FR3072712B1 - Partie arriere de turbomachine presentant un chemin d'efforts allonge entre un cone d'ejection et une virole interne de carter d'echappement - Google Patents

Partie arriere de turbomachine presentant un chemin d'efforts allonge entre un cone d'ejection et une virole interne de carter d'echappement Download PDF

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Abstract

Un module de carter d'échappement (111) pour turbomachine comprend une virole annulaire externe (34) et une virole annulaire interne (36) reliées entre elles par des aubes (38), une bride annulaire aval (42) pour la fixation d'un cône d'éjection (32), et une cloison annulaire (117) présentant une extrémité radialement externe (124) fixée à une bride annulaire amont (50) raccordée à la virole annulaire interne (36). La bride annulaire aval (42) est dissociée de la virole annulaire interne (36) et est formée à une extrémité aval (112) d'un support annulaire (114) présentant une extrémité amont (116) directement fixée à la cloison annulaire (117). Le chemin d'efforts entre le cône d'éjection et la virole annulaire interne est ainsi rallongé, tout en évitant la transmission directe des efforts dans une zone (Z) de raccordement de bords de fuite (38B) respectifs des aubes (38) à la virole annulaire interne (36).

Description

PARTIE ARRIÈRE DE TURBOMACHINE PRÉSENTANT UN CHEMIN D'EFFORTS ALLONGÉ ENTRE UN CÔNE D'ÉJECTION ET UNE VIROLE INTERNE DE CARTER D'ÉCHAPPEMENT
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines destinées à la propulsion des aéronefs, et concerne plus particulièrement un module de carter d'échappement ainsi qu'une partie arrière de turbomachine comprenant un tel module.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Le carter d'échappement d'une turbomachine comporte typiquement une virole annulaire externe et une virole annulaire interne reliées entre elles par des aubes, parfois dénommées « bras », et délimitant entre elles un canal d'écoulement de gaz d'échappement au sein de la turbomachine. Un tel carter d'échappement peut être structurant ou non structurant. On entend par « structurant » le fait de contribuer au passage d'efforts entre le ou les arbres de la turbomachine et les attaches moteur par lesquelles la turbomachine est destinée à être fixée à la cellule d'un aéronef.
La virole annulaire interne présente en général à son extrémité aval une bride annulaire aval sur laquelle est fixé le cône d'éjection de la turbomachine.
Dans certaines turbomachines, le carter d'échappement possède en outre une cloison annulaire, qui est en général fixée sur l'extrémité amont de la virole annulaire interne, et qui a notamment pour fonction d'assurer l'étanchéité entre deux cavités situées respectivement à l'amont et à l'aval du carter d'échappement. Dans certains cas, cette cloison annulaire assure en outre le support d'autres composants de la turbomachine. L'une des zones les plus critiques du carter d'échappement, du point de vue des sollicitations mécaniques, est la zone de raccordement entre la virole annulaire interne et les bords de fuite des aubes du carter d'échappement, qui est en général fabriquée en fonderie.
De ce fait, cette zone de raccordement est habituellement dimensionnée afin de supporter un niveau relativement élevé de sollicitations mécaniques.
Un tel dimensionnement se révèle toutefois pénalisant au regard des objectifs généraux de réduction de masse auxquels est soumise l'industrie aéronautique.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème.
Elle propose à cet effet un module de carter d'échappement pour turbomachine, comprenant : - une virole annulaire externe et une virole annulaire interne reliées entre elles par des aubes et délimitant entre elles un canal d'écoulement de gaz d'échappement, - une bride annulaire aval pour la fixation d'un cône d'éjection de turbomachine, et - une cloison annulaire présentant une extrémité radialement externe fixée à une bride annulaire amont raccordée à la virole annulaire interne.
Selon l'invention, la bride annulaire aval est dissociée de la virole annulaire interne et est formée à une extrémité aval d'un support annulaire présentant une extrémité amont directement fixée à la cloison annulaire. L'invention rend notamment possible une réduction de la masse du carter d'échappement.
En effet, les inventeurs ont déterminé que la criticité de la zone de raccordement entre la virole annulaire interne et les bords de fuite des aubes, dans les turbomachines de type connu, résulte du fait que cette zone est soumise à un niveau élevé d'efforts provenant du cône d'éjection, ce dernier étant situé à proximité immédiate de cette zone.
Or, l'invention permet de modifier et d'allonger le chemin parcouru par les efforts, entre le cône d'éjection et la virole annulaire interne, tout en évitant la transmission directe de ces efforts dans la zone de raccordement précitée. L'allongement du chemin des efforts permet en outre d'accroître l'amortissement de ces efforts avant leur passage dans la virole annulaire interne. L'invention autorise ainsi une réduction de la masse du module de carter d'échappement, en particulier dans la zone de raccordement précitée.
De préférence, le support annulaire est conformé de sorte que son extrémité amont est plus proche d'un axe de révolution de la virole annulaire interne que ne l'est l'extrémité aval du support annulaire.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, la cloison annulaire est formée d'une pièce annulaire interne, et d'une pièce annulaire externe présentant une extrémité radialement externe fixée à la bride annulaire amont et une extrémité radialement interne fixée conjointement à une extrémité radialement externe de la pièce annulaire interne et à l'extrémité amont du support annulaire.
De préférence, l'extrémité radialement interne de la pièce annulaire externe est décalée vers l'aval par rapport à l'extrémité radialement externe de la pièce annulaire externe.
De préférence, l'extrémité radialement interne de la pièce annulaire externe est agencée radialement au droit des aubes, c'est-à-dire radialement en regard des aubes.
De préférence, la fixation conjointe de l'extrémité radialement interne de la pièce annulaire externe à l'extrémité radialement externe de la pièce annulaire interne et à l'extrémité amont du support annulaire est assurée par des boulons.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, l'extrémité radialement externe de la cloison annulaire est fixée à la bride annulaire amont par soudage ou brasage. L'invention concerne également une partie arrière de turbomachine, comprenant un module de carter d'échappement du type décrit ci-dessus, et un cône d'éjection présentant une extrémité amont fixée sur la bride annulaire aval du module de carter d'échappement. L'invention concerne enfin une turbomachine pour aéronef, comprenant une partie arrière du type décrit ci-dessus.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront 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 d'un type connu ; - la figure 2 est une demi-vue schématique en coupe axiale à plus grande échelle d'une partie arrière de la turbomachine de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue semblable à la figure 2, illustrant une partie arrière d'une turbomachine selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique en perspective, depuis l'aval, d'un module de carter d'échappement appartenant à la partie arrière de turbomachine de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue schématique en perspective, depuis l'amont, du module de carter d'échappement de la figure 4.
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
La figure 1 illustre une turbomachine 10 pour aéronef d'un type connu, comportant de manière générale une soufflante 12 destinée à l'aspiration d'un flux d'air se divisant en aval de la soufflante en un flux primaire circulant dans un canal d'écoulement de flux primaire, ci-après dénommé veine primaire PF, au sein d'un cœur de la turbomachine, et un flux secondaire contournant ce cœur dans un canal d'écoulement de flux secondaire, ci-après dénommé veine secondaire SF.
La turbomachine est par exemple du type à double flux et à double corps. Le cœur de la turbomachine comporte ainsi, de manière générale, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression 20 et une turbine basse pression 22.
Les rotors respectifs du compresseur haute pression et de la turbine haute pression sont reliés par un arbre dit « arbre haute pression », tandis que les rotors respectifs du compresseur basse pression et de la turbine basse pression sont reliés par un arbre dit « arbre basse pression », d'une manière bien connue.
La turbomachine est carénée par une nacelle 24 entourant la veine secondaire SF. Par ailleurs, les rotors de la turbomachine sont montés rotatifs autour d'un axe longitudinal 28 de la turbomachine.
Dans l'ensemble de cette description, la direction axiale X est la direction de l'axe longitudinal 28, la direction verticale Z est une direction orthogonale à la direction axiale X et orientée selon la verticale lorsque la turbomachine équipe un aéronef stationné au sol, et la direction transversale Y est orthogonale aux deux directions précédentes. Par ailleurs, la direction radiale R et la direction circonférentielle C sont définies par référence à l'axe 28. Les termes « interne » et « externe » font respectivement référence à une relative proximité, et un relatif éloignement, d'un élément par rapport à l'axe 28. Enfin, les directions « amont » et « aval » sont définies par référence à l'écoulement général des gaz dans la turbomachine.
Le cœur de la turbomachine est supporté par une série de carters, d'une manière bien connue. Parmi ces carters figure le carter d'échappement 30, agencé immédiatement en aval de la turbine basse pression 22, et sur lequel est en outre rapporté un cône d'éjection 32.
Comme cela apparaît plus clairement sur la figure 2 qui illustre une partie arrière 10A de la turbomachine 10, le carter d'échappement 30 comporte une virole annulaire externe 34 et une virole annulaire interne 36 centrées sur l'axe longitudinal 28 et reliées entre elles par des aubes 38 présentant chacune un bord d'attaque 38A et un bord de fuite 38B.
Les viroles annulaires externe 34 et interne 36 délimitent entre elles un canal d'écoulement de gaz d'échappement 40, qui forme une extrémité aval du canal d'écoulement de flux primaire PF.
Le carter d'échappement 30 comporte en outre une bride annulaire aval 42 sur laquelle est fixée une bride correspondante 43 du cône d'éjection 32, par exemple au moyen de boulons 44.
Enfin, une cloison annulaire 46 présentant une extrémité radialement externe 48 est fixée par cette dernière à une bride annulaire amont 50 raccordée à la virole annulaire interne 36, par exemple au moyen de boulons 52.
La cloison annulaire 46 a pour fonction principale d'assurer l'étanchéité entre deux cavités 54 et 56 situées respectivement à l'amont et à l'aval du carter d'échappement 30.
Dans l'exemple illustré, la cloison annulaire 46 assure en outre le support d'un manchon de sortie 58 monté autour d'une extrémité aval 60 d'un tube de déshuilage, également dénommé tube « CVT » ou « Center Vent Tube» d'après la terminologie anglo-saxonne, s'étendant à l'intérieur de l'arbre basse pression (ce dernier n'étant pas visible sur les figures). À cet effet, la cloison annulaire 46 présente à son extrémité radialement interne une bride annulaire interne 62 sur laquelle est fixée une bride correspondante 64 du manchon de sortie 58, par exemple au moyen de boulons 66.
Le manchon de sortie 58 forme notamment un joint tournant 68 avec l'extrémité aval 60 du tube de déshuilage.
Dans la terminologie de la présente invention, le carter d'échappement 30 et la cloison annulaire 46 forment ensemble un module de carter d'échappement.
En fonctionnement, les efforts mécaniques induits par le cône d'éjection 32 sont transmis à une partie aval de la virole annulaire interne 36 par la bride annulaire aval 42. Ces efforts passent alors directement dans la zone Z de raccordement des bords de fuite 38B respectifs des aubes 38 à la virole annulaire interne 36. Les efforts cheminent ensuite radialement vers l'extérieur au sein des aubes 38 jusqu'à atteindre une partie amont de la virole annulaire externe 34.
La zone Z de raccordement des bords de fuite 38B respectifs des aubes 38 à la virole annulaire interne 36 est par conséquent soumise à un niveau d'efforts relativement élevé.
La figure 3 illustre une partie arrière 110A d'une turbomachine selon un mode de réalisation préféré de l'invention, cette turbomachine étant globalement semblable à la turbomachine 10 de la figure 1.
La partie arrière 110A se distingue toutefois de la partie arrière 10A de la turbomachine de la figure 1 par la configuration du module de carter d'échappement 111, en particulier du fait que la bride annulaire aval 42 est dissociée de la virole annulaire interne 36 et est formée à une extrémité aval 112 d'un support annulaire 114 présentant une extrémité amont 116 directement fixée à la cloison annulaire 117.
Dans le mode de réalisation illustré, le support annulaire 114 est conformé de sorte que son extrémité amont 116 est plus proche de l'axe longitudinal 28 que ne l'est son extrémité aval 112. Autrement dit, le support annulaire 114 présente une conformation générale inclinée radialement vers l'intérieur dans la direction allant de l'aval vers l'amont.
Le support annulaire 114 est ainsi raccordé à une région médiane de la cloison annulaire 117, c'est-à-dire une région distante des extrémités radialement externe et interne de cette cloison.
De plus, la bride annulaire aval 42 est ainsi positionnée sensiblement comme dans la partie arrière 10A de la turbomachine de la figure 1, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de modifier la conformation du cône d'éjection 32 pour l'adapter à la partie arrière 110A. Le coût découlant de la mise en œuvre de l'invention peut ainsi être minimisé.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la cloison annulaire 117 est formée d'une pièce annulaire interne 120 et d'une pièce annulaire externe 122, reliées l'une à l'autre, et par exemple constituées chacune d'une tôle.
Plus précisément, la pièce annulaire externe 122 présente une extrémité radialement externe 124 fixée à la bride annulaire amont 50, et une extrémité radialement interne 126 fixée conjointement à une extrémité radialement externe 128 de la pièce annulaire interne 120 et à l'extrémité amont 116 du support annulaire 114.
De plus, la pièce annulaire externe 122 est conformée de sorte que l'extrémité radialement interne 126 de celle-ci est décalée vers l'aval par rapport à son extrémité radialement externe 124. Autrement dit, la pièce annulaire externe 122 présente une conformation générale inclinée radialement vers l'intérieur dans la direction allant de l'amont vers l'aval. L'extrémité radialement interne 126 de la pièce annulaire externe 122 est en particulier agencée radialement au droit des aubes 38. Il faut comprendre par là qu'en projetant l'extrémité radialement interne 126 selon la direction radiale R, on aboutirait axialement entre le bord d'attaque 38A et le bord de fuite 38B respectifs de chaque aube 38.
Dans l'exemple illustré, l'extrémité radialement externe 124 de la pièce annulaire externe 122 prend la forme d'une première bride annulaire radiale, à laquelle est reliée une partie amont 130 de la pièce annulaire externe 122 incurvée en direction de l'aval, laquelle se prolonge en une partie aval tronconique 132 raccordée à l'extrémité radialement interne 126, cette dernière prenant la forme d'une deuxième bride annulaire radiale. L'extrémité radialement interne 126 de la pièce annulaire externe 122 et l'extrémité amont 116 du support annulaire 114 prennent en sandwich l'extrémité radialement externe 128 de la pièce annulaire interne 120, à laquelle elles sont conjointement fixées au moyen de boulons 134.
Par ailleurs, l'extrémité radialement externe 124 de la cloison annulaire 117 est de préférence fixée à la bride annulaire amont 50 par soudage ou brasage. Ces modes de fixation préférentiels permettent d'éviter l'ajout d'une bride de fixation par boulonnage, qui aboutirait à un accroissement de masse par rapport à la partie arrière 10A de type connu.
Les figures 4 et 5 illustrent le module de carter d'échappement 111 représenté isolé, c'est-à-dire non relié au cône d'éjection 32 et au reste de la turbomachine.
En fonctionnement, les efforts mécaniques induits par le cône d'éjection 32 sont transmis au support annulaire 114 par la bride annulaire aval 42. Ces efforts passent alors directement dans la pièce annulaire externe 122, par laquelle ils remontent dans une partie amont 138 de la virole annulaire interne 36. Les efforts continent alors leur cheminement radialement vers l'extérieur au sein des aubes 38, jusqu'à la partie amont de la virole annulaire externe 34.
Il apparaît ainsi que l'invention permet d'allonger le chemin parcouru par les efforts, entre le cône d'éjection 32 et la virole annulaire interne 36, tout en évitant la transmission directe de ces efforts dans la zone Z de raccordement des bords de fuite 38B respectifs des aubes 38 à la virole annulaire interne 36. L'invention rend ainsi possible une réduction de la masse du module de carter d'échappement, en particulier dans la zone Z précitée.
Le passage des efforts par le support annulaire 114 puis la pièce annulaire externe 122 de la cloison annulaire 117 permet en outre d'accroître l'amortissement de ces efforts avant leur arrivée dans la virole annulaire interne 36.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Module de carter d'échappement (111) pour turbomachine, comprenant : - une virole annulaire externe (34) et une virole annulaire interne (36) reliées entre elles par des aubes (38) et délimitant un canal d'écoulement de gaz d'échappement (40), - une bride annulaire aval (42) pour la fixation d'un cône d'éjection (32) de turbomachine, et - une cloison annulaire (117) présentant une extrémité radialement externe (124) fixée à une bride annulaire amont (50) raccordée à la virole annulaire interne (36), caractérisé en ce que la bride annulaire aval (42) est dissociée de la virole annulaire interne (36) et est formée à une extrémité aval (112) d'un support annulaire (114) présentant une extrémité amont (116) directement fixée à la cloison annulaire (117).
  2. 2. Module de carter d'échappement selon la revendication 1, dans lequel le support annulaire (114) est conformé de sorte que son extrémité amont (116) est plus proche d'un axe de révolution (28) de la virole annulaire interne (36) que ne l'est l'extrémité aval (112) du support annulaire (114).
  3. 3. Module de carter d'échappement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la cloison annulaire (117) est formée d'une pièce annulaire interne (120), et d'une pièce annulaire externe (122) présentant une extrémité radialement externe (124) fixée à la bride annulaire amont (50) et une extrémité radialement interne (126) fixée conjointement à une extrémité radialement externe (128) de la pièce annulaire interne (120) et à l'extrémité amont (116) du support annulaire (114).
  4. 4. Module de carter d'échappement selon la revendication 3, dans lequel l'extrémité radialement interne (126) de la pièce annulaire externe (122) est décalée vers l'aval par rapport à l'extrémité radialement externe (124) de la pièce annulaire externe (122).
  5. 5. Module de carter d'échappement selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l'extrémité radialement interne (126) de la pièce annulaire externe (122) est agencée radialement au droit des aubes (38).
  6. 6. Module de carter d'échappement selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel la fixation conjointe de l'extrémité radialement interne (126) de la pièce annulaire externe (122) à l'extrémité radialement externe (128) de la pièce annulaire interne (120) et à l'extrémité amont (116) du support annulaire (114) est assurée par des boulons (134).
  7. 7. Module de carter d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'extrémité radialement externe (124) de la cloison annulaire (117) est fixée à la bride annulaire amont (50) par soudage ou brasage.
  8. 8. Partie arrière de turbomachine (110A), comprenant un module de carter d'échappement (111) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, et un cône d'éjection (32) présentant une extrémité amont (43) fixée sur la bride annulaire aval (42) du module de carter d'échappement (111).
  9. 9. Turbomachine (10) pour aéronef, comprenant une partie arrière (110A) selon la revendication 8.
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