FR3043464A1 - Dispositif de mesure pour une veine d'ecoulement de gaz d'une turbomachine - Google Patents

Dispositif de mesure pour une veine d'ecoulement de gaz d'une turbomachine Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de mesure (13) pour une veine d'écoulement de gaz d'une turbomachine (1), comportant un support (14) comprenant des moyens de mesure (17, 18) aptes à effectuer des mesures de pression et/ou de température en différents points de mesure de ladite veine, ledit support (14) s'étendant selon un axe (Z) et comprenant une extrémité de fixation (19), caractérisé en ce que l'extrémité de fixation (19) comporte des moyens d'emboîtement (22), le dispositif de mesure (13) comportant en outre au moins une mâchoire (30) comprenant des moyens d'emboîtement complémentaires aptes à coopérer par complémentarité de forme avec les moyens d'emboîtement de l'extrémité de fixation (19), la mâchoire (30) étant fixée sur ladite extrémité de fixation (19) par l'intermédiaire de moyens de fixation, tels par exemple qu'une vis, le dispositif de mesure (13) comportant au moins une cale (39) destinée à être montée entre la mâchoire (30) et la paroi (10) de la veine.

Description

Dispositif de mesure pour une veine d’écoulement de gaz d’une turbomachine
La présente invention concerne un dispositif de mesure pour une veine d’écoulement de gaz d’une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur.
Un turboréacteur comprend classiquement une nacelle fixée sur un carter de forme cylindrique et une roue de soufflante montée à l'intérieur du carter. Lors du fonctionnement du moteur, l'air entrant en amont par la soufflante est divisé en un flux primaire et un flux secondaire. Le flux primaire alimente un compresseur d'entrée, puis est mélangé avec du carburant et brûlé dans la chambre de combustion. Les gaz de combustion traversent une turbine pour ensuite être éjectés dans un carter d'échappement autour d'un cône d'éjection.
Afin de réduire le bruit de jet engendré dans la zone d’éjection de la turbomachine, il est connu d'utiliser une paroi annulaire appelée mélangeur (ou " mixer " en anglais) ayant une conception spécifique pour favoriser le mélange entre le flux primaire et le flux secondaire issus du turboréacteur. Une des conceptions les plus utilisées actuellement dans les turboréacteurs civils est celle du mélangeur à lobes. En effet, le mélangeur à lobes permet d'obtenir un cisaillement radial entre les flux primaire et secondaire afin de favoriser le mélange entre ces flux. L’extrémité amont du mélangeur comporte une bride servant à fixer le mélangeur sur l’extrémité aval du carter d’échappement.
Il existe notamment un besoin d’effectuer des mesures de pression et/ou de température dans la veine d’échappement du flux primaire, au niveau de la zone amont du mélangeur. L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique afin de répondre à ce besoin. A cet effet, elle propose un dispositif de mesure pour une veine d’écoulement de gaz d’une turbomachine, comportant un support comprenant des moyens de mesure aptes à effectuer des mesures de pression et/ou de température en différents points de mesure de ladite veine, ledit support s’étendant selon un axe et comprenant une extrémité de fixation, caractérisé en ce que l’extrémité de fixation comporte des moyens d’emboîtement, le dispositif de mesure comportant en outre au moins une mâchoire comprenant des moyens d’emboîtement complémentaires aptes à coopérer par complémentarité de forme avec les moyens d’emboîtement de l’extrémité de fixation, la mâchoire étant fixée sur ladite extrémité de fixation par l’intermédiaire de moyens de fixation, tels par exemple qu’une vis, le dispositif de mesure comportant au moins une cale destinée à être montée entre la mâchoire et la paroi de la veine.
Le dispositif de mesure peut alors être installé aisément dans la zone amont du mélangeur par exemple, ou encore dans d’autres zones de la turbomachine en passant par la veine de la turbomachine, et non par un orifice formé dans la paroi de la veine, de façon à ne pas dégrader les caractéristiques mécaniques de ladite paroi. La mâchoire peut coulisser par rapport au support de façon à engager la nervure dans la rainure correspondante.
La liaison entre l’extrémité de fixation du support et la mâchoire assure une bonne fixation entre ces deux éléments. La présence d’une cale permet par ailleurs d’ajuster la position du support et donc des points de mesure dans la veine, selon l’axe du support.
Un tel dispositif de mesure est par ailleurs peu encombrant et peut ainsi être installé sur la paroi annulaire sans affecter de manière sensible sa structure.
En particulier, les moyens d’emboîtement de l’extrémité de fixation peuvent comporter au moins une rainure ou respectivement au moins une nervure s’étendant perpendiculairement à l’axe du support, les moyens d’emboîtement complémentaires de la mâchoire comportant au moins une nervure ou respectivement au moins une rainure apte à coopérer par complémentarité de forme avec la rainure ou respectivement la nervure de l’extrémité de fixation.
Le dispositif de mesure peut comporter deux mâchoires adjacentes, chaque mâchoire comprenant au moins une nervure ou respectivement au moins une rainure s’étendant sensiblement perpendiculairement à l’axe du support et apte à coopérer par complémentarité de forme avec la rainure ou respectivement la nervure de l’extrémité de fixation, chaque mâchoire étant fixée sur ladite extrémité de fixation par l’intermédiaire de moyens de fixation, tels par exemple qu’une vis.
Par ailleurs, le dispositif de mesure peut comporter une embase rigide, destinée à être fixée sur la paroi de la veine, l’extrémité de fixation du support étant montée dans une ouverture de l’embase, la mâchoire prenant appui sur l’embase dans la direction de l’axe du support.
La présence d’une embase est particulièrement utile dans le cas où la paroi annulaire sur laquelle doit être monté le dispositif de mesure est relativement fine et peut alors difficilement assurer à elle seule le bon maintien du support.
Dans ce cas, le dispositif de mesure peut comporter des moyens de fixation de la mâchoire sur l’embase, tels par exemple qu’une vis.
En outre, le dispositif de mesure peut comporter des moyens de réglage de la position de la mâchoire et du support par rapport à l’embase, selon au moins un axe perpendiculaire à l’axe du support.
En particulier, du fait des contraintes thermiques importantes auxquelles peut être soumise la paroi annulaire, celle-ci peut être amenée à se dilater. Dans le cas du mélangeur notamment, celui-ci est soumis à des températures supérieures à 700°C et peut se dilater selon l’axe de la turbomachine.
Du fait des dilatations différentielles entre les différents éléments du dispositif de mesure et la paroi annulaire formant le mélangeur par exemple, il est important de bien contrôler la position axiale du support par rapport à la paroi annulaire, de façon à éviter que le support contraigne et dégrade ladite paroi par un appui axial non souhaité. Les moyens de réglage précités permettent de pouvoir régler précisément la position axiale du support par rapport à la paroi annulaire sur laquelle il est monté, par exemple, de façon à éviter toute interaction en fonctionnement.
La cale présente une épaisseur ajustable.
Pour cela, la cale peut être une cale pelable et peut comporter des lamelles séparables les unes des autres. L’ajustement de la position radiale du support dans la veine peut alors être effectué par un simple retrait de lamelles de la cale. L’invention concerne également une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant une veine d’écoulement de gaz délimitée par une paroi annulaire, caractérisée en ce qu’elle comporte un dispositif de mesure du type précité, le support s’étendant radialement par rapport à l’axe de ladite paroi annulaire, les moyens de mesure étant aptes à effectuer des mesures de pression et/ou de température en différents points de mesure de ladite veine, lesdits points de mesure étant écartés radialement et/ou circonférentiellement dans la veine, l’extrémité de fixation traversant une ouverture de la paroi et étant située à l’extérieur de la veine, la mâchoire prenant appui sur la paroi annulaire ou sur l’embase et étant fixée à ladite paroi annulaire ou à ladite embase de façon à maintenir la position radiale du support par rapport à la paroi annulaire, la cale étant intercalée entre la mâchoire et l’embase de façon à ajuster la position radiale du support.
Dans ce cas, le dispositif de mesure peut comporter des moyens de réglage de la position de la mâchoire par rapport à l’embase, selon l’axe de la paroi annulaire.
En outre, la turbomachine peut comporter de l’amont vers l’aval dans le sens d’écoulement des gaz, un compresseur, une chambre de combustion, une turbine, un carter d’échappement et une veine d’échappement délimitée par un cône d’éjection radialement interne et par une paroi annulaire radialement externe formant un mélangeur, le dispositif de mesure étant monté en partie amont de ladite paroi annulaire radialement externe. L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue en coupe axiale d’une turbomachine de l’art antérieur, - la figure 2 est une vue en perspective illustrant le carter d’échappement et le mélangeur de la turbomachine de l’art antérieur, - la figure 3 est une vue en perspective d’une partie d’un dispositif de mesure selon une forme de réalisation de l’invention, - la figure 4 est une vue en perspective illustrant le montage de l’embase du dispositif de mesure selon l’invention sur la zone amont du mélangeur, - les figures 5 à 7 représentent les étapes de montage successives du dispositif de mesure sur le mélangeur.
Comme cela est visible à la figure 1, un turboréacteur 1 d’axe X comprend classiquement une nacelle 2 fixée sur un carter 3 de forme cylindrique et une roue de soufflante 4 montée à l'intérieur du carter 3. Lors du fonctionnement du turboréacteur, l'air entrant en amont par la soufflante 4 est divisé en un flux primaire Fp et un flux secondaire Fs. Le flux primaire Fp alimente un compresseur d'entrée 5, puis est mélangé avec du carburant et brûlé dans la chambre de combustion 6. Les gaz de combustion traversent une turbine 7 pour ensuite être éjectés dans un carter d'échappement 8 autour d'un cône d'éjection 9.
Afin de réduire le bruit de jet engendré dans la zone d’éjection de la turbomachine 1, il est connu d'utiliser une paroi annulaire appelée mélangeur 10 (ou " mixer " en anglais) ayant une conception spécifique pour favoriser le mélange entre le flux primaire et le flux secondaire issus du turboréacteur. Une des conceptions les plus utilisées actuellement dans les turboréacteurs civils est celle du mélangeur 10 à lobes 11, illustrée à la figure 2. En effet, le mélangeur 10 à lobes permet d'obtenir un cisaillement radial entre les flux primaire Fp et secondaire Fs afin de favoriser le mélange entre ces flux. L’extrémité amont du mélangeur 10 comporte des brides 12 servant à fixer le mélangeur 10 sur l’extrémité aval du carter d’échappement 8.
Il existe notamment un besoin d’effectuer des mesures de pression et/ou de température dans la veine d’échappement du flux primaire Fp, au niveau de la zone amont du mélangeur 10. L’invention répond à ce besoin en proposant un dispositif de mesure 13 monté en partie amont du mélangeur.
Le dispositif de mesure 13 comporte un support 14 comprenant une branche principale 15 s’étendant radialement, selon un axe noté Z à la figure 3, et trois branches auxiliaires 16 s’étendant circonférentiellement sur trois rayons différents. Chaque branche auxiliaire 16 s’étend de part et d’autre de la branche principale 15. Chaque branche auxiliaire 16 comporte des piquages tubulaires 17 régulièrement espacés les uns des autres dans la direction circonférentielle, formant des points de mesure et associés à des capteurs, tels par exemple que des capteurs de pression, lesdits capteurs étant montés dans le support par exemple.
La branche principale 15 comporte en outre trois zones tubulaires 18 équipées de capteurs de température, situées respectivement aux intersections entre la branche principale 15 et les branches auxiliaires 16, par exemple. L’extrémité radialement externe 19 du support 14, appelée également ci-après extrémité de fixation, comporte une face radiale amont 20 et une face radiale arrière 21 dans lesquelles sont ménagées des rainures 22 (figure 6) s’étendant selon l’axe Y. L’axe Y est perpendiculaire aux axes X et Z. L’extrémité de fixation traverse une ouverture 23 (figure 4) de forme complémentaire ménagée dans la partie amont de la paroi annulaire formant le mélangeur 10. Plus particulièrement, l’ouverture 23 du mélangeur 10 a des dimensions légèrement plus importantes que celles de l’extrémité de fixation 19 de façon à éviter que le support 14 ne vienne en contact sur les bords de ladite ouverture 23, même en cas de dilatation différentielle du support 14 et du mélangeur 10.
Le dispositif de mesure 13 comporte en outre une embase 24 comprenant une partie médiane 25 en appui sur la surface radialement externe du mélangeur 10 et comportant une ouverture 26 située en regard de l’ouverture 23 du mélangeur 10 et de dimensions légèrement plus importantes que l’ouverture 23. L’embase 24 comporte en outre deux parties latérales oblongues 27 s’étendant circonférentiellement de part et d’autre de la partie médiane 25. Les parties latérales 27 sont fixées aux brides 12 du mélangeur 10, par exemple par vissage ou par rivetage.
La partie centrale 25 comporte une surface plane 28 tournée radialement vers l’extérieur.
Le dispositif de mesure 13 comporte de plus deux mâchoires 30, chaque mâchoire 30 comportant une lumière ou une découpe 31 servant au passage de câbles électriques et/ou de gaines 32 issus du support 14 et reliés aux capteurs de pression et de température. Chaque mâchoire 30 comporte de plus une rainure 33 d’axe Y comportant une surface de fond 34 destinée à venir radialement en appui sur l’extrémité de fixation 19 du support 14, et deux surfaces latérales opposées 35. Chaque surface latérale 35 comporte une nervure 36 s’étendant selon l’axe Y, engagée dans l’une des rainures 22 de l’extrémité de fixation 19 du support 14.
Une fois en position sur l’extrémité précitée, les mâchoires 30 sont vissées de façon jointive ou adjacente sur ladite extrémité 19 par l’intermédiaire de vis 37 (figure 3), lesdites mâchoires 30 refermant ou recouvrant de façon relativement étanche les ouvertures 26, 23 de l’embase 24 et du mélangeur 10.
Par ailleurs, les mâchoires 30 reposent axialement sur la surface plane 28 de l’embase 24 et les mâchoires 30 peuvent être fixées sur l’embase 24 par l’intermédiaire de vis (non représentées) traversant des trous oblongs 38 des mâchoires 30. Ces trous oblongs 38 s’étendent selon l’axe X, de manière à pouvoir ajuster la position selon l’axe X de l’ensemble formé par les mâchoires 30 et le support 14, d’une part, par rapport à l’ensemble formé par l’embase 24 et le mélangeur 10, d’autre part.
Afin de pouvoir ajuster les positions des points de mesure 17, 18 selon l’axe Z, une cale 39 (figure 7) peut être introduite entre la surface plane 28 de l’embase 24 et les mâchoires 30. La dimension radiale de la cale 39 peut être ajustée. En particulier, la cale 39 peut être une cale pelable comportant des lamelles ou des feuillets séparables les uns des autres. Chaque lamelle a par exemple une épaisseur de quelques dixièmes de millimètre.
Un tel dispositif de mesure 13 présente une extrémité de fixation 19 relativement compacte de sorte que l’ouverture 23 à réaliser dans le mélangeur 10 peut présenter des dimensions assez faibles afin de ne pas affecter sa structure ainsi que des caractéristiques mécaniques. Par ailleurs, ce dispositif de mesure 13 assure une relative étanchéité de la veine de circulation de gaz concernée et est facile à monter.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de mesure (13) pour une veine d’écoulement de gaz d’une turbomachine (1), comportant un support (14) comprenant des moyens de mesure (17, 18) aptes à effectuer des mesures de pression et/ou de température en différents points de mesure de ladite veine, ledit support (14) s’étendant selon un axe (Z) et comprenant une extrémité de fixation (19), caractérisé en ce que l’extrémité de fixation (19) comporte des moyens d’emboîtement (22), le dispositif de mesure (13) comportant en outre au moins une mâchoire (30) comprenant des moyens d’emboîtement complémentaires (36) aptes à coopérer par complémentarité de forme avec les moyens d’emboîtement de l’extrémité de fixation (19), la mâchoire (30) étant fixée sur ladite extrémité de fixation (19) par l’intermédiaire de moyens de fixation (37), tels par exemple qu’une vis, le dispositif de mesure (13) comportant au moins une cale (39) destinée à être montée entre la mâchoire (30) et la paroi (10) de la veine.
  2. 2. Dispositif de mesure (13) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d’emboîtement de l’extrémité de fixation (19) comportent au moins une rainure (22) ou respectivement au moins une nervure s’étendant perpendiculairement à l’axe (Z) du support (14), les moyens d’emboîtement complémentaires de la mâchoire comportant au moins une nervure (36) ou respectivement au moins une rainure apte à coopérer par complémentarité de forme avec la rainure (22) ou respectivement la nervure de l’extrémité de fixation (19).
  3. 3. Dispositif de mesure (13) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comporte deux mâchoires (30) adjacentes, chaque mâchoire (30) comprenant au moins une nervure (36) ou respectivement au moins une rainure s’étendant sensiblement perpendiculairement à l’axe (Z) du support (14) et apte à coopérer par complémentarité de forme avec la rainure (22) ou respectivement la nervure de l’extrémité de fixation (19), chaque mâchoire (30) étant fixée sur ladite extrémité de fixation (19) par l’intermédiaire de moyens de fixation (37) tels par exemple qu’une vis.
  4. 4. Dispositif de mesure (13) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comporte une embase rigide (24), destinée à être fixée à la paroi (10) de la veine, l’extrémité de fixation (19) du support (14) étant montée dans une ouverture (26) de l’embase (24), la mâchoire (30) prenant appui sur l’embase (24) dans la direction de l’axe (Z) du support (14).
  5. 5. Dispositif de mesure (13) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de fixation de la mâchoire (30) sur l’embase (24), tels par exemple qu’une vis.
  6. 6. Dispositif de mesure (13) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens (38) de réglage de la position de la mâchoire (30) et du support (14) par rapport à l’embase (24), selon au moins un axe perpendiculaire à l’axe (Z) du support (14).
  7. 7. Dispositif de mesure (13) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la cale (39) comporte une épaisseur ajustable.
  8. 8. Dispositif de mesure (13) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la cale (39) est une cale pelable et comporte des lamelles séparables les uns des autres.
  9. 9. Turbomachine (1), telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant une veine d’écoulement de gaz délimitée par une paroi annulaire (10), caractérisée en ce qu’elle comporte un dispositif de mesure (13) selon l’une des revendications 1 à 8, le support (14) s’étendant radialement par rapport à l’axe (X) de ladite paroi annulaire (10), les moyens de mesure (17, 18) étant aptes à effectuer des mesures de pression et/ou de température en différents points de mesure de ladite veine, lesdits points de mesure (17, 18) étant écartés radialement et circonférentiellement dans la veine, l’extrémité de fixation (19) traversant une ouverture (23) de la paroi (10) et étant située à l’extérieur de la veine, la mâchoire (30) prenant appui sur la paroi annulaire (10) ou sur l’embase (24) et étant fixée à ladite paroi annulaire (10) ou à ladite embase (24) de façon à maintenir la position radiale du support (14) par rapport à la paroi annulaire (10), la cale (39) étant intercalée entre la mâchoire (30) et l’embase (24) de façon à ajuster la position radiale du support (14).
  10. 10. Turbomachine (1 ) selon la revendication 9, caractérisée en ce que le dispositif de mesure (13) comporte des moyens de réglage (38) de la position de la mâchoire (30) par rapport à l’embase (24), selon l’axe (X) de la paroi annulaire (10).
  11. 11. Turbomachine (1) selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce qu’elle comporte, de l’amont vers l’aval dans le sens d’écoulement des gaz, un compresseur (5), une chambre de combustion (6), une turbine (7), un carter d’échappement (8) et une veine d’échappement délimitée par un cône d’éjection (9) radialement interne et par une paroi annulaire radialement externe (10) formant un mélangeur, le dispositif de mesure (13) étant monté en partie amont de ladite paroi annulaire radialement externe (10).
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