FR2999642A1 - Ensemble statorique dont les bosses comportent des portions en creux ou en saillie - Google Patents

Abstract

L'invention propose un ensemble statorique (18) de turbomachine, qui comporte des moyens de réglage dynamique de la position radiale de secteurs d'anneau (20), par l'injection contrôlée d'air sur une bosse (34) faisant saillie par rapport à une paroi annulaire (24) par l'intermédiaire d'au moins un conduit (32) tubulaire annulaire d'injection d'air, qui est situé en vis-à-vis et à distance d'au moins une paroi (34a) d'une bosse (34), le conduit (32) comportant une pluralité d'orifices (36) par lesquels l'air est injecté en direction de ladite paroi (34a) de la bosse (34), caractérisé en ce que ladite paroi (34a) de la bosse (34) comporte une portion en relief (40) située au droit de chaque orifice (36) du conduit (32) tubulaire.

Description

ENSEMBLE STATORIQUE DONT LES BOSSES COMPORTENT DES PORTIONS EN CREUX OU EN SAILLIE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention propose un ensemble statorique de turbine qui comporte des secteurs d'anneau et des moyens pour modifier de façon dynamique la position radiale des secteurs d'anneau, afin de contrôler le jeu radial entre les secteurs d'anneau et les sommets des aubes.

L'invention propose plus particulièrement un ensemble statorique comportant des moyens de contrôle dynamique de la position radiale des secteurs d'anneau par l'injection contrôlée d'air sur des bosses annulaires réalisées sur le carter portant les secteurs d'anneau. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans une turbomachine d'aéronef, les aubes de la turbine haute pression sont agencées dans une veine de la turbine, qui est délimitée par un anneau externe formé d'une pluralité de secteurs d'anneau adjacents. Les sommets des aubes évoluent à proximité de la face interne de chaque secteur d'anneau. La distance radiale, ou jeu radial entre le sommet de chaque aube de la turbine haute pression varie selon les conditions de fonctionnement de la turbomachine, notamment du fait que le stator, le rotor et les aubes se dilatent plus ou moins car ils sont chauffés par les gaz de combustion et aussi car la vitesse de rotation de la turbomachine provoque un allongement des aubes plus ou moins important par action centrifuge. Si ce jeu radial est trop important, une quantité importante des gaz de combustion s'échappe de la turbine au travers de ce jeu, ce qui nuit à l'efficacité de la turbomachine car l'énergie potentielle que représente cette quantité de gaz n'est pas utilisée pour entraîner la turbomachine. Si le jeu est trop faible, le sommet d'une aube peut venir en contact avec un secteur d'anneau et endommager le secteur d'anneau et/ou l'aube. L'ensemble statorique d'une turbine de turbomachine comporte un carter externe qui porte les secteurs d'anneau et qui comporte des moyens de contrôle de l'étendue de ce jeu radial. Pour cela, le carter comporte des bosses qui sont agencées sur une paroi annulaire du carter, sur lesquelles un flux d'air plus froid que la température du carter est injecté pour refroidir les bosses et provoquer une contraction radiale du carter. Cette contraction du carter amène une diminution du diamètre du carter et un rapprochement radial des secteurs d'anneau par rapport aux sommets des aubes. L'air de pilotage de jeu est amené vers les bosses par l'intermédiaire de conduits tubulaires qui sont percés d'une pluralité d'orifices orientés vers les parois des bosses. Chaque jet d'air est principalement orienté perpendiculairement à la paroi associée d'une bosse, ce qui provoque, au niveau de la zone d'impact du jet sur la bosse, des turbulences et limite l'efficacité du refroidissement. L'invention a pour but de proposer un ensemble statorique comportant des moyens de pilotage dynamique du jeu entre les secteurs d'anneau et le sommet des aubes, qui permettent d'avoir un meilleur échange thermique entre chaque jet d'air et la paroi associée d'une bosse. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose un ensemble statorique d'une turbine de turbomachine, qui comporte un carter qui porte un ensemble de secteurs d'anneau délimitant en partie un conduit de passage d'un flux de gaz au travers la turbine, et des moyens de réglage dynamique de la position radiale des secteurs d'anneau, par l'injection contrôlée d'air sur au moins une bosse faisant saillie radialement vers l'extérieur par rapport à une paroi annulaire du carter, par l'intermédiaire d'au moins un conduit tubulaire annulaire d'injection d'air, qui est situé en vis-à-vis et à distance d'au moins une paroi de la dite au moins une bosse, le conduit comportant une pluralité d'orifices par lesquels l'air est injecté en direction de ladite paroi de la dite au moins une bosse, caractérisé en ce que ladite paroi de la dite au moins une bosse comporte au moins une portion en relief située au droit de chaque orifice du conduit tubulaire, pour améliorer l'échange thermique entre l'air injecté et ladite paroi (34a) de ladite au moins une bosse (34). La formation d'une portion en relief dans la paroi d'une bosse permet d'augmenter la surface d'échange et le coefficient d'échange entre l'air injecté et la paroi de la bosse associée. Ainsi, une quantité moindre d'air est nécessaire pour obtenir le même effet que pour un dispositif de pilotage de jeu selon l'invention. De préférence, au moins une partie de chaque portion en relief consiste en une alvéole en creux formée dans ladite paroi de ladite au moins une bosse. De préférence, au moins une partie de chaque portion en relief consiste en une protubérance faisant saillie par rapport à ladite paroi de ladite au moins une bosse. De préférence, la section de la portion en relief selon un plan axial est en forme d'arc de cercle. De préférence, la section de la portion en relief selon un plan axial est en forme d'arc d'ellipse.

De préférence, le centre de la section de la portion en relief selon un plan axial est situé à la même cote radiale que le centre de l'orifice associé du conduit De préférence, le centre de la section de la portion en relief selon un plan axial est décalé radialement par rapport au centre de l'orifice associé du conduit. De préférence, la portion en relief s'étend sur un arc de cercle sensiblement coaxial au carter et plusieurs orifices débouchent en direction de la portion en relief. De préférence, la paroi du conduit tubulaire faisant face à ladite paroi de ladite au moins une bosse comporte un bossage annulaire entourant l'orifice associé du conduit.

L'invention propose aussi une turbomachine d'aéronef caractérisé en ce qu'elle comporte un ensemble statorique tel que défini précédemment. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe axiale partielle d'une turbomachine montrant un ensemble statorique comportant des comportant un carter réalisé conformément à l'invention; - la figure 2 est un détail à plus grande échelle des moyens de pilotage dynamique du jeu entre les secteurs d'anneau et le sommet des aubes représentés à la figure 1, montrant un premier mode de réalisation de l'invention; - les figures 3 à 7 montrent des variantes de réalisation de l'invention; La figure 8 est une représentation schématique en perspective d'une bosse représentée à la figure 2, montrant une variante de réalisation d'une portion en relief selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On a représenté partiellement à la figure 1 une partie d'une turbine haute pression 10 qui comporte une conduite annulaire 12, communément appelée "veine", au travers de laquelle les gaz provenant de la chambre de combustion de la turbomachine circulent de l'amont vers l'aval, ici de la gauche vers la droite, des distributeurs 14 fixes et des aubes 16 mobiles qui sont agencées dans la veine 12. La turbine haute pression 10, comporte un ensemble statorique 18 radialement externe qui délimite en partie la veine 12 et qui comporte une pluralité de secteurs d'anneau 20 adjacents qui délimitent radialement la veine 12. L'ensemble statorique comporte aussi un carter externe 22 de la turbine haute pression 16 qui porte les secteurs d'anneau 20.

Le carter 22 comporte une paroi annulaire 24 située radialement à distance des secteurs d'anneau 20 sur la face interne 24i de laquelle les secteurs d'anneau 20 sont montés. Le carter 22 est aussi réalisé de manière à permettre un réglage dynamique de la position radiale des secteurs d'anneau 20, pour optimiser le jeu radial 26 entre le sommet 28 de chaque aube 16 et la face interne 20i en vis-à-vis de chaque secteur d'anneau 20. Ce réglage dynamique s'effectue selon les conditions de fonctionnement de la turbomachine. Il consiste principalement à injecter de manière contrôlée une quantité d'air en direction d'une partie du carter 22, en vue de refroidir en partie le carter 22 et limiter l'amplitude de sa dilatation. Le carter 22 comporte, dans sa partie radialement externe, une boîte à air 30 dans laquelle de l'air de refroidissement, prélevé à partir du compresseur haute pression (non représenté) de la turbomachine est amené, et dans laquelle des conduits 32 d'injection de l'air sur la paroi annulaire 24 du carter 22 sont agencés. Aussi, le carter comporte des bosses 34, ici au nombre de deux, qui sont de forme annulaire et qui s'étendent radialement vers l'extérieur à partir de la paroi annulaire 24 du carter 22, et qui sont réalisées d'une seule pièce avec la paroi annulaire 24.

Chaque conduit 32 comporte une pluralité d'orifices 36 répartis sur toute la longueur circonférentielle du conduit et aussi répartis radialement, par lesquels l'air de refroidissement débouche du conduit 32 sous la forme de jets 38 et est injecté en direction des parois 34a en vis-à-vis des bosses 34 et de la paroi radialement externe 24e de la paroi annulaire 24 du carter 22.

En fonction de la quantité d'air qui est injectée, les bosses 34 sont plus ou moins refroidies, ce qui permet de maitriser leur dilatation radiale. En se dilatant ou en se contractant, les bosses 34 entraînent les secteurs d'anneau 20 en déplacement radial, les rapprochant ou les éloignant des sommets 28 des aubes mobiles 16.

L'efficacité du refroidissement des bosses 34 dépend de l'interaction entre les jets d'air 38 de refroidissement d'une part, et la paroi 34a en vis-à-vis des bosses 34 d'autre part. Selon l'état de la technique, chaque jet d'air 38 est orienté sensiblement perpendiculairement à la paroi 34a la bosse 34 associée, et cette paroi 34a est en outre plane. Selon l'invention, et comme on peut le voir aux figures 2 et suivantes, la paroi 34a de chaque bosse 34, sur laquelle un jet d'air 38 est injecté, comporte une portion en relief 40 qui est située au droit de chaque orifice 36 d'un conduit 32, et sur laquelle le jet d'air 38 en provenance de cet orifice 36 est projeté. Chaque jet d'air 38 vient en contact contre le fond de la portion en relief 40 associée et la forme de cette portion en relief 40 permet de guider l'écoulement de l'air le long de la portion en relief 40, améliorant ainsi la qualité des échanges de chaleur entre le jet d'air 38 et la bosse 34.

Aussi, la forme de la portion en relief 40 a pour conséquence une augmentation de la surface de la paroi 34a de chaque bosse 34, au niveau de la zone d'échange de chaleur avec chaque jet d'air 38. Par conséquent, l'efficacité générale de l'échange de chaleur est améliorée par rapport à un mode de réalisation pour lequel la paroi 34A de chaque bosse 34 ne présente aucune aspérité ni aucun creux. L'ensemble statorique 18 selon l'invention a ainsi besoin d'un débit d'air moins important pour obtenir un comportement similaire au comportement d'un ensemble statorique selon l'art antérieur. Ainsi, une quantité moindre d'air est prélevée du compresseur haute pression, ce qui permet de limiter l'impact du pilotage de jeu sur le comportement de la turbomachine. Selon un premier mode de réalisation représenté aux figures 2 à 4, chaque portion en relief 40 consiste en une alvéole formée en creux dans la paroi 34a d'une bosse 34.

Selon le mode de réalisation représenté aux figures 2 et 3, la section de chaque portion en relief 40, selon un plan axial tel que le plan des figures, est en forme d'arc de cercle. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 4, la section de chaque portion en relief 40, selon un plan axial tel que le plan des figures, est en forme d'arc d'ellipse. Cette forme permet d'allonger radialement la surface de contact entre le jet d'air 38 et la portion en relief 40. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 2, chaque portion en relief 40 est centrée radialement par rapport à l'orifice 36 associé, c'est-à-dire que leurs centres respectifs sont situés à la même position radiale. Ainsi, le jet d'air 38 provenant de l'orifice 36 associé se répartit de manière régulière autour de son axe principal, l'échange de chaleur entre le jet d'air 38 et la portion en relief 40 est alors homogène. Selon le mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4, chaque portion en relief 40 est décalée par rapport à l'orifice 36 associé, c'est-à-dire que le centre de la portion en relief 40 est décalé par rapport au centre de l'orifice 36 associé. Ici, selon les modes de réalisation représentés, le centre de la portion en relief 40 est décalé radialement vers l'extérieur par rapport au centre de l'orifice 36 associé. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation, et que le centre de la portion en relief 40 peut être décalé par rapport au centre de l'orifice 36 associé radialement vers l'intérieur, ou bien selon toute autre direction dans un plan radial par rapport à l'axe principal de la turbomachine. Cette position décentrée de chaque portion en relief 40 permet de faciliter l'écoulement du jet d'air 38 le long de la portion en relief 40, notamment du fait que le jet d'air 38 n'est pas orienté perpendiculairement à la partie de la portion en relief 40 située axialement en face de l'orifice 36 associé. On a représenté à la figure 5 une variante de réalisation de l'invention selon laquelle la portion en relief 40 consiste en une protubérance qui fait saillie par rapport à la paroi 34a de la bosse 34 associée.

Cette forme en protubérance de la portion en relief 40 a un effet similaire à une forme en creux, c'est-à-dire d'augmenter la surface de contact et le coefficient d'échange avec le jet d'air 38 associé. Aussi, la forme en saillie de la portion en relief 40 permet de ne pas réduire la résistance mécanique de la bosse 34 associée, à la différence de la forme en creux. Selon l'invention, la section de la portion en relief 40, lorsqu'elle est en saillie par rapport à la paroi 34a de la bosse 34, est en forme d'arc de cercle ou en forme d'arc d'ellipse, comme décrit précédemment.

Aussi, le centre de la portion en relief 40 en saillie par rapport à la paroi 34a de la bosse 34 est aligné axialement avec le centre de l'orifice 36 associé. Selon encore une autre variante de réalisation de l'invention représentée à la figure 6, la portion en relief 40 est réalisée en deux parties et consiste en une protubérance centrale 44, entourée par une portion en creux 46.

Ce mode de réalisation combine les avantages des deux variantes de réalisation décrites précédemment, et augmente aussi l'échange thermique entre le jet d'air 38 et la portion en relief 40, tout en guidant de façon régulière l'écoulement d'air. A titre d'exemple non limitatif, la surface d'une telle portion en relief 40 est environ quatre fois plus importante qu'une surface plane.

Comme on peut le voir à la figure 7, du fait de la forme en saillie de la portion en relief 40, la distance axiale entre la paroi du conduit 32 et la face 34a en vis-à-vis d'une bosse 34 selon l'invention est supérieure par rapport à un ensemble statorique selon l'art antérieur, du fait de la présence de la hauteur axiale de la portion en relief 40. En effet, l'optimisation de l'échange thermique implique que chaque jet d'air 38 doit posséder une longueur axiale minimale avant de venir en impact contre la bosse 34, ici contre la portion en relief 40. Cette augmentation de la distance entre la paroi du conduit 32 et la face 34a en vis-à-vis d'une bosse 34 a notamment pour conséquence que la vitesse d'écoulement d'air entre la bosse 34 et le conduit 32 est réduite, limitant ainsi les échanges de chaleur.

Pour compenser cette augmentation de distance, et ainsi augmenter la vitesse d'écoulement d'air, la paroi externe du conduit 32, qui fait face à la bosse 34, comporte un bossage annulaire 42 entourant chaque orifice 36. La hauteur axiale de ce bossage annulaire 42 est sensiblement égale à la hauteur axiale de la portion en relief 40, permettant d'augmenter la vitesse d'écoulement de l'air, dans une direction perpendiculaire à l'axe principal axial du jet d'air 38. Les orifices 36 des conduits 32 sont répartis de manière régulière autour de l'axe principal du carter externe 22. Par exemple, ils sont répartis le long de deux cercles concentriques centrés sur l'axe principal du carter externe 22.

Selon une variante de réalisation des portions en relief 40 représentée de manière schématique à la figure 8, chaque portion en relief 40 est de forme allongée, par exemple elle s'étend le long d'un cercle centré sur l'axe principal du carter externe 22. La portion en relief 40 forme alors une rainure en arc de cercle vers laquelle plusieurs jets d'air 38 sont dirigés.

Il sera compris que cette variante de réalisation n'est pas limitée au mode de réalisation représenté, selon lequel chaque portion en relief est en forme de creux, et que cette variante concerne aussi chacun des modes de réalisation représentés aux figures 2 à 7. A titre d'exemple numérique, le diamètre de chaque orifice 36 est compris entre 0.7 et 1 mm, la distance entre la paroi du conduit 32 et la face 34a en vis-à- vis d'une bosse 34 est comprise entre 2.3 et 2.6 mm, la largeur axiale "L" d'une bosse 34 est comprise entre 4.7 et 5.5mm. La profondeur d'une portion en relief 40 formée en creux dans la bosse 34 associée est comprise entre 0.2 et 0.25 fois la largeur axiale L de la bosse, pour que la réduction de l'épaisseur de la bosse 34 ne soit pas trop significative. Le diamètre radial d'une portion en relief 40 est compris entre 5 fois et 10 fois le diamètre d'un orifice 36. La hauteur axiale d'une portion en relief 40, formée en saillie par rapport à la paroi 34a de la bosse est comprise entre 2.3 et 2.7mm, son diamètre radial est compris entre 5 fois et 10 fois le diamètre d'un orifice 36.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Ensemble statorique (18) d'une turbine (10) de turbomachine, qui comporte un carter (22) qui porte un ensemble de secteurs d'anneau (20) délimitant en partie un conduit (12) de passage d'un flux de gaz au travers la turbine (10), et des moyens de réglage dynamique de la position radiale des secteurs d'anneau (20), par l'injection contrôlée d'air sur au moins une bosse (34) faisant saillie radialement vers l'extérieur par rapport à une paroi annulaire (24) du carter (22), par l'intermédiaire d'au moins un conduit (32) tubulaire annulaire d'injection d'air, qui est situé en vis-à-vis et à distance d'au moins une paroi (34a) de la dite au moins une bosse (34), le conduit (32) comportant une pluralité d'orifices (36) par lesquels l'air est injecté en direction de ladite paroi (34a) de la dite au moins une bosse (34), caractérisé en ce que ladite paroi (34a) de la dite au moins une bosse (34) comporte au moins une portion en relief (40) située au droit de chaque orifice (36) du conduit (32) tubulaire, pour améliorer l'échange thermique entre l'air injecté et ladite paroi (34a) de ladite au moins une bosse (34).
2. 2. Ensemble statorique (18) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie de chaque portion en relief (40) consiste en une alvéole en creux formée dans ladite paroi (34a) de ladite au moins une bosse (34).
3. 3. Ensemble statorique (18) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie de chaque portion en relief (40) consiste en une protubérance faisant saillie par rapport à ladite paroi (34a) de ladite au moins une bosse (34).
4. 4. Ensemble statorique (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la section de la portion en relief (40) selon un plan axial est en forme d'arc de cercle.
5. 5. Ensemble statorique (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la section de la portion en relief (40) selon un plan axial est en forme d'arc d'ellipse.
6. 6. Ensemble statorique (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le centre de la section de la portion en relief (40) selon un plan axial est situé à la même cote radiale que le centre de l'orifice (36) associé du conduit (32)
7. 7. Ensemble statorique (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le centre de la section de la portion en relief (40) selon un plan axial est décalé radialement par rapport au centre de l'orifice (36) associé du conduit (32).
8. 8. Ensemble statorique (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la portion en relief (40) s'étend sur un arc de cercle sensiblement coaxial au carter (22) et en ce que plusieurs orifices (36) débouchent en direction de la portion en relief (40).
9. 9. Ensemble statorique (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la paroi du conduit (32) tubulaire faisant face à ladite paroi (34a) de ladite au moins une bosse (34) comporte un bossage annulaire entourant l'orifice (36) associé du conduit (32).
10. 10. Turbomachine d'aéronef caractérisé en ce qu'elle comporte un ensemble statorique (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.