FR3095230A1 - Dispositif de degivrage - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un bec (1) de séparation entre un flux primaire et un flux secondaire d’une turbomachine à double flux. Le bec (1) comprend une paroi annulaire extérieure (12), une paroi annulaire intérieure (13), une paroi annulaire radiale (14) et un déflecteur annulaire interne (16), définissant une première cavité (17) entre la paroi annulaire extérieure (12) et le déflecteur annulaire interne (16), et une deuxième cavité (18) entre la paroi annulaire intérieure (13), la paroi annulaire radiale (14) et le déflecteur annulaire interne (16). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

DISPOSITIF DE DEGIVRAGE
DOMAINE DE L'INVENTION ET ETAT DE LA TECHNIQUE
La présente invention concerne, le domaine des turbomachines et plus particulièrement, un système de dégivrage d’un bec de séparation de turbomachine aéronautique.
Dans une turbomachine aéronautique du type à double corps et double flux, les veines d'écoulement du flux primaire et du flux secondaire sont séparées en aval de la soufflante par un bec de séparation. Au sein de la veine primaire, à l'entrée du compresseur basse pression (aussi couramment appelé « booster »), se trouvent un ensemble d'aubes directrices d'entrée fixes (aussi appelées IGV pour « Inlet Guide Vane »). Dans certaines phases de vol et au sol, des conditions atmosphériques givrantes peuvent être rencontrées par la turbomachine, notamment lorsque la température ambiante est suffisamment basse et en présence d'une humidité élevée. Dans ces conditions, de la glace peut se former sur le bec de séparation et les aubes directrices d'entrée. Lorsque ce phénomène se produit, il peut conduire à l'obstruction partielle ou totale de la veine primaire, et à l'ingestion de blocs de glace détachés dans la veine primaire. Une obstruction de la veine primaire entraîne une sous-alimentation de la chambre de combustion qui peut alors s'éteindre ou empêcher l'accélération du moteur. Dans le cas du détachement de blocs de glace, ces derniers peuvent endommager le compresseur situé à l'aval et conduire également à l'extinction de la chambre de combustion. Pour éviter la formation de glace sur le bec de séparation, on connait des techniques consistant à venir prélever de l'air chaud dans la veine primaire au niveau d'un compresseur et à l'injecter à l'intérieur du bec de séparation. L'air chaud injecté dans le bec de séparation peut ensuite cheminer dans le bec jusqu'à des perçages ou des rainures configurées pour injecter l'air chaud dans la veine primaire qui peut dégivrer également les aubes directrices d'entrée. Le débit d'air chaud nécessaire pour dégivrer le bec de séparation est important. Ce prélèvement d'air chaud peut réduire les performances et l'opérabilité de la turbomachine.
Il est apparu souhaitable de pouvoir augmenter l'efficacité du dégivrage du bec.
Une solution connue consiste à réduire le volume à l’intérieur du bec, de sorte à ainsi réduire les pertes de chaleur dans le bec. Il est ainsi connu d’ajouter un déflecteur annulaire dans la cavité du bec. Le déflecteur permet de réduire le volume de la cavité du bec et d’orienter l’air chaud vers les zones d’intérêt à dégivrer. Cependant, l’ajout d’un déflecteur (et de ses divers éléments d’accroche) alourdit le bec, ce qui se traduit par une augmentation de la consommation de la turbine en fonctionnement.
Il serait donc souhaitable de pouvoir augmenter l’efficacité du dégivrage du bec de séparation sans augmenter pour autant le prélèvement d'air chaud dans une partie pressurisée de la turbomachine, sans augmenter la masse du bec.
PRESENTATION GENERALE DE L’INVENTION
Selon un premier aspect, l’invention concerne un bec de séparation entre un flux primaire et un flux secondaire d’une turbomachine à double flux. Le bec présente une structure monobloc et comprend une paroi annulaire extérieure, une paroi annulaire intérieure, une paroi annulaire radiale et un déflecteur annulaire interne, définissant une première cavité entre la paroi annulaire extérieure et le déflecteur annulaire interne, et une deuxième cavité entre la paroi annulaire intérieure, la paroi annulaire radiale et le déflecteur annulaire interne.
D’une manière particulièrement avantageuse, le déflecteur permet de réduire le volume intérieur du bec dans lequel l’air chaud circule. Cette disposition permet donc de diminuer les pertes caloriques et ainsi de réduire le prélèvement d’air chaud. En outre, le déflecteur permet de guider l’air chaud dans le bec.
En sus, La structure monobloc permet de s’affranchir de nombreuses pièces de liaison et donc de réduire la masse du bec par rapport au dispositifs connus. En outre, l’ensemble mécaniquement cohérent que constitue la structure monobloc peut autoriser d’affiner l’ensemble des parois du bec et donc d’en diminuer encore la masse.
Ainsi, l’invention permet augmenter l’efficacité du dégivrage du bec de séparation sans augmenter pour autant le prélèvement d'air chaud dans une partie pressurisée de la turbomachine, sans augmenter la masse du bec.
La paroi annulaire extérieure peut présenter au niveau d’une région de jonction avec la paroi annulaire intérieure une série de trous radiaux.
Le bec peut présenter au moins une nervure axiale entre la paroi annulaire intérieure et le déflecteur annulaire interne.
Selon une disposition particulière, le bec peut présenter une pluralité de nervures axiales chacune coplanaire avec un axe de révolution du bec.
Le bec peut présenter au moins une nervure radiale entre la paroi annulaire radiale et le déflecteur annulaire interne.
Selon une disposition particulière, le bec peut présenter une pluralité de nervures radiales chacune coplanaire avec un axe de révolution du bec.
Le bec peut présenter au moins une alvéole ménagée au moins partiellement dans la paroi annulaire radiale.
La paroi annulaire radiale peut présenter un perçage débouchant dans l’au moins une alvéole.
La paroi annulaire radiale peut présenter au moins une ouverture oblongue adaptée pour accueillir une buse débouchant dans la deuxième cavité.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un redresseur pour une turbomachine aéronautique, qui présente une structure monobloc réalisée par fabrication additive, comprenant un bec présentant : (i) la structure monobloc comprenant une paroi annulaire extérieure, une paroi annulaire intérieure, une paroi annulaire radiale et un déflecteur annulaire interne, (ii) la première cavité entre la paroi annulaire extérieure et le déflecteur annulaire interne, (iii) la deuxième cavité entre la paroi annulaire intérieure, la paroi annulaire radiale et le déflecteur annulaire interne.
Selon une troisième aspect l’invention concerne un procédé de fabrication d’un redresseur d’une turbomachine aéronautique présentant une structure monobloc réalisée par fabrication additive et comprenant un bec présentant : (i) une structure monobloc comprenant une paroi annulaire extérieure, une paroi annulaire intérieure, une paroi annulaire radiale et un déflecteur annulaire interne, (ii) une première cavité entre la paroi annulaire extérieure et le déflecteur annulaire interne, (iii) une deuxième cavité entre la paroi annulaire intérieure, la paroi annulaire radiale et le déflecteur annulaire interne.
Le procédé peut comprendre une étape de fabrication du bec en commençant par la paroi annulaire radiale.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles :
la figure 1 est une vue en coupe partielle d’un bec et d’une aube de redresseur ;
la figure 2 est une vue en coupe d’un bec selon l’invention ;
la figure 3 est une vue en perspective partielle d’un bec et d’une aube de redresseur ;
la figure 4 est une vue en perspective partielle d’une paroi radiale annulaire.
Architecture générale
En référence aux figures 1 à 4, selon un premier aspect, l’invention concerne, un bec 1 de séparation de turbomachine aéronautique à double flux. Le bec 1 sépare comme expliqué le flux primaire du flux secondaire. Il est destiné à être positionné à l’aval d’une soufflante (représentée partiellement en coupe sur la figure 1) de la turbomachine pour former une séparation entre des canaux annulaires d’écoulement (i.e. des veines) du flux primaire et du flux secondaire issus de la soufflante.
Selon le mode de réalisation ici présenté le bec 1 fait partie intégrante d’un redresseur 10 du flux primaire. Le bec 1 et le redresseur 10 sont des pièces de révolution. On comprend ainsi que le bec 1 forme un élément sensiblement cylindrique à l’intérieur duquel passe le flux primaire, et à l’extérieur (autour) duquel passe le flux secondaire. Pour la suite de la description, on définit un axe de révolution X du redresseur 10 (et du bec 1), et un axe radial Z, sensiblement perpendiculaire à l’axe de révolution X, représentés sur les figures 1 et 2.
Selon une direction radiale Z progressant de l’intérieur (au plus près de l’axe de révolution X) vers l’extérieur (au plus loin de l’axe de révolution X), le redresseur 10 comprend successivement : une virole intérieure 101, des aubes 102 et le bec 1.
Bec
D’une manière particulièrement avantageuse, le bec 1 présente également une structure monobloc. Tel que cela sera décrit ci-après, le bec 1 est préférentiellement réalisé en fabrication additive.
Le bec 1 comprend une paroi annulaire extérieure 12, une paroi annulaire intérieure 13, une paroi annulaire radiale 14 et un déflecteur annulaire interne 16. En parcourant le bec 1 selon ladite direction radiale Z, on rencontre successivement la paroi intérieure 13, le déflecteur annulaire interne 16 et la paroi annulaire extérieure 12. Une section du bec 1 selon un plan XoZ (comme l’on voit sur les figures 1 et 2) présente sensiblement une forme de triangle rectangle dont les côtés sont la paroi annulaire extérieure 12, la paroi annulaire intérieure 13, et la paroi annulaire radiale 14, et dont la paroi annulaire extérieure 12 est l’hypoténuse.
La paroi annulaire intérieure 13 et la paroi annulaire extérieure 12 se rejoignent en allant vers l’amont (i.e. vers la soufflante) pour former le « bec » fonctionnellement parlant. On définit une région de jonction de la paroi annulaire extérieure 12 et de la paroi annulaire intérieure 13.
La paroi annulaire extérieure 12 est préférentiellement légèrement curviligne, en particulier bombée (convexe) de sorte à améliorer l’aérodynamique globale du bec 1.
Entre la paroi annulaire extérieure 12 et le déflecteur annulaire interne 16, le bec 1 présente une première cavité 17.
Entre la paroi annulaire intérieure 13, la paroi annulaire radiale 14 et le déflecteur annulaire interne 16, le bec 1 présente une deuxième cavité 18.
En d’autres termes, le bec 1 est sensiblement divisé en deux par le déflecteur annulaire interne 16, cela définissant les deux cavités 17, 18. On comprend en effet que le bec 1 est sensiblement creux (à l’exception d’une zone au voisinage de la paroi annulaire radiale 14, voir plus loin).
Le déflecteur annulaire interne 16 s’étend pour cela de la région de jonction de la paroi annulaire extérieure 12 et de la paroi annulaire intérieure 13 à une région de jonction la paroi annulaire extérieure 12 et de la paroi annulaire radiale 14. Il présente préférentiellement une forme coudée de sorte que la première cavité 17 occupe la majeure partie du volume du bec 1, la seconde cavité 18 suivant essentiellement la paroi annulaire radiale 14 puis la paroi annulaire intérieure 13. La seconde cavité présente une première partie 18a entre la paroi annulaire intérieure 13 et le déflecteur annulaire interne 16, et une seconde partie 18b entre la paroi annulaire radiale 14 et le déflecteur annulaire interne 16. Il est précisé que les deux parties 18a et 18b de la seconde cavité 18 communiquent entre elles et définissent un seul volume.
En référence notamment aux figures 2 et 3, la paroi annulaire intérieure 13 présente au niveau de la région de jonction de la paroi annulaire extérieure 12 et de la paroi annulaire intérieure 13 une série de trous 20, en particulier radiaux (i.e. débouchant en direction de l’axe longitudinal). Tel que cela sera décrit ci-après, les trous radiaux 20 permettent d’évacuer de manière optimale de l’air chaud insufflé dans la deuxième cavité 18 à l’extrémité de celle-ci, en particulier pour préchauffer l’air entrant au niveau des pales 102 dans la veine primaire, de manière à dégivrer le bec 1 et les pales 102.
En outre, d’une manière préférentielle, le bec 1 comprend une série de nervures axiales 22 entre la paroi annulaire intérieure 13 et le déflecteur annulaire interne 16, s’étendant dans la première partie 18a de la deuxième cavité 18. Il est précisé que les nervures axiales 22 sont chacune coplanaires avec l’axe de révolution X, i.e. selon le plan XoZ.
De même, le bec 1 comprend une série de nervures radiale 24 entre la paroi annulaire radiale 14 et le déflecteur annulaire interne 16, s’étendant dans la deuxième partie 18b de la deuxième cavité 18. Il est précisé que les nervures radiale 24 sont chacune coplanaires avec l’axe de révolution X, i.e. à nouveau selon le plan XoZ.
Ici par « axial » et « radial » on entend simplement leur direction principale d’extension.
En sus, chaque nervure axiale 22 peut être coplanaire avec une nervure radiale 24. On comprend que les nervures axiales et radiales 22, 24 définissent des cloisonnement azimutaux (c’est-à-dire des secteurs) de la deuxième cavité 18, mais incomplets (c’est-à-dire que les nervures 22 et 24 restent néanmoins espacées et avantageusement ne se touchent pas), de sorte qu’au niveau d’une région de jonction de la paroi annulaire intérieure 13 et de la paroi annulaire radiale 14 (i.e. à la jonction des première et deuxième partie de la deuxième cavité…) la deuxième cavité 18 ne soit pas nervurée, permettant une communication azimutale. Similairement, les nervures axiales 22 ne vont pas jusqu’à l’extrémité de la deuxième cavité, de sorte à permettre également au niveau des trous 20 une communication azimutale.
D’une manière particulièrement avantageuse, les nervures axiale 22 et radiales 24 ont une double fonction de renfort mécanique et de guidage du flux d’air chaud.
En effet, les nervures axiales 22 et radiales 24 permettent de rigidifier le bec 1, ce qui permet d’éviter un éventuel affaissement du bec 1. Les nervures axiales 22 et radiales 24 permettent avantageusement d’optimiser la masse du bec 1 en permettant d’affiner l’épaisseur du déflecteur annulaire interne 16, de la paroi annulaire radiale 14 et de la paroi annulaire intérieur 13. Il est entendu que cette optimisation massique repose sur un compromis entre l’apport en masse des nervures et la réduction d’épaisseur des parois et du déflecteur qu’elles permettent. De plus, lors de la fabrication du bec 1, selon un procédé de fabrication additive, les nervures axiales 22 et radiales 24 permettent de garantir la bonne tenue mécanique du bec 1 en cours de fabrication.
Tel que cela sera détaillé, en fonctionnement, les nervures axiales 22 et radiales 24 permettent de guider les flux d’air chaud pour dégivrer le bec 1.
Par ailleurs, comme on peut l’observer notamment sur la figure 2, le bec 1 présente avantageusement une pluralité d’alvéoles 28a, 28b, 28c. Selon le mode de réalisation ici présenté, le bec 1 comprend trois alvéoles 28a, 28b et 28c. Une première alvéole 28a peut être disposée dans une région d’angle de la paroi annulaire extérieure 12 et la paroi annulaire radiale 14. Il est notable que selon le mode de réalisation ici présenté, la première alvéole 28a présente une section réniforme dans le plan XoZ (i. e. présente sensiblement une section en forme de haricot dans le plan XoZ). Une deuxième et une troisième alvéole 28b et 28c sont situées dans une région d’angle de la paroi annulaire intérieure 13 et de la paroi annulaire radiale 14. Ces alvéoles 28a, 28b, 28c correspondent à des régions d’allégement de matière. En d’autres termes, dans le cadre d’une réalisation en fabrication additive, les alvéoles 28a, 28b, 28c correspondent à des zones dans lesquelles il n’est pas déposé de matière car cela ne présentera pas de plus-value en termes de résistance mécanique (alors que cela ajouterait nécessairement de la masse).
Ainsi, il est remarquable que la réalisation du bec 1 en fabrication additive permet l’obtention d’une structure monobloc, mais permet aussi d’optimiser la géométrie du bec 1 pour avoir le meilleur rapport entre la masse et la résistance. En l’espèce, les alvéoles 28a, 28b, 28c seraient très difficilement réalisables autrement qu’en fabrication additive.
La paroi annulaire radiale 14 peut présenter des perçages 30 débouchant dans les première et deuxième alvéoles 28a et 28b. Les perçages 30 permettent avantageusement d’évacuer une partie de la poudre résultant de la fabrication additive du bec 1.
Tel que représenté sur la figure 4, la paroi annulaire radiale 14 peut présenter des ouvertures oblongues 33 adaptées pour accueillir chacune une buse débouchant dans la deuxième cavité 18 pour y souffler de l’air chaud.
De plus, la paroi radiale 14 peut présenter une pluralité de perçages de fixation 35.
Procédé de fabrication
D’une manière particulièrement avantageuse, le redresseur 10 est fabriqué selon un procédé de fabrication additive.
Ainsi, le redresseur 10 est fabriqué par apports successifs de poudre fondue couche par couche. Comme exposé précédemment, ce procédé de fabrication permet d’obtenir une pièce monobloc présentant une géométrie spécifique.
D’une manière préférentielle, le redresseur 10 est fabriqué en commençant par la paroi annulaire radiale 14 du bec, selon une direction de progression (i. e. d’ajout des couches de matière) sensiblement parallèle à l’axe de révolution X.
Fonctionnement
Une buse (non représentée) peut être connectée à chaque ouverture oblongue 33. Les buses peuvent insuffler de l’air chaud dans la deuxième cavité 18.
D’une manière particulièrement avantageuse, le déflecteur annulaire interne 16 permet de réduire le volume intérieur du bec 1 en le divisant en deux cavités. Ainsi, le volume dans lequel l’air chaud circule est réduit, ce qui diminue les pertes de chaleur dans le bec 1 et permet de réduire prélèvement d’air chaud. En outre, le déflecteur annulaire interne 16 permet d’orienter l’air chaud vers les zones d’intérêt à dégivrer.
Le rayonnement calorique de l’air chaud à l’intérieur du bec 1 permet de dégivrer le bec 1.
L’air chaud circulant dans la deuxième cavité 18 est ensuite diffusé par les trous radiaux 20 pour rejoindre la veine primaire et dégivrer les aubes 102.
Ainsi, l’invention permet de dégivrer efficacement le bec sans augmenter pour autant le prélèvement d'air chaud dans une partie pressurisée de la turbomachine et sans augmenter la masse du bec.

Claims (12)

  1. Bec (1) de séparation entre un flux primaire et un flux secondaire d’une turbomachine à double flux, le bec (1) étant caractérisé en ce qu’il présente une structure monobloc comprenant une paroi annulaire extérieure (12), une paroi annulaire intérieure (13), une paroi annulaire radiale (14) et un déflecteur annulaire interne (16), définissant une première cavité (17) entre la paroi annulaire extérieure (12) et le déflecteur annulaire interne (16), et une deuxième cavité (18) entre la paroi annulaire intérieure (13), la paroi annulaire radiale (14) et le déflecteur annulaire interne (16).
  2. Bec (1) selon la revendication 1, dans lequel la paroi annulaire extérieure (12) présente au niveau d’une région de jonction avec la paroi annulaire intérieure (13) une série de trous radiaux (20).
  3. Bec (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, présentant au moins une nervure axiale (22) entre la paroi annulaire intérieure (13) et le déflecteur annulaire interne (16).
  4. Bec (1) selon la revendication 3 présentant une pluralité de nervures axiales (22) chacune coplanaire avec un axe de révolution (X) du bec (1).
  5. Bec (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, présentant au moins une nervure radiale (24) entre la paroi annulaire radiale (14) et le déflecteur annulaire interne (16).
  6. Bec (1) selon la revendication 5, présentant une pluralité de nervures radiales (24) chacune coplanaire avec un axe de révolution (X) du bec (1).
  7. Bec (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, présentant au moins une alvéole (28a, 28b, 28c) ménagée au moins partiellement dans la paroi annulaire radiale (14).
  8. Bec (1) selon la revendication 7, dans lequel la paroi annulaire radiale (14) présente un perçage (30) débouchant dans l’au moins une alvéole (28a, 28b) .
  9. Bec (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la paroi annulaire radiale (14) présente au moins une ouverture oblongue (33) adaptée pour accueillir une buse débouchant dans la deuxième cavité (18).
  10. Redresseur (10) pour une turbomachine aéronautique caractérisé en ce qu’il présente une structure monobloc réalisée par fabrication additive, comprenant un bec (1) conforme à l’une des revendication précédentes présentant : (i) la structure monobloc comprenant la paroi annulaire extérieure (12), la paroi annulaire intérieure (13), la paroi annulaire radiale (14) et le déflecteur annulaire interne (16), (ii) la première cavité (17) entre la paroi annulaire extérieure (12) et le déflecteur annulaire interne (16), (iii) la deuxième cavité (18) entre la paroi annulaire intérieure (13), la paroi annulaire radiale (14) et le déflecteur annulaire interne (16).
  11. Procédé de fabrication d’un redresseur (10) d’une turbomachine aéronautique présentant une structure monobloc réalisée par fabrication additive et comprenant un bec (1) présentant : (i) une structure monobloc comprenant une paroi annulaire extérieure (12), une paroi annulaire intérieure (13), une paroi annulaire radiale (14) et un déflecteur annulaire interne (16), (ii) une première cavité (17) entre la paroi annulaire extérieure (12) et le déflecteur annulaire interne (16), (iii) une deuxième cavité (18) entre la paroi annulaire intérieure (13), la paroi annulaire radiale (14) et le déflecteur annulaire interne (16).
  12. Procédé selon la revendication 11 comprenant une étape de fabrication du bec (1) en commençant par la paroi annulaire radiale (14).
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