FR3088673A1 - Carter intermediaire de turbomachine formant une vanne de decharge semi-ecopant - Google Patents
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Description
Description
Titre de (’invention : Carter intermédiaire de turbomachine formant une vanne de décharge semi-écopant
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne le domaine des vannes de décharge pour turbomachine, en particulier les vannes de décharge situées entre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression de la turbomachine.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Un turboréacteur à double flux comprend généralement, d’amont en aval dans le sens de l’écoulement des gaz, une soufflante, une veine d’écoulement primaire et une veine d’écoulement secondaire. La masse d’air aspirée par la soufflante est donc divisée en un flux primaire, qui circule dans la veine d’écoulement primaire, et un flux secondaire, qui est concentrique avec le flux primaire et circule dans la veine d’écoulement secondaire.
Le flux primaire traverse un corps primaire comprenant par exemple un compresseur basse pression et un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression, une turbine basse pression et une tuyère d’échappement des gaz. Le turboréacteur comprend classiquement un carter dit carter intermédiaire, situé entre un carter de compresseur basse pression et un carter de compresseur haute pression.
Un carter intermédiaire de turboréacteur peut être équipé d’une ou plusieurs vannes de décharge (en anglais VBV, acronyme de Variable Bleed Valve), dans un espace situé entre la veine d’écoulement primaire et la veine d’écoulement secondaire.
De manière connue, comme illustré en figures 1a et 1b, une vanne de décharge comprend une porte 100 mobile entre une position fermée (représentée en figure 1a) dans laquelle la porte 100 obture un orifice de passage 4 formé dans une virole annulaire 3 de carter intermédiaire 1, et une position ouverte (représentée en figure 1b), dans laquelle la porte 100 s’ouvre de manière à prélever un flux variable d’air dans la veine d’écoulement primaire 2. Ce flux est ensuite évacué à travers un passage de décharge 5, le cas échéant par un conduit d’évacuation, par exemple vers la veine d’écoulement secondaire, ou pour alimenter les systèmes de refroidissement ou de ventilation de la turbomachine. Ainsi, le débit d’air en entrée du compresseur haute pression est régulé et les surpressions d’air à l’intérieur du compresseur basse pression sont évitées, ce qui a notamment pour effet de limiter le risque de pompage du compresseur basse pression.
L’ouverture de la vanne de décharge permet également d’évacuer les divers corps étrangers (par exemple de l’eau sous forme liquide ou sous forme de grêle, ou des débris de natures diverses), susceptibles de circuler dans la veine d’écoulement primaire et de perturber le fonctionnement du réacteur. Ainsi, le risque d’ingestion par le moteur de ces corps, et en conséquence le risque de panne moteur, est diminué.
Le carter intermédiaire peut comporter une pluralité de vannes de décharge réparties de manière concentrique autour de son axe longitudinal. Les vannes de décharge sont en général fermées lorsque le réacteur opère à fort régime (par exemple durant les phases de décollage ou de montée), une quantité maximale de flux d’air étant alors transmise au compresseur haute pression, et ouvertes lorsque le réacteur opère à bas régime (par exemple durant les phases de descente), une certaine quantité d’air étant alors prélevée et évacuée hors de la veine d’écoulement primaire.
De manière connue, une vanne de décharge peut être non écopante, c’est-à-dire ne pas comporter d’éléments susceptibles de faire saillie à l’intérieur de la veine d’écoulement du flux primaire, ou être écopante, auquel cas l’un de ses éléments peut faire saillie à l’intérieur de la veine d’écoulement primaire, notamment lorsque la vanne est en position ouverte. Un exemple de vanne de décharge non écopante est décrit dans le document EP 2060746, dans lequel la porte de vanne s’ouvre vers l’extérieur par rapport à la veine d’écoulement primaire. La figure 1b illustre également une vanne de décharge non écopante. Un exemple de vanne de décharge écopante est décrit dans le document FR 2 961 251, dans lequel la porte de vanne s’ouvre directement dans la veine d’écoulement primaire.
L’évacuation par de telles vannes de décharge des corps étrangers, notamment de la grêle, hors du flux primaire, peut présenter une efficacité insuffisante. La géométrie du carter intermédiaire en aval de l’orifice de passage peut notamment influencer cette efficacité. Par exemple, dans l’illustration des figures 1a et 1b, le carter intermédiaire 1 présente un flasque aval 40 situé en aval de l’orifice de passage 4 et à proximité de celui-ci, le flasque aval 40 présentant une paroi aval 41 à rayon de courbure élevé et une paroi sensiblement verticale 42. La grêle a alors tendance à s’accumuler sur les parois 41, 42, ce qui dégrade l’efficacité de l’évacuation des corps étrangers hors du flux primaire.
De façon plus générale, la grêle est susceptible de s’accumuler sur une paroi aval de l’orifice de passage, dans le conduit d’évacuation ou encore sous la porte de la vanne de décharge. Cette accumulation de grêle peut entraîner le blocage cinématique du mécanisme d’ouverture et de fermeture de la vanne, l’obstruction du conduit ou le détachement de blocs de glace dans le flux primaire lors de la fermeture de la porte, ces blocs étant susceptibles d’endommager les aubes du compresseur haute pression, voire de provoquer une panne moteur.
RESUME DE L’INVENTION
Un but de l’invention est d’améliorer l’efficacité de l’évacuation de grêle hors d’une veine d’écoulement primaire par rapport à l’art antérieur, et ainsi de réduire les risques d’endommagement de la turbomachine.
Selon un premier aspect, l’invention concerne un carter intermédiaire de turbomachine, comprenant une virole annulaire configurée pour délimiter extérieurement une veine d’écoulement d’un flux primaire dans la turbomachine, un orifice de passage étant formé dans la virole annulaire et débouchant d’une part dans la veine d’écoulement primaire et d’autre part dans un passage de décharge.
Le carter intermédiaire comprend en outre une vanne de décharge comprenant une première porte et une deuxième porte, les première et deuxième portes étant mobiles entre :
- une première configuration de la vanne de décharge, dans laquelle les première et deuxième portes sont en contact l’une avec l’autre et affleurent la virole annulaire au niveau de l’orifice de passage, les première et deuxième portes obturant alors le passage de décharge, et
- une deuxième configuration de la vanne de décharge, dans laquelle la première porte est située en retrait dans le passage de décharge et la deuxième porte comprend une partie faisant saillie dans la veine d’écoulement primaire, la première porte et la deuxième porte formant alors un conduit apte à prélever un flux circulant dans la veine d’écoulement primaire et à le guider hors de la veine d’écoulement primaire dans le passage de décharge.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du carter intermédiaire décrit ci-dessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison :
la deuxième porte est située en aval de la première porte, la première porte et la deuxième porte délimitant le conduit apte à prélever le flux circulant dans la veine d’écoulement primaire et à le guider hors de la veine d’écoulement primaire dans le passage de décharge.
- le carter intermédiaire comprend en outre un premier pivot situé en amont de l’orifice de passage et un deuxième pivot situé en aval de l’orifice de passage, dans lequel la première porte est articulée sur le carter intermédiaire par le biais du premier pivot et la deuxième porte est articulée sur le carter intermédiaire par le biais du deuxième pivot.
- le carter intermédiaire comprend t en outre un flasque aval présentant une paroi aval s’étendant vers l’aval depuis un bord aval de l’orifice de passage, ladite paroi aval présentant un rayon de courbure de paroi aval, dans lequel la deuxième porte présente une surface de prolongement s’étendant dans le prolongement de la virole annulaire lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration, et une surface d’écope opposée à la surface de prolongement, ladite surface d’écope étant sensiblement courbe et présentant un rayon de courbure de surface d’écope, le rayon de courbure de paroi aval étant plus faible que le rayon de courbure de surface d’écope.
- le carter intermédiaire comprend en outre une première biellette configurée pour entraîner la première porte entre la première configuration et la deuxième configuration.
le carter intermédiaire comprend en outre une deuxième biellette configurée pour articuler la deuxième porte sur la première porte.
la deuxième porte est actionnée par l’intermédiaire de la première porte de sorte que le déplacement de la première porte entre la première et la deuxième configuration a pour effet de déplacer la deuxième porte entre lesdites configurations.
le carter intermédiaire comprend en outre un mécanisme d’actionnement de la vanne de décharge, de manière à ce que la vanne de décharge présente une pluralité de configurations discrètes, ou un continuum de configurations entre la première configuration et la deuxième configuration.
- la première porte présente un ou plusieurs éléments d’étanchéité configurés pour venir en contact, lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration, avec d’une part la virole annulaire au niveau d’une extrémité amont de l’orifice de passage et d’autre part avec la partie de la deuxième porte qui est en contact avec la première porte, et dans lequel la deuxième porte présente un élément d’étanchéité configuré pour être en contact avec la virole annulaire au niveau d’une extrémité aval de l’orifice de passage.
- le carter intermédiaire comprend en outre une charnière fixée sur le carter intermédiaire en amont de l’orifice de passage, et des moyens supplémentaires de fixation de la charnière sur le carter intermédiaire en aval de l’orifice de passage.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un carter intermédiaire de turbomachine comprenant plusieurs vannes de décharge selon le premier aspect.
PRESENTATION DES FIGURES
D’autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, donnée à titre d’exemple non limitatif, qui sera illustrée par les figures suivantes :
[Fig. 1a]
La figure 1a, déjà commentée, est un schéma représentant une vanne de décharge pour carter intermédiaire de turbomachine selon l’art antérieur, en position fermée.
[Fig. 1b]
La figure 1b, déjà commentée, est un schéma représentant une vanne de décharge pour carter intermédiaire de turbomachine selon l’art antérieur, en position ouverte.
[Fig.2a]
La figure 2a est un schéma représentant un carter intermédiaire de turbomachine selon un mode de réalisation de l’invention, le carter intermédiaire étant dans une première configuration.
[Fig.2b]
La figure 2b est un schéma représentant un carter intermédiaire de turbomachine selon un mode de réalisation de l’invention, le carter intermédiaire étant dans une deuxième configuration.
[Fig. 3]
La figure 3 est un schéma représentant un carter intermédiaire de turbomachine selon un mode de réalisation de l’invention, ainsi qu’une vanne de décharge selon l’art antérieur.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION
Notions préliminaires
Dans la présente demande, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du gaz dans la soufflante à travers la turbomachine, c’est-à-dire par rapport au sens d’écoulement d’un flux primaire et d’un flux secondaire dans la turbomachine lorsque celle-ci est en fonctionnement nominal.
L'axe de symétrie centrale de la turbomachine est appelé axe longitudinal. La direction longitudinale correspond à la direction de l'axe longitudinal, une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe et passant par lui, et une direction transversale est une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal et ne passant pas par lui. Sauf précision contraire, les termes interne et externe, respectivement, sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne d’un élément est plus proche de l'axe longitudinal que la partie ou la face externe du même élément.
Carter intermédiaire de turbomachine
Un carter intermédiaire 1 de turbomachine, illustré à titre d’exemple non limitatif en figures 2a et 2b, est destiné à être positionné entre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression de la turbomachine, dans un espace situé entre une veine annulaire d’écoulement du flux primaire dans la turbomachine, dite veine d’écoulement primaire 2, et une veine annulaire d’écoulement du flux secondaire dans la turbomachine, dite veine d’écoulement secondaire.
Le carter intermédiaire comprend une virole annulaire 3 configurée pour délimiter extérieurement la veine d’écoulement primaire 2.
Un orifice de passage 4 est formé dans la virole annulaire 3. L’orifice de passage 4 peut présenter une forme sensiblement circulaire, ou tout autre forme susceptible d’autoriser son obturation ou son ouverture.
L’orifice de passage 4 débouche d’une part dans la veine d’écoulement primaire 2 et d’autre part dans un passage de décharge 5. Le passage de décharge 5 est un espace situé de préférence entre la veine d’écoulement primaire 2 et la veine d’écoulement secondaire, au niveau du carter intermédiaire 1. Le passage de décharge 5 peut également comprendre un conduit d’évacuation permettant d’évacuer un flux prélevé dans la veine d’écoulement primaire 2 vers la veine d’écoulement secondaire.
Le carter intermédiaire comprend en outre une vanne de décharge. La vanne de décharge comprend une première porte 10 et une deuxième porte 20. Les première et deuxième portes 10, 20 sont mobiles entre :
- une première configuration de la vanne de décharge (aussi appelée configuration fermée), dans laquelle les première et deuxième portes 10, 20 sont en contact l’une avec l’autre et affleurent la virole annulaire 3 au niveau de l’orifice de passage 4, les première et deuxième portes 10, 20 obturant alors le passage de décharge 5, et
- une deuxième configuration de la vanne de décharge (aussi appelée configuration ouverte), dans laquelle la première porte 10 est située en retrait dans le passage de décharge 5 et la deuxième porte 20 comprend une partie faisant saillie dans la veine d’écoulement primaire 2, la première porte 10 et la deuxième porte 20 formant alors un conduit apte à prélever un flux circulant dans la veine d’écoulement primaire 2 et à le guider hors de la veine d’écoulement primaire 2 dans le passage de décharge 5.
Une telle vanne de décharge présentant ces première et deuxième configurations permet de réguler le débit d’air en entrée du compresseur haute pression, donc de diminuer les risques de pompage du compresseur basse pression de la turbomachine.
La vanne de décharge ainsi configurée est semi-écopante.
La première porte 10 est non écopante. Lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration, la première porte 10 présente une position radialement aussi externe qu’un prolongement de la virole annulaire 3 au niveau de l’orifice de passage 4. Lorsque la vanne de décharge est dans la deuxième configuration, la première porte 10 est située en retrait dans le passage de décharge 5, la première porte 10 présentant en tout point une position radialement plus externe que celle de la virole annulaire 3. Ainsi, la première porte 10 ne fait jamais saillie dans la veine d’écoulement primaire 2.
La deuxième porte 20 est écopante. Lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration, la deuxième porte 20 fait en partie saillie dans la veine d’écoulement primaire 2, une partie de la deuxième porte 20 présentant alors une position radialement plus interne que celle de la virole annulaire 3.
Dans la première configuration, les première et deuxième portes 10, 20 prolongent la virole annulaire 3 au niveau de l’orifice de passage 4. Une telle configuration permet de réduire les perturbations aérodynamiques de l’écoulement du flux primaire dues à la présence de la vanne de décharge en l’absence de prélèvement d’air dans le flux primaire.
Dans la deuxième configuration, les première et deuxième portes 10, 20 forment un conduit d’évacuation du flux primaire hors de la veine d’écoulement primaire 2. Une telle configuration permet de prélever une certaine quantité de flux primaire et de la guider hors de la veine d’écoulement primaire 2. Par ailleurs, l’agencement des première et deuxième portes 10, 20 en un conduit d’évacuation permet aux corps étrangers, tels que la grêle ou les débris, circulant dans la veine d’écoulement primaire 2, de heurter le conduit d’évacuation, au lieu de heurter directement le carter intermédiaire 1 en aval de l’orifice de passage 4. Par conséquent, la grêle peut être évacuée de façon performante indépendamment de la géométrie du carter intermédiaire 1 en aval de l’orifice de passage 4. Ainsi, le risque d’accumulation de grêle sur une paroi sensiblement verticale 42 à proximité de la vanne de décharge jusqu’à une potentielle obstruction du passage de décharge 5, la grêle s’accumulant alors sous les première et deuxième portes 10, 20, est limité. Les risques de blocage de la vanne dans une configuration donnée ou de détachement de blocs de glace dans le flux primaire lors de la fermeture des première et deuxième portes 10, 20, donc d’endommagement des aubes du compresseur haute pression et de panne moteur, sont donc réduits grâce à cette disposition de vanne de décharge.
Le carter intermédiaire 1 peut également comprendre une virole annulaire externe configurée pour délimiter intérieurement la veine d’écoulement secondaire. Un orifice de sortie d’air peut être formé dans la virole annulaire externe et déboucher dans la veine d’écoulement secondaire.
Ainsi, le flux d’air et de corps étrangers prélevé dans la veine d’écoulement primaire 2 lorsque la vanne de décharge est dans la deuxième configuration peut traverser l’orifice de passage 4, le passage de décharge 5 et l’orifice de sortie d’air et être évacué vers la veine d’écoulement secondaire.
La première porte 10 de la vanne de décharge peut présenter des dimensions et des formes sensiblement complémentaires de celles de l’orifice de passage d’air 4. Notamment, les dimensions et les formes de la première porte 10 peuvent être adaptées pour obturer une première partie de l’orifice de passage 4 lorsque la vanne de décharge est dans la configuration fermée.
La deuxième porte 20 de la vanne de décharge peut présenter des dimensions et des formes sensiblement complémentaires de celles de l’orifice de passage 4. Notamment, les dimensions et les formes de la deuxième porte 20 peuvent être adaptées pour obturer une deuxième partie de l’orifice de passage 4 lorsque la vanne de décharge est dans la configuration fermée.
Les première et deuxième parties de l’orifice de passage 4 peuvent constituer ensemble la totalité de l’orifice de passage 4. Ainsi, les première et deuxième portes 10, 20 obturent la totalité de l’orifice de passage 4 lorsque la vanne est dans la configuration fermée, sans permettre aucune fuite d’air hors de la veine d’écoulement primaire 2.
La première porte 10 peut présenter une surface interne comprenant une première surface d’étanchéité 11a, une surface de prolongement 11b et une deuxième surface d’étanchéité 11c. De préférence, lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration, la première surface d’étanchéité 11a réalise l’étanchéité avec le carter intermédiaire 1, la surface de prolongement 11b s’étend dans le prolongement de la virole annulaire 3 et la deuxième surface d’étanchéité 11c réalise l’étanchéité avec la deuxième porte 20. La surface de prolongement 11b de la première porte 10 peut être sensiblement courbe, et présenter un rayon de courbure de surface de prolongement 11b. La surface interne de la première porte 10 peut présenter une convexité tournée vers l’axe longitudinal lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration.
La deuxième porte 20 peut présenter une surface de prolongement 21 s’étendant dans le prolongement de la virole annulaire 3 lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration. Dans la deuxième configuration de la vanne de décharge, la partie de la deuxième porte 20 faisant saillie dans la veine d’écoulement primaire 2 peut être située à proximité de la surface de prolongement 21, voire correspondre avec celle-ci. La deuxième porte 20 peut présenter en outre une surface d’écope 22 opposée à la surface de prolongement 21. La surface d’écope 22 peut être sensiblement courbe, et présenter un rayon de courbure de surface d’écope 22. La surface d’écope 22 peut présenter une convexité tournée vers l’axe longitudinal lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration.
Les dimensions et les formes de la première porte 10 et de la deuxième porte 20 peuvent être sensiblement complémentaires l’une de l’autre, et peuvent être choisies de manière à prolonger la virole annulaire 3 de manière sensiblement continue lorsque la vanne de décharge est dans la configuration fermée. Les rayons de courbure de la surface de prolongement 11b de la première porte 10 et de la surface d’écope 22 de la deuxième porte 20 peuvent être sensiblement similaires. Ainsi, lorsque la vanne est dans la configuration ouverte, les première et deuxième portes 10, 20 forment un conduit d’évacuation dont les parois sont sensiblement parallèles, ce qui améliore l’efficacité aérodynamique du flux d’air et de corps étrangers y circulant, et donc l’efficacité de leur évacuation hors de la veine d’écoulement primaire 2.
De préférence, la deuxième porte 20 est située en aval de la première porte 10, la première porte 20 et la deuxième porte 20 délimitant le conduit apte à prélever le flux circulant dans la veine d’écoulement primaire 2 et à le guider hors de la veine d’écoulement primaire 2 dans le passage de décharge 5. Ainsi, lorsque la vanne de décharge est dans la deuxième configuration, la première porte 10 est située en retrait dans le passage de décharge 5 et la deuxième porte 20 comprend une partie faisant saillie dans la veine d’écoulement primaire 2. Le conduit ainsi formé permet une évacuation optimale du flux d’air circulant de l’amont vers l’aval de la veine d’écoulement primaire 2. Plus particulièrement, la première porte 10 peut être située en amont de l’orifice de passage 4 et la deuxième porte 20 peut être située en aval de l’orifice de passage 4. Lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration, la première porte 10 peut obturer une partie amont de l’orifice de passage 4 et la deuxième porte 20 peut obturer une partie aval de l’orifice de passage 4, les parties amont et aval de l’orifice de passage 4 constituant ensemble la totalité de l’orifice de passage 4.
Les dimensions des première et deuxième portes 10, 20 peuvent être telles que dans la première configuration de la vanne de décharge, une extrémité aval de la première porte 10 est en contact avec une extrémité amont de la deuxième porte 20 au niveau d’une zone de contact entre la première porte 10 et la deuxième porte 20. Plus précisément, l’extrémité aval de la première porte 10 peut être située en une position radialement plus externe que l’extrémité amont de la deuxième porte 20, et être compressée sur cette dernière. L’extrémité aval de la première porte 10 peut présenter des formes et des dimensions complémentaires de celles de l’extrémité amont de la deuxième porte 20 au niveau de la zone de contact, afin d’assurer une étanchéité optimale.
En variante, les première et deuxième portes 10, 20 peuvent présenter des formes et des dimensions différentes l’une de l’autre, des rayons de courbure différents, être plates et non courbes, ou présenter toute autre géométrie envisageable. La zone de contact peut présenter des dimensions réduites ou étendues, les formes et dimensions de la première et de la deuxième porte 20 au niveau de la zone de contact peuvent être complémentaires ou non.
La première porte 10 peut présenter en outre un ou plusieurs éléments d’étanchéité 15a, 15b, illustrés de manière schématique en figure 2a. Les éléments d’étanchéité 15a, 15b peuvent être présents sur toute la périphérie de la première porte 10. Les éléments d’étanchéité 15a, 15b sont configurés pour venir en contact, lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration, avec d’une part la virole annulaire 3 au niveau d’un bord amont de l’orifice de passage 4 et avec d’autre part l’extrémité amont de la deuxième porte 20 au niveau de la zone de contact entre les première et deuxième portes 10, 20. Notamment l’élément d’étanchéité 15a peut assurer l’étanchéité entre la virole annulaire 3 et la première surface d’étanchéité 11a de la première porte 10, et l’élément d’étanchéité 15b peut assurer l’étanchéité entre une extrémité amont de la surface d’écope 22 de la deuxième porte 20 et une extrémité aval de la deuxième surface d’étanchéité 11c de la première porte 10. Ainsi, lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration, l’élément d’étanchéité 15a est comprimé entre la virole annulaire 3 et la première surface d’étanchéité 11a de la première porte 10, et l’élément d’étanchéité 15b est comprimé entre la surface d’écope 22 de la deuxième porte 20 et la deuxième surface d’étanchéité 11c de la première porte 10.
La deuxième porte 20 peut présenter en outre un élément d’étanchéité 25, illustré de manière schématique en figure 2a. L’élément d’étanchéité 25 est configuré pour être en contact avec la virole annulaire 3 au niveau d’un bord aval de l’orifice de passage 4 lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration, l’élément d’étanchéité 25 étant alors comprimé sur la virole annulaire 3 au niveau du bord aval de l’orifice de passage 4. Le mouvement relatif entre la deuxième porte 20 et le carter intermédiaire 1 au niveau de l’élément d’étanchéité 25 lorsque la vanne de décharge passe d’une configuration à l’autre peut être relativement faible. L’élément d’étanchéité 25 peut rester en contact avec la vanne de décharge quelle que soit sa configuration.
Les éléments d’étanchéité 15a, 15b, 25 permettent de réaliser l’étanchéité des première et deuxième portes 10, 20 sans avoir à modifier le carter intermédiaire 1. Notamment, l’étanchéité est réalisée hors de la veine d’écoulement primaire 2, directement sur les première et deuxième portes 10, 20 de la vanne de décharge. Le carter intermédiaire comprenant une telle vanne de décharge est donc adapté à l’environnement déjà existant du carter intermédiaire 1 et peut être intégré sans nécessiter de modifications lourdes, telles que des modifications de fonderie.
Le carter intermédiaire peut également comprendre un premier pivot 23 situé en amont de l’orifice de passage 4. La première porte 10 est articulée sur le carter intermédiaire 1 par le biais du premier pivot 23. La première porte 10 est alors montée pivotante autour d’un pivot d’axe Ri. Ainsi, la première porte 10 passe d’une position affleurant l’orifice de passage 4 lorsque la vanne est dans la première configuration à une position en retrait dans le passage de décharge 5 lorsque la vanne est dans la deuxième configuration, par une rotation autour de l’axe Ri. L’axe Ri est de préférence orienté selon la direction transversale et passe par le centre du pivot de la première porte 10.
Le carter intermédiaire peut également comprendre un deuxième pivot 24 situé en aval de l’orifice de passage 4. La deuxième porte 20 est articulée sur le carter intermédiaire 1 par le biais du deuxième pivot 24. La deuxième porte 20 est alors montée pivotante autour d’un pivot d’axe R2. Ainsi, la deuxième porte 20 passe d’une position affleurant l’orifice de passage 4 lorsque la vanne est dans la première configuration à une position faisant saillie dans la veine d’écoulement primaire 2 lorsque la vanne est dans la deuxième configuration, par une rotation autour de l’axe R2. L’axe R2 est de préférence orienté selon la direction transversale et passe par le centre du pivot de la deuxième porte 20.
De préférence, les axes Ri et R2 ont la même direction. En variante, les axes Ri et R2 peuvent être orientés selon une direction différente de la direction transversale, et/ou présenter des directions différentes entre eux.
Le carter intermédiaire peut comprendre en outre un flasque aval 40 situé en aval de l’orifice de passage 4. Le flasque aval 40 peut présenter une paroi aval 41 s’étendant vers l’aval depuis le bord aval de l’orifice de passage 4. La paroi aval 41 du flasque aval 40 peut être sensiblement courbe et présenter un rayon de courbure de paroi aval 41. La paroi aval 41 peut connecter la virole annulaire 3 à une paroi sensiblement verticale 42 du flasque aval 40, située en aval de la paroi aval 41.
Ainsi qu’illustré en figure 3, pour une vanne de décharge ne comportant qu’une seule porte 100, lorsque la vanne est dans la configuration ouverte, les corps étrangers (tels que les débris et la grêle) évacués hors de la veine d’écoulement primaire 2 heurtent le flasque aval 40 au niveau de sa paroi aval 41 en un point d’impact h. Pour une vanne de décharge selon l’un des modes de réalisation décrits ci-dessus, lorsque la vanne de décharge est dans la configuration ouverte, les première et deuxième portes 10, 20 forment un conduit d’évacuation du flux primaire. Les corps évacués hors de la veine d’écoulement primaire 2 heurtent la surface d’écope 22 de la deuxième porte 20 en un point d’impact Iz.
On appelle G une direction d’une trajectoire des corps étrangers dans la veine d’écoulement primaire 2, la trajectoire des corps étant sensiblement rectiligne depuis l’amont vers l’aval de la veine d’écoulement primaire 2.
On appelle ai un angle entre une tangente à la paroi aval 41 du flasque aval 40 au point d’impact h et la direction G. On appelle ai un angle entre une tangente à la surface d’écope 22 de la deuxième porte 20 au point d’impact I? et la direction G.
De préférence, le rayon de courbure de la paroi aval 41 est plus faible que le rayon de courbure de la surface d’écope 22 de la deuxième porte 20.
De préférence, lorsqu’un flux est prélevé hors de la veine d’écoulement primaire 2, la relation suivante est vérifiée :
[Math.1] «i < «2
Ainsi, l’angle entre la tangente à la surface au point d’impact h, Iz des corps et la direction G de la trajectoire des corps est de préférence plus faible pour une vanne de décharge comportant deux portes 10, 20 que pour une vanne de décharge ne comportant qu’une seule porte 100.
Dans le cas où les corps étrangers consistent en de la grêle, la direction G est la direction de la trajectoire de la grêle. Un ensemble comprenant une vanne de décharge selon l’un des modes de réalisation décrits ci-dessus permet d’évacuer la grêle hors de la veine d’écoulement primaire 2 sans qu’elle rencontre de point d’arrêt. La grêle est donc moins susceptible de s’accumuler sur la surface d’écope 22 d’une telle vanne de décharge, qu’elle ne l’était de s’accumuler sur la paroi aval 41 du flasque aval 40 pour une vanne de décharge ne comportant qu’une seule porte 100.
Par ailleurs, le point d’impact Iz est situé en une position plus amont que le point d’impact h. Par conséquent, la longueur curviligne du conduit d’évacuation d’une vanne de décharge selon l’un des modes de réalisation décrits ci-dessus peut être supérieure à celle de la paroi aval 41 du flasque aval 40. La grêle est donc guidée plus efficacement, en limitant les risques d’accumulation.
Une section de passage derrière le point d’impact h, b des corps peut être définie par une dimension du passage de décharge 5 au niveau du point d’impact h, b, dans la direction perpendiculaire à la tangente au point d’impact h, b.
La section de passage Si d’une vanne de décharge comportant une seule porte 100 non écopante est limitée par l’extrémité aval de la porte 100 (voir figure 3). En effet, la porte 100 devant obturer l’intégralité de l’orifice de passage 4 lorsque la vanne est dans la configuration ouverte, les dimensions de la porte 100 sont importantes et son extrémité aval s’étend à faible distance du point d’impact h des corps sur le flasque aval 40 lorsque la vanne est dans la configuration ouverte.
A l’inverse, dans le cas d’une vanne de décharge telle qu’illustrée en figures 2a et 2b, l’obturation de l’orifice de passage 4 dans la première configuration est réalisée à la fois par la première porte 10 et par la deuxième porte 20. Ainsi, les dimensions des première et deuxième portes 10, 20 sont moins importantes, et la perpendiculaire à la tangente au point d’impact b des corps ne rencontre pas la première porte 10. Par conséquent, la section de passage S2 d’une telle vanne est largement augmentée par rapport à la section de passage d’une vanne comportant une seule porte 100. Une telle section de passage permet ainsi de décharger suffisamment le compresseur basse pression, et d’améliorer l’évacuation des débris (grêle, pluie, etc.) en diminuant largement les risques d’obstruction de la section de passage S2 par les corps, en particulier par la grêle.
Le carter intermédiaire peut comprendre en outre une première biellette 31. La première biellette 31 est configurée pour entraîner la première porte 10 entre la première configuration et la deuxième configuration de la vanne de décharge. La première biellette 31 peut consister en une tige rigide articulée comprenant une deuxième extrémité reliée à la première porte 10. La première biellette 31 peut permettre de régler l’alignement de la première porte 10 sur le carter intermédiaire 1 lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration. En effet, la position de la première biellette 31 contrôle la rotation de la première porte 10 autour de l’axe Ri.
Le carter intermédiaire peut comprendre en outre une deuxième biellette 32. La deuxième biellette 32 est configurée pour articuler la deuxième porte 20 sur la première porte 10. La deuxième biellette 32 peut consister en une tige rigide articulée. La deuxième biellette 32 peut comprendre une première extrémité reliée à la première porte 10 et une deuxième extrémité reliée à la deuxième porte 20. La deuxième biellette 32 peut permettre de régler l’alignement de la deuxième porte 20 avec la première porte 10 dans les première et deuxième configurations de la vanne de décharge. En effet, la position de la deuxième biellette 32 contrôle la rotation de la deuxième porte 20 autour de l’axe R?.
De préférence, la deuxième porte 20 est actionnée par l’intermédiaire de la première porte 10 de sorte que le déplacement de la première porte 10 entre la première et la deuxième configuration de vanne a pour effet de déplacer la deuxième porte 20 entre lesdites configurations.
En d’autres termes, lorsque la première biellette 31 entraîne la première porte 10 dans une position où la première porte 10 affleure la virole annulaire 3 au niveau de l’orifice de passage 4, la deuxième biellette 32 entraîne la deuxième porte 20 dans une position où elle est en contact avec la première porte 10 et affleure la virole annulaire 3 au niveau de l’orifice de passage 4, la vanne de décharge étant alors dans la première configuration. De même, lorsque la première biellette 31 entraîne la première porte 10 en retrait par rapport à la virole annulaire 3, la deuxième biellette 32 entraîne une partie de la deuxième porte 20 en saillie dans la veine d’écoulement primaire 2, la vanne de décharge étant alors dans la deuxième configuration.
Le carter intermédiaire peut comprendre en outre un mécanisme d’actionnement de la vanne de décharge, de manière à ce que la vanne de décharge présente une pluralité de configurations discrètes, ou un continuum de configurations entre la première configuration, dans laquelle les première et deuxième portes 10, 20 obturent totalement l’orifice de passage 4, et la deuxième configuration, dans laquelle le conduit d’évacuation du flux primaire hors de la veine d’écoulement primaire 2 formé par les première et deuxième portes 10, 20 présente des dimensions maximales.
Plus la configuration de la vanne est proche de la deuxième configuration, plus les dimensions du conduit d’évacuation formé par les première et deuxième portes 10, 20 augmentent, et plus l’angle ai entre la tangente à la surface d’écope 22 de la deuxième porte 20 au point d’impact L des corps et la direction G de trajectoire des corps augmente.
La configuration de la vanne de décharge peut donc être optimisée en fonction de la quantité de flux primaire à prélever et/ou de la quantité de corps étrangers à évacuer.
Le carter intermédiaire peut en outre comprendre une charnière 33 fixée sur le carter intermédiaire 1 en amont de l’orifice de passage 4, et des moyens supplémentaires 34 de fixation de la charnière 33 sur le carter intermédiaire 1 en aval de l’orifice de passage 4. Les moyens supplémentaires 34 de fixation peuvent comprendre par exemple une ou plusieurs tiges rigides, de préférence deux tiges rigides. Chaque tige peut être fixée en une première extrémité à la charnière 33 en amont de l’orifice de passage 4 et en une deuxième extrémité au carter intermédiaire 1 en aval de l’orifice de passage
4. Ces moyens supplémentaires 34 de fixation s’ajoutent aux moyens de fixation déjà existants de la charnière 33 sur le carter intermédiaire 1 en amont de l’orifice de passage 4. Ils permettent de maintenir la charnière 33 au contact du carter intermédiaire 1 et en position par rapport au carter intermédiaire 1.
Le carter intermédiaire peut comprendre en outre un vérin 36 et un guignol de commande 35.
La position du vérin 36 peut être contrôlée par le mécanisme d’actionnement.
Le guignol de commande 35 peut présenter trois points de pivot. Un premier point de pivot peut être relié au vérin 36. Un deuxième point de pivot peut être relié à une première extrémité de la première biellette 31. Un troisième point de pivot peut être un point fixe de rotation autour de la charnière 33, et ainsi constituer le point d’accroche du guignol 35 au carter intermédiaire 1. L’axe de rotation du troisième point de pivot est de préférence orienté selon la direction radiale. Ainsi, le troisième point de pivot du guignol de commande 35 permet de transmettre à la première biellette 31 une force appliquée par le vérin 36 sur le premier point de pivot par l’intermédiaire du deuxième point de pivot.
De préférence, la première biellette 31, la deuxième biellette 32, le vérin 36 et le guignol de commande 35 sont situés à l’intérieur du passage de décharge 5.
Des jeux suffisants sont ménagés entre les différentes pièces de le carter intermédiaire comprenant la virole annulaire 3, la vanne de décharge et son mécanisme d’actionnement, afin de permettre à la vanne de décharge d’être actionnée entre la première configuration et la deuxième configuration sans risquer de bloquer le mécanisme.
Le carter intermédiaire selon l’un des modes de réalisation décrits cidessus conserve un encombrement limité.
Le carter intermédiaire 1 peut comprendre plusieurs orifices de passage d’air 4 et plusieurs vannes de décharge selon l’un des modes de réalisation décrits ci-dessus. Les vannes de décharge peuvent être réparties de manière concentrique autour de l’axe longitudinal du carter intermédiaire 1. Les vannes de décharge peuvent être actionnées de façon synchrone ou indépendante entre leur première configuration et leur deuxième configuration.
Cinématique du carter intermédiaire
La cinématique d’ouverture d’une vanne de décharge initialement située dans la première configuration est la suivante, illustré à titre d’exemple non limitatif en figure 2b.
Initialement, les première et deuxième portes 10, 20 sont en contact l’une avec l’autre et affleurent la virole annulaire 3 au niveau de l’orifice de passage 4.
Le mécanisme d’actionnement applique au vérin 36 une force mécanique qui a pour effet de déplacer le vérin 36 (étape A).
Le vérin 36 entraîne en déplacement le premier point de pivot du guignol de commande 35, ce qui provoque une rotation du guignol 35 autour de son troisième point de pivot (étape B) et un déplacement de son deuxième point de pivot.
Le déplacement du deuxième point de pivot du guignol de commande 35 se transmet à la première biellette 31.
Le déplacement de la première biellette 31 entraîne la première porte 10 en rotation autour de l’axe Ri (étape C), vers une position où la première porte 10 est située en retrait dans le passage de décharge 5.
La rotation de la première porte 10 entraîne le déplacement de la deuxième biellette 32.
La deuxième biellette 32 entraîne la deuxième porte 20 en rotation autour de l’axe R? (étape D), vers une position où une partie de la deuxième porte 20 fait saillie dans la veine d’écoulement primaire 2.
Au terme de l’actionnement du mécanisme, la première porte 10 et la deuxième porte 20 sont positionnées de sorte à ce que la vanne de décharge soit dans la deuxième configuration.
La cinématique d’ouverture de la vanne est conçue pour permettre une ouverture progressive des première et deuxième portes 10, 20, afin de pouvoir réguler finement la quantité de flux primaire évacué.
La cinématique de fermeture d’une vanne de décharge initialement située dans la deuxième configuration peut comprendre les mêmes étapes que la cinématique d’ouverture. Le mécanisme d’actionnement transmet alors au vérin 36 une force mécanique de direction opposée à la force mécanique transmise pour ouvrir la vanne de décharge.
L’ordre des étapes de la cinématique d’actionnement de la vanne de décharge n’est pas limitatif. Le mécanisme d’actionnement pourrait en variante actionner directement la première biellette 31 et/ou la deuxième biellette 32, et les éléments être articulés différemment les uns sur les autres.
D’autres modes de réalisation peuvent être envisagés et une personne du métier peut facilement modifier les modes ou exemples de réalisation exposés ci-dessus ou en envisager d’autres tout en restant dans la portée de l’invention.
Claims (10)
- Revendications1. Carter intermédiaire (1) de turbomachine, comprenant une virole annulaire (3) configurée pour délimiter extérieurement une veine d’écoulement d’un flux primaire (2) dans la turbomachine, un orifice de passage (4) étant formé dans la virole annulaire (3) et débouchant d’une part dans la veine d’écoulement primaire (2) et d’autre part dans un passage de décharge (5), le carter intermédiaire étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre une vanne de décharge comprenant une première porte (10) et une deuxième porte (20), les première et deuxième portes (10, 20) étant mobiles entre :- une première configuration de la vanne de décharge, dans laquelle les première et deuxième portes (10, 20) sont en contact l’une avec l’autre et affleurent la virole annulaire (3) au niveau de l’orifice de passage (4), les première et deuxième portes (10, 20) obturant alors le passage de décharge (5), et- une deuxième configuration de la vanne de décharge, dans laquelle la première porte (10) est située en retrait dans le passage de décharge (5) et la deuxième porte (20) comprend une partie faisant saillie dans la veine d’écoulement primaire (2), la première porte (10) et la deuxième porte (20) formant alors un conduit apte à prélever un flux circulant dans la veine d’écoulement primaire (2) et à le guider hors de la veine d’écoulement primaire (2) dans le passage de décharge (5).
- 2. Carter intermédiaire (1) selon la revendication 1, dans lequel la deuxième porte (20) est située en aval de la première porte (10), la première porte (20) et la deuxième porte (20) délimitant le conduit apte à prélever le flux circulant dans la veine d’écoulement primaire (2) et à le guider hors de la veine d’écoulement primaire (2) dans le passage de décharge (5),
- 3. Carter intermédiaire (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, comprenant en outre un premier pivot (23) situé en amont de l’orifice de passage (4) et un deuxième pivot (24) situé en aval de l’orifice de passage (4), dans lequel la première porte (10) est articulée sur le carter intermédiaire (1 ) par le biais du premier pivot (23) et la deuxième porte (20) est articulée sur le carter intermédiaire (1) par le biais du deuxième pivot (24).
- 4. Carter intermédiaire (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un flasque aval (40) présentant une paroi aval (41 ) s’étendant vers l’aval depuis un bord aval de l’orifice de passage (4), ladite paroi aval présentant un rayon de courbure de paroi aval (41), dans lequel la deuxième porte (20) présente une surface de prolongement (21 ) s’étendant dans le prolongement de la virole annulaire (3) lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration, et une surface d’écope (22) opposée à la surface de prolongement (21), ladite surface d’écope (22) étant sensiblement courbe et présentant un rayon de courbure de surface d’écope (22), le rayon de courbure de paroi aval (41) étant plus faible que le rayon de courbure de surface d’écope (22).
- 5. Carter intermédiaire (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre une première biellette (31) configurée pour entraîner la première porte (10) entre la première configuration et la deuxième configuration.
- 6. Carter intermédiaire (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre une deuxième biellette (32) configurée pour articuler la deuxième porte (20) sur la première porte (10).
- 7. Carter intermédiaire (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la deuxième porte (20) est actionnée par l’intermédiaire de la première porte (10) de sorte que le déplacement de la première porte (10) entre la première et la deuxième configuration a pour effet de déplacer la deuxième porte (20) entre lesdites configurations.
- 8. Carter intermédiaire (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un mécanisme d’actionnement de la vanne de décharge, de manière à ce que la vanne de décharge présente une pluralité de configurations discrètes, ou un continuum de configurations entre la première configuration et la deuxième configuration.
- 9. Carter intermédiaire (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première porte (10) présente un ou plusieurs éléments d’étanchéité (15a, 15b) configurés pour venir en contact, lorsque la vanne de décharge est dans la première configuration, avec d’une part la virole annulaire (3) au niveau d’une extrémité amont de l’orifice de passage (4) et d’autre part avec la partie de la deuxième porte (20) qui est en contact avec la première porte (10), et dans lequel la deuxième porte (20) présente un élément d’étanchéité (25) configuré pour être en contact avec la virole annulaire (3) au niveau d’une extrémité aval de l’orifice de passage (4).
- 10. Carter intermédiaire (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre une charnière (33) fixée sur le carter intermédiaire (1) en amont de l’orifice de passage (4), et des moyens supplémentaires (34) de fixation de la charnière (33) sur le carter intermédiaire (1 ) en aval de l’orifice de passage (4).
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR2659690A1 (fr) * | 1990-03-19 | 1991-09-20 | Gen Electric | Procede et dispositif pour expulser des matieres depuis la voie de l'ecoulement de cóoeur dans la voie d'ecoulement de derivation d'un moteur. |
| EP2060746A1 (fr) | 2007-11-13 | 2009-05-20 | Snecma | Vanne de décharge dans une turbomachine |
| FR2961251A1 (fr) | 2010-06-15 | 2011-12-16 | Snecma | Moyeu de carter intermediaire pour turboreacteur d'aeronef comprenant des moyens d'evacuation de debris ameliores |
| FR2983911A1 (fr) * | 2011-12-08 | 2013-06-14 | Snecma | Portes de decharge du compresseur a basse pression d'un moteur a turbine a gaz. |
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2018
- 2018-11-16 FR FR1871561A patent/FR3088673B1/fr active Active
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