur, une seconde partie coudée (32) et une troisième partie (33) destinée à déboucher dans une cavité aval (6), positionnée en aval dudit diffuseur (3) et alimentée par de l'air issu dudit compresseur (2), caractérisé en ce que la première partie (31) est traversée par au moins un canal (10) permettant de mettre en communication ladite cavité aval (6) avec une cavité de prélèvement (5) située en amont dudit diffuseur.
  2. 2. Diffuseur selon la revendication 1 dans lequel la première partie (31) comprend au moins un redresseur (8) formant moyen de canalisation du flux d'air circulant entre les deux disques, et dans lequel est intégré ledit canal (10), de façon à ce qu'il n'interfère pas avec le flux d'air.
  3. 3. Diffuseur selon la revendication 2 dans lequel chaque 20 redresseur (8) est traversé par un canal (10).
  4. 4. Diffuseur selon l'une des revendications 2 ou 3 dans lequel ledit redresseur (8) a la forme d'une ailette dont l'extrados et l'intrados s'étendent entre les deux disques dans des plans sensiblement radiaux et dans lequel ledit canal (10) s'étend entre lesdits extrados et intrados selon 25 une orientation sensiblement axiale.
  5. 5. Turbomachine comprenant au moins un étage de compression constitué par un compresseur centrifuge (2), une cavité de prélèvement (5) située en amont dudit compresseur centrifuge et destinée à être alimentée via une cavité aval (6) par de l'air issu dudit 30 compresseur centrifuge, ladite cavité aval (6) étant positionnée en aval dudit compresseur (2), caractérisée en ce qu'elle comporte un diffuseur (3) selon l'une des revendications 1 à 4, positionné en sortie dudit compresseur (2) pour redresser le flux d'air de ladite turbomachine et alimenter ladite cavité aval (6). 35
  6. 6. Turbomachine selon la revendication 5 dans lequel ladite cavité aval est la cavité d'entrée de chambre (6) de la turbomachine.
  7. 7. Turbomachine selon la revendication 6 dans lequel le compresseur centrifuge (2) constitue le dernier étage de compression de ladite turbomachine.
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