FR3050485A1 - Turbomachine a double flux - Google Patents

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Abstract

Turbomachine (110) à double flux, comportant un générateur de gaz (12) entouré par un carter (28) définissant une veine (V2) d'écoulement d'un flux secondaire autour du générateur de gaz et d'une tuyère d'échappement (34), ladite tuyère définissant autour d'un cône d'échappement (32) une veine (V1) d'écoulement d'un flux primaire sortant dudit générateur et une extrémité aval de ladite tuyère définissant une zone de confluence (Z) desdits flux primaire et secondaire, ledit cône d'échappement comportant une cavité interne (36) de logement d'un équipement (38) à rotor, caractérisé en ce que ledit rotor est relié mécaniquement à une hélice (44) située axialement en aval de ladite zone de confluence.

Description

Turbomachine à double flux
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne une turbomachine à double flux.
ETAT DE L’ART
Une turbomachine à double flux comprend classiquement un générateur de gaz qui comporte, d’amont en aval, c’est-à-dire dans le sens d’écoulement des flux de gaz, au moins un compresseur, une chambre annulaire de combustion, et au moins une turbine. Le générateur de gaz définit une veine annulaire d’écoulement d’un flux primaire ou flux chaud, qui s’étend depuis le compresseur (ou le compresseur le plus amont) jusqu’à la turbine (ou la turbine la plus aval) et traverse la chambre de combustion. L’air qui pénètre dans le générateur de gaz est d’abord comprimé dans le ou les compresseurs, et mélangé à du carburant puis brûlé dans la chambre de combustion, les gaz de combustion étant détendus dans la turbine afin d’entraîner son rotor. La veine du flux primaire sortant de la turbine est annulaire et s’étend entre un cône d’éjection radialement interne et une tuyère d’échappement radialement externe.
Le générateur de gaz est entouré par un carter annulaire qui peut être intégré à la nacelle de la turbomachine. Ce carter définit autour du générateur de gaz une veine annulaire d’écoulement d’un flux secondaire ou flux froid.
La turbomachine à double flux comprend à l’amont une soufflante. L’air qui pénètre dans la turbomachine traverse la soufflante et se divise en aval de la soufflante en une première partie qui pénètre dans le générateur de gaz pour former le flux primaire, et en une seconde partie qui s’écoule autour du générateur de gaz et à l’intérieure de la nacelle pour former le flux secondaire. L’extrémité aval de la tuyère d’échappement définit une zone de confluence des flux primaire et secondaire, c’est-à-dire une zone où les flux se rejoignent et peuvent se mélanger.
Le cône d’échappement est creux et définit une cavité interne. On a déjà proposé de monter dans cette cavité un équipement à rotor. L’équipement est ainsi positionné dans un volume habituellement non occupé, ce qui est avantageux. Cependant, la question se pose de l’entraînement du rotor de l’équipement en vue de son fonctionnement. Une solution consisterait à entraîner ce rotor par prélèvement mécanique sur un arbre par exemple de turbine basse pression. Cependant, les moyens de prélèvement mécanique sont complexes et encombrants.
La présente invention apporte une solution simple, efficace et économique à ce besoin.
EXPOSE DE L’INVENTION L’invention propose une turbomachine à double flux, comportant un générateur de gaz entouré par un carter définissant une veine d’écoulement d’un flux secondaire autour du générateur de gaz et d’une tuyère d’échappement, ladite tuyère définissant autour d’un cône d’échappement une veine d’écoulement d’un flux primaire sortant dudit générateur et une extrémité aval de ladite tuyère définissant une zone de confluence desdits flux primaire et secondaire, ledit cône d’échappement comportant une cavité interne de logement d’un équipement à rotor, caractérisé en ce que ledit rotor est relié mécaniquement à une hélice située axialement en aval de ladite zone de confluence. L’invention propose ainsi d’entraîner mécaniquement le rotor de l’équipement au moyen d’une hélice. L’hélice est de préférence non carénée. L’hélice est ici située en aval de la zone de confluence définie par la tuyère d’échappement. L’hélice est ainsi de préférence configurée pour être entraînée en rotation par au moins le flux primaire. Il est envisageable qu’elle soit également entraînée par le flux secondaire ou par le mélange des deux flux, en fonction par exemple de sa position axiale précise et de son diamètre externe.
La turbomachine selon l’invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - l’hélice est située axialement en aval de l’équipement ; - l’hélice s’étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal de la turbomachine, qui est situé en aval dudit cône d’échappement ; - l’hélice est reliée audit rotor par un arbre aligné sur ledit axe longitudinal et traversant ledit cône ; - ledit arbre est centré et guidé par au moins un palier porté par ledit cône ; - l’hélice s’étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal de la turbomachine, qui coupe une portion dudit cône d’échappement ; - le cône d’échappement comprend une portion annulaire amont fixe et une portion annulaire aval mobile, qui est solidaire en rotation de ladite hélice ; - l’équipement est fixée à un support solidaire d’un carter d’échappement, ledit cône d’échappement étant fixé à un moyeu intérieur dudit carter intermédiaire et ladite tuyère étant fixée à une virole extérieure dudit carter intermédiaire ; - ladite hélice a un diamètre externe supérieur à la moitié du plus grand diamètre dudit cône ; - ladite hélice est configurée pour mixer les flux primaires et secondaires.
La présente invention concerne encore un aéronef, comportant au moins une turbomachine telle que décrite ci-dessus.
DESCRIPTION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine à double flux, - la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe axiale d’une turbomachine à double flux selon un premier mode de réalisation de l’invention ; et - la figure 3 est une vue schématique partielle en coupe axiale d’une turbomachine à double flux selon un second mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 représente de manière schématique une turbomachine à double flux 10 qui comprend pour l’essentiel un générateur de gaz 12 d’axe longitudinal A, et une nacelle 14 qui s’étend autour de l’axe A et entoure le générateur de gaz.
Le générateur de gaz comporte, d’amont en aval, c’est-à-dire dans le sens d’écoulement des flux de gaz, au moins un compresseur 16, 18, une chambre annulaire de combustion 20, et au moins une turbine 22, 24.
Dans l’exemple représenté, la turbomachine 10 est du type à double corps et comprend un corps basse pression ou BP comportant un compresseur BP 16 et une turbine BP 24, et un corps haute pression ou HP comportant un compresseur HP 18 et une turbine HP 22.
Le générateur de gaz définit une veine annulaire V1 d’écoulement d’un flux primaire ou flux chaud, qui s’étend depuis le compresseur BP 16, le plus amont, jusqu’à la turbine BP 24, la plus aval, et traverse la chambre de combustion 20. L’air qui pénètre dans le générateur de gaz 12 est d’abord comprimé dans les compresseurs BP 16, puis HP 18, et mélangé à du carburant puis brûlé dans la chambre de combustion 20, les gaz de combustion étant détendus dans les turbines HP 22, puis BP 24 afin d’entraîner leurs rotors. Le rotor de la turbine haute pression 22 entraîne, par l’arbre haute pression, le rotor du compresseur haute pression 18. Le rotor de la turbine basse pression 24 entraîne, par l’arbre basse pression, le rotor du compresseur basse pression 16 et le rotor d’une soufflante 26 montée en amont du générateur de gaz 10.
Le générateur de gaz 12 est entouré par un carter annulaire 28 qui est intégré à la nacelle 14 de la turbomachine. Ce carter 28 s’étend également autour et en amont de la soufflante 26 pour définir une veine V d’entrée d’air dans la turbomachine. Le carter 28 définit autour du générateur de gaz 12 une veine annulaire V2 d’écoulement d’un flux secondaire ou flux froid. L’air qui pénètre dans la veine V traverse la soufflante 26 et est divisé en deux parties, respectivement radialement interne et externe par un séparateur annulaire 30. L’air qui pénètre dans la veine V1 du générateur de gaz forme le flux primaire, et l’air qui pénètre dans la veine V2 autour du générateur forme le flux secondaire.
La veine V1 du flux primaire sortant de la turbine BP 24 est annulaire et s’étend entre un cône d’éjection 32 radialement interne et une tuyère d’échappement 34 radialement externe. La tuyère 34 et le cône 32 sont sensiblement alignés sur l’axe A. La veine V2 du flux secondaire a une forme annulaire entre le carter 28 et la tuyère 34. L’extrémité aval de la tuyère 34 définit une zone Z de confluence des flux primaire et secondaire, c’est-à-dire une zone où les flux se rejoignent et peuvent se mélanger.
Comme on le voit sur la figure 1, le cône 32 a ici une forme générale biconique et comprend un premier tronçon amont 32a qui s’évase de l’amont vers l’aval (c’est-à-dire dont le diamètre augmente d’amont en aval) et un second tronçon aval 32b qui converge de l’aval vers l’amont (c’est-à-dire dont le diamètre diminue d’amont en aval) jusqu’à sensiblement une pointe 32c située sur l’axe A.
Le cône d’échappement 32 est creux et définit une cavité interne 36.
La figure 2 représente un premier mode de réalisation de la turbomachine 110 selon l’invention.
Un équipement 38 à rotor est monté à l’intérieur de la cavité 36. Cet équipement 38 est par exemple un générateur électrique ou une pompe utile au fonctionnement de la turbomachine ou à l’alimentation de l’aéronef équipé de cette turbomachine. L’équipement 38 comprend un stator 38a monté fixement sur un élément de la turbomachine, et un rotor qui comprend ici un arbre 38b aligné sur l’axe A.
Dans l’exemple représenté, le stator 38a de l’équipement est fixé à un support 40 solidaire d’un carter d’échappement 42. Le carter d’échappement 42 comprend un moyeu intérieur 42a et une virole extérieure 42b qui s’étend autour du moyeu et est relié à celui-ci par des bras 42c sensiblement radiaux. Les bras 42c s’étendent dans la veine V1 directement en aval de la turbine BP 24.
Le cône 32 et le support 40 sont fixés au moyeu 42a du carter d’échappement et la tuyère 34 est fixée à la virole 42b de ce carter d’échappement. L’arbre 38b s’étend axialement vers l’aval depuis le stator 38a de l’équipement. Il s’étend axialement à l’intérieur du cône 32 qui est fixe, sur une partie de sa dimension axiale, et porte à son extrémité libre aval une hélice 44. L’arbre 38b traverse axialement l’extrémité aval 32c en pointe du cône 32 et est guidé dans cette extrémité par au moins un palier 46. L’extrémité aval de l’arbre 38b est située en aval du cône 32. L’hélice 44 est ainsi située axialement en aval du cône 32. Les pales de l’hélice 44 s’étendent dans un plan sensiblement perpendiculaire à l’axe A, qui est ainsi situé en aval dudit cône 32. L’hélice 44 comprend une rangée annulaire de pales qui s’étendent sensiblement radialement depuis l’arbre 38b. L’hélice 44 a un diamètre externe Dh dimensionné de manière à récupérer la puissance requise. De préférence le diamètre externe de l’hélice est inférieur au diamètre maximal Dm du cône 32. Ses pales ont des hauteurs ou dimensions radiales H qui sont de préférence supérieures à la moitié du plus grand rayon Dm/2 du cône 32. L’hélice 44 est située axialement en aval de la zone de confluence Z et du cône 32.
La variante de réalisation de la figure 3 diffère du précédent mode de réalisation en ce que le cône 32’ comprend deux portions axiales, respectivement amont et aval, la portion amont étant fixe 32a et la portion aval 32b étant mobile et solidaire en rotation de l’hélice. La portion 32a a une forme sensiblement tronconique ou biconique, comme évoqué dans ce qui précède, et la portion 32b a une forme tronconique ou conique. L’arbre 38b de l’équipement s’étend axialement vers l’aval depuis le stator 38a de l’équipement. Il s’étend axialement à l’intérieur du cône 32’, sur une partie de sa dimension axiale, et son extrémité libre aval est solidaire de la portion aval 32b du cône, au niveau de sa pointe aval 32c. Les pales de l’hélice 44’ s’étendent radialement vers l’extérieur depuis la périphérie externe de la portion aval 32b du cône 32’. L’hélice 44’ a un diamètre externe Dh dimensionné de manière à récupérer la puissance requise. De préférence le diamètre externe Dh est supérieur au diamètre maximal Dm du cône 32’. Ses pales ont des hauteurs ou dimensions radiales H supérieures à la moitié du plus grand rayon Dm/2 du cône 32. L’hélice 44’ est située axialement en aval de la zone de confluence Z et en amont de la pointe aval du cône 32’. Les pales de l’hélice 44 s’étendent dans un plan sensiblement perpendiculaire à l’axe A, qui coupe ainsi une portion dudit cône d’échappement 32
Dans les deux modes de réalisation, l’hélice 44, 44’ est entraînée par le flux primaire. Elle peut en outre être entraînée par le flux secondaire et il est également envisageable qu’elle contribue au mélange des flux primaire et secondaire. Dans le cas où l’hélice participerait à ce mélange, il serait également possible de supprimer un carénage (appelé mélangeur) recouvrant la partie amont du cône d’échappement 32 et destiné à mélanger les flux.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Turbomachine (110, 110’) à double flux, comportant un générateur de gaz (12) entouré par un carter (28) définissant une veine (V2) d’écoulement d’un flux secondaire autour du générateur de gaz et d’une tuyère d’échappement (34), ladite tuyère définissant autour d’un cône d’échappement (32) une veine (V1) d’écoulement d’un flux primaire sortant dudit générateur et une extrémité aval de ladite tuyère définissant une zone de confluence (Z) desdits flux primaire et secondaire, ledit cône d’échappement comportant une cavité interne (36) de logement d’un équipement (38) à rotor, caractérisé en ce que ledit rotor est relié mécaniquement à une hélice (44, 44’) située axialement en aval de ladite zone de confluence.
  2. 2. Turbomachine (110, 110’) selon la revendication 1, dans laquelle l’hélice (44, 44’) est située axialement en aval de l’équipement (38).
  3. 3. Turbomachine (110) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l’hélice (44) s’étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal (A) de la turbomachine, qui est situé en aval dudit cône d’échappement (32).
  4. 4. Turbomachine (110) selon la revendication 3, dans laquelle l’hélice (44) est reliée audit rotor par un arbre (38b) aligné sur ledit axe longitudinal (A) et traversant ledit cône (32).
  5. 5. Turbomachine (110) selon la revendication 4, dans laquelle ledit arbre (38b) est centré et guidé par au moins un palier (46) porté par ledit cône (32).
  6. 6. Turbomachine (110’) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l’hélice (44’) s’étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal (A) de la turbomachine, qui coupe une portion dudit cône d’échappement (32).
  7. 7. Turbomachine selon la revendication 6, dans laquelle le cône d’échappement (32) comprend une portion annulaire amont (32a) fixe et une portion annulaire aval (32b) mobile, qui est solidaire en rotation de ladite hélice (44’).
  8. 8. Turbomachine (110, 110’) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’équipement (38) est fixé à un support (40) solidaire d’un carter d’échappement (42), ledit cône d’échappement (32) étant fixé à un moyeu intérieur (42a) dudit carter d’échappement et ladite tuyère (34) étant fixée à une virole extérieure (42b) dudit carter d’échappement.
  9. 9. Turbomachine (110, 110’) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite hélice (44, 44’) a des pales dont les hauteurs ou dimensions radiales (H) sont supérieures à la moitié du plus grand rayon (Dm/2) dudit cône (32).
  10. 10. Turbomachine selon l’une des revendications précédentes dans laquelle ladite hélice (44,44’) est configurée pour mixer les flux primaires et secondaires.
  11. 11. Aéronef, comportant au moins une turbomachine (110, 110’) selon l’une des revendications précédentes.
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