FR3005991A1 - Dispositif d'interface entre deux elements de turbomachine - Google Patents

Abstract

L'objet principal de l'invention est un dispositif d'interface (1) entre des premier (2) et deuxième (3) éléments de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte une structure d'admission d'air annulaire (4) comportant des première (5) et deuxième (6) parties opposées, respectivement destinées à venir au contact des premier (2) et deuxième (3) éléments de turbomachine, la première partie (5) étant configurée pour être en contact rotulant avec le premier élément (2), et un organe de rappel élastique (7), apte à être placé autour de la structure d'admission d'air (4) et destiné à venir au contact d'au moins le premier élément (2) de turbomachine.

Description

DISPOSITIF D'INTERFACE ENTRE DEUX ELEMENTS DE TURBOMACHINE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines, et plus particulièrement au domaine des dispositifs d'interface ou de raccord entre deux éléments de turbomachine. 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. Sur un tel turboréacteur, il peut effectivement être prévu un ou plusieurs dispositifs d'interface entre deux éléments du turboréacteur. Tel est le cas par exemple pour l'interface réalisée entre un système (actif ou non actif) de réglage de jeu au sommet d'aubes de rotor (jeu entre le sommet des aubes et le carter de turbine) pour turbine basse pression (ci-après, dans le cas d'un système actif : système LPTACC pour « Low Pressure Turbine Active Clearance Control » en anglais ou système CAJTBP pour « Commande Active du Jeu de Turbine Basse Pression » en français ; dans le cas d'un système non actif : système LPTCC ou système CJTBP), et une écope située sur une pièce formant enveloppe définissant extérieurement une surface de délimitation interne d'une veine annulaire secondaire, cette pièce étant également dénommée pièce IFD pour « Inner Fan Duct » en anglais. L'invention concerne ainsi plus précisément un dispositif d'interface entre deux éléments de turbomachine, ainsi qu'une turbomachine comportant un tel dispositif d'interface. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE En référence à la figure 1, on a représenté une vue schématique en demi- coupe longitudinale d'un exemple de turboréacteur 10 à double flux pour aéronef. Dans toute la description, les termes « avant » et « arrière » sont à considérer par rapport à une direction d'avancement de l'aéronef provoquée par la poussée du turboréacteur, cette direction étant représentée schématiquement par la flèche F. D'autre part, les termes « amont » et « aval » sont à considérer par rapport à une direction principale d'écoulement normal des gaz au sein du turboréacteur (de l'amont vers l'aval), contraire à la direction d'avancement F de l'aéronef. Le turboréacteur 10, d'axe longitudinal X, comporte d'amont en aval une soufflante 60, un compresseur basse pression 80, un compresseur haute pression 40, une chambre annulaire de combustion 12, une turbine haute pression 14 et une turbine basse pression 16. Les compresseurs, les turbines et la chambre de combustion constituent le générateur des gaz, qui est fermé en partie par un carter central 18 centré sur l'axe X, et qui est traversé par un flux primaire Fp du turboréacteur. Ce carter central 18 prolonge vers l'arrière un carter intermédiaire 20, et l'extrémité arrière du carter central 18 est prolongée par un carter d'échappement 32 situé en aval de la turbine basse pression 16. Des premiers moyens 36 formant enveloppe sont agencés dans le prolongement aérodynamique arrière de la virole intérieure du carter intermédiaire 20, en étant disposés autour du carter central 18. Ces moyens, dénommés également pièce IFD 36 pour « Inner Fan Duct » en anglais, présentent extérieurement une surface annulaire 37 de délimitation interne d'une veine secondaire annulaire 38, traversée par le flux secondaire Fs du turboréacteur. La surface 37 se situe dans le prolongement aérodynamique arrière d'une autre surface 39 servant également à la délimitation interne de la veine secondaire annulaire 38, cette surface 39 étant définie par la virole intérieure du carter intermédiaire 20.

L'espace annulaire 46 laissé libre entre le carter central 18 et la pièce IFD 36 remplit la fonction de compartiment, dans lequel sont agencés des équipements. Des seconds moyens 41 formant enveloppe sont agencés concentriquement et extérieurement à la pièce IFD 36 précitée, dans le prolongement aérodynamique arrière de la virole extérieure du carter intermédiaire 20. Ces moyens, dénommés également pièce OFD pour « Outer Fan Duct » en anglais, présentent intérieurement une surface annulaire 42 de délimitation externe de la veine 38. La surface 42 se situe dans le prolongement aérodynamique arrière d'une autre surface 43 servant également à la délimitation externe de la veine secondaire annulaire 38, cette surface 43 étant définie par la virole extérieure du carter intermédiaire 20.

Par ailleurs, sur le turboréacteur 10 de la figure 1 sont également représentés un système LPTACC ou LPTCC 2 pour la régulation d'un débit d'air contribuant au contrôle de jeu au sommet dans la turbine basse pression 16, et une écope 3 située sur la pièce IFD 36. L'écope 3 est placée sur la pièce IFD 36 à la même position axiale que le système LPTACC ou LPTCC 2, et permet d'alimenter le système 2 en air de refroidissement provenant de la veine secondaire annulaire 38. Afin d'assurer le passage de l'air de refroidissement depuis l'écope 3 jusque dans le système 2, il faut mettre en place une interface permettant de raccorder l'écope 3 et le système 2. Cette interface doit être conçue pour être aussi étanche que possible, afin notamment de limiter les fuites d'air qui pourraient diminuer l'efficacité du refroidissement, et pour être capable de supporter les déplacements relatifs entre l'écope 3 et le système 2, en particulier pour absorber les déplacements radiaux, axiaux et/ou tangentiels de l'un par rapport à l'autre. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a ainsi 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, un dispositif d'interface entre des premier et deuxième éléments de turbomachine, notamment entre un système de commande active ou non active du jeu de turbine basse pression (CAJTBP ou CJTBP) de la turbomachine et une écope située sur une pièce formant enveloppe définissant extérieurement une surface de délimitation interne d'une veine annulaire secondaire de la turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte : - une structure d'admission d'air annulaire comportant des première et deuxième parties opposées, respectivement destinées à venir au contact des premier et deuxième éléments de turbomachine, la première partie étant configurée pour être en contact rotulant avec le premier élément, et - un organe de rappel élastique, apte à être placé autour de la structure d'admission d'air et destiné à venir au contact d'au moins le premier élément de turbomachine. Grâce à l'invention, il est possible de permettre une reprise des déplacements relatifs entre deux éléments de turbomachine, notamment un système LPTACC ou LPTCC et une écope située sur une pièce IFD de la turbomachine, raccordés entre eux par un dispositif d'interface conforme à l'invention, tout en assurant une étanchéité suffisante entre ces éléments limitant ainsi les pertes de charge. En outre, le dispositif d'interface selon l'invention peut être monté et démonté facilement entre les deux éléments de la turbomachine, permettant ainsi notamment d'éviter un démontage complexe de la pièce IFD. De plus, l'invention peut permettre de concevoir un dispositif d'interface entre deux éléments de turbomachine qui comporte un nombre limité de pièces et qui soit de masse relativement faible. Le dispositif d'interface selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles. Le dispositif d'interface peut être monté sur le premier élément de turbomachine avant d'être raccordé au deuxième élément de turbomachine. La structure d'admission d'air peut se présenter sous la forme d'un tube d'admission d'air. L'organe de rappel élastique peut être un ressort, et peut préférentiellement se présenter sous la forme d'un ressort hélicoïdal à plusieurs spires.

L'organe de rappel élastique permet d'assurer la reprise des déplacements relatifs entre les premier et deuxième éléments de turbomachine. En particulier, il permet d'absorber les déplacements radiaux entre les deux éléments. En outre, l'organe de rappel élastique permet d'assurer un effort suffisant pour plaquer entre elles les zones de contact entre la structure d'admission d'air et le deuxième élément de turbomachine, ainsi qu'entre la structure d'admission d'air et le premier élément de turbomachine.

La structure d'admission d'air peut comporter un diaphragme de calibrage du débit d'air entrant dans la structure d'admission d'air. Le diaphragme peut se présenter sous la forme d'un disque muni d'un orifice circulaire central pour permettre le passage d'air. Le diaphragme peut être situé au niveau de la deuxième partie de la structure d'admission d'air. Le diaphragme peut être démontable relativement à la structure d'admission d'air ou fixe. Le diaphragme permet de calibrer le débit d'air entrant dans le premier élément de turbomachine afin de le régler à une valeur souhaitée. Le dispositif peut en outre comporter un anneau élastique situé entre le diaphragme et la deuxième partie de la structure d'admission d'air. L'anneau élastique peut permettre de maintenir le diaphragme en position dans un évidement pratiqué sur la structure d'admission d'air. L'anneau élastique peut permettre d'assurer une étanchéité suffisante de l'interface entre les deux éléments de turbomachine.

La deuxième partie de la structure d'admission d'air peut comporter une surface plane afin d'assurer un contact glissant avec le deuxième élément de turbomachine. Le deuxième élément de turbomachine peut lui-même comporter une surface plane de sorte que le contact glissant est assuré entre deux surfaces planes plaquées l'une contre l'autre.

La première partie de la structure d'admission d'air peut comporter une portion annulaire rotulante, destinée à venir extérieurement au contact d'une surface annulaire interne du premier élément de turbomachine. Ainsi, la première partie peut comporter à une extrémité une portion annulaire rotulante, et à l'autre extrémité une surface plane.

La portion annulaire rotulante de la première partie permet également d'assurer la reprise des déplacements relatifs entre les deux éléments de turbomachine. En particulier, la portion annulaire rotulante permet d'absorber les déplacements axiaux et tangentiels entre les deux éléments de turbomachine. Les déplacements relatifs entre les deux éléments de turbomachine, à savoir les déplacements axiaux, radiaux et/ou tangentiels, peuvent être d'au plus 3 mm.

Un revêtement peut être appliqué sur l'une ou plusieurs des pièces en contact, notamment des pièces du dispositif selon l'invention, par exemple sur la structure d'admission d'air. L'organe de rappel élastique peut être apte à être placé autour de la structure d'admission d'air en appui sur une surface annulaire externe du premier élément de turbomachine, opposée à la surface annulaire interne, de sorte qu'au moins une partie du premier élément de turbomachine comprenant les surfaces annulaires interne et externe opposées se situe entre l'organe de rappel élastique et la portion annulaire rotulante de la structure d'admission d'air.

L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une turbomachine caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'interface tel que défini précédemment, situé entre des premier et deuxième éléments de turbomachine. Le premier élément de turbomachine peut préférentiellement être un système de commande active ou non active du jeu de turbine basse pression de la turbomachine. Le deuxième élément de turbomachine peut préférentiellement être une écope située sur une pièce formant enveloppe définissant extérieurement une surface de délimitation interne d'une veine annulaire secondaire de la turbomachine. L'invention peut donc ainsi permettre de munir la turbomachine d'une technologie d'interface permettant l'alimentation en air du système LPTACC ou LPTCC depuis une écope située sur la pièce IFD. La structure d'admission d'air peut être montée sur le premier élément de turbomachine en force ou, préférentiellement, en bascule. Le premier élément de turbomachine peut comporter au moins un moyen de retenue de la structure d'admission d'air configuré pour empêcher le désengagement de la structure d'admission d'air relativement au premier élément de turbomachine, en particulier lors du montage et/ou démontage du dispositif selon l'invention relativement au premier élément de turbomachine.

Le premier élément de turbomachine peut notamment comporter au moins deux moyens de retenue de la structure d'admission d'air, par exemple répartis symétriquement sur le premier élément de turbomachine. Le ou les moyens de retenue peuvent se présenter sous la forme de languettes de retenue, présentant notamment une forme en « oreille », c'est-à-dire comportant une portion de base amincie s'élargissant vers l'extérieur pour former deux lobes opposés. Une telle forme du ou des moyens de retenue peut permettre de limiter les contraintes lors d'un montage éventuel en force de la structure d'admission d'air sur le premier élément de turbomachine.

Le ou les moyens de retenue peuvent comporter une nervure saillante destinée à coopérer avec la structure d'admission d'air, notamment avec une portion annulaire rotulante de la structure d'admission d'air. Le dimensionnement du ou des moyens de retenue peut être déterminé de manière à permettre un maintien efficace de la structure d'admission d'air sur le premier élément de turbomachine et à autoriser un montage en bascule de la structure d'admission d'air sur le premier élément de turbomachine. En outre, le ou les moyens de retenue peuvent être prévus de façon à ne pas plastifier en fonctionnement de la turbomachine, et surtout de façon à ne pas plastifier en cas de montage en force. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente une vue schématique en demi-coupe longitudinale d'un turboréacteur à double flux pour aéronef, - la figure 2 représente, en coupe, un exemple de dispositif d'interface selon l'invention, placé entre des premier et deuxième éléments de turbomachine, - la figure 3 représente, en perspective, le dispositif d'interface et le premier élément de turbomachine de la figure 2, - la figure 4 représente, en perspective et en coupe partielle, le dispositif d'interface et le premier élément de turbomachine de la figure 3, - la figure 5 représente, en perspective, un exemple de premier élément de turbomachine comportant des moyens de retenue d'une structure d'admission d'air d'un dispositif d'interface selon l'invention, et - la figure 6 illustre la coopération pour maintien entre un moyen de retenue du premier élément de turbomachine de la figure 5 et une structure d'admission d'air d'un dispositif d'interface selon 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 DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 a déjà été décrite précédemment.

En référence aux figures 2 à 4, on a représenté un exemple de dispositif d'interface 1 conforme à l'invention destiné à être placé entre un premier élément 2 de turbomachine et un deuxième élément 3 de turbomachine. Plus particulièrement et plus préférentiellement, le premier élément 2 de turbomachine est un système de commande active ou non active de jeu de turbine basse pression de la turbomachine (système LPTACC ou LPTCC) et le deuxième élément 3 de turbomachine est une écope située sur une pièce formant enveloppe définissant extérieurement une surface de délimitation interne d'une veine annulaire secondaire de la turbomachine (pièce IFD), comme il a été exposé précédemment en référence à la figure 1.

Le dispositif d'interface 1 comporte une structure d'admission d'air annulaire 4 sous la forme d'un tube d'admission, lequel comporte une première partie 5 et une deuxième partie 6, opposées l'une à l'autre, respectivement situées au contact du système LPTACC ou LPTCC 2 et de l'écope 3 de la turbomachine.

En outre, le dispositif d'interface 1 comporte un organe de rappel élastique 7 sous la forme d'un ressort hélicoïdal muni d'une pluralité de spires, qui est placé autour du tube d'admission 4 et qui vient au contact du système 2. La première partie 5 du tube d'admission 4 comporte une portion annulaire rotulante 5a qui vient extérieurement au contact d'une surface annulaire interne 2a du système 2 de la turbomachine. Ainsi, la première partie 5 du tube d'admission 4 est en contact rotulant avec le système 2. La présence du ressort hélicoïdal 7 et de la portion annulaire rotulante 5a permet d'assurer la reprise des déplacements relatifs entre les différentes pièces. En particulier, le ressort 7 permet d'absorber les déplacements radiaux, alors que la portion annulaire rotulante 5a permet d'absorber les déplacements axiaux et tangentiels. Le ressort 7 est placé autour du tube d'admission 4 en appui sur une surface annulaire externe 2b du système 2 de la turbomachine, opposée à la surface annulaire interne 2a, de sorte qu'au moins une partie du système 2 comprenant les surfaces annulaires interne 2a et externe 2b opposées se situe entre le ressort 7 et la portion annulaire rotulante 5a du tube d'admission 4. De plus, comme il est représenté sur la figure 1, le ressort hélicoïdal 7 permet d'assurer un effort suffisant selon la flèche E pour plaquer entre elles les zones de contact 3a et 6a respectivement de l'écope 3 et de la deuxième partie 6 du tube d'admission 4.

Ces zones de contact sont formées par des surfaces planes 3a et 6a respectivement de l'écope 3 et de la deuxième partie 6 du tube d'admission 4, de façon à permettre d'obtenir un contact glissant entre le tube d'admission 4 et l'écope 3. Le tube d'admission 4 comporte en outre un diaphragme 8 de calibrage du débit d'air entrant dans celui-ci. Le diaphragme 8 permet avantageusement de calibrer le débit d'air entrant dans le système 2 afin de le régler à la valeur désirée. Il est de préférence démontable lors de la phase de conception jusqu'à convergence autour d'un diamètre optimal. Par ailleurs, afin notamment d'assurer l'étanchéité du dispositif d'interface 1 et surtout de permettre un maintien en position du diaphragme 8 dans son logement, un anneau élastique 9 est placé entre le diaphragme 8 et la deuxième partie 6 du tube d'admission 4. Le montage du tube d'admission 4 sur le système 2 peut préférentiellement s'effectuer en bascule, bien qu'un montage en force soit également possible.

Afin d'assurer l'impossibilité de désengagement du tube d'admission 4 relativement au système 2 lors du montage et/ou démontage du dispositif d'interface 1 sur la turbomachine, le système 2 peut, comme représenté sur les figures 5 et 6, comporter des moyens de retenue 11 du tube d'admission 4. Comme il est visible sur la figure 5, chaque moyen de retenue 11 peut constituer une languette présentant une forme en « oreille », c'est-à-dire comportant une portion de base amincie qui s'élargit vers l'extérieur pour former des lobes opposés. Cette forme peut permettre de limiter les contraintes lors d'un montage éventuel en force du tube d'admission 4 sur le système 2. Comme il est en outre visible sur la figure 6, chaque moyen de retenue 11 comporte une nervure saillante 13 qui vient coopérer avec la portion annulaire rotulante 5a du tube d'admission 4 de façon à empêcher un désengagement du tube d'admission 4 relativement au système 2. La nervure 13 peut être formée sur le moyen de retenue 11 au moyen de portions 13a, 13b, jointives ou non (comme représenté), formant respectivement des angles a, p avec la normale à la surface annulaire externe 2b. Le dimensionnement des angles a, (3 peut être déterminé de façon à conditionner le fonctionnement du dispositif d'interface 1 selon l'invention. En particulier, l'angle a peut être dimensionné pour minimiser les contraintes en cas de montage en force du tube d'admission 4 sur le système 2.

L'angle (3 peut être dimensionné pour limiter l'effort radial engendré par l'effort axial du ressort 7, cet effort ayant tendance à venir « ouvrir » les moyens de retenue 11, et ainsi provoquer un désengagement du tube d'admission 4 relativement au système 2.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. 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. Dispositif d'interface (1) entre des premier (2) et deuxième (3) éléments de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte : - une structure d'admission d'air annulaire (4) comportant des première (5) et deuxième (6) parties opposées, respectivement destinées à venir au contact des premier (2) et deuxième (3) éléments de turbomachine, la première partie (5) étant configurée pour être en contact rotulant avec le premier élément (2), et - un organe de rappel élastique (7), apte à être placé autour de la structure d'admission d'air (4) et destiné à venir au contact d'au moins le premier élément (2) de turbomachine.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure d'admission d'air (4) comporte un diaphragme (8) de calibrage du débit d'air entrant dans la structure d'admission d'air (4).
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un anneau élastique (9) situé entre le diaphragme (8) et la deuxième partie (6) de la structure d'admission d'air (4).
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième partie (6) de la structure d'admission d'air (4) comporte une surface plane (6a) afin d'assurer un contact glissant avec le deuxième élément (3) de turbomachine.
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie (5) de la structure d'admission d'air (4) comporte une portion annulaire rotulante (5a), destinée à venir extérieurement au contact d'une surface annulaire interne (2a) du premier élément (2) de turbomachine.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe de rappel élastique (7) est apte à être placé autour de la structure d'admission d'air (4) en appui sur une surface annulaire externe (2b) du premier élément (2) de turbomachine, opposée à la surface annulaire interne (2a), de sorte qu'au moins une partie du premier élément (2) de turbomachine comprenant les surfaces annulaires interne (2a) et externe (2b) opposées se situe entre l'organe de rappel élastique (7) et la portion annulaire rotulante (5a) de la structure d'admission d'air (4).
7. 7. Turbomachine (10) caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'interface (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, situé entre des premier (2) et deuxième (3) éléments de turbomachine.
8. 8. Turbomachine selon la revendication 7, caractérisée en ce que le premier élément (2) de turbomachine est un système de commande active ou non active (LPTACC ou LPTCC) du jeu de turbine basse pression de la turbomachine (10), et en ce que le deuxième élément (3) de turbomachine est une écope située sur une pièce formant enveloppe (36) définissant extérieurement une surface de délimitation interne d'une veine annulaire secondaire (38) de la turbomachine (10).
9. 9. Turbomachine selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que le premier élément (2) de turbomachine comporte au moins un moyen de retenue (11) de la structure d'admission d'air (4) configuré pour empêcher le désengagement de la structure d'admission d'air (4) relativement au premier élément (2) de turbomachine.
10. 10. Turbomachine selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit au moins un moyen de retenue (11) comporte une nervure saillante (13) destinée à coopérer avec la structure d'admission d'air (4), notamment avec une portion annulaire rotulante (5a) de la structure d'admission d'air (4).