FR3009339A1 - Turbomachine comprenant un dispositif de refroidissement du pylone - Google Patents

Turbomachine comprenant un dispositif de refroidissement du pylone Download PDF

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Abstract

Turbomachine (10) comprenant une tuyère (14) s'étendant selon une direction axiale (A), ladite tuyère (14) étant configurée pour conduire un flux de gaz chaud (GC), et un pylône de fixation (12) pour fixer la turbomachine, ledit pylône (12) s'étendant radialement depuis une embase (12a) disposée au voisinage de la tuyère (14). La turbomachine (10) comprend un dispositif de refroidissement du pylône (18) comprenant au moins une conduite auxiliaire de gaz (20) comprenant une entrée de gaz (20a) configurée pour prélever un gaz froid (GF) à l'extérieur de la tuyère (14) et une sortie de gaz (20b) débouchant au voisinage de l'embase (12a) du pylône (12).

Description

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de refroidissement de turbomachine, et plus particulièrement un dispositif de refroidissement d'un pylône de fixation de turbomachine.
Le terme « turbomachine » désigne l'ensemble des appareils à turbine à gaz produisant une énergie motrice, parmi lesquels on distingue notamment les turboréacteurs fournissant une poussée nécessaire à la propulsion par réaction à l'éjection à grande vitesse de gaz chauds, et les turbomoteurs dans lesquels l'énergie motrice est fournie par la rotation 10 d'un arbre moteur. Par exemple, des turbomoteurs sont utilisés comme moteur pour des hélicoptères, des navires, des trains, ou encore comme moteur industriel. Les turbopropulseurs (turbomoteur entrainant une hélice) sont également des turbomoteurs utilisés comme moteur d'avion. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE 15 On connait une turbomachine comprenant une tuyère s'étendant selon une direction axiale, ladite tuyère étant configurée pour conduire un flux de gaz chaud, et un pylône de fixation pour fixer la turbomachine, ledit pylône s'étendant radialement depuis une embase disposée au voisinage de la tuyère. 20 Dans une telle turbomachine, les gaz chauds de la tuyère chauffent le pylône, ce qui entraine des problèmes de tenue mécaniques et/ou des problèmes de durée de vie du pylône. Pour remédier à ce problème, il est connu d'utiliser des matériaux résistants à ces contraintes thermiques/mécaniques. Cependant 25 cette solution est onéreuse. Il est également connu de disposer des perturbateurs de flux pour dévier les gaz chauds. Cependant, de tels perturbateurs ont un généralement impact négatif sur les performances de la turbomachine, ou bien ne sont pas réellement efficaces. Il existe donc un besoin pour fournir une turbomachine 30 améliorée. PRESENTATION DE L'INVENTION Dans un mode de réalisation, la turbomachine comprend une tuyère s'étendant selon une direction axiale, ladite tuyère étant configurée pour conduire un flux de gaz chaud, un pylône de fixation pour fixer la 35 turbomachine, ledit pylône s'étendant radialement depuis une embase disposée au voisinage de la tuyère, et un dispositif de refroidissement du pylône comprenant au moins une conduite auxiliaire de gaz comprenant une entrée de gaz configurée pour prélever un gaz froid à l'extérieur de la tuyère et une sortie de gaz débouchant au voisinage de l'embase du pylône.
De manière générale, au sein d'une turbomachine, la direction axiale correspond à la direction de l'axe de rotation A des compresseur(s)/turbine(s) de la turbomachine, et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe A. La direction azimutale correspond à la direction décrivant un anneau autour de la direction axiale. Les trois directions axiale, radiale et azimutale correspondent respectivement aux directions définies par la côte, le rayon et l'angle dans un système de coordonnées cylindrique. En outre, 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. Enfin, sauf précision contraire, les adjectifs intérieur et extérieur sont utilisés en référence à la direction radiale de sorte que la partie intérieure (i.e. radialement intérieure) d'un élément est plus proche de l'axe A que la partie extérieure (i.e. radialement extérieure) du même élément. On comprend que le pylône est un dispositif qui s'étend radialement par rapport à la turbomachine, et qui permet de fixer la turbomachine à une structure fixe, comme par exemple la structure d'un avion (par exemple une aile de l'avion), la structure d'un hélicoptère, d'un hydroglisseur, etc. L'embase (également connue par l'homme du métier sous le terme « semelle ») est l'extrémité radiale du pylône disposé du côté de la tuyère. Bien entendu, le pylône soutient l'ensemble des composants de la turbomachine, en étant fixé à des carters de la turbomachine, par exemple, mais pas nécessairement, un carter de turbine et/ou un carter de fan selon le type de turbomachine. On comprend également, que la turbomachine comprend une ou plusieurs conduites auxiliaires. Par la suite, et sauf indication contraire, par le terme « la conduite auxiliaire » on comprendra « la ou les conduite(s) auxiliaire(s) ». Par « voisinage de l'embase » on entend une zone adjacente à l'embase du pylône s'étendant dans chaque direction (axiale, radiale et 35 azimutale) sur une distance d'environ 50% de la longueur du pylône selon ladite direction (axiale, radiale ou azimutale).
En fonctionnement, un flux de gaz chaud s'écoule à l'intérieur de la tuyère tandis que des gaz froids s'écoulent à l'extérieur de la tuyère. Bien entendu, les termes « chaud » et « froid » sont à considérés relativement l'un par rapport à l'autre, les gaz s'écoulant à l'intérieur de la tuyère étant plus chaud que les gaz s'écoulant à l'extérieur de la tuyère (ces derniers étant plus froid que les gaz s'écoulant à l'intérieur de la tuyère). La conduite auxiliaire prélève des gaz froids à l'extérieur de la tuyère (en d'autres termes, l'entrée de gaz est ouverte à l'extérieur de la tuyère) et conduit ces gaz froids au voisinage de l'embase du pylône, vers l'embase du pylône. Ainsi, ces gaz froids refroidissent le pylône, et plus particulièrement l'embase du pylône, en formant un film de gaz froids protégeant ce dernier de la convection thermique des gaz chauds. Ainsi, le dispositif de refroidissement protège le pylône des échauffements dus aux gaz chauds et ce sans détériorer les performances de la turbomachine et pour un coût acceptable. Dans certains modes de réalisation, la tuyère présente un échappement (i.e. une sortie) du flux de gaz chaud, la sortie de gaz de la conduite auxiliaire débouchant radialement entre l'échappement de la 20 tuyère et le pylône. Dans ce cas de figure, le flux de gaz issu de la sortie de gaz de la conduite auxiliaire (i.e. les gaz de refroidissement) conduit par la conduite auxiliaire s'interpose entre le flux de gaz chauds issu de l'échappement de la tuyère et le pylône. Grâce à cette configuration, on 25 s'assure que les gaz de refroidissement impactent le pylône à la place des gaz chauds, et qu'ils protègent le pylône des gaz chauds en formant un film de gaz le long du pylône, et notamment de l'embase du pylône. Ainsi, le pylône est maintenu à une température acceptable. Dans certains modes de réalisation, la sortie de gaz de la 30 conduite auxiliaire s'étend azimutalement sur sensiblement toute la longueur azimutale de l'embase. Par « sensiblement toute la longueur azimutale de l'embase », on entend au moins 55% de la longueur azimutale de l'embase, en projection radiale au niveau de la sortie de gaz de la conduite auxiliaire. 35 Bien entendu, on comprend que lorsque le dispositif de refroidissement comprend plusieurs conduites auxiliaires, c'est la longueur azimutale de l'ensemble des sorties de gaz (Le. la somme des longueurs azimutale de chacune des sorties de gaz) qui s'étend sur sensiblement toute la longueur azimutale de l'embase. Grâce à cette étendu azimutale de la sortie de gaz, on optimise la répartition des gaz de refroidissement sur le pylône. On optimise également l'étendu de l'enveloppe autour du pylône et de l'embase du pylône formée par un film de gaz de refroidissement. Le refroidissement et la protection du pylône sont ainsi améliorés. Dans certains modes de réalisation, la tuyère présente un 10 échappement du flux de gaz chaud, la sortie de gaz de la conduite auxiliaire étant disposée axialement sensiblement au voisinage de l'échappement de la tuyère. Par « axialement au voisinage » ou « voisinage axial » on entend une zone axiale qui s'étend autour de l'échappement sur environ 15 50% de la longueur axiale de la tuyère En disposant la sortie de gaz de la conduite auxiliaire ainsi, on améliore l'efficacité du flux de gaz de refroidissement. En effet, le flux de gaz de refroidissement s'interpose plus facilement entre le pylône et le flux de gaz chauds issus de l'échappement. 20 Dans certains modes de réalisation, la turbomachine est du type double flux comprenant un flux primaire de gaz chauds et un flux secondaire de gaz froids, la tuyère étant configurée pour conduire le flux primaire de gaz chauds tandis que l'entrée de gaz de la conduite auxiliaire est configurée pour prélever du gaz dans le flux secondaire de gaz froids. 25 Le dispositif de refroidissement est particulièrement bien adapté pour les turbomachines à double flux. Notamment, prélever des gaz froids dans le flux secondaire, permet, en sortie de conduite auxiliaire, d'obtenir un flux de gaz de refroidissement qui présente sensiblement les mêmes caractéristiques, notamment en pression et vitesse, que les gaz du flux 30 secondaire en sortie de turbomachine. Par ailleurs, en prélevant des gaz dans le flux secondaire, on limite les pertes liées au prélèvement (ou écopage) car ce prélèvement a lieu dans une zone où les gaz présentent une faible vitesse. L'impact sur les performances de la turbomachine du dispositif de refroidissement est ainsi négligeable. Ainsi, dans certains 35 modes de réalisation, la conduite auxiliaire est configurée pour que la détente des gaz (i.e. des gaz conduits pas la conduite auxiliaire) à la sortie de gaz de la conduite auxiliaire soit sensiblement égale à la détente des gaz du flux secondaire de gaz froids à la sortie de la turbomachine. Dans certains modes de réalisation, la section de la conduite auxiliaire est évolutive entre l'entrée de gaz et la sortie de gaz.
On comprend donc que la forme et/ou la surface de la section de la conduite auxiliaire évolue sur tout ou partie de la longueur de la conduite auxiliaire. Ceci permet notamment d'obtenir des caractéristiques prédéterminées (par exemple en pression et vitesse) de flux de gaz de refroidissement en sortie de gaz de la conduite auxiliaire. Ceci permet également de réduire au maximum l'encombrement de la conduite auxiliaire au sein de la turbomachine. Dans certains modes de réalisation, la turbomachine comprend deux conduites auxiliaires, les entrées de gaz des conduites auxiliaires étant disposées azimutalement de part et d'autre du pylône.
On considère que deux conduites sont disposées de part et d'autre du pylône lorsque considérées selon une coupe radiale de la turbomachine, chaque conduite est disposée de part et d'autre de la ligne médiane du pylône s'étendant selon la direction radiale. Une telle configuration permet d'optimiser l'efficacité du dispositif de refroidissement tout en minimisant son encombrement. Dans certains modes de réalisation, la conduite auxiliaire est intégrée (i.e. comprise, incluse ou formée) dans un carénage du pylône. On comprend que dans ce cas la conduite auxiliaire fait partie du pylône. Ceci permet de réduire au maximum l'encombrement du 25 dispositif de refroidissement. Ceci permet également de réduire au maximum l'impact du dispositif de refroidissement sur les performances de la turbomachine. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture 30 de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : - la figure 1 représente un turboréacteur montée sur une aile d'avion, 35 - la figure 2 représente le turboréacteur de la figure 1 vu en perspective selon le plan de coupe II de la figure 1, - la figure 3 représente le turboréacteur de la figure 1 vu selon la flèche III de la figure 2, et - la figure 4 représente le turboréacteur de la figure 1 vu selon la flèche IV de la figure 2, et DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION La figure 1 représente une turbomachine, dans cet exemple un turboréacteur 10, équipée d'un pylône 12 et fixée via le pylône 12 à une aile d'avion. Le turboréacteur 10 est décrit plus en détail en référence aux figures 2, 3 et 4.
La figure 2 représente une vue en coupe selon la plan 2 de la figure 1 et en perspective du turboréacteur 10. Le turboréacteur 10 comprend une tuyère 14 s'étendant selon la direction axiale A correspondant à l'axe de rotation de la turbine 15. Le turboréacteur comprend également un carter 16 de flux secondaire présentant une sortie de flux secondaire 16a. Le turboréacteur 10 est un turboréacteur double flux dans lequel la tuyère 14 conduit un flux de gaz chauds GC (ou flux primaire de gaz chauds) tandis que le carter 16 conduit un flux de gaz froids GF (ou flux secondaire de gaz froids). L'extrémité axiale aval 14a de la tuyère 14 forme l'échappement de la tuyère 14. Dans cet exemple, le turboréacteur 10 comprend également un cône d'éjection 15. Bien entendu, selon une variante, le turboréacteur ne comprend pas de cône d'éjection. Dans cet exemple, la tuyère 14 comprend également une sortie intermédiaire 14b de gaz de ventilation GV. Ces gaz de ventilations GV servent à ventiler des composants de la turbomachine, sans participer directement à l'effet propulsif. Bien entendu, selon une variante, la tuyère ne comprend pas de sortie intermédiaire. Le pylône 12 s'étend selon une direction radiale R depuis une embase 12a coopérant avec la tuyère 14. Le turboréacteur 10 comprend un dispositif de refroidissement du pylône 18 comprenant dans cet exemple deux conduites auxiliaires de gaz 20 disposées azimutalement de part et d'autre du pylône 12, en étant intégrées au carénage 12b du pylône 12. Chaque conduite 20 comprend une entrée de gaz 20a prélevant du gaz dans le flux de gaz froids GF, et une sortie de gaz 20b débouchant au voisinage de l'embase 12a du pylône 12, radialement entre l'échappement 14a et l'embase 12a (cf. fig.4). En d'autres termes, dans cet exemple, les sorties de gaz 20b débouchent radialement « sous » l'embase 12a (par radialement « sous » on entend que l'embase est à l'extérieur par rapport aux sorties, ou bien que les sorties sont à l'intérieur par rapport à l'embase, et sensiblement alignées radialement). Dans cet exemple, l'ensemble de deux sorties 20b s'étend azimutalement sur toute la longueur azimutale Z de l'embase 12a du pylône 12. De plus, les sorties de gaz 20b sont disposées à la même position axiale que l'échappement 14a (cf. fig.3). Les sorties de gaz 20b sont également disposées en aval de la sortie intermédiaire 14b de gaz de ventilation GV, dans le prolongement de la sortie intermédiaire. Cette configuration présente l'avantage que le flux de gaz de refroidissement GR crée un film de refrbidissement sous l'embase 12a tout en participant à la poussée globale du turboréacteur 10, le flux de gaz de refroidissement GR étant sensiblement axial. La section transversale de chaque conduite de gaz 20 est évolutive entre l'entrée de gaz 20a et la sortie de gaz 20b. En effet, la forme de la section de la conduite 20 au niveau de l'entrée 20a est sensiblement triangulaire tandis que la forme de la section de la conduite est en forme de portion d'anneau (ou de forme sensiblement rectangulaire) au niveau de la sortie de gaz 20b.
Le flux de gaz de refroidissement GR issu des sorties de gaz 20b forme un film de gaz sur la partie aval de l'embase 12a du pylône 12 qui empêche le flux de gaz chauds GC issu de l'échappement 14a (i.e. en aval de l'échappement) de venir au contact du pylône 12 et de son embase 12a. Par ailleurs, le flux de gaz GR refroidit ou maintien à une température acceptable le pylône 12 et son embase 12a. Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.35

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Turbomachine (10) comprenant une tuyère (14) s'étendant selon une direction axiale (A), ladite tuyère (14) étant configurée pour conduire un flux de gaz chaud (GC), et un pylône de fixation (12) pour fixer la turbomachine, ledit pylône (12) s'étendant radialement depuis une embase (12a) disposée au voisinage de la tuyère (14), ladite turbomachine étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un dispositif de refroidissement du pylône (18) comprenant au moins une conduite auxiliaire de gaz (20) comprenant une entrée de gaz (20a) configurée pour prélever un gaz froid (GF) à l'extérieur de la tuyère (14) et une sortie de gaz (20b) débouchant au voisinage de l'embase (12a) du pylône (12).
  2. 2. Turbomachine (10) selon la revendication 1, dans laquelle la tuyère (14) présente un échappement (14a) du flux de gaz chaud (GC), la sortie de gaz (20b) de la conduite auxiliaire (20) débouchant radialement entre l'échappement (14a) de la tuyère (14) et le pylône (12).
  3. 3. Turbomachine (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la sortie de gaz (20b) de la conduite auxiliaire (20) s'étend azimutalement sur sensiblement toute la longueur azimutale (Z) de l'embase (12a).
  4. 4. Turbomachine (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la tuyère (14) présente un échappement (14a) du flux de gaz chaud (GC), la sortie de gaz (20a) de la conduite auxiliaire (20) étant disposée axialement sensiblement au voisinage de l'échappement (14a) de la tuyère (14).
  5. 5. Turbomachine (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, du type double flux comprenant un flux primaire de gaz chauds (GC) et un flux secondaire de gaz froids (GF), la tuyère (14) étant configurée pour conduire le flux primaire de gaz chauds (GC) tandis que l'entrée de gaz (20a) de la conduite auxiliaire (20) est configurée pour prélever du gaz dans le flux secondaire de gaz froids (GF).
  6. 6. Turbomachine (10) selon la revendication 5, dans laquelle la conduite auxiliaire (20) est configurée pour que la détente des gaz à la sortie de gaz (20a) soit sensiblement égale à la détente des gaz du flux secondaire de gaz froids (GF) à la sortie de la turbomachine.
  7. 7. Turbomachine (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la section de la conduite auxiliaire (20) est évolutive entre l'entrée de gaz (20a) et la sortie de gaz (20b).
  8. 8. Turbomachine (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant deux conduites auxiliaires (20), les entrées de gaz (20a) des conduites auxiliaires (20) étant disposées azimutalement de part et d'autre du pylône (12).
  9. 9. Turbomachine (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la conduite auxiliaire (20) est intégrée dans un carénage (12b) du pylône (12).
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