FR3053387B1 - Carter de turbomachine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un carter (10) de turbomachine comprenant une virole annulaire d'axe longitudinal comportant un orifice dans lequel est engagé un organe (22) comportant une cavité tubulaire (28) logeant un harnais électrique (18). Selon l'invention, une bague (44) annulaire est intercalée radialement entre le harnais (18) électrique et l'organe (22) et est conformée de manière à permettre une circulation d'air entre le harnais (18) électrique et l'organe (22).

Description

CARTER DE TURBOMACHINE

La présente invention concerne un carter de turbomachine ainsi qu’une turbomachine comprenant un tel carter.

Classiquement, le flux d’air entrant se divise en un flux d’air annulaire primaire et un flux d’air annulaire secondaire, le flux d’air primaire circulant dans un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. Le flux d’air secondaire contourne le moteur et rejoint en sortie de la turbomachine le flux de gaz chauds éjectés par la turbine.

Une telle turbomachine présentant un axe longitudinal comprend un carter structural de turbine agencé en aval de la turbine basse pression. Ce carter comprend une virole annulaire externe, une virole annulaire interne et une virole annulaire intermédiaire agencée entre les viroles annulaires interne et externe. Les viroles annulaires interne, intermédiaire et externe comprennent des bras s’étendant sensiblement perpendiculairement aux viroles annulaires, c’est-à-dire en direction radiale par rapport à l’axe longitudinal, et servant au passage de servitudes telles que des harnais électriques. La virole annulaire interne et la virole intermédiaire définissent ensemble la veine annulaire d’écoulement du flux d’air primaire. La virole annulaire intermédiaire et la virole annulaire externe définissent ensemble la veine annulaire d’écoulement du flux d’air secondaire.

Pour faire passer une gaine dans un bras du carter, les viroles annulaires interne, intermédiaire et externe, comprennent des orifices dans lesquels sont engagées des liaisons articulées par exemple à l’aide de rotules. La gaine traverse successivement les viroles annulaires interne, intermédiaire et externe.

Toutefois, en fonctionnement, les parties des bras du carter situées dans le flux d’air primaire sont soumises à d’importantes températures, de l’ordre 350°C. Il est donc important que le harnais électrique puisse résister à ces températures. Pour cela, il est nécessaire d’utiliser des matériaux spécifiques tels que des tresses métalliques ou des câbles hautes températures qui imposent un diamètre important pour le harnais et pose des difficultés d’intégration dans une gaine du bras de carter. De plus, les harnais électriques connus ne sont pas aptes à résister en continu à des températures supérieures à 300°C. A cette fin, la déposante a déjà proposé, dans sa demande FR1561862, de monter le harnais électrique dans une gaine externe et de faire circuler de l’air dans l’espace annulaire entre la gaine et le harnais électrique de manière à réduire la température à laquelle est soumis le conduit logeant des câbles électriques en fonctionnement par rapport à la température de l’air circulant autour des bras du carter.

Si cette installation s’avère satisfaisante, il n’en demeure pas moins que le harnais électrique peut s’échauffer fortement au passage des viroles annulaires interne ou externe par conduction thermique de la chaleur de la virole au harnais. L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de l’art antérieur décrit précédemment. A cet effet, elle propose un carter de turbomachine comprenant une virole annulaire d’axe longitudinal comportant un orifice dans lequel est engagé un organe comportant une cavité tubulaire logeant un harnais électrique, caractérisé en ce qu’il comprend une bague annulaire intercalée radialement entre le harnais électrique et l’organe et qui est conformée de manière à permettre une circulation d’air entre le harnais électrique et l’organe.

Selon l’invention, l’interposition d’une bague annulaire apte à faire circuler de l’air permet de refroidir le harnais électrique, ce qui limite son augmentation de température. Il est dès lors possible d’utiliser des harnais électriques ayant une enveloppe externe résistant à des températures plus faibles, ce qui permet de réduire les coûts et simplifie leur conception. De plus, l’interposition d’une bague permet de limiter encore la conduction de chaleur de la virole vers le harnais par absence de contact direct entre la virole et le harnais électrique.

Selon une autre caractéristique de l’invention, la bague est réalisée dans un matériau ayant un coefficient de conduction thermique inférieur au coefficient de conduction thermique de l’organe. Le transfert thermique par conduction de la virole annulaire vers le harnais électrique est ainsi encore diminué.

Dans une réalisation de la bague, celle-ci comporte une première partie annulaire en contact avec le harnais et des secondes parties en saillie radialement vers l’extérieur depuis la première partie et délimitant angulairement entre elles des passages de circulation d’air reliant un premier espace annulaire amont à un second espace annulaire aval, le premier espace annulaire et le second espace annulaire étant délimités intérieurement par le harnais électrique et extérieurement par une gaine externe entourant le harnais.

Selon une autre caractéristique de l’invention, le carter porte des moyens d’alimentation en air du premier espace annulaire de manière à permettre une circulation d’air du premier espace annulaire, au travers de la bague jusque dans le second espace annulaire.

La bague peut en pratique être réalisée de manière à ce que la première partie soit cylindrique et/ou que les secondes parties soient des nervures axiales.

La bague pourrait être réalisée en polymère chargé en graphite, plus particulièrement un polyimide chargé au moins 15% en graphite. L’invention est particulièrement intéressante lorsque l’organe est une rotule comportant une surface interne cylindrique et une surface externe de forme convexe coopérant avec un tube cylindrique engagé dans l’orifice de la virole annulaire. L’invention concerne également une turbomachine, telle qu’un turboréacteur, comprenant un carter agencé en aval d’une turbine basse pression. L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, avantages et caractéristiques 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 vue schématique en coupe d’un carter d’une turbine basse pression selon l’invention ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective et isolée d’une gaine logeant un harnais électrique destinée à être montée dans le carter de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique en coupe d’un harnais électrique relié à des moyens d’alimentation en air de refroidissement ; - la figure 4 est une vue schématique en perspective avec arrachement partiel de la zone délimitée en pointillés sur la figure 2 ; - la figure 5 est une vue schématique en perspective d’une bague destinée à être montée dans un carter selon l’invention ; - la figure 6 est une vue schématique selon le plan de coupe AA de la figure 2.

On se réfère tout d’abord à la figure 1 qui représente un carter d’échappement 10 agencé en sortie d’une turbine basse pression dans une turbomachine. D’une manière bien connue de l’homme du métier, la turbine basse pression correspond à la dernière section de propulsion d’un turboréacteur. Ce carter d’échappement 10 comprend une virole annulaire radialement interne 12 et une virole annulaire radialement externe 14 ainsi qu’une virole annulaire intermédiaire 16 agencée radialement entre la virole annulaire interne 12 et la virole annulaire externe 14. La virole interne 12 et la virole intermédiaire 16 délimite respectivement intérieurement et extérieurement une veine annulaire d’écoulement d’un flux d’air primaire (flèche A). La virole intermédiaire 16 et la virole externe 14 délimite respectivement intérieurement et extérieurement une veine annulaire d’écoulement d’un flux d’air secondaire (flèche B).

Le carter d’échappement 10 comprend une pluralité de bras 20s’étendant radialement entre la virole interne 12 et la virole intermédiaire 16 et permettent le passage de servitudes. La virole externe 14 est entourée extérieurement par une nacelle (non représentée) formant l’enveloppe extérieure de la turbomachine. Sur la figure 1 est représenté un harnais électrique 18 s’étendant de la virole interne 12 et la virole externe 14. Ce harnais 18 est agencé dans un bras radial 20 du carter d’échappement 10. Le harnais électrique 18 est entouré extérieurement par une gaine 21 de protection thermique. Le harnais électrique 18 traverse chacune des viroles interne 12, intermédiaire 16 et externe 14 au niveau d’un orifice formé dans chacune desdites viroles 12, 14, 16. Plus particulièrement, une rotule 22 est engagée dans l’orifice de la paroi intermédiaire 16. La rotule 22 comprend une surface externe convexe 24 coopérant avec une paroi cylindrique 26 du pourtour de l’orifice. Elle comporte également une ouverture centrale 28 ou cavité tubulaire, délimitée par une surface interne sensiblement cylindrique 29 et dans laquelle est engagé le harnais 18. La rotule 22 permet ainsi d’orienter de la manière souhaitée le harnais 18 au travers de la virole intermédiaire 16, entre les viroles interne 12 et externe 14.

La gaine 21 de protection thermique est formée en deux parties, une première partie 21a interne s’étendant entre la virole interne 12 et la virole intermédiaire 16 et une seconde partie 21b externe s’étendant entre la virole intermédiaire 16 et la virole externe 14.

Comme cela apparaît sur les figures 1 et 2, la gaine 21 entourant le harnais 18 est reliée intérieurement à des moyens de fixation internes 30 à la virole interne 12 et reliée extérieurement à des moyens de fixation externes 32 à la virole externe 14. On remarque que l’extrémité radialement externe de la première partie 21a de la gaine 21 ainsi que l’extrémité radialement interne de la seconde partie 21b de la gaine 21 sont fixées à la rotule 22 de la virole intermédiaire 16.

Les moyens de fixation externes 32 comprennent un embout externe 33 s’étendant radialement à l’extérieur de la virole externe 14. Cet embout externe 33 comprend une partie tubulaire 34 s’étendant radialement vers l’extérieur par rapport à la virole externe 14 et reliée à son extrémité radialement interne à une embase annulaire 36 fixée à la virole externe 14 par boulonnage (figures 1 et 3). Le harnais 18 s’étend au travers de l’embase annulaire 36 et dans la partie tubulaire 34 et est reliée extérieurement à un connecteur 38 porté par la partie tubulaire 34.

La partie tubulaire 34 de l’embout externe 33 comprend une tubulure latérale 40 débouchant à l’intérieur de la partie tubulaire 34 et dans un espace annulaire 42 définit entre la seconde partie 21b de la gaine 21 et le harnais 18. La tubulure latérale 40 est reliée fluidiquement à des moyens 42 d’alimentation en air de refroidissement. L’air de refroidissement peut par exemple provenir d’un système externe installé sur le banc d’essai ou de la turbomachine elle-même.

Pour limiter la conduction de chaleur de la virole intermédiaire 16 vers le harnais électrique, l’invention propose d’ajouter une bague annulaire 44 entre le harnais électrique 18 et la rotule 22, cette bague étant apte à permettre une circulation d’air entre la rotule 22 et le harnais 18.

Comme représenté aux figures 3 à 5, la bague annulaire 44 entoure le harnais électrique 18 et comprend une première partie cylindrique 44a qui est en contact avec la surface externe du harnais 18 et des secondes parties 44b formées par des nervures s’étendant le long de l’axe 46 de la bague 44. Les nervures 44b sont régulièrement espacées les unes des autres autour de l’axe 46 de la bague 44 et sont au nombre de trois dans la réalisation représentée aux figures. Les nervures 44b, s’étendant sensiblement axialement, comprennent chacune une surface externe sensiblement plane venant en contact avec la surface cylindrique interne 29 de la rotule 22.

La bague 44 d’écartement selon l’invention permet une circulation d’air depuis un premier espace annulaire formé par l’espace 42 délimité entre la seconde partie 21b de la gaine 21 de protection thermique et le harnais électrique 18, au travers des passages 47 d’air délimités circonférentiellement entre les nervures 44b de la bague 44, jusqu’à un second espace annulaire 48 délimité entre la première partie 21a de la gaine 21 de protection thermique et le harnais électrique 18 (figures 4, 5 et 6). Pour permettre une circulation d’air à l’extrémité radialement interne de la première partie 21a de la gaine 21, les moyens de fixation internes 30 comprennent des canaux de circulations d’air (non représentés).

La figure 3 représentant un harnais électrique 18 engagé dans la rotule 22, montre également la présence de colliers 50 de serrage du harnais 18 de part et d’autre de la bague 44, ces colliers 50 étant logés à l’intérieur de la rotule 22 et limitant le déplacement axial de la bague montée libre en coulissement autour du harnais 18. Pour cela, le diamètre externe d1 des colliers 50 est supérieur au diamètre d2 interne de la bague 44 (figure 6). On remarque également que le diamètre interne d2 de la bague 44 est supérieur au diamètre d3 externe du harnais 18 de manière à permettre un montage simple et rapide de la bague quelles que soient les tolérances de fabrication du harnais 18.

Pour éviter la conduction thermique de la virole intermédiaire 16 vers le harnais électrique 18, la bague 44 est réalisée dans un matériau ayant un coefficient de conduction thermique inférieur au coefficient de conduction thermique de la rotule 22. De préférence, le matériau de la bague 44 est du polymère chargé en graphite, plus particulièrement un polyimide chargé au moins 15% en graphite.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS

   1. Carter (10) de turbomachine comprenant une virole annulaire d’axe longitudinal comportant un orifice dans lequel est engagé un organe (22) comportant une cavité tubulaire (28) logeant un harnais électrique (18), caractérisé en ce qu’il comprend une bague (44) annulaire intercalée radialement entre le harnais (18) électrique et l’organe (22) et qui est conformée de manière à permettre une circulation d’air entre le harnais (18) électrique et l’organe (22).
2. 2. Carter selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague (44) est réalisée dans un matériau ayant un coefficient de conduction thermique inférieur au coefficient de conduction thermique de l’organe (22).
3. 3. Carter selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la bague (44) comporte une première partie (44a) annulaire en contact avec le harnais (18) et des secondes parties (44b) en saillie radialement vers l’extérieur depuis la première partie (44a) et délimitant angulairement entre elles des passages de circulation d’air reliant un premier espace annulaire (42) amont à un second espace annulaire (48) aval, le premier espace annulaire (42) et le second espace annulaire (48) étant délimités intérieurement par le harnais (18) électrique et extérieurement par une gaine externe (21) entourant le harnais (18).
4. 4. Carter selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens (42) d’alimentation en air du premier espace annulaire (42).
5. 5. Carter selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la première partie (44a) est cylindrique et/ou les secondes parties (44b) sont des nervures axiales.
6. 6. Carter selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la bague (44) est réalisée en polymère chargé en graphite, plus particulièrement un polyimide chargé au moins 15% en graphite.
7. 7. Carter selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’organe est une rotule (22) comportant une surface interne cylindrique (29) et une surface externe (24) de forme convexe coopérant avec un tube cylindrique (26) engagé dans l’orifice de la virole annulaire (16).
8. 8. Turbomachine, telle qu’un turboréacteur, comprenant un carter selon l’une des revendications 1 à 7, agencé en aval d’une turbine basse pression.