FR3052823A1 - Liaison aerodynamique dans une partie de turbomachine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une partie de turbomachine comprenant deux bras (9a, 15a) traversant une veine de la turbomachine, chaque bras présentant une surface extérieure, et un dispositif (19) de liaison aérodynamique comprenant : - des carénages (21a) s'étendant entre les deux bras, - des moyens d'interface compressibles interposés entre les carénages, et - des moyens (25) de maintien en place par pression des carénages vis-à-vis des bras, qui compriment les moyens d'interface.

Description

Liaison aérodynamique dans une partie de turbomachine

La présente invention concerne l’écoulement aérodynamique dans une veine de turbomachine.

Il est connu que la qualité de cet écoulement est perturbée quand un élément à y interposé doit être maintenu, une fois placé.

En effet, le maintien par rapprochement d’un élément nécessite des zones d’accroche, tels que des inserts taraudés. L’encombrement nécessaire de ces zones d’accroche devient une contrainte.

Par exemple, il peut s’avérer nécessaire d’ajouter des bossages sur un carter pour y fixer un équipement. L’ajout de ces bossages, lorsque le carter existe déjà, peut impacter le moule de fonderie qu’il faut alors modifier.

Et il est possible que le dessin local de la veine soit à revoir.

Or, assurer une liaison aérodynamique entre deux bras dans une veine de turbomachine peut être utile, voire nécessaire.

Un problème se posait donc quant à la possibilité de mettre en place une liaison aérodynamique entre deux tels bras sans perturber notablement l’écoulement du fluide dans la veine, et en évitant d’avoir à ajouter des bossages ni à avoir à modifier un moule de fonderie utilisé pour la fabrication de tout ou partie des pièces environnantes.

Une solution à ce problème est proposée qui consiste à équiper d’un dispositif de liaison aérodynamique une partie de turbomachine comprenant deux bras traversant une veine de la turbomachine et présentant chacun une surface extérieure, ledit dispositif de liaison aérodynamique comprenant : - des carénages s’étendant entre les deux bras, - des moyens d’interface compressibles interposés entre les carénages, et - des moyens de maintien en place par pression des carénages vis-à-vis des bras, qui compriment les moyens d’interface.

Ainsi les carénages seront plus rigides que les moyens d’interface compressibles. Sous la pression de mise en place puis de maintien en position, les moyens d’interface se déformeront, a priori pas les carénages.

Une telle solution par compression doit éviter les bossages et autres accrochages, en particulier par fixations vissées à un carter et/ou auxdits bras.

Et l’utilisation de moyens d’interface compressibles va permettre d’adapter la forme de ces moyens d’interface aux exigences de maintien et d’aérodynamisme, par compression et déformation.

En outre, il va être ainsi possible que les carénages s’étendent continûment entre les deux bras, ce qui permet de limiter les discontinuités de surface formant des marches qui perturbent le flux d’air dans la veine secondaire.

Une telle continuité aérodynamique favorisera l’écoulement dans la veine, ceci sans la nécessaire présence d’éléments pleins dans l’espace entre les bras. En effet, les carénages pourront se présenter comme des plaques bordant latéralement les moyens d’interface.

Ces carénages pourront se dresser sur sensiblement toute la hauteur (radiale) de la veine.

Concernant encore le maintien des carénages, les moyens de maintien en place par pression pourront en particulier comprendre des moyens de rapprochement des carénages l’un vers l’autre.

Ainsi, on profitera au mieux des bras pour maintenir les carénages, avec la meilleure aérodynamique possible.

Les moyens de maintien en place des carénages peuvent être amovibles.

De préférence, ces moyens de maintien s’étendront dans l’intervalle qui, dans la veine, sépare les deux bras.

Ainsi, pour le maintien des carénages, il pourra n’y avoir d’interférence de rapprochement ni avec les carters ni avec les bras, assurant une solution simple et non pénalisante en termes de modification de pièces environnantes.

Concernant de nouveau le maintien des carénages, deux modes de montage et de maintien ont été plus particulièrement retenus. D’abord un mode où, entre les deux bras qui sont disposés suivant un axe, les carénages sont séparés entre eux par un espace ayant une épaisseur où s’étendent certains au moins desdits moyens d’interface compressibles, de telle sorte qu’un rapprochement des carénages l’un vers l’autre transversalement audit axe, par l’intermédiaire desdits moyens de rapprochement, entraîne un appui axial des moyens d’interface contre les bras.

Ainsi, la compressibilité des moyens d’interface sera mise à profit pour qu’une compression suivant leur épaisseur assure une dilation axiale les plaquant contre les bras, en maintenant par là même les carénages.

Les moyens d’interface compressibles pourront avoir une forme profilée s’adaptant aux profils en regard des bras et à l’espace qui les sépare.

Comprimés, les moyens d’interface se déformeront, et de ce fait trouveront leur position la plus appropriée entre les bras.

Un second mode prévoit que les moyens d’interface compressibles soient interposés entre les carénages et les surfaces extérieures des bras.

Cette solution évite que les moyens d’interface occupent toute l’épaisseur entre les deux carénages.

Ainsi, des patins portés par les carénages pourront simplement être plaqués contre les bras.

Favorablement, on évitera que les carénages ajoutés ne soient en pression, ou contact, direct(e) (métal/métal) contre les bras, des tels contacts pouvant générer une usure prématurée par frottement.

La présence des moyens d’interface compressibles pourra permettre d’éviter cela, y compris dans la première version ; il suffira qu’une fois les carénages comprimés dans leur état maintenu vis-à-vis des bras, un espace de quelques millimètres soit établi entre les carénages et les surfaces extérieures des bras.

En termes de matériau, les moyens d’interface compressibles pourront favorablement être en matériau élastiquement déformable, tel qu’un élastomère.

Le montage s’opérant en zone relativement froide de la turbomachine, bien inférieure à 200°C, ceci est tout à fait acceptable. Dès lors que la question soulevée ci-avant de l’intérêt d’une amélioration de la performance aérodynamique contrariée par des problèmes de bossages et autres accrochages, en particulier par des fixations vissées à un carter et/ou aux bras, s’est notamment posée là où il a été constaté que l’ajout d’un carénage entre un bras structurant d’un carter intermédiaire et un autre bras de passage de servitude situé plus en aval posait problème, il est aussi proposé que : - un premier desdits deux bras présentant un bord d’attaque et un bord de fuite et appartenant à un carter intermédiaire de la turbomachine où il s’étend radialement entre un moyeu interne et une virole externe délimitant ensemble une partie de la veine secondaire, - et un second de ces deux bras présentant un bord d’attaque et un bord de fuite et s’étendant radialement entre des carters respectivement interne et externe (de la soufflante) délimitant aussi ensemble une partie de la veine secondaire, - le second bras présentant une section plus importante que le premier bras, - les carénages aillent ensemble en s’évasant du premier bras au second bras, en recouvrant ensemble, à une première extrémité axiale, le bord de fuite du premier bras et, une seconde extrémité axiale, le bord d’attaque du second bras. L’adaptation de forme, par déformation sous pression, des moyens d’interface compressibles conjuguée favorablement à des carénages en forme de plaques permettra cela.

Outre la partie de turbomachine équipée du dispositif de liaison aérodynamique qui vient d’être présentée, est également ici concerné un procédé de modification d’une zone entre deux bras dans une veine de turbomachine, pour augmenter la performance aérodynamique de la veine, chaque bras présentant une surface extérieure, le procédé comprenant des étapes où : - on utilise un dispositif de liaison aérodynamique comprenant des carénages, des moyens d’interface compressibles, et des moyens de maintien en place par pression des carénages vis-à-vis des bras, - on dispose les carénages pour qu’ils s’étendent entre les deux bras, autour d’une partie desdites surfaces extérieures, en interposant les moyens d’interface compressibles entre les carénages, - et, par les moyens de maintien, on exerce une tension sur les carénages qui les maintient en place par pression vis-à-vis des bras, en comprimant les moyens d’interface.

Ainsi, sur une veine de turbomachine existante il sera possible, d’adapter la solution de l’invention, dans le cadre d’une maintenance par exemple.

Si nécessaire, l’invention pourra être mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaître à la lecture de la description qui suit faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe, en demi-coupe médiane passant par l’axe X longitudinal du moteur (axe de rotation), d’une partie amont d’une turbomachine; - les figures 2 et 3 sont deux schémas plus locaux, de la zone II de la figure 1, en perspective, sans le dispositif de liaison aérodynamique entre bras, et avec ce dispositif, de côté, respectivement; - les figures 4,5 schématisent ledit premier mode de montage des carénages, en coupe horizontale et en perspective, respectivement, - et la figure 6 schématise ledit second mode de montage des carénages, en coupe horizontale.

La figure 1 représente une turbomachine comportant, d'amont (AM) en aval (AV), dans le sens de la flèche F de circulation d’un flux de fluide globalement parallèlement à l’axe X de rotation des aubes rotatives de cette turbomachine, une soufflante 1, un bec 2 de séparation de flux, un compresseur basse-pression 3, un carter intermédiaire 4, un compresseur haute pression 5, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression (non visibles).

Dans la présente description, radialement a pour sens radialement à l’axe X.

La soufflante 1 comprend des aubes rotatives dont l’une est schématisée 10.

Le flux d'air F entrant dans la turbomachine se divise en un flux primaire F1 qui circule à l'intérieur des compresseurs basse et haute pression 3, 5, et en un flux secondaire F2 qui contourne les compresseurs 3, 5, la chambre de combustion et les turbines.

Le carter intermédiaire 4 comporte une virole externe 6 et un moyeu interne 7 délimitant une partie de la veine secondaire 8 dans laquelle s'écoule le flux de fluide secondaire F2. Le fluide s’écoulant dans la veine secondaire est de l’air poussé par la soufflante de la turbomachine.

La virole 6 et le moyeu 7 sont reliés entre eux par des bras structuraux radiaux 9 qui sont espacés circonférentiellement les uns des autres. Ces bras 9 présentent une résistance mécanique élevée permettant, d'une part, de transmettre les efforts entre la virole 6 et le moyeu 7 et, d'autre part, de résister à d'éventuels projectiles susceptibles de les impacter. De plus, les bras 9 ont chacun une forme profilée de manière à remplir une fonction d'aubage directeur de sortie ou d'OGV (Outlet Guide Vane), visant à redresser le flux de fluide secondaire F2 afin d'en limiter la giration.

Une partie plus aval de la veine 8 de fluide secondaire F2 qui suit le carter intermédiaire 4 est délimitée radialement entre des carters respectivement interne 11 et externe 13.

Il peut s’agir des carters de conduit interne (IFD ; Inner Fan Duct en anglais) et externe (OFD, Outer Fan Duct en anglais) de soufflante, respectivement.

Ces carters 11 et externe 13 sont reliés entre eux par des bras radiaux 15 qui sont espacés circonférentiellement les uns des autres. Typiquement, il s’agira de bras de passage de servitude, plus volumineux que les bras 9.

La figure 2 montre cette zone, avec un bras radial 9 en aval duquel s’étend, avec le même calage angulaire, un bras radial 15.

Caréner la zone 17 qui s’étend le long de la veine 8 entre au moins deux bras radiaux 9a, 15a des deux groupes de bras précités 9 et 15 va permettre de favoriser les performances aérodynamiques de cette veine.

Il s’est en effet avéré que le profil aérodynamique du bord de fuite 91 du bras 9a du carter intermédiaire (figure 3) ne permettait pas l’ajout de points d’interfaces sans modification du brut de fonderie de ce dernier.

Aussi a-t-on disposé, comme montré notamment sur la figure 1, un dispositif 19 de liaison aérodynamique entre ces deux bras 9a, 15a alignés suivant la veine 8 (voir figure 4 axe X1, sensiblement parallèle à l’axe X).

Chaque bras précité, et en particulier chacun des bras 9a, 15a, présente une surface extérieure, ici respectivement 90a et 150a, en contact avec le flux secondaire F2 ; figure 4.

Pour assurer cette fonction de liaison aérodynamique, le dispositif 19 comprend des carénages 21 a,21 b s’étendant entre les deux bras 9a, 15a et des moyens d’interface compressibles 23 interposés entre les carénages, des moyens 25 de maintien permettant de maintenir en place par pression les carénages vis-à-vis des bras, en comprimant les moyens d’interface 23.

Non représentés figure 5, ces moyens 25 de maintien sont schématisés figures 3,4,6. On revient sur eux ci-après.

Comme on le voit sur les figures, il va être possible, avec le dispositif 19 de liaison aérodynamique, que les carénages 21 a,21 b s’étendent continûment entre les deux bras concernés.

En pratique, et comme illustré, ce qu’on dénomme ici « les carénages 21 a,21 b» assureront une continuité matérielle et de ligne d’écoulement fluidique entre le bord de fuite 91 du bras 9a et le bord d’attaque du bras 15a.

Ces carénages consisteront favorablement en une plaque (si elle était repliée par exemple) ou plusieurs plaques (formant une sorte de peau métallique) fixées alors ensemble. S’il n’y avait qu’une plaque repliée par exemple en V, les deux extrémités libres pourraient être rapprochées l’une de l’autre et ainsi emprisonner entre elles les moyens d’interface compressibles 23, interposés dans l’espace 17, entre les bras.

Une réalisation en plaque(s) métallique(s) sera le plus probable.

Montés entre des bras du carter intermédiaire 4 et des carters respectivement 11 et 13, les carénages 21 a,21 b auront ensemble une forme évasée depuis le bras 9a vers le bras 15a (voir par exemple 4), dès lors que, transversalement à l’axe X/X1 et à aux directions radiales Z1 ,Z2 (voir figures 1,4) de ces bras 9a 15a, respectivement, la largeur H vers le bord de fuite 91a du bras 9a est inférieure à la largeur ]2 vers le bord d’attaque 151a du bras 15a. Ainsi, le second bras présente une section plus importante que le premier bras.

En extrémités axiales les carénages recouvrent ensemble d’un côté le bord de fuite 91a, de l’autre le bord d’attaque 151a.

Par ailleurs ces carénages 21 a,21 b présenteront de préférence une concavité extérieure, favorisant ainsi l’écoulement fluidique entre les convexités extérieures des bras 9a et 15a.

Concernant la réalisation des moyens d’interface compressibles 23 interposés entre les carénages, les figures 4-6 en schématisent plus modes.

Dans un premier mode de réalisation comme figure 4, entre les deux bras 9a 15a, les carénages 21 a,21 b sont séparés entre eux par un espace 26 ayant une épaisseur ou une largeur I (ici variable) où s’étendent continûment les moyens d’interface 23 de part et d’autre desquels sont donc disposés les carénages.

Ainsi, ces moyens d’interface 23 se présentent-ils ici comme un bloc unique comprimé suivant cette largeur, donc transversalement à l’axe X/X1, par les carénages 21 a,21 b, via les moyens 25 de maintien orientés suivant la largeur I et traversant des passages 27,29 ménagés dans les carénages 21 a,21 b et dans le bloc d’interface 23.

Ces moyens 25 de maintien peuvent se présenter comme des ensembles vis-écrou.

On remarquera que, dans ce mode de réalisation comme dans les autres, les moyens 25 de maintien en place par pression seront donc disposés à l’écart des bras, et donc dans l’intervalle ou espace 17 qui les sépare, évitant ainsi d’interférer avec eux.

En outre, en rapprochant les carénages de l’axe X1, on pourra favoriser un cintrage de ceux-ci favorable à un léger écartement latéral, en zones 31, entre les surface extérieures 90a, 150a des bras et les carénages 21 a,21 b vers leurs extrémités axiales, là où les carénages ajoutés risquent d’être en pression directe (métal/métal) contre les bras, dès lors que ce contact peut générer une usure prématurée par frottement.

Dans le second mode de réalisation comme figure 5, le bloc formant les moyens d’interface 23 comprend plusieurs parties, ici deux parties 23a,23b accolées respectivement aux bras 9a et 15a, avec chacun des formes d’extrémités qui peuvent être profilées face tant aux bras qu’aux carters 11 et 13, ceci favorisant un calage naturel de ces parties vis-à-vis de leur environnement structurel.

Les moyens 25 de rapprochement des carénages entre eux peuvent toujours comprendre des assemblages vis-écrou.

On notera que dans la première réalisation (figure 4), mais ceci pourrait s’appliquer aussi à la seconde (figure 5), coupler un rapprochement transversal à l’axe qui joint les bras (axe X1 ici) à l’utilisation d’un matériau élastiquement déformable comme moyens d’interface 23 permettra qu’un tel rapprochement des carénages 21 a,21 b l’un vers l’autre, par l’intermédiaire desdits moyens de rapprochement 25, entraîne un appui axial de ce moyens d’interface contre les bras 9a, 15a ; voir les traits mixtes figure 4 vers les zones 91a et 151a et les zones repérées 231 figures 4,5.

Dans le troisième mode de réalisation comme figure 6, les moyens d’interface 23 n’occupent pas toute l’épaisseur entre les carénages 21 a,21 b latéraux. Ils comprennent ici des patins compressibles 230 fixés, par exemple collés, aux carénages ajoutés, en face interne de ceux-ci.

Ainsi, ces moyens d’interface sont interposés entre les carénages et les surfaces extérieures 90a, 150a des bras. A cet effet, les patins compressibles 230 sont situés vers les extrémité axiales respectives des carénages 21 a,21 b.

Ils peuvent ne pas s’étendre du tout dans l’espace 17 qui sépare les bras.

Leur forme individuelle peut aller en s’affinant vers l’extrémité près de laquelle ils sont placés, comme illustré.

De la sorte, on évitera la pression directe (métal/métal) précitée contre les bras, tout en assurant la liaison aérodynamique attendue.

Quant aux moyens 25 de fixation, ils pourront comprendre des douilles 250 à alésage fileté pouvant être fixées à la paroi intérieure d’un des deux carénages. Des traversées taraudées 251 pour des vis pourront être prévues sur l’autre carénage, afin de rapprocher les deux carénages en vissant les vis dans les douilles associées, ce qui comprimera les patins 230 et maintiendra alors en place les carénages vis-à-vis des bras et carters.

Pour favoriser un tel maintien des carénages 21 a,21 b et prévenir leur mise en pression directe (métal/métal) carénages contre les bras où les ajoutés risquent d’être, les moyens d’interface 23, compressibles, seront de préférence en matériau élastiquement déformable, tel qu’un élastomère.

Avec la solution qui précède, et quel que soit son mode de réalisation, il sera aisé de modifier une zone 17 entre deux bras dans une veine de turbomachine en vue donc d’augmenter la performance aérodynamique de la veine.

Le procédé d’intervention pourra être le suivant : D’abord, on utilisera bien sûr comme base le dispositif 19 de liaison aérodynamique précité, avec ses carénages 21 a,21 b, ses moyens d’interface compressibles 23, et leurs moyens 25 de maintien en place par pression vis-à-vis des bras.

Ensuite, on disposera les carénages pour qu’ils s’étendent en assurant la continuité des lignes aérodynamiques entre les deux bras, tels 9a, 15a, considérés, autour d’une partie desdites surfaces extérieures, en interposant les moyens d’interface compressibles entre les carénages 21a,21b.

Puis, par les moyens de maintien 25, on exercera une tension sur les carénages alors maintenus en place par pression vis-à-vis desdits bras, en comprimant les moyens d’interface 23.

Une mise en place du dispositif 19 lors d’une maintenance sera donc aisée.

En particulier avec des moyens d’interface 23 compressibles en matériau élastiquement déformable, l’épaisseur de ces moyens d’interface 23 sera supérieure au repos (moyens non comprimés) par rapport à l’état serré.

On notera encore que le présent dispositif 19 de liaison aérodynamique peut aussi être mis en oeuvre pour réaliser un carénage tel que celui décrit dans la publication FR3025843A1, entre les bras 11 et 13 qui y sont présentés, avec une écope à porte pivotante réalisée dans l’une des deux parties de carénage. La configuration des présents supports ou moyens 23 d’interface compressibles, et des moyens 25 de liaison avec maintien des deux parties de carénage, est alors prévue pour ne pas créer de collision avec l’ouverture de la porte ni avec le conduit de prélèvement 14 mentionné dans FR3025843A1.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS

   1. Partie de turbomachine comprenant deux bras (9,15) traversant une veine (8) de la turbomachine, chaque bras présentant une surface extérieure (90a, 150a), et un dispositif (19) de liaison aérodynamique comprenant : - des carénages (21 a,21 b) s’étendant entre les deux bras, - des moyens (23) d’interface compressibles interposés entre les carénages, et - des moyens (25) de maintien en place par pression des carénages vis-à-vis des bras, qui compriment les moyens (23) d’interface.
2. 2. Partie de turbomachine selon la revendication 1, où les moyens de maintien en place par pression comprennent des moyens de rapprochement des carénages l’un vers l’autre.
3. 3. Partie de turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes, où les moyens d’interface compressibles sont interposés entre les carénages et les surfaces extérieures des bras.
4. 4. Partie de turbomachine selon la revendication 2 où, entre les deux bras qui sont disposés suivant un axe, les carénages sont séparés entre eux par un espace ayant une épaisseur où s’étendent certains au moins desdits moyens d’interface compressibles, de telle sorte qu’un rapprochement des carénages l’un vers l’autre transversalement audit axe, par l’intermédiaire desdits moyens de rapprochement, entraîne un appui axial desdits moyens d’interface contre les bras.
5. 5. Partie de turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes, où les moyens d’interface compressibles sont en matériau élastiquement déformable, tel qu’un élastomère.
6. 6. Partie de turbomachine selon l’une quelconque des revendications précédentes, où : - un premier (9a) des deux bras présente un bord d’attaque et un bord de fuite et appartient à un carter intermédiaire de la turbomachine, s’étendant ainsi entre un moyeu interne (7) et une virole externe (6) délimitant ensemble une partie de veine secondaire (8) destinée au passage d’un flux d’air secondaire, - un second (15a) des deux bras présente un bord d’attaque et un bord de fuite et s’étend entre un carter interne et un carter externe délimitant aussi ensemble une partie de la veine secondaire (8), - le second bras présente une section plus importante que le premier bras, - et les carénages vont ensemble en s’évasant du premier bras au second bras, en recouvrant ensemble, à une première extrémité axiale, le bord de fuite du premier et, une seconde extrémité axiale, le bord d’attaque du second bras.
7. 7. Procédé de modification d’une zone entre deux bras dans une veine de turbomachine, pour augmenter la performance aérodynamique de la veine, chaque bras présentant une surface extérieure, le procédé comprenant des étapes où : - on utilise un dispositif (19) de liaison aérodynamique comprenant des carénages, des moyens d’interface compressibles, et des moyens de maintien en place par pression des carénages vis-à-vis des bras, - on dispose les carénages pour qu’ils s’étendent entre les deux bras, autour d’une partie desdites surfaces extérieures, en interposant les moyens d’interface compressibles entre les carénages, - et, par les moyens de maintien, on exerce une tension sur les carénages qui les maintient en place par pression vis-à-vis des bras, en comprimant les moyens d’interface.