FR3005099A1 - Structure de turbomachine comportant une bague de ventilation - Google Patents

Abstract

L'objet principal de l'invention est une structure (10) de turbomachine, comportant un support de palier (1) d'un palier (14) aval associé à une enceinte (20), le palier (14) entraînant un arbre rotor (13) de la structure (10), le support de palier (1) étant fixé à un carter structural (18) de la turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte une bague de ventilation (30) située entre l'arbre rotor (13) et l'enceinte (20) du palier pour permettre une circulation (C) d'air de ventilation et de contre-pression tout autour de l'enceinte (20) du palier (14).

Description

STRUCTURE DE TURBOMACHINE COMPORTANT UNE BAGUE DE VENTILATION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines, et plus particulièrement au domaine de la ventilation d'enceintes de paliers associés à des supports de palier de configuration de montage spécifique. L'invention s'applique à tout type de turbomachines terrestres ou aéronautiques, et notamment aux turbomachines d'aéronef telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs. Plus préférentiellement, l'invention s'applique à un turboréacteur double corps et double flux. L'invention concerne ainsi plus précisément une structure de turbomachine et une turbomachine comportant une telle structure. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE De façon classique, une turbomachine comporte au moins, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz, un compresseur, une chambre de combustion et une turbine. Le rôle du compresseur est d'accroître la pression de l'air fourni à la chambre de combustion. Le rôle de la turbine est d'assurer l'entraînement en rotation du compresseur en prélevant une partie de l'énergie de pression des gaz chauds sortant de la chambre de combustion et en la transformant en énergie mécanique. Le compresseur et la turbine sont constitués d'un premier ensemble de pièces fixes constituant le stator et un second ensemble de pièces, susceptible d'être mis en rotation par rapport au stator, constituant le rotor. Le rotor du compresseur et le rotor de la turbine forment un ensemble solidairement relié par un arbre tournant. La rotation du rotor par rapport au stator est rendue possible au moyen de paliers, un palier étant un organe mécanique supportant et guidant un rotor, en particulier l'arbre de ce rotor. Ce palier comporte une première partie fixée sur l'arbre rotor et une seconde partie fixée sur le stator par l'intermédiaire d'un support de palier. Un roulement est disposé entre les deux parties du palier, dans une enceinte où sa lubrification est assurée, autorisant ainsi la rotation d'une partie du palier par rapport à l'autre. Le roulement peut par exemple être de type à billes, à rouleaux cylindriques ou à rouleaux coniques. La turbomachine peut être du type double corps et double flux, ce qui signifie qu'elle comporte deux rotors agencés coaxialement, un palier autorisant la rotation relative entre ces deux rotors. En particulier, la turbomachine peut se présenter sous la forme d'un turboréacteur double corps et double flux, comportant une veine primaire d'écoulement des gaz et une veine secondaire d'écoulement des gaz, qui sont séparées par un compartiment interveine d'un carter dit « carter inter-turbine » (ou encore carter TCF pour « Turbine Center Frame » en anglais). Dans la veine primaire sont disposés, d'amont en aval dans le sens d'écoulement des gaz, un compresseur basse pression et un compresseur haute pression. L'air ainsi comprimé est amené à une chambre de combustion dans laquelle il est mélangé à du carburant sous pression qui est brûlé pour fournir, en aval de la chambre de combustion, de l'énergie à une turbine haute pression qui entraîne le compresseur haute pression, puis à une turbine basse pression qui entraîne la soufflante et le compresseur basse pression. Les gaz en sortie des turbines fournissent une poussée résiduelle qui s'ajoute à la poussée générée par les gaz circulant dans la veine secondaire afin d'assurer la propulsion de l'aéronef. La figure 1 représente schématiquement, en coupe axiale, un exemple d'architecture connue d'une turbine basse pression 10 de turbomachine. La turbine basse pression 10 comporte des pales de stator 11 et des pales de rotor 12. Les pales de rotor 12 entraînent un arbre 13 tournant dans le palier 14 aval de la turbine basse pression 10 supporté, à l'extrémité aval de la turbine basse pression 10, par un carter d'échappement 15 (encore appelé carter TRF pour « Turbine Rear Frame » en anglais) au moyen d'un support de palier 1, qui est donc accroché entre le palier 14 aval et le carter d'échappement 15. Les chapes de suspension 16 de la turbomachine sont situées au niveau du carter d'échappement 15 auquel est relié le support de palier 1 aval. Cette architecture connue de montage du support de palier 1 aval au niveau de la turbine basse pression 10, appelée ci-après configuration TRF, est encore davantage schématisée sur la figure 2. Le support de palier 1 est fixé entre le palier 14 aval et le carter d'échappement 15. Une telle configuration TRF permet d'obtenir une circulation d'air de ventilation et de contre-pression (l'air de contre-pression permettant notamment de diminuer les risques de fuite d'huile au niveau des joints à labyrinthe) tout autour de l'enceinte d'huile du palier 14 aval, enveloppant l'enceinte du palier 14 aval. En effet, l'arbre 13 est généralement formé de deux parties fixées entre elles par une bride intermédiaire, une partie de l'arbre étant située en amont de la bride intermédiaire et l'autre partie étant située en aval de la bride intermédiaire, la présence de la bride intermédiaire permettant alors à la partie aval d'être enveloppée par l'air de ventilation et de contre-pression. Toutefois, il existe également un autre exemple d'architecture connue d'une turbine basse pression 10 de turbomachine avec un autre type de configuration de montage des chapes de suspension aval 16 de la turbomachine, tel que représenté sur la figure 3. Sur la figure 3 en effet, les chapes de suspension aval 16 sont situées sur le carter inter-turbine 18, situé en amont de la turbine basse pression 10, ce choix étant parfois effectué pour des raisons de gain en masse par exemple. Le carter inter-turbine 18 est une pièce structurale qui comporte une virole extérieure faisant partie du carter extérieur et une virole intérieure faisant partie du carter intérieur ou moyeu sur lequel est fixé le support de palier d'arbre de turbine haute pression. Dans une telle configuration appelée configuration TCF, le support de palier 1 du palier 14 aval est préférablement inversé et accroché sur le carter inter-turbine 18, comme représenté. De ce fait, il n'y a pas suffisamment de place pour introduire une bride intermédiaire et l'arbre rotor est monobloc. De plus dans ce cas, le palier 14 aval est en contact direct avec l'arbre rotor et situé en amont de la bride aval de l'arbre. Ainsi, la circulation de l'air de ventilation et de contre-pression est contrariée. La figure 4 illustre plus spécifiquement cette difficulté de circulation de l'air de ventilation et de contre-pression et représente schématiquement, en coupe axiale, un exemple d'architecture de configuration TCF d'une turbomachine.

Comme on peut le voir ainsi sur cette figure 4, la configuration TCF de la turbomachine impose un contournement de l'enceinte 20 du palier 14 aval, selon les flèches C, par l'air de ventilation et de contre-pression, qui ne peut pas atteindre l'espace situé sous le palier 14 aval. Ce contournement de l'air de ventilation et de contre-pression engendre un déséquilibre de la pression entre l'amont et l'aval de l'enceinte d'huile 20 et diminue également l'efficacité de l'air de contre-pression autour de l'enceinte 20. En outre, il existe des configurations TCF de turbomachine pour lesquelles l'enceinte 20 est dite à étanchéité avancée, c'est-à-dire qu'elle nécessite un faible écart de pression aux bornes de l'enceinte 20, entre l'étanchéité amont et l'étanchéité aval de l'enceinte 20. Dans un tel cas, l'impossibilité de circulation de l'air de ventilation et de contre-pression tout autour de l'enceinte 20, qui entraîne un déséquilibre de pression aux bornes de l'enceinte 20, est encore plus pénalisante car il est nécessaire de maintenir un écart de pression très faible pour garantir l'étanchéité de l'enceinte 20. EXPOSÉ DE L'INVENTION Il existe ainsi un besoin pour faciliter la circulation d'air de ventilation et de contre-pression tout autour d'une enceinte d'un palier d'une turbine basse pression de turbomachine dans le cadre d'une configuration TCF. Il existe en particulier un besoin pour permettre l'obtention d'un air de circulation et de contre-pression enveloppant totalement une enceinte à étanchéité avancée qui nécessite un écart de pression très faible entre l'amont et l'aval de l'enceinte. L'invention a pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, une structure de turbomachine, comportant un support de palier d'un palier aval associé à une enceinte, le palier entraînant un arbre rotor de la structure, le support de palier étant fixé à un carter structural de la turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte une bague de ventilation située entre l'arbre rotor et l'enceinte du palier pour permettre une circulation d'air de ventilation et de contre-pression tout autour de l'enceinte du palier.

Dans toute la description, il est noté que les termes « amont » et « aval » sont à considérer par rapport à une direction principale F d'écoulement normal des gaz (de l'amont vers l'aval) pour une turbomachine. Grâce à l'invention, il peut être possible d'obtenir une circulation d'air sous le palier et ainsi d'avoir une ventilation enveloppante tout autour de l'enceinte du palier de turbine basse pression de la turbomachine, garantissant un équilibre de pression entre l'amont et l'aval de l'enceinte, et notamment un maintien d'un faible écart de pression entre les bornes amont et aval de l'enceinte lorsqu'elle est du type à étanchéité avancée. De plus, l'invention peut permettre le montage du joint à labyrinthe situé en aval de l'enceinte entre la bague de ventilation et un bossage de l'arbre de la turbine basse pression, améliorant ainsi l'efficacité de récupération d'éventuelles fuites d'huile par le drain auxiliaire du fait d'un repositionnement de l'écope de récupération. L'invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, une turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte une structure de turbomachine telle que définie précédemment. La structure de turbomachine et la turbomachine selon l'invention peuvent en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles. La structure peut être une turbine basse pression de turbomachine.

Le support de palier peut être fixé au carter inter-turbine de la turbomachine. La structure peut comporter un joint d'étanchéité à labyrinthe aval monté entre la bague de ventilation et un bossage de l'arbre rotor. Un espace libre de circulation de l'air de ventilation et de contre-pression peut être formé entre la bague de ventilation et l'arbre rotor lors de la mise en place de la bague de ventilation. La bague de ventilation peut s'étendre axialement sur au moins la totalité de la longueur axiale de l'enceinte du palier. La turbomachine peut comporter, d'amont en aval selon le sens d'écoulement des gaz, un carter inter-turbine, une turbine basse pression et un carter d'échappement, ainsi que des chapes de suspension aval situées au niveau du carter inter-turbine.

Le support de palier n'est avantageusement pas fixé sur le carter d'échappement. Le support de palier, et le palier qu'il supporte, sont préférentiellement ceux situés à l'extrémité aval de la turbine basse pression.

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'a l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente, en coupe axiale, un exemple d'architecture connue d'une turbine basse pression de turbomachine, - la figure 2 est un schéma illustrant une configuration de montage des chapes de suspension aval d'une turbomachine sur le carter d'échappement (configuration TRF), - la figure 3 est un schéma illustrant une configuration de montage des chapes de suspension aval d'une turbomachine sur le carter inter-turbine (configuration TCF), - la figure 4 représente, en coupe axiale, un exemple d'architecture de configuration TCF d'une turbomachine, - la figure 5 représente, en coupe axiale, un exemple de structure selon l'invention comportant une bague de ventilation, et - les figures 6 et 7 illustrent, en coupe axiale, le montage d'un joint d'étanchéité à labyrinthe aval respectivement pour une structure dépourvue de bague de ventilation et pour une structure comportant une bague de ventilation, conforme à l'invention. 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 Les figures 1 à 4 ont déjà été décrites précédemment.

En référence à la figure 5, on a illustré, en coupe axiale, un exemple de réalisation d'une structure 10 conforme à l'invention. La structure 10 peut par exemple être une turbine basse pression 10 de turbomachine.

La turbine basse pression 10 comporte un support de palier 1, fixé au carter inter-turbine 18 de la turbomachine et au palier 14 aval. Le palier 14 aval est associé à une enceinte d'huile 20, destinée à être ventilée. Conformément à l'invention, la turbine basse pression 10 comporte une bague de ventilation 30 située entre l'arbre rotor 13 et l'enceinte 20 du palier 14 pour permettre une circulation selon les flèches C d'un air de ventilation et de contre-pression tout autour de l'enceinte 20. A cet effet, un espace libre E de circulation de l'air de ventilation et de contre- pression est formé entre la bague de ventilation 30 et l'arbre rotor 13 lors de la mise en place de la bague de ventilation 30, de sorte que l'air de ventilation et de contre-pression est apte à circuler sous le palier 14, comme représenté. En particulier, l'air de ventilation et de contre-pression est apte à envelopper totalement l'enceinte 20 du palier 14. De la sorte, il est possible d'équilibrer la pression entre l'amont et l'aval de l'enceinte 20, et en particulier de permettre un faible écart de pression entre les bornes d'étanchéité amont et aval de l'enceinte 20 tout en assurant une bonne efficacité de l'air de contre-pression permettant de diminuer les risques de fuites d'huile par des joints d'étanchéité à labyrinthe. Les figures 6 et 7 illustrent, en coupe axiale, le montage d'un joint d'étanchéité à labyrinthe 40 aval respectivement pour une turbine basse pression 10 dépourvue de bague de ventilation 30 (figure 6) et pour une turbine basse pression 10 comportant une bague de ventilation 30 (figure 7). Sur la figure 6, la flèche A représente l'air circulant au dessus de l'écope 41 et la flèche H représente la récupération d'éventuelles fuites d'huile par le drain auxiliaire de la turbomachine.

Grâce à l'invention, comme on peut le voir sur la figure 7, le montage du joint d'étanchéité à labyrinthe 40 entre la bague de ventilation 30 et un bossage 43 de l'arbre rotor 13 de la turbine basse pression 10 peut permettre de redescendre l'écope 41 en dessous de la liaison boulonnée 44 aval, permettant par la même d'améliorer l'efficacité de récupération d'éventuelles fuites d'huile selon la flèche H vers le drain auxiliaire de la turbomachine. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. 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. Structure (10) de turbomachine, comportant un support de palier (1) d'un palier (14) aval associé à une enceinte (20), le palier (14) entraînant un arbre rotor (13) de la structure (10), le support de palier (1) étant fixé à un carter structural (18) de la turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte une bague de ventilation (30) située entre l'arbre rotor (13) et l'enceinte (20) du palier pour permettre une circulation (C) d'air de ventilation et de contre-pression tout autour de l'enceinte (20) du palier (14).
2. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est une turbine basse pression (10) de turbomachine.
3. 3. Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce que le support de palier (1) est fixé au carter inter-turbine (18) de la turbomachine.
4. 4. Structure selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un joint d'étanchéité à labyrinthe (40) aval monté entre la bague de ventilation (30) et un bossage (43) de l'arbre rotor (13).
5. 5. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un espace libre (E) de circulation de l'air de ventilation et de contre-pression est formé entre la bague de ventilation (30) et l'arbre rotor (13) lors de la mise en place de la bague de ventilation (30).
6. 6. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bague de ventilation (30) s'étend axialement sur au moins la totalité de la longueur axiale de l'enceinte (20) du palier (14).
7. 7. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte une structure (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
8. 8. Turbomachine selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte, d'amont en aval selon le sens d'écoulement des gaz, un carter inter-turbine (18), une turbine basse pression (10) et un carter d'échappement (15), et en ce qu'elle comporte en outre des chapes de suspension aval (16) de la turbomachine situées au niveau du carter inter-turbine (18).
9. 9. Turbomachine selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que le support de palier (1) n'est pas fixé sur le carter d'échappement (15).
10. 10. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que le support de palier (1), et le palier (14) qu'il supporte, sont ceux situés à l'extrémité aval de la turbine basse pression (10).10