FR3095233A1 - Carter d'échappement d'une turbomachine à l'aérodynamisme amélioré - Google Patents

Carter d'échappement d'une turbomachine à l'aérodynamisme amélioré Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un carter d’échappement de turbomachine s’étendant autour d’un axe et comprenant - un moyeu s’étendant autour de l’axe ; - une virole externe ; - des bras (20) qui s’étendent entre le moyeu (24) et la virole externe (26), - des chapes (25) de fixation radialement en saillie vers l’extérieur de la virole externe (26) ; - des poches (27) creusées dans la virole externe (26) et dans lesquelles sont agencées les chapes (25), les poches s’étendant en creux radialement en saillie à l’intérieur de la virole externe (26) ; - une portion d’anneau (40, 50) qui s’étend radialement sous les poches et forme une paroi de veine en délimitant avec le moyeu (24) une portion d’une veine (28) d’écoulement de gaz. Figure pour l’abrégé : Figure 3

Description

Carter d'échappement d'une turbomachine à l'aérodynamisme amélioré
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L’invention concerne un carter de turbomachine, notamment un carter d’échappement de turbomachine.
Le carter d’échappement est une pièce structurale d’une turbomachine habituellement disposée en sortie d’une turbine, en amont de la tuyère d’éjection par rapport au sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine.
Comme illustré sur lafigure 1, une turbomachine comprend classiquement d’amont en aval, dans le sens d’écoulement des gaz (illustré par la flèche G sur la figure 1), au moins un compresseur (non représenté), une chambre de combustion (non représentée) et au moins une turbine 12. En aval de la turbine 12 est disposé le carter 10 d’échappement qui comprend un moyeu interne 14 et une virole annulaire externe 16 qui est fixée au moyeu 14 via des bras structurels 20 et qui est disposée autour d’un axe A de révolution qui est l’axe longitudinal de la turbomachine.
La virole 16 et le moyeu 14 définissent ensemble une portion de veine annulaire 18 d’écoulement des gaz de combustion sortant de la turbine 12.
La virole 16 et le moyeu 14 sont reliées rigidement l'un à l'autre par les bras 20, structurels, principalement radiaux par rapport à l'axe A. Les bras 20 peuvent être inclinés par rapport à des plans radiaux passant par l'axe A.
Le carter 10 comporte des brides 22a-22d de liaison avec la turbine à l’amont et la tuyère d’éjection à l’aval. Ces brides de fixation sont situées aux extrémités longitudinales amont et aval du carter 10. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, la virole 16 comprend une bride annulaire 22a, 22b à chacune de ses extrémités longitudinales amont et aval. La bride amont 22a est fixée à une extrémité aval d'un carter de la turbine 12 et la bride aval 22b est fixée à une extrémité amont d'une tuyère d’éjection 24.
Comme cela est visible sur lafigure 2et lafigure 3(à gauche) afin de fixer le carter 10 d’échappement à un support de la turbomachine, tel qu’un pylône, il est connu de prévoir des points d’attache nommés, chapes 5, en saillie radialement à l’extérieur de la virole externe 16, dont les oreilles s’étendent radialement et qui présentent des alésages pour la réception d’un axe (non représenté) servant à la fixation de bielles (non représentées) au pylône.
De manière connue, ces chapes subissent de fortes charges ce qui nécessite de les renforcer. Pour des raisons de tenues mécaniques, le centre des chapes doit être positionné radialement au niveau de la virole externe 16. En conséquence, des poches 6 sont prévues. Or ces poches s’étendent en creux radialement en saillie à l’intérieur de la veine 18. Ainsi, les poches entravent l’aérodynamisme de la veine 18 avec pour conséquence des pertes de charge aérodynamique et donc des pertes sur les performances de la turbomachine.
L’invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients.
A cet effet, l’invention propose, selon un premier aspect, un carter d’échappement de turbomachine s’étendant autour d’un axe et comprenant un moyeu s’étendant autour de l’axe ; une virole externe ; des bras qui s’étendent entre le moyeu et la virole externe ; des chapes de fixation radialement en saillie vers l’extérieur de la virole externe ; des poches creusées dans la virole externe et dans lesquelles sont agencées les chapes, les poches s’étendant en creux radialement en saillie à l’intérieur de la virole externe ; une portion d’anneau qui s’étend radialement sous les poches et forme une paroi de veine en délimitant avec le moyeu une portion d’une veine d’écoulement de gaz.
L’invention, selon le premier aspect, est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- la portion d’anneau présente un premier rayon par rapport à l’axe ;
- la portion d’anneau comprend une plaque pourvue d’orifices entourant chacun un bras ;
- la portion d’anneau comprend une première et une deuxième plaque, les première et deuxième plaque délimitant ensemble des orifices chacun destiné à entourer un bras.
- les plaques sont fixées entre elles, au moyen de clips, de rivets ou par soyage.
- la première plaque est disposée en amont de la deuxième plaque.
L’invention propose, selon un deuxième aspect, un ensemble de turbomachine comprenant, d’amont en aval, dans le sens d’écoulement du flux de gaz dans la turbomachine ;
- une turbine comprenant un carter de turbine comprenant une bride aval de fixation ;
- un carter d’échappement, selon le premier aspect de l’invention, ledit carter d’échappement comprenant une bride de fixation amont, le carter de turbine étant fixé au carter d’échappement entre la bride aval du carter de turbine et la bride amont du carter d’échappement ;
- une tuyère comprenant une bride amont, la tuyère étant fixée au carter d’échappement entre la bride amont de la tuyère et la bride aval du carter d’échappement.
L’invention selon le deuxième aspect, est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- la portion d’anneau est fixée, à l’amont par pincement entre la bride amont du carter d’échappement et la bride aval du carter de turbine ou par rivetage à la virole externe du carter d’échappement.
- la portion d’anneau est fixée, à l’aval, par pincement entre la bride aval du carter d’échappement et la bride amont de la tuyère, ou par rivetage à la virole externe du carter d’échappement.
Enfin, l’invention propose selon un troisième aspect, une turbomachine comprenant un carter d’échappement selon le premier aspect de l’invention.
Les avantages de l’invention sont multiples.
Les poches ne s’étendent plus en saillie dans la veine d’écoulement du flux de gaz, les performances de la turbomachine sont donc améliorées.
En outre, comme les poches ne sont plus en contact avec le flux de gaz, la température de celles-ci est réduite, ce qui entraine une meilleure résistance mécanique, il est également possible de prévoir des poches dont l’épaisseur est diminuée par rapport à la configuration habituelle.
Ainsi, le carter peut être renforcé au niveau des chapes via les poches sans que cela impacte l’aérodynamisme de la veine.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels
la figure 1 illustre une structure de turbomachine ;
la figure 2 illustre un carter d’échappement et sa fixation de type connu ;
la figure 3, à gauche illustre un carter d’échappement de type connu et à droite un carter d’échappement selon un mode de réalisation de l’invention ;
la figure 4 illustre une portion d’anneau selon une première variante d’intégration dans le carter d’échappement de l’invention ;
la figure 5 illustre une portion d’anneau selon une deuxième variante d’intégration dans le carter d’échappement de l’invention.
Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.
Lafigure 3, à droite, illustre une vue de face schématique d’un carter d’échappement de turbomachine selon un mode de réalisation.
Un tel carter d’échappement comprend un moyeu 24 s’étendant autour d’un axe central longitudinal de la turbomachine et une virole externe 26 structurale. Des bras 20, structurels, s’étendent depuis le moyeu 24 vers la virole externe 26. Des chapes 25 en saillie sont disposées sur la virole externe structurale et permettent la fixation du carter, notamment à un pylône. Les chapes sont disposées, en particulier radialement au-dessus de bras 20 structurels. Sur la figure 3, à droite, ces chapes sont au nombre de quatre sans que cela soit limitatif. On comprendra en effet, que le nombre de chapes dépend du mode de fixation du carter d’échappement 10 au pylône.
Comme déjà discuté, des poches 27 sont disposés sous la virole externe structurale 26 et en dessous de chaque chape 25. Plus précisément, les poches 27 sont disposés sur la surface interne de la virole externe 26 en dessous de chaque chape 25.
Afin de supprimer les inconvénients dus aux poches, présentés ci-avant, une portion d’anneau 40, 50, non structurale est disposée en dessous des poches 25 et définit avec le moyeu 24 une veine d’écoulement 28 du flux de gaz dans la turbomachine.
La veine d’écoulement du flux n’est donc plus formée par le moyeu et la virole externe mais par cette portion d’anneau et le moyeu interne pour ce qui est de la zone au niveau des chapes et des poches.
En conséquence, la virole externe ne présente plus un rayon constant sur toute sa circonférence, mais présente une zone située radialement au-dessus de la portion d’anneau 40, 50, au niveau des chapes, qui présente un rayon R2 supérieur au reste de la virole de rayon R1. C’est justement en dessous de cette portion qu’est disposée la portion d’anneau 40, 50. La veine 28 présente quant à elle un rayon constant R1 sur toute sa circonférence.
En quelque sorte, le centre des chapes a été décentré par rapport à la configuration de l’art antérieur, et la veine d’écoulement du flux (circulaire) a été reformée au moyen de la portion d’anneau 40, 50. Ceci est visible sur les parties gauche et droite de la figure 3 disposées côte à côte. De ce fait, les poches sont disposées radialement au-dessus de la veine de circulation du flux et ne sont plus disposés dans la veine.
La portion d’anneau 40, 50 permet donc de reformer la veine. En outre, la portion d’anneau 40, 50 empêche les gaz circulant dans la veine de venir s’écouler sur les creux formés par les poches.
Comme dans l’art antérieur, les poches sont disposées autour des bras structurels disposés radialement en dessous des chapes et il faut donc prévoir une géométrie adaptée pour la portion d’anneau 40, 50 non structurale. En particulier, l’assemblage de la portion d’anneau 40, 50 peut s’effectuer de plusieurs sortes.
Lafigure 4illustre une portion d’anneau 40 utilisée pour reformer la veine selon une première variante. Selon cette première variante, la portion d’anneau est constituée d’une plaque 41 dans laquelle des orifices 42 sont formés pour permettre le passage des bras structurels.
Lafigure 5illustre une portion d’anneau 50 utilisée pour reformer la veine selon une deuxième variante. Selon cette variante, la portion d’anneau est constituée de deux plaques 51, 52 : une première plaque et une deuxième plaque, la première plaque comprenant des premières portions d’orifices 53 qui coopèrent avec des deuxièmes portions d’orifices de la deuxième plaque de sorte à former des orifices de réception des bras qui entourent les bras Toujours selon cette variante, les plaques 51, 52 sont fixées entre elles par plusieurs type de fixation : clips, pinces formées par des soyages, rivetage, etc.
Les orifices 42 ou 53 sont d’une géométrie adaptée à la géométrie des bras structurels.
La portion d’anneau 40, 50 permet de s’assurer que la veine d’écoulement du flux de gaz est annulaire. Pour éviter des fuites du flux de gaz, la portion d’anneau peut être fixée de manière étanche d’une part à la turbine 12 et d’autre part à la tuyère 24.
A l’amont du carter d’échappement 10, la turbine comprend un carter de turbine comprenant une bride aval de fixation 12a et le carter d’échappement comprend une bride amont de fixation 22a. Dans ce cas, le carter de turbine est fixé au carter d’échappement par l’intermédiaire d’une liaison entre la bride aval du carter de turbine et la bride amont du carter d’échappement.
A l’amont, on peut prévoir de fixer la portion d’anneau 40, 50 à la turbine par l’intermédiaire des brides 12a, 22a, de préférence par pincement entre la bride annulaire amont du carter d’échappement et la bride aval du carter de turbine. De manière alternative, la portion d’anneau est fixée à la virole externe 26 par rivetage.
A l’aval du carter d’échappement, la tuyère comprend une bride amont 24b et le carter d’échappement comprend une bride aval 22b, dans ce cas, la tuyère 24 est fixée au carter d’échappement 10 par l’intermédiaire d’une liaison entre la bride amont de la tuyère et la bride aval du carter d’échappement.
De préférence, la portion d’anneau est fixée à l’aval par pincement entre la bride annulaire aval du carter d’échappement et la bride amont de la tuyère. De manière alternative, la portion d’anneau est fixée à la virole externe 26 par rivetage.
Il est bien entendu possible de prévoir une fixation à l’amont de la portion d’anneau par pincement et l’aval par rivetage et vice et versa.
Quelle que soit le mode de fixation, la seule contrainte est que la liaison aval et amont de la portion d’anneau avec d’une part la turbine 12 et d’autre part la tuyère soit étanche.

Claims (9)

  1. Carter d’échappement de turbomachine s’étendant autour d’un axe (X) et comprenant
    - un moyeu (24) s’étendant autour de l’axe (X) ;
    - une virole externe (26)
    - des bras (20) qui s’étendent entre le moyeu (24) et la virole externe (26),
    - des chapes (25) de fixation radialement en saillie vers l’extérieur de la virole externe (26) ;
    - des poches (27) creusées dans la virole externe (26) et dans lesquelles sont agencées les chapes (25), les poches s’étendant en creux radialement en saillie à l’intérieur de la virole externe (26) ;
    - une portion d’anneau (40, 50) qui s’étend radialement sous les poches et forme une paroi de veine en délimitant avec le moyeu (24) une portion d’une veine (28) d’écoulement de gaz.
  2. Carter d’échappement selon la revendication 1, dans lequel la portion d’anneau (40, 50) comprend une plaque (41) pourvue d’orifices (42) entourant chacun un bras (20).
  3. Carter d’échappement selon la revendication 1, dans lequel la portion d’anneau (40, 50) comprend une première et une deuxième plaque (51, 52), les première et deuxième plaque délimitant ensemble des orifices chacun destiné à entourer un bras.
  4. Carter d’échappement selon la revendication 3, dans lequel les plaques (51, 52) sont fixées entre elles, au moyen de clips, de rivets ou par soyage.
  5. Carter d’échappement selon la revendication 4, dans lequel la première plaque (51) est disposée en amont de la deuxième plaque (52).
  6. Ensemble de turbomachine comprenant, d’amont en aval, dans le sens d’écoulement du flux de gaz dans la turbomachine ;
    - une turbine (12) comprenant un carter de turbine comprenant une bride aval de fixation (12a);
    - un carter d’échappement (10), selon l’une des revendications précédentes, ledit carter d’échappement (10) comprenant une bride de fixation amont (22a), le carter de turbine étant fixé au carter d’échappement (10) entre la bride aval (12a) du carter de turbine et la bride amont (22a) du carter d’échappement (10);
    - une tuyère (24) comprenant une bride amont (24b), la tuyère (24) étant fixée au carter d’échappement (10) entre la bride amont (24b) de la tuyère (24) et une bride aval (22b) du carter d’échappement (10).
  7. Ensemble selon la revendication 6, dans lequel la portion d’anneau (40, 50) est fixée, à l’amont par pincement entre la bride amont (22a) du carter d’échappement (10) et la bride aval (12a) du carter de turbine (10) ou par rivetage à la virole externe (26) du carter d’échappement (10).
  8. Ensemble selon l’une des revendications 6 à 7, dans lequel la portion d’anneau (40, 50) est fixée, à l’aval, par pincement entre la bride aval (22b) du carter d’échappement (10) et la bride amont (24b) de la tuyère (24), ou par rivetage à la virole externe (26) du carter d’échappement (10).
  9. Turbomachine comprenant un carter d’échappement selon l’une des revendications 1 à 5.
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