FR3036442A1

FR3036442A1 - Turbomachine comportant un systeme de ventilation

Info

Publication number: FR3036442A1
Application number: FR1554582A
Authority: FR
Inventors: Augustin Marc Michel Curlier; Nicolas Aussedat
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2016-11-25
Anticipated expiration: 2035-05-21
Also published as: US20160340053A1; US10364691B2; GB2539096B; GB201608601D0; GB2539096A; FR3036442B1

Abstract

L'invention concerne un sous ensemble de turbomachine et une turbomachine comportant - une veine (16) annulaire d'écoulement de gaz qui est délimitée radialement, par rapport à l'axe principal de la turbomachine, par une virole radialement interne (20) et une virole radialement externe (18), - au moins un bras (22) radial qui s'étend radialement entre la virole interne (20) et la virole externe (18), qui délimite un volume isolé de la veine annulaire (16), et dans lequel un tronçon (38) d'au moins un conduit s'étend radialement, et - des moyens d'alimentation en air de ventilation d'une enceinte (28) délimitée au moins en partie par la virole interne (20), par l'intermédiaire dudit au moins un bras radial (22), caractérisés en ce que le volume intérieur dudit au moins un bras radial (22) est relié au volume intérieur de ladite enceinte (28) et à une source d'alimentation en air de ventilation.

Description

1 TURBOMACHINE COMPORTANT UN SYSTÈME DE VENTILATION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention propose une turbomachine d'aéronef comportant un système de ventilation d'une génératrice montée en aval de la turbine basse pression. Du fait de sa disposition, la génératrice peut être amenée à s'échauffer fortement, il faut donc lui associer des moyens supplémentaires pour son refroidissement par un air de ventilation, et intégrer ces moyens de ventilation dans des espaces n'influant pas sur le fonctionnement de la turbomachine. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans le cadre du développement de la gestion de l'énergie dans un aéronef, il a été proposé d'incorporer à la turbomachine une génératrice de courant électrique, afin d'alimenter, par exemple, un système de dégivrage électrique. Dans une turbomachine conventionnelle de type turbofan, une génératrice est entrainée par l'intermédiaire du corps haute pression (HP) de la turbomachine par l'intermédiaire d'un réducteur, au sein d'un ensemble d'équipement communément appelé "accessory gear box" ou AGB. Il a été proposé d'ajouter une génératrice supplémentaire entrainée par un arbre basse pression de la turbomachine, qui est disposée dans le prolongement de cet arbre basse pression, à l'intérieur d'une enceinte formée par un moyeu de carter d'échappement. Cette génératrice est alimentée en liquide de lubrification qui assure aussi son refroidissement. Mais ce liquide de lubrification ne permet pas de refroidir complètement la génératrice.

Il a par conséquent été proposé d'ajouter un circuit de ventilation de la génératrice, qui comporte un circuit d'alimentation en air de l'enceinte dans laquelle la génératrice est située.

3036442 2 Le circuit de ventilation comporte notamment un tronçon de circulation d'air qui traverse un bras radial du carter d'échappement. Les bras radiaux sont déjà traversés par une pluralité de conduits, ce qui limite l'espace disponible pour un ou plusieurs conduits supplémentaires permettant 5 d'alimenter l'enceinte avec suffisamment d'air de ventilation. Il a été aussi proposé d'alimenter le volume intérieur des bras radiaux par de l'air de ventilation. A cet effet, un volume de pressurisation de l'air de ventilation est formé autour du carter d'échappement. Pour réaliser ce volume, une virole supplémentaire est montée autour du carter d'échappement.

10 Cependant, selon un mode de réalisation de turbomachines récentes, le carter d'échappement est fixé à un anneau de support par l'intermédiaire de chapes de suspension. Ces chapes empêchent la mise en place d'une telle virole supplémentaire. L'invention a pour but de proposer un système d'alimentation de l'enceinte en air de ventilation par l'intermédiaire du volume intérieur des bras radiaux, 15 qui permet de raccorder le volume intérieur des bras radiaux à une source en air de ventilation. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un sous ensemble d'une turbomachine comportant une veine annulaire d'écoulement de gaz qui est délimitée radialement, par 20 rapport à l'axe principal de la turbomachine, par une virole radialement interne et une virole radialement externe, au moins un bras radial qui s'étend radialement entre la virole interne et la virole externe, qui délimite un volume isolé de la veine annulaire, et dans lequel un tronçon d'au moins un conduit s'étend radialement, et des moyens d'alimentation en air de ventilation d'une enceinte délimitée au moins en partie par la 25 virole interne, par l'intermédiaire dudit au moins un bras radial, caractérisé en ce que le volume intérieur dudit au moins un bras radial est relié au volume intérieur de ladite enceinte et à une source d'alimentation en air de ventilation.

3036442 3 Le raccordement du volume intérieur d'un bras radial à la fois à l'enceinte et au boitier de raccordement permet de faire circuler l'air de ventilation au travers du volume du bras radial, sans ajouter un conduit supplémentaire dans le bras. Le boitier de raccordement permet le raccordement du volume intérieur du bras, sans être 5 gêné par la présence des moyens de support du carter d'échappement. De préférence, l'extrémité radiale interne dudit bras débouche directement dans l'enceinte et l'extrémité radiale externe de chaque bras porte des moyens de raccordement du volume intérieur du bras à la dite source en air. De préférence, chaque extrémité radiale du bras porte un boitier de 10 raccordement du volume intérieur du bras à l'enceinte ou à ladite source en air et l'extrémité du tronçon du conduit qui est associée à ladite extrémité axiale du bras est raccordée au reste du conduit par l'intermédiaire dudit boitier de raccordement associé. De préférence, l'un des deux boitiers de raccordement, notamment le boitier de raccordement associé à l'extrémité radiale externe du bras, est monté 15 coulissant radialement par rapport à l'extrémité radiale du bras au niveau de laquelle ledit boitier est monté De préférence, l'extrémité radiale externe du bras porte un premier boitier de raccordement qui obture de manière étanche l'extrémité radiale externe du bras, qui comporte des moyens de raccordement du tronçon au reste du conduit qui lui 20 est associé et des moyens de raccordement du volume intérieur du bras à la source d'alimentation en air de ventilation. De préférence, le sous ensemble comporte un deuxième boitier de raccordement qui est monté à proximité de l'extrémité radiale interne du bras et qui est décalé radialement vers l'intérieur par rapport à l'extrémité radiale interne du bras.

25 De préférence, le deuxième boitier de raccordement comporte un premier canal orienté principalement radialement, auquel l'extrémité radiale interne du tronçon, qui lui est associé est raccordée, et un deuxième canal orienté principalement parallèlement à l'axe principal de la turbomachine, qui prolonge le premier canal et qui est raccordé au reste du conduit 3036442 4 De préférence, la turbomachine comporte un anneau de support sur lequel tous les deuxièmes boitiers de raccordement sont montés. De préférence, le boitier qui est monté coulissant par rapport à l'extrémité radiale associée du bras comporte une face externe cylindrique située en vis- 5 à-vis d'une face cylindrique de ladite extrémité radiale associée du bras et porte des moyens faisant contact glissant étanche entre les deux parois en vis-à-vis. - cf. commentaire précédent De préférence, la face externe cylindrique du boitier porte un bourrelet annulaire comportant une face externe en portion de sphère qui est en contact avec la 10 face cylindrique de ladite extrémité radiale associée du bras. L'invention concerne aussi une Turbomachine (10) d'aéronef, qui comporte un tel sous ensemble. De préférence, le carter d'échappement est relié à un organe de support par l'intermédiaire d'un treillis de suspension qui est relié à la virole extérieure du carter.

15 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 représentation schématique en perspective de 20 la partie aval de la turbomachine d'une turbomachine comportant une génératrice et des moyens de ventilation de l'enceinte recevant cette génératrice ; la figure 2 est une représentation schématique en perspective et en éclaté de partie aval de la turbomachine représentée à la figure 1; la figure 3 est une section suivant un plant axial d'un bras de carter 25 d'échappement réalisé selon l'invention ; la figure 4 est un détail à plus grande échelle de l'extrémité radiale externe du bras représenté à la figure 3 ; la figure 5 est un détail à plus grande échelle de l'extrémité radiale interne du bras représenté à la figue 3 ; 3036442 5 - la figure 6 est un détail en perspective du boitier de raccordement représenté à la figure 5. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Pour la description de l'invention, on adoptera à titre non limitatif 5 l'orientation axiale de l'amont vers l'aval comme étant la direction axiale de gauche à droite en se reportant à la figure 2. On a représenté aux figures 1 et 2 une partie aval d'une turbomachine 10, par exemple d'une turbomachine d'aéronef. La turbomachine 10 comporte notamment un arbre basse pression 12 10 qui est entrainé par la turbine basse pression de la turbomachine 10 et un carter d'échappement 14 délimitant la partie aval d'une veine annulaire de circulation de gaz 16. Le carter d'échappement 14 comporte une virole radialement externe 18, une virole radialement interne 20 coaxiales à l'axe principal de la turbomachine 10 et des bras radiaux 22 qui relient les viroles 18, 20 l'une à l'autre.

15 Les bras radiaux 22 sont creux et permettent le passage de conduits et câbles au travers de la veine annulaire 16 en protégeant ceux-ci du flux de gaz dans la veine annulaire 16. La turbomachine comporte aussi un ensemble de poutres ou bielles (non représentées), formant un treillis de suspension, par l'intermédiaire desquelles le 20 carter d'échappement 14 est fixé à un composant périphérique de support tel qu'un anneau de support. Ce treillis est situé à l'extérieur de la virole externe 18 et entoure celle- ci. Pour la liaison du carter d'échappement 14 à ce treillis, la virole externe 25 18 comporte des chapes 70 en saillie radialement vers l'extérieur, qui sont reliées aux poutres ou aux bielles. La turbomachine 10 comporte aussi une génératrice de courant électrique 24 qui est montée coaxialement à l'arbre basse pression 12, en aval de celui-ci.

3036442 6 Le rotor (non représenté) de la génératrice 24 est relié et est entrainé par l'arbre basse pression 12. La turbomachine 10 comporte une virole aval 26 qui prolonge vers l'aval la virole interne 20 du carter d'échappement 14. Ces deux viroles 20, 26 délimitent une 5 enceinte 28 dans laquelle la génératrice 24 est reçue. La génératrice 24 est alimentée en liquide de lubrification par un circuit de lubrification 30 comportant notamment deux conduits 32 (un conduit d'alimentation en liquide de lubrification et un conduit de refoulement) qui traversent un bras radial 22. La génératrice 24 est amenée à s'échauffer lors du fonctionnement de la 10 turbomachine 10. Le circuit de lubrification 30 permet de refroidir les composants internes de la génératrice 24 tels que des paliers, des bobinages, par exemple. Cependant, l'extraction calorifique exercée par cette lubrification est insuffisante et doit donc être assistée par la ventilation de l'enceinte 28 dans laquelle est logée la génératrice 24. - 15 La turbomachine 10 comporte à cet effet un dispositif de ventilation de la génératrice 24 qui consiste à alimenter l'enceinte 28 en air frais prélevé dans une veine primaire (non représentée) de la turbomachine 10. Cet air de ventilation est ensuite évacué vers l'aval par des orifices 34 formés dans la virole aval 26. L'alimentation de l'enceinte 28 en air de ventilation est réalisée en 20 faisant circuler l'air de ventilation directement au travers du volume intérieur de chaque bras radial 22. C'est-à-dire que l'air de ventilation circule autour des conduits 32 et câbles disposés dans les divers bras radiaux 22. Cela permet de ne pas ajouter un ou plusieurs conduits de ventilation au travers des bras radiaux 22, car l'espace disponible y est déjà limité.

25 Chaque bras radial 22 délimite ainsi un conduit radial qui est traversé par un ou des conduits et qui est aussi traversé directement par un flux d'air de ventilation. Le conduit radial délimité par chaque bras 22 est directement relié au volume intérieur de l'enceinte 28 recevant la génératrice 24, c'est-à-dire que l'extrémité radiale interne du bras 22 débouche dans l'enceinte 28.

3036442 7 Par contre, le volume intérieur de chaque bras 22 est isolé du volume entourant la virole externe 18 du carter d'échappement 14. Pour cela, l'extrémité radiale externe du bras 22 est obturée de manière hermétique à l'air par un boitier externe 36 de raccordement.

5 Le boitier externe 36 est traversé par les conduits 32 et câbles qui traversent le bras 22 qui lui est associé. De préférence, chaque conduit 32 comporte un tronçon 38 qui est situé dans le bras 22 associé et qui est raccordé au reste du conduit 32 par l'intermédiaire du boitier externe 36 et d'un boitier interne 40 de raccordement, qui est situé au niveau de 10 l'extrémité radiale interne du bras 22. Cela permet de faciliter le montage d'un conduit 32 en montant chaque tronçon 38 dans le bras 22 associé en le fixant aux deux boitiers 36, 40, puis en raccordant les deux autres parties du conduit 32 aux deux boitiers 36, 40, les raccordant ainsi aux extrémités du tronçon 38.

15 Comme on l'a dit précédemment, le volume intérieur du bras 22 débouche directement dans l'enceinte 28. Par conséquent, et de préférence, le boitier interne de raccordement 40 est décalé radialement vers l'intérieur par rapport à l'extrémité radiale interne du bras 22. Comme on peut le voir plus en détails à la figure 4, le boitier de 20 raccordement externe 36 comporte un volume interne 42 qui communique avec le volume interne du bras 22 et qui est apte à être raccordé à la source d'air de ventilation par des moyens connus (non représentés). Le boitier de raccordement externe 36 comporte des brides 44 de support des tronçons 38 des conduits 32 et des connecteurs 46 agencés aux extrémités 25 des tronçons 38, pour le raccordement de chaque tronçon à une partie du conduit 32 associé. Chaque connecteur 46 est réalisé de manière connue, il consiste ici en un connecteur du type à mamelon et ajutage qui est verrouillé par un écrou 48.

3036442 8 Comme on peut le voir plus en détails aux figures 5 et 6, le boitier interne de raccordement 40 comporte une canalisation interne 50 associée à chaque conduit 32 qui est associé au bras 22. Chaque canalisation 50 comporte un canal 52 orienté principalement 5 radialement, et un canal 54 orienté parallèlement à l'axe principal de la turbomachine. Le canal radial 52 débouche radialement vers l'extérieur et il est apte à être raccordé à l'extrémité radiale interne du tronçon 38 associé. Ici, le canal radial 52 est prolongé radialement vers l'extérieur par un manchon fileté 56 qui est apte à coopérer avec un écrou 58 de serrage de l'extrémité radiale interne du tronçon 38 associé dans le 10 canal radial 52. Le canal axial 54 est destiné à être raccordé à une partie du conduit 32 associée au tronçon 38. Selon le mode de réalisation représenté, les deux canaux radiaux 52 sont alignés axialement. Les canaux axiaux 54 sont de préférence décalés latéralement l'un par rapport à l'autre, pour ne pas gêner la circulation de fluide ni leur raccordement 15 au conduit 32 associé. Chaque boitier interne de raccordement 40 est situé radialement à distance de l'extrémité radiale interne du bras 22 associé, et par conséquent, il est situé radialement à distance de la virole interne 20. Le support des boitiers internes de raccordement 40 est réalisé par 20 l'intermédiaire d'un anneau de support 60 qui est situé à l'intérieur de l'enceinte 28 et qui est relié à une interface mécanique du carter d'échappement, qui est ici une bride de support d'un palier. Tous les boitiers internes de raccordement 40 sont fixés à l'anneau de support 60. A titre d'exemples non limitatifs, la fixation des boitiers internes de 25 raccordement 40 sur l'anneau de support 60 est réalisée par boulonnage, par soudage, ou bien en réalisant les boitiers 40 et l'anneau de support 60 en une seule pièce. Lors du fonctionnement de la turbomachine 10, les variations de conditions de fonctionnement et de température dans celle-ci ont pour conséquence des variations dimensionnelles de ses composants par dilatation.

3036442 9 Aussi, les variations dimensionnelles des composants de la turbomachine ont lieu lors d'une transition entre un état à froid de la turbomachine, c'est-à-dire avant son démarrage, dans lequel tous les composants de la turbomachine sont froids et un état de fonctionnement dans lequel certains composants sont très 5 chauds et d'autres composants tels que les conduits de circulation de fluide de refroidissement sont encore froids. Ainsi, notamment, la longueur des tronçons 38 peut varier, ou bien la distance relative entre le boitier externe de raccordement 36 et le boitier interne de raccordement 40 peut elle aussi varier.

10 Pour permettre de telles variations dimensionnelles, l'un des deux boitiers de raccordement 36, 40 est monté coulissant radialement par rapport à l'extrémité radiale du bras 22 qui lui est associée, tandis que l'autre boitier de raccordement 40, 36 est immobile radialement par rapport à l'extrémité radiale du bras 22 qui lui est associée.

15 Selon un mode de réalisation préféré que l'on a représenté aux figures, c'est le boitier de raccordement externe 36 qui est monté coulissant radialement par rapport à l'extrémité radiale externe du bras 22. Par conséquent, le boitier de raccordement interne 40 est immobile par rapport à l'extrémité radiale interne du bras 22.

20 Selon un autre mode de réalisation permettant les variation dimensionnelles des tronçons 38 par rapport au bras 22, les moyens de raccordement hydraulique des extrémités radiales internes des tronçons 38 avec le boitier interne 40 sont formés pour permettre un coulissement radial des extrémités radiales internes des tronçons 38 par rapport au bras 22, et plus particulièrement par rapport à l'anneau de 25 support 60 et au boitier interne 40. Par exemple, les moyens de raccordement ne comportent pas d'écrou de serrage 58 et le boitier de raccordement externe 36 est fixe par rapport à l'extrémité externe du bras 22. On a représenté à la figure 3 un boitier externe de raccordement qui est réalisé conformément au mode de réalisation selon lequel les variations dimensionnelles 3036442 10 des conduits 32 sont rendues possibles par un coulissement radial du boitier externe 36 par rapport à l'extrémité radiale externe du bras 22. Selon ce mode de réalisation, le boitier externe 36 comporte une paroi cylindrique externe 62 qui est reçue à l'intérieur et à distance d'une paroi cylindrique 5 interne 64 de l'extrémité radiale externe du bras 22. La paroi cylindrique externe 62 comporte, au niveau de son extrémité radiale interne, un bourrelet annulaire 66 qui vient en appui de manière étanche à l'air contre la paroi interne 64 de l'extrémité radiale du bras 22. L'étanchéité à l'air de cet appui est complétée par un joint annulaire non représenté.

10 La face externe de ce bourrelet 66 est une portion de sphère, de sorte que l'appui entre la paroi interne 64 de l'extrémité radiale du bras 22 et le bourrelet 66 peut être maintenu même si l'orientation du boitier externe 36 ne devient plus radiale, à cause des dilatations différentes des deux tronçons 38. Ainsi, ce bourrelet 66 permet de conserver un contact glissant étanche 15 entre la paroi interne 64 de l'extrémité radiale du bras 22et la cylindrique externe 62 du boitier externe 36. Les boitiers de raccordement 36 situés sur la virole externe 18 sont globalement installés entre les chapes 70 et leurs dimensions permettent de ne pas entraver la mise en place du treillis de suspension du carter d'échappement 14. 20

Claims

REVENDICATIONS1. Sous ensemble d'une turbomachine (10) comportant - une veine (16) annulaire d'écoulement de gaz qui est délimitée radialement, par rapport à l'axe principal de la turbomachine, par une virole radialement interne (20) et une virole radialement externe (18), - au moins un bras (22) radial qui s'étend radialement entre la virole interne (20) et la virole externe (18), qui délimite un volume isolé de la veine annulaire (16), et dans lequel un tronçon (38) d'au moins un conduit s'étend radialement, et - des moyens d'alimentation en air de ventilation d'une enceinte (28) délimitée au moins en partie par la virole interne (20), par l'intermédiaire dudit au moins un bras radial (22), caractérisé en ce que le volume intérieur dudit au moins un bras radial (22) est relié au volume intérieur de ladite enceinte (28) et à une source d'alimentation en air de ventilation.
2. Sous ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'extrémité radiale interne dudit bras (22) débouche directement dans l'enceinte (28) et l'extrémité radiale externe de chaque bras porte des moyens de raccordement du volume intérieur du bras à la dite source en air.
3. Sous ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque extrémité radiale du bras (22) porte un boitier de raccordement (36, 40) du volume intérieur du bras à l'enceinte ou à ladite source en air et en ce que l'extrémité du tronçon (38) du conduit (32) qui est associée à ladite extrémité axiale du bras (22) est raccordée au reste du conduit par l'intermédiaire dudit boitier de raccordement associé.
4. Sous ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'un des deux boitiers de raccordement (36, 40), notamment le boitier de 3036442 12 raccordement (36) associé à l'extrémité radiale externe du bras (22), est monté coulissant radialement par rapport à l'extrémité radiale du bras (22) au niveau de laquelle ledit boitier (36, 40) est monté. 5
5. Sous ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'extrémité radiale externe du bras (22) porte un premier boitier de raccordement (36) qui obture de manière étanche l'extrémité radiale externe du bras (22), qui comporte des moyens (46, 48) de raccordement du tronçon (38) au reste du conduit (32) qui lui est associé et des moyens de raccordement du volume intérieur du bras (22) à la source 10 d'alimentation en air de ventilation.
6. Sous ensemble selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'elle comporte un deuxième boitier de raccordement (40) qui est monté à proximité de l'extrémité radiale interne du bras (22) et qui est décalé radialement vers l'intérieur par 15 rapport à l'extrémité radiale interne du bras (22).
7. Sous ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un anneau de support (60) sur lequel tous les deuxièmes boitiers de raccordement (40) sont montés. 20
8. Sous ensemble selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que le deuxième boitier de raccordement (40) comporte un premier canal (52) orienté principalement radialement, auquel l'extrémité radiale interne du tronçon (38), qui lui est associé est raccordée, et un deuxième canal (54) orienté 25 principalement parallèlement à l'axe principal de la turbomachine (10), qui prolonge le premier canal (52) et qui est raccordé au reste du conduit (32)
9. Turbomachine (10) d'aéronef, caractérisée en ce qu'elle comporte un sous ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes. 3036442 13
10. Turbomachine (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le carter d'échappement (14) est relié à un organe de support par l'intermédiaire d'un treillis de suspension qui est relié à la virole extérieure (18) du carter (14). 5