FR2994712A1 - Procede d'assemblage d'une tuyere et d'un carter d'echappement d'une turbomachine - Google Patents

Procede d'assemblage d'une tuyere et d'un carter d'echappement d'une turbomachine Download PDF

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Abstract

L'objet principal de l'invention est un procédé d'assemblage d'une tuyère et d'un carter d'échappement (C) d'une turbomachine (1), le carter d'échappement (C) comportant un moyeu et une virole extérieure (5) reliés entre eux par une pluralité de bras (6), caractérisé en ce que l'on fixe la tuyère sur la virole extérieure (5) du carter d'échappement (C) sensiblement au niveau des bords de fuite (6a) des bras (6).

Description

PROCEDE D'ASSEMBLAGE D'UNE TUYERE ET D'UN CARTER D'ECHAPPEMENT D'UNE TURBOMACHINE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines, et plus particulièrement au domaine des carters d'échappement et des tuyères équipant les turbomachines. Elle concerne un procédé d'assemblage d'une tuyère et d'un carter d'échappement d'une turbomachine, un système d'échappement comportant une telle tuyère et un tel carter d'échappement, ainsi que la turbomachine associée. L'invention s'applique à tout type de 15 turbomachines terrestres ou aéronautiques, et notamment aux turbomachines d'aéronef telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs. Plus préférentiellement, l'invention peut s'appliquer à un turboréacteur double corps et double flux. 20 ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans le domaine des turbomachines, la tuyère est le conduit de section droite variable placé sur le carter d'échappement à la sortie de la chambre 25 de combustion pour permettre de transformer en énergie cinétique l'énergie des gaz de combustion. On peut notamment citer les tuyères à flux séparés qui se composent généralement d'une nacelle à flux confluant renfermant un capot primaire définissant 30 un premier canal annulaire pour l'écoulement d'un flux primaire (ou flux chaud) issu de la chambre de combustion et un capot secondaire disposé concentriquement autour du capot primaire de façon à définir un second canal annulaire pour l'écoulement d'un flux secondaire (ou flux froid) provenant de la soufflante. Par ailleurs, afin de réduire le bruit de jet engendré en sortie de telles tuyères, il est connu d'utiliser des mélangeurs (ou « mixer » en anglais) ayant une conception spécifique pour favoriser le mélange entre le flux primaire et le flux secondaire issus du turboréacteur. Une des conceptions les plus utilisées actuellement dans les turboréacteurs civils est celle du mélangeur à lobes. En effet, le mélangeur à lobes permet d'obtenir un cisaillement radial entre les flux primaire et secondaire afin de favoriser le mélange entre ces flux. Les figures 1 et 2 illustrent une manière connue selon l'art antérieur de fixer une tuyère 20 comportant un mélangeur sur un carter d'échappement d'une turbomachine. Plus précisément, la figure 1 représente, partiellement et en perspective, une turbomachine 1 comportant un mélangeur M assemblé sur un carter 25 d'échappement C. La figure 2 illustre, partiellement et en coupe, l'assemblage du mélangeur M sur le carter d'échappement C. Le mélangeur M équipe une tuyère (non visible). Le carter d'échappement C comporte un moyeu, portant un flasque annulaire coaxial avec le moyeu, une 30 virole extérieure 5 et une pluralité de bras 6 reliant le moyeu et la virole extérieure 5. Le mélangeur M et le carter d'échappement C comportent par ailleurs, respectivement, des brides de fixation axiales 2 et 3 qui permettent leur assemblage par l'intermédiaire de liaisons boulonnées 4. La bride de fixation 3 du carter d'échappement C est portée par la virole extérieure 5. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 2, la bride de fixation 3 de la virole extérieure 5 a été prévue vers l'aval des bras 6 du carter d'échappement C, à une distance L, plus ou moins importante en fonction du dimensionnement mécanique du mélangeur M, par rapport aux bords de fuite 6a des bras 6. De plus, la bride de fixation 3 du carter d'échappement C se situe, au moins pour certaines phases de fonctionnement de la turbomachine 1, dans une zone de la turbomachine 1 plus froide qu'au niveau des bras 6. En effet, la bride de fixation 3 comporte une masse à l'extérieur de la veine, ou dans le flux secondaire (ou flux froid), et de ce fait est plus froide et a des inerties thermiques différentes des bras 6. La bride de fixation 3 peut donc être plus rigide et plus froide, pendant certaines phases critiques de fonctionnement de la turbomachine 1, que la partie de la virole extérieure 5 située en amont au niveau des bras 6 du carter d'échappement C. La bride de fixation 3 peut ainsi contrarier la déformation de la virole extérieure 5 en la retenant, laquelle par suite s'oppose à la dilatation des bras 6 qui, dans ces phases de fonctionnement notamment, sont plus chauds. Par conséquent, cette conception connue de 30 l'art antérieur pour la fixation du mélangeur M au carter d'échappement C a pour conséquence que la bride de fixation 3 « pilote » les déplacements de la virole extérieure 5 au niveau des bras 6, et ainsi, par un effet de flexion, impacte les déformations aux bords de fuite 6a des bras 6, déjà soumis à de très fortes sollicitations thermiques, ce qui entraîne des surcharges de cette zone avec pour conséquence des limitations significatives de la durée de vie (ou durée d'utilisation) du carter d'échappement C.
EXPOSÉ DE L'INVENTION Il existe ainsi un besoin pour proposer un nouveau procédé d'assemblage d'une tuyère au carter d'échappement d'une turbomachine permettant d'améliorer la durée de vie du carter d'échappement. Il existe tout particulièrement un besoin pour proposer une solution moins contraignante en fonctionnement pour les bords de fuite des bras du carter d'échappement. L'invention a pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux 20 inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un procédé d'assemblage d'une tuyère et d'un carter d'échappement d'une turbomachine, le carter 25 d'échappement comportant un moyeu et une virole extérieure reliés entre eux par une pluralité de bras, caractérisé en ce que l'on fixe la tuyère sur la virole extérieure, notamment sur une bride de fixation de la virole extérieure, du carter d'échappement sensiblement 30 au niveau des bords de fuite des bras.
Grâce à l'invention, la fixation de la tuyère au carter d'échappement étant réalisée sensiblement au niveau des bords de fuite des bras du carter d'échappement, il peut être possible d'annuler, ou au moins de réduire, l'effet de flexion occasionné par la solution de l'art antérieur de sorte à rendre passive la zone de fixation en terme d'impact de ses dilatations et à minimiser les conséquences négatives sur la durée de vie du carter d'échappement. Le déplacement de la zone de fixation vers l'amont, radialement au droit des bords de fuite des bras du carter d'échappement, ajoute en outre de la matière, ce qui est favorable à une baisse des contraintes de pression permettant d'optimiser la tenue mécanique au niveau des bords de fuite, et de réduire la longueur de la partie avale de la virole extérieure du carter d'échappement permettant donc un gain en termes d'encombrement axial et de masse. Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du fluide (de l'amont vers l'aval) à travers la turbomachine. Par ailleurs, la direction axiale correspond à la direction de l'axe de rotation du rotor de la turbomachine, et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe de rotation. Le procédé selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.
La tuyère peut permettre de canaliser le ou les flux issus d'une turbine à gaz de la turbomachine.
Le carter d'échappement peut permettre de raccorder la tuyère à la sortie de la turbine à gaz. Conformément à l'invention, la tuyère est fixée sur la virole extérieure du carter d'échappement au niveau des bords de fuite des bras situés en aval, vers la tuyère. Par « sensiblement au niveau de », il faut comprendre que la fixation de la tuyère au carter d'échappement se fait exactement ou approximativement au niveau des bords de fuite des bras. En particulier, la fixation de la tuyère au carter d'échappement se fait sensiblement dans la même partie radiale de la turbomachine que celle contenant les bords de fuite des bras du carter d'échappement. Par rapport à l'axe de rotation de la turbomachine, les bords de fuite des bras et la zone de fixation de la tuyère au carter d'échappement sont sensiblement au même niveau. La fixation est notamment réalisée à proximité des bords de fuite des bras. La fixation peut en particulier être réalisée en superposition aux bords de fuite des bras du carter d'échappement, au-dessus de ceux-ci. Plus spécifiquement, le carter d'échappement, et notamment la virole extérieure, peut comporter une bride de fixation située au niveau des bords de fuite des bras du carter d'échappement, notamment au-dessus des bords de fuite. La tuyère peut comporter un mélangeur, la fixation étant réalisée par l'intermédiaire du mélangeur.
La virole extérieure du carter d'échappement peut comporter une bride de fixation, notamment une bride de fixation axiale ou radiale. De même, la tuyère, et notamment le 5 mélangeur, peut comporter une bride de fixation, notamment une bride de fixation axiale ou radiale. Les brides de fixation de la virole extérieure et de la tuyère peuvent ainsi être situées au niveau des bords de fuite des bras du carter 10 d'échappement. Les brides de fixation de la tuyère et de la virole extérieure peuvent être cylindriques et de même axe que le carter d'échappement. La fixation de la tuyère sur le carter 15 d'échappement peut être réalisée au moins en partie par l'intermédiaire de brides de fixation axiales et/ou radiales portées respectivement par la tuyère et la virole extérieure du carter d'échappement. En particulier, la fixation de la tuyère sur le carter 20 d'échappement peut être réalisée par l'intermédiaire de brides de fixation uniquement axiales ou uniquement radiales, portées respectivement par la tuyère et la virole extérieure du carter d'échappement. Les brides de fixation de la virole 25 extérieure du carter d'échappement et de la tuyère, notamment du mélangeur, peuvent être solidarisées entre elles par des liaisons boulonnées, notamment des liaisons boulonnées axiales et/ou radiales. Les liaisons boulonnées peuvent comporter, 30 notamment du côté du carter d'échappement, des écrous flottants rivetés permettant par exemple l'alignement avec des vis, notamment du côté de la tuyère, lors du serrage, et/ou des écrous sertis, notamment sur la bride de fixation du carter d'échappement, pour faciliter le serrage.
De préférence, la fixation de la tuyère et du carter d'échappement est réalisée par l'intermédiaire de brides de fixation radiales, notamment à l'aide de liaisons boulonnées radiales. Une fixation radiale peut notamment permettre de disposer d'un espace plus dégagé au niveau des chapes pour le serrage. La bride de fixation radiale de la virole extérieure peut être une bride rapportée par soudure sur la virole extérieure. La bride de fixation de la virole extérieure peut par exemple être une bride forgée, et la virole extérieure peut par exemple être coulée. La bride de fixation de la virole extérieure peut être une bride coudée de sorte à permettre la fixation radiale.
La bride de fixation de la tuyère peut également être une bride coudée, obtenue notamment par formage ou usinage. Le carter d'échappement peut comporter des chapes.
La bride de fixation de la virole extérieure et/ou la bride de fixation de la tuyère, et notamment du mélangeur, peuvent être festonnées, notamment en regard de chapes présentes sur le carter d'échappement.
Les brides de fixation de la virole extérieure et de la tuyère peuvent être solidarisées entre elles par des liaisons boulonnées, et un festonnage peut être réalisé entre chaque liaison boulonnée, notamment en regard des chapes du carter d'échappement. De la sorte, il est par exemple possible de réduire la masse totale du carter d'échappement et/ou de la tuyère. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un système d'échappement d'une turbomachine comportant une tuyère et un carter d'échappement, le carter d'échappement comportant un moyeu et une virole extérieure reliés entre eux par une pluralité de bras, caractérisé en ce que la tuyère est fixée sur la virole extérieure, notamment sur une bride de fixation de la 15 virole extérieure, du carter d'échappement sensiblement au niveau des bords de fuite des bras. Le système d'échappement selon l'invention peut être destiné à canaliser le ou les flux issus d'une turbine à gaz de la turbomachine. 20 Le système d'échappement selon l'invention peut comporter une tuyère et un carter d'échappement assemblés entre eux par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. En particulier, la tuyère peut être fixée 25 sur le carter d'échappement au moins en partie par l'intermédiaire de brides de fixation axiales portées respectivement par la tuyère et la virole extérieure du carter d'échappement. La tuyère peut encore être fixée sur le carter d'échappement au moins en partie par 30 l'intermédiaire de brides de fixation radiales portées respectivement par la tuyère et la virole extérieure du carter d'échappement. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une turbomachine caractérisée en ce qu'elle comporte une tuyère et un carter d'échappement assemblés par la mise en oeuvre du procédé tel que défini précédemment ou en ce qu'elle comporte un système d'échappement tel que défini précédemment. Le système d'échappement et la turbomachine selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques précédemment énoncées, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 illustre, partiellement et en perspective, un procédé selon l'art antérieur d'assemblage d'un mélangeur sur un carter d'échappement d'une turbomachine, - la figure 2 illustre, partiellement et en coupe, l'assemblage selon l'art antérieur du mélangeur sur le carter d'échappement, - la figure 3 illustre, partiellement et en coupe, un exemple de réalisation d'un système 30 d'échappement comportant un mélangeur et un carter d'échappement assemblés par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et - les figures 4 à 7 illustrent, schématiquement et en perspective, l'exemple de réalisation de la figure 3. Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PARTICULIER Il va être décrit ci-après, en référence aux figures 3 à 7 un exemple de système d'échappement comportant une tuyère et un carter d'échappement assemblés par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Dans cet exemple, la tuyère comporte un mélangeur M, et l'assemblage de la tuyère au carter d'échappement C comporte l'assemblage du mélangeur M au carter d'échappement C. Par ailleurs, le mode de fixation représenté est un mode de fixation radial, par l'intermédiaire de brides de fixation radiales, mais ce choix n'est nullement limitatif. En variante, la fixation du carter d'échappement C et du mélangeur M peut se faire aux moyens de brides de fixation axiales. La figure 3 représente, de façon schématique et en coupe, la fixation entre le mélangeur M et la virole extérieure 5 du carter d'échappement C selon le procédé conforme à l'invention. Par ailleurs, les figures 4 à 6 représentent différentes vues en perspective, schématiques, du système d'échappement de la turbomachine 1 comportant un mélangeur M et un carter d'échappement C assemblés selon l'exemple de réalisation de la figure 3. Le mélangeur M comporte une bride de fixation 2 coudée, obtenue par exemple par formage ou par usinage.
De plus, la virole extérieure 5 du carter d'échappement C comporte une bride de fixation 3, rapportée par exemple par soudure sur la virole extérieure 5. La bride de fixation 3 peut par exemple être rapportée sur la virole extérieure 5 selon un plan de soudure P, comme représenté sur la figure 6. Conformément à l'invention, la fixation du mélangeur M au carter d'échappement C se fait grâce aux brides de fixation 2 et 3, et est réalisée préférentiellement au niveau des bords de fuite 6a des bras 6 du carter d'échappement C, comme on peut le voir sur la figure 3. En particulier, les liaisons boulonnées 4, permettant la solidarisation des brides de fixation 2 et 3 entre elles par passage au travers d'orifices 8 formés dans les brides de fixation 2 et 3, sont réalisées dans une partie radiale de la turbomachine 1 contenant les bords de fuite 6a des bras 6. La fixation a donc lieu sensiblement en superposition des bords de fuite 6a. La bride de fixation 3 de la virole extérieure 5 est notamment située au-dessus des bords de fuite 6a des bras 6.
Par ailleurs, comme on peut le voir sur les figures 4 et 6, des festonnages F peuvent être réalisés sur les brides de fixation 2 et 3 en vis-à-vis de chapes 7 du carter d'échappement C de façon à permettre un dégagement au niveau des chapes 7 pour permettre le passage des outils d'usinage des trous des chapes, et ensuite le montage des douilles d'usure dans les chapes 7 qui recevront les axes d'articulation des bielles de suspension.
La figure 7 illustre en outre la possibilité de réaliser des festonnages F supplémentaires entre chaque orifice 8 permettant le passage des liaisons boulonnées 4. De cette façon, il est par exemple possible de réduire la masse totale du système d'échappement. Avantageusement, la fixation du mélangeur M et du carter d'échappement C par l'intermédiaire des brides de fixation 2 et 3 situées au niveau des bords de fuite 6a des bras 6 doit favoriser significativement l'optimisation de la durée d'utilisation du carter d'échappement, en évitant la flexion et par effet en réduisant les contraintes thermomécaniques exercées sur les bords de fuite 6a des bras 6, qui sont fortement présentes notamment selon la solution de l'art antérieur qui prévoit une fixation sur une partie de la virole extérieure 5 nettement plus en aval des bords de fuite 6a des bras 6. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. 30 Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.
L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé d'assemblage d'une tuyère et d'un carter d'échappement (C) d'une turbomachine (1), le carter d'échappement (C) comportant un moyeu et une virole extérieure (5) reliés entre eux par une pluralité de bras (6), caractérisé en ce que l'on fixe la tuyère sur la virole extérieure (5) du carter d'échappement (C) sensiblement au niveau des bords de fuite (6a) des bras (6).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fixation de la tuyère sur le carter d'échappement (C) est réalisée au moins en partie par l'intermédiaire de brides de fixation (2,
  3. 3) axiales portées respectivement par la tuyère et la virole extérieure (5) du carter d'échappement (C). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la fixation de la tuyère sur le carter d'échappement (C) est réalisée au moins en partie par l'intermédiaire de brides de fixation (2, 3) radiales portées respectivement par la tuyère et la virole extérieure (5) du carter d'échappement (C).
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tuyère comporte un mélangeur (M), la fixation étant réalisée par l'intermédiaire du mélangeur (M).30
  5. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la bride de fixation (3) de la virole extérieure (5) et/ou la bride de fixation (2) de la tuyère sont festonnées, notamment en regard de chapes (7) présentes sur le carter d'échappement (C).
  6. 6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les brides de fixation (2, 3) de la virole extérieure (5) et de la tuyère sont solidarisées entre elles par des liaisons boulonnées (4), et ce qu'un festonnage (F) est réalisé entre chaque liaison boulonnée (4).
  7. 7. Système d'échappement d'une turbomachine (1) comportant une tuyère et un carter d'échappement (C), le carter d'échappement (C) comportant un moyeu et une virole extérieure (5) reliés entre eux par une pluralité de bras (6), caractérisé en ce que la tuyère est fixée sur la virole extérieure (5), notamment sur une bride de fixation (3) de la virole extérieure (5), du carter d'échappement (C) sensiblement au niveau des bords de fuite (6a) des bras (6).
  8. 8. Système d'échappement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la tuyère est fixée sur le carter d'échappement (C) au moins en partie par l'intermédiaire de brides de fixation (2, 3) axiales portées respectivement par la tuyère et la virole extérieure (5) du carter d'échappement (C).
  9. 9. Système d'échappement selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la tuyère est fixée sur le carter d'échappement (C) au moins en partie par l'intermédiaire de brides de fixation (2, 3) radiales portées respectivement par la tuyère et la virole extérieure (5) du carter d'échappement (C).
  10. 10. Turbomachine caractérisée en ce qu'elle comporte une tuyère et un carter d'échappement (C) assemblés par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ou en ce qu'elle comporte un système d'échappement selon l'une quelconque des revendications 7 à 9.15
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