FR3051854A1 - Carter d'echappement de turbomachine - Google Patents

Abstract

Carter (1) pour une turbomachine, comprenant : - un moyeu (5) intérieur ; - une virole (6) extérieure ; - au moins un bras (8) tubulaire reliant le moyeu (5) à la virole (6), le bras (8) comportant une cavité de passage d'un élément (12) de servitudes, cette cavité étant délimitée par des parois ; l'élément (12) de servitudes étant configuré pour être monté dans la cavité dans une direction parallèle à un axe d'allongement (A) de l'élément (12), l'élément (12) comportant au moins un amortisseur (18) de calage à l'intérieur de la cavité ; caractérisé en ce que l'amortisseur (18) est formé d'une seule pièce, et est configuré pour se déformer dans au moins un plan de déformation passant par l'axe d'allongement (A) de l'élément (12), et être en appui contre les parois de la cavité lorsque l'élément (12) est monté dans la cavité.

Description

CARTER D’ECHAPPEMENT DE TURBOMACHINE

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne un carter, en particulier d’échappement, de turbomachine d’aéronef.

ETAT DE L’ART

De façon connue, un carter d’échappement de turbomachine comprend un moyeu intérieur et une virole extérieure s’étendant autour du moyeu. La virole est configurée pour définir avec le moyeu une veine annulaire d’écoulement d’un flux de gaz et est reliée rigidement au moyeu par des bras sensiblement radiaux par rapport à un axe longitudinal de la turbomachine.

Un carter d’échappement est monté en aval (par référence à l’écoulement des gaz dans la turbomachine) d’une turbine et le flux de gaz qui traverse le carter d’échappement est donc le flux de gaz d’échappement sortant de la turbine.

Une turbomachine peut comprendre d’autres carters similaires tels qu’un carter intermédiaire ou un carter interturbine plus connu sous sa désignation anglaise TVF pour «Turbine Vane Frame ». Un carter intermédiaire est intercalé entre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression de la turbomachine, et est donc traversé par un flux de gaz sortant du compresseur basse pression et destiné à alimenter le compresseur haute pression.

De manière traditionnelle, les bras du carter permettent le passage d’éléments de servitudes de manière à ne pas perturber l’écoulement du flux à l’intérieur de la veine, de tels bras étant tubulaires et comprenant chacun une cavité interne de passage des éléments de servitudes.

Un élément de servitudes peut comprendre par exemple un ou plusieurs conduits d’air et/ou un ou plusieurs conduits d’huile et/ou un ou plusieurs câbles électriques, etc. De manière générale, chacun des éléments de servitudes permet de relier au moins un premier équipement situé radialement à l’intérieur de la veine à au moins un deuxième équipement situé radialement à l’extérieur de la veine du carter.

Sur les moteurs de forte puissance et souvent avec des carters de grands diamètres, un élément de servitudes comporte un corps longitudinal définissant un axe d’allongement et au moins un amortisseur de calage à l’intérieur de la cavité, cet amortisseur permettant notamment d’éviter que l’élément de servitudes ne rentre en résonnance, et ainsi ne se dégrade, lorsqu’il est soumis aux différentes sollicitations vibratoires générées par la turbomachine en fonctionnement.

Il est connu d’utiliser deux amortisseurs montés tête-bêche se présentant chacun sous la forme d’une lame courbée, flexible, et délimitée latéralement par des flancs. Chaque lame comprend, d’une part, une portion fixée au corps de l’élément, et d’autre part, une portion libre. Chaque lame est positionnée à plat sur l’élément de servitudes, elle s’étend le long d’un axe transversal perpendiculaire à l’axe d’allongement de l’élément et est configurée pour se déformer dans un plan transversal perpendiculaire à l’axe d’allongement. L’élément de servitudes est configuré pour être monté dans la cavité dans une direction sensiblement parallèle à l’axe d’allongement de l’élément. Lors de son montage, les portions libres sont contraintes de sorte que ces dernières exercent chacune sur une paroi délimitant latéralement la cavité un effort de rappel nécessaire pour que les amortisseurs puissent pleinement assurer leur fonction.

Le montage/démontage de l’élément de servitudes présente quelques difficultés.

Premièrement, lors de l’introduction de l’élément de servitudes dans la cavité, les arêtes vives présentes sur les flancs des amortisseurs rentrent en contact avec les parois latérales de la cavité et ainsi s’opposent à son introduction. L’opérateur se trouve alors dans l’obligation d’opérer par un mouvement de va et vient et/ou de forcer de manière excessive au risque de détériorer les amortisseurs et/ou les parois de la cavité, et au détriment de la productivité.

Le montage est d’autant plus critique du fait que les portions libres exercent chacune un effort de rappel sur les parois latérales de la cavité.

Deuxièmement, à la suite du montage et des difficultés rencontrées mentionnées ci-dessus, il s’avère généralement impossible de démonter l’élément de servitudes pour effectuer par exemple une opération de maintenance sans détériorer considérablement les amortisseurs et/ou les parois latérales de la cavité. L’objectif de la présente invention est donc d’optimiser le montage et le démontage de l’élément de servitudes dans un carter du type précité.

EXPOSE DE L’INVENTION L’invention propose à cet effet un carter, en particulier d’échappement, pour une turbomachine, comprenant : un moyeu intérieur ; une virole extérieure s’étendant autour du moyeu ; au moins un bras tubulaire radial reliant le moyeu à la virole, le bras comportant une cavité interne de passage d’un élément de servitudes, cette cavité étant délimitée par des parois latérales primaire et secondaire en regard l’une de l’autre ; l’élément de servitudes ayant une forme allongée et étant configuré pour être monté dans la cavité dans une direction sensiblement parallèle à un axe d’allongement de l’élément, l’élément comportant au moins un amortisseur de calage à l’intérieur de la cavité ; caractérisé en ce que l’amortisseur est formé d’une seule pièce, et est configuré pour se déformer dans au moins un plan de déformation passant par l’axe d’allongement de l’élément, et être en appui contre les parois primaire et secondaire de la cavité lorsque l’élément est monté dans la cavité.

Premièrement, l’amortisseur isole l’élément de servitudes vis-à-vis des vibrations générées par la turbomachine, et autrement dit évite que l’élément de servitudes ne rentre en résonnance, et ainsi ne se dégrade, lorsqu’il est soumis aux différentes sollicitations vibratoires générées par la turbomachine en fonctionnement.

Deuxièmement, le fait que l’amortisseur soit configuré pour se déformer dans un plan passant par l’axe d’allongement de l’élément permet de monter (réciproquement démonter) l’élément de servitudes sans à-coups tout en limitant les efforts nécessaires au montage (réciproquement au démontage). Par voie de conséquence, le montage (réciproquement le démontage) de l’élément de servitudes ne dégrade pas les amortisseurs et/ou les parois de la cavité. Ainsi, les différents éléments de servitudes peuvent être rapidement démontés et remontés pour par exemple une opération de maintenance.

Le carter selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - l’amortisseur comprend une bague interne fixée à l’élément et au moins deux lames flexibles diamétralement opposées en saillie de la bague interne suivant l’axe d’allongement, les lames étant configurées pour se déformer dans le plan de déformation ; - le plan de déformation de l’amortisseur est sensiblement confondu avec chacun des plans médians des deux lames ; - chaque lame est bombée à concavité tournée vers l’élément dans un plan perpendiculaire à l’axe d’allongement ; - chaque lame comprend une portion incurvée à concavité tournée vers l’élément dans le plan de déformation ; - les extrémités externes des lames sont solidaires d’une bague externe fixée sur l’élément, coaxiale avec la bague interne, et venue de matière avec l’amortisseur ; - l’élément est monté dans la cavité par un orifice pratiqué dans la virole ; - l’amortisseur comprend plusieurs lames régulièrement réparties autour de l’axe d’allongement ; - l’élément comprend plusieurs amortisseurs. L’invention a pour deuxième objet une turbomachine comprenant un carter tel que décrit précédemment.

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 de détail en coupe d’une turbomachine comprenant un carter selon l’invention ; - la figure 2 est une vue en perspective partielle du carter comprenant un bras dans lequel est introduit un élément de servitudes comportant un amortisseur selon un premier mode de réalisation; - la figure 3 est une vue en perspective de l’élément de servitudes de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en perspective de détail de l’amortisseur des figures 2 et 3 ; - la figure 5 est une vue en perspective partielle du carter comprenant un bras dans lequel est introduit un élément de servitudes comportant un amortisseur selon un deuxième mode de réalisation ; - la figure 6 est une vue en perspective de l’élément de servitudes de la figure 5 ; - la figure 7 est une vue en perspective de détail de l’amortisseur des figures 5 et 6 ; - la figure 8 est une vue en section de détail du bras de carter des figures 2 et 5 ; - la figure 9 est une vue en perspective de détail de l’orifice d’introduction/retrait des éléments de servitudes des figures 3 et 6 ; - la figure 10 est une vue en perspective illustrant le montage/démontage de l’élément de servitudes illustré sur les figures 5 à 7 dans une cavité du bras du carter.

DESCRIPTION DETAILLEE

Sur la figure 1 est représenté un carter 1 d’une turbomachine 2 à double flux, et plus précisément un carter 1 d’échappement situé entre une turbine 3 basse pression et une tuyère 4 d’éjection des gaz de combustion issus de la turbine 3.

Tel que partiellement représenté sur la figure 2, le carter 1 d’échappement comprend un moyeu 5 intérieur et une virole 6 extérieure s’étendant autour du moyeu 5. La virole 6 est configurée pour définir avec le moyeu 5 une veine 7 annulaire d’écoulement du flux de gaz de combustion et est reliée rigidement au moyeu 5 par des bras 8 sensiblement radiaux par rapport à un axe longitudinal X de la turbomachine 2.

Le mode de réalisation illustré n’est en rien limitatif, la turbomachine 2 peut comprendre d’autres carters présentant une structure similaire, et ainsi le carter pourrait être par exemple un carter intermédiaire situé entre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression (non visibles sur la figure 1).

Par convention, dans la présente demande, les termes « interne » et « externe », « intérieur » et « extérieur », « inférieur » et « supérieur » sont définis radialement par rapport à l’axe longitudinal X de la turbomachine 2 (de l’axe central vers la périphérie des carters moteurs).

Le carter 1 comprend au moins un bras 8 tubulaire comportant une cavité 9 interne délimitée par des parois 10, 11 latérales primaire et secondaire en regard l’une de l’autre (figure 8), cette cavité 9 permettant le passage d’un élément 12 de servitudes.

Plus précisément, la cavité 9 débouche à la fois sur la virole 6 via un orifice 13 (figure 9) mais également sur le moyeu 5. Le passage des éléments 12 de servitudes dans les bras 8 présente notamment l’avantage de ne pas perturber l’écoulement du flux de gaz à l’intérieur de la veine 7, et autrement dit limiter les pertes de charge.

Un élément 12 de servitudes relie au moins un premier équipement situé radialement à l’intérieur de la veine 7 à au moins un deuxième équipement situé radialement à l’extérieur de la veine 7. Un tel élément 12 peut comprendre par exemple un ou plusieurs conduits d’air et/ou un ou plusieurs conduits d’huile et/ou un ou plusieurs câbles électriques, etc.

Un élément 12 de servitudes a en général une forme allongée et comprend un corps 14 délimité à chaque extrémité par un connecteur 15, 16 permettant le branchement avec l’équipement correspondant, le corps 14 définissant un axe d’allongement A.

Par convention, dans la présente demande, on entend par « plan transversal >>, tout plan perpendiculaire à l’axe d’allongement A de l’élément 12 de servitudes.

Selon les modes de réalisation représentés sur figures, le corps 14 est tubulaire et de section transversale circulaire (suivant un plan transversal), l’axe d’allongement A correspondant à l’axe de révolution du corps 14. Le corps 14 est délimité par un connecteur 15 interne et un connecteur 16 externe coudé délimité par un chapeau 17 cylindrique coaxial avec le corps 14.

Selon une variante de réalisation, le corps 14 peut avoir une section transversale oblongue, rectangulaire, carré, etc. L’élément 12 de servitudes comprend au moins un amortisseur 18 de calage à l’intérieur de la cavité 9. L’amortisseur 18 est formé d’une seule pièce, et est configuré d’une part pour se déformer dans au moins un plan de déformation P passant par l’axe d’allongement A de l’élément 12 (ou passant sensiblement par l’axe d’allongement A de l’élément 12), et d’autre part être en appui contre les parois 10, 11 primaire et secondaire de la cavité 9 lorsque l’élément 12 est monté dans la cavité 9. L’amortisseur 18 permet notamment d’éviter que l’élément 12 de servitudes ne rentre en résonnance, et ainsi ne se dégrade, lorsqu’il est soumis aux différentes sollicitations vibratoires générées par la turbomachine 2 en fonctionnement.

Selon une variante de réalisation non représentée, l’élément 12 de servitudes comprend plusieurs amortisseurs 18 positionnés radialement à différentes hauteurs du corps 14, et par exemple deux amortisseurs 18. L’amortisseur 18 comprend une bague 19 interne fixée à l’élément 12 et au moins deux lames 20 flexibles diamétralement opposées en saillie de la bague 19 interne suivant l’axe d’allongement A en direction de la virole 6, les lames 20 étant configurées pour se déformer dans un plan de déformation P passant par l’axe d’allongement A de l’élément 12, lorsque celles-ci sont sollicitées extérieurement. L’amortisseur 18 est par exemple réalisé en alliage à base de nickel mais cet exemple n’est en rien limitatif.

Selon les modes de réalisation illustrés sur les figures, l’amortisseur 18 comprend six lames 20 flexibles de dimensions sensiblement égales. Les lames 20 sont angulairement réparties de façon régulière et diamétralement opposées deux à deux, les lames 20 étant espacées les unes des autres de façon régulière. Chaque paire de lames 20 diamétralement opposées est configurée pour se déformer dans un plan de déformation P passant par l’axe d’allongement A de l’élément 12 et par chacun des plans médians des deux lames 20.

Avantageusement, tel qu’illustré sur la figure 8, lorsque l’élément 12 est monté dans la cavité 9, deux lames 20 diamétralement opposées sont en appui contre les parois 10, 11 primaire et secondaire de la cavité 9, le plan de déformation P de ces lames 20 étant sensiblement perpendiculaires aux parois 10, 11 de la cavité 9.

Le fait d’avoir un nombre suffisant de lames 20 angulairement réparties de façon régulière, et en l’occurrence supérieure à quatre, permet de s’affranchir de la nécessité d’orienter précisément l’élément 12 de servitudes lors de son montage/démontage.

La bague 19 interne est cylindrique et coaxiale avec l’axe d’allongement A de l’élément 12. La bague 19 interne est fixée sur le corps 14 de l’élément 12 par exemple par brasage ou soudage. Dans le cas où l’élément 12 de servitude comprend une couche calorifuge entourant le corps 14, l’amortisseur 18 peut être directement fixé sur la couche calorifuge.

Avantageusement, la base peut comprendre une ouverture (par exemple circulaire) et/ou des languettes afin d’accroître la surface brasée ou soudée, et autrement dit la résistance de l’assemblage.

Selon une variante de réalisation, la base est par exemple fixée au corps 14 par vissage, boulonnage, rivetage, encliquetage, etc.

Chaque lame 20 est en section transversale (suivant un plan transversal) sensiblement rectangulaire, les dimensions transversales de chacune des lames 20 étant sensiblement constantes le long de l’axe d’allongement A de l’élément 12.

Les lames 20 sont bombées à concavité tournée vers l’élément 12 dans un plan perpendiculaire à l’axe d’allongement A (et autrement dit un plan transversal). Cette caractéristique géométrique permet de limiter les surfaces de contact (et de supprimer les arêtes vives en contact glissant) avec les parois 10, 11 primaire et secondaire de la cavité 9 lors du montage (réciproquement du démontage), et autrement dit réduire les efforts nécessaires au montage (réciproquement au démontage) de l’élément 12 de servitudes.

Chaque lame 20 comprend une portion 21 d’appui incurvée à concavité tournée vers l’élément 12 dans son plan de déformation P associé. Cette caractéristique géométrique contribue à la flexibilité de la lame 20.

Selon le premier mode de réalisation illustré sur les figures 2 à 4, les extrémités externes des lames 20 sont solidaires d’une bague 22 externe opposée à la bague 19 interne suivant l’axe d’allongement A et sensiblement coaxiale avec cette dernière, cette bague 22 externe étant fixée sur l’élément 12 et venue de matière avec l’amortisseur 18.

Plus précisément, la bague 22 externe est cylindrique et fixée sur le corps 14 de l’élément 12 par exemple par brasage ou soudage, de la même manière que la bague 19 interne. La portion 21 d’appui de chaque lame 20 est comprise entre une portion 23 interne et une portion 24 externe, incurvées, à concavité tournée vers l’extérieur (et autrement dit dans une direction opposée au corps 14). Les portions 23, 24 interne et externe sont respectivement raccordées à la bague 19 interne et à la bague 22 externe. Chaque lame 20 présente ainsi un point d’inflexion inférieur à la frontière entre la portion 23 interne et la portion 21 d’appui, et un point d’inflexion supérieur à la frontière entre la portion 21 d’appui et la portion 24 externe.

Selon le deuxième mode de réalisation illustré sur les figures 5 à 7, les extrémités externes des lames 20 sont libres et présentent chacune deux congés 25 de manière à éviter les arêtes vives. Chaque lame 20 comprend une portion 23 interne, incurvée, à concavité tournée vers l’extérieur (et autrement dit dans une direction opposée au corps 14). La portion 23 interne permet ainsi de liée la bague 19 interne et la portion 21 d’appui, chaque lame 20 présentant ainsi un point d’inflexion à la frontière entre la portion 23 interne et portion 21 d’appui. A titre de comparaison avec le premier mode de réalisation (illustré sur les figures 2 à 4), l’amortisseur 18 selon le deuxième mode de réalisation (illustré sur les figures 5 à 7) est à dimensions égales plus souple, et autrement dit moins raide. Le choix de la structure de l’amortisseur 18 est fonction des sollicitations vibratoires.

Les caractéristiques dimensionnelles et géométriques associées aux lames 20 sont choisies de sorte que celles-ci se déforment sans à-coups et sans opposer de résistance, lors du montage (réciproquement lors du démontage) de l’élément 12 tout en assurant son calage et son amortissement dans la cavité 9.

Tel qu’illustré sur la figure 9, l’orifice 13 d’introduction/retrait de l’élément 12 de servitudes est de forme oblongue et pratiqué dans un bossage 26 cylindrique en saillie de la virole 6 vers l’extérieur du carter 1. L’orifice 13 comprend un lamage 27 cylindrique délimité par un épaulement 28 et destiné à recevoir le chapeau 17 du connecteur 16 externe.

Tel qu’illustré sur la figure 10, suivant le sens de la flèche 29, l’élément 12 de servitudes est monté dans la cavité 9 au travers de l’orifice 13 de la virole 6 extérieure suivant une direction sensiblement parallèle à l’axe d’allongement A du corps 14.

Plus précisément, lors du montage de l’élément 12 de servitudes, l’amortisseur 18 pénètre dans la cavité 9 par l’orifice 13 via la bague 19 interne. A la suite de l’introduction la bague 19 interne, les lames 20 sont contraintes de se déformer du fait des caractéristiques dimensionnelles de l’orifice 13 puis de la cavité 9. Le positionnement final de l’élément 12 se fait par le montage de la ligne complète qui correspond à l’ensemble des éléments reliés entre eux d’un équipement à un autre. A l’issue du montage de l’élément 12 de servitudes, les lames 20 de l’amortisseur 18 sont contraintes, et autrement dit ces lames 20 exercent des forces de rappel immobilisant l’élément 12 de servitudes dans la cavité 9 toute en permettant son amortissement lorsque la turbomachine 2 est en fonctionnement.

Tel qu’illustré sur la figure 10, suivant le sens de la flèche 30, l’élément 12 de servitudes est démonté de la cavité 9 au travers de l’orifice 13 suivant une direction sensiblement parallèle à l’axe d’allongement A du corps 14. A l’issue de l’extraction de l’amortisseur 18, ce dernier retrouve sensiblement sa forme initiale.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Carter (1), en particulier d’échappement, pour une turbomachine (2), comprenant : un moyeu (5) intérieur ; une virole (6) extérieure s’étendant autour du moyeu (5) ; au moins un bras (8) tubulaire radial reliant le moyeu (5) à la virole (6), le bras (8) comportant une cavité (9) interne de passage d’un élément (12) de servitudes, cette cavité (9) étant délimitée par des parois (10, 11) latérales primaire et secondaire en regard l’une de l’autre ; l’élément (12) de servitudes ayant une forme allongée et étant configuré pour être monté dans la cavité (9) dans une direction sensiblement parallèle à un axe d’allongement (A) de l’élément (12), l’élément (12) comportant au moins un amortisseur (18) de calage à l’intérieur de la cavité (9) ; caractérisé en ce que l’amortisseur (18) est formé d’une seule pièce, et est configuré pour se déformer dans au moins un plan de déformation (P) passant par l’axe d’allongement (A) de l’élément (12), et être en appui contre les parois (10, 11) primaire et secondaire de la cavité (9) lorsque l’élément (12) est monté dans la cavité (9).
2. 2. Carter (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’amortisseur (18) comprend une bague (19) interne fixée à l’élément (12) et au moins deux lames (20) flexibles diamétralement opposées en saillie de la bague (19) interne suivant l’axe d’allongement (A), les lames (20) étant configurées pour se déformer dans le plan de déformation (P).
3. 3. Carter (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le plan de déformation (P) de l’amortisseur (18) est sensiblement confondu avec chacun des plans médians des deux lames (20).
4. 4. Carter (1) selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque lame (20) est bombée à concavité tournée vers l’élément (12) dans un plan perpendiculaire à l’axe d’allongement (A).
5. 5. Carter (1 ) selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chaque lame (20) comprend une portion (21) incurvée à concavité tournée vers l’élément (12) dans le plan de déformation (P).
6. 6. Carter (1 ) selon l’une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les extrémités externes des lames (20) sont solidaires d’une bague (22) externe fixée sur l’élément (12), coaxiale avec la bague (19) interne, et venue de matière avec l’amortisseur (18).
7. 7. Carter (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément (12) est monté dans la cavité (9) par un orifice (13) pratiqué dans la virole (6).
8. 8. Carter (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’amortisseur (18) comprend plusieurs lames (20) régulièrement réparties autour de l’axe d’allongement (A).
9. 9. Carter (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément (12) comprend plusieurs amortisseurs (18).
10. 10. Turbomachine (2) comprenant un carter (1) selon l’une des revendications précédentes.