FR3098247A1 - Trompe a jet pour turbomachine - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne une trompe à jet (10) pour turbomachine comportant une partie principale (11) tubulaire présentant un axe (X) et délimitant un volume interne (28) débouchant à une première extrémité formant une entrée (12) et à une seconde extrémité formant une sortie (13), une buse (23) comportant une première partie (24) traversant radialement une paroi (14) de la partie principale (11), ladite première partie (24) comportant une première zone (24a) située radialement à l’extérieur de ladite paroi (14) et dudit volume interne (28), et une seconde zone (24b) située radialement à l’intérieur de ladite paroi (14) et dudit volume interne (28), la buse (23) comportant une seconde partie (25) s’étendant axialement depuis la seconde zone (24b) de la première partie (24) de la buse (23) et en direction de ladite sortie (13), ladite buse (23) comportant un canal (27) traversant lesdites première et seconde parties (24, 25) de la buse (23) et débouchant dans ledit volume interne (28) au niveau de l’extrémité libre (32) de la seconde partie (25) de la buse (23), caractérisée en ce que la partie principale (11) et la buse (23) sont réalisées de façon monobloc, la seconde zone (24b) comporte une surface (29a) tournée vers ladite entrée (12) et dont la ligne d’intersection (29b) avec le plan radial médian de la seconde zone (24b) forme un angle (α) ≤ 45°, de préférence compris entre 44° et 45° avec l’axe (X). Figure à publier avec l’abrégé : figure 2

Description

TROMPE A JET POUR TURBOMACHINE
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne une trompe à jet pour un circuit de dépressurisation d’une chambre de lubrification d’une turbomachine, en particulier une trompe à jet apte à être réalisée par un procédé de fabrication additive.
Etat de la technique antérieure
Dans une turbomachine, telle qu'un turboréacteur équipant un aéronef, les paliers sont lubrifiés en permanence par des circuits d'alimentation en liquide de lubrification. Un tel circuit comprend habituellement un réservoir de liquide de lubrification, ainsi qu'une pompe permettant d'acheminer le liquide jusqu'à un gicleur situé à proximité immédiate de chacun des paliers. Les paliers sont eux-mêmes placés dans des chambres de lubrification fermées par des joints d'étanchéité dynamiques.
Afin d'éviter que l'air huilé contenu dans une chambre de lubrification ne s'échappe vers l'extérieur au travers des joints d'étanchéité dynamiques, la pression à l'intérieur de la chambre de lubrification est maintenue à une certaine valeur qui est inférieure à la pression extérieure.
Pour cela, la turbomachine comporte un circuit de dépressurisation de la chambre de lubrification qui relie le volume intérieur de la chambre de lubrification à la veine secondaire de la turbomachine. La pression d'air dans la veine secondaire de la turbomachine est inférieure à la pression dans la chambre de lubrification, ce qui crée un phénomène d'aspiration de l'air huilé contenu dans la chambre de lubrification.
Le circuit de dépressurisation comporte un dispositif de déshuilage de l'air qui crée des pertes de charges réduisant le phénomène d'aspiration. Pour compenser ces pertes de charges et pour améliorer le phénomène d'aspiration, il a été proposé de monter dans le circuit de dépressurisation une trompe à jet qui injecte localement de l'air sous pression dans le circuit de dépressurisation, afin de créer un phénomène supplémentaire d'aspiration.
Comme on peut le voir à la figure 1, une trompe à jet conventionnelle 1 comporte un corps tubulaire 2 d’axe X, comportant une première extrémité ouverte 3 formant une entrée d’air et une seconde extrémité 4 au niveau de laquelle est monté un cône d’éjection 5. Le cône 5 est fixé au corps 2 par l’intermédiaire de vis non représentées. La trompe à jet 1 comporte par ailleurs une buse d’injection 6 montée latéralement sur le corps 2 et débouchant dans le volume interne 7 du corps 2. La buse d’injection 6 est solidaire d’une platine 8, elle-même monté par vissage sur le corps 2.
La buse 6 comporte une partie 6a s’étendant radialement, par rapport à l’axe X du corps, et une partie 6b s’étendant axialement, reliées l’une à l’autre par une partie coudée 6b. L’extrémité libre 6d de la buse 6 présente une forme tronconique.
De l’air chargé en huile est introduite dans la buse 6 et de l’air comprimé est introduit par l’entrée 3 du corps 2. L'air comprimé est prélevé au niveau du compresseur de la turbomachine.
L’écoulement de l’air comprimé provoque une aspiration de l’air chargé au huile, qui débouche au niveau de la partie tronconique 6d dans le volume interne 7 du corps 2, à la manière d’un venturi.
Il existe actuellement un besoin de réduire la masse, le coût et la complexité d’une telle trompe à jet. L’invention vise à proposer la réalisation d’une telle trompe à jet de façon monobloc, à l’aide d’un procédé de fabrication additive, tel par exemple par fusion sélective ou frittage sélectif de poudre.
On rappelle qu’un tel procédé consiste à agréger, par fusion sélective dans une enceinte sous gaz neutre, les particules d’un lit de poudre à l’aide d’un faisceau laser ou d’un faisceau d’électrons qui balaie la surface et fait fondre la poudre sur une section déterminée de façon à former une couche de la pièce après solidification. La plateforme de construction, sur laquelle vient s’accrocher la première couche de la pièce, est ensuite abaissée pour pouvoir étaler une nouvelle couche de poudre d’épaisseur prédéterminée. Le laser ou le faisceau d’électrons balaie alors à nouveau la surface de la poudre pour créer une couche additionnelle superposée à la couche précédente. La pièce est ainsi entièrement réalisée par un empilement de couches successives.
Un tel procédé est par exemple connu du document FR 3 030 323, au nom de la Demanderesse.
Cependant, la réalisation de la trompe à jet suivant la structure actuelle nécessite la mise en place de nombreux supports d’édification entre certaines zones de la pièce, en particulier des zones en porte-à-faux, et le plateau, ou entre deux zones de la pièce.
De tels supports doivent être retirés par usinage, ce qui génère des coûts supplémentaires et des risques d’endommagement de la pièce lors de l’usinage.
L’invention vise à adapter la structure de la trompe à jet de façon à éviter ou limiter le nombre de supports d’édification nécessaires pour sa réalisation.
Présentation de l’invention
A cet effet, l’invention concerne une trompe à jet pour turbomachine comportant une partie principale tubulaire présentant un axe et délimitant un volume interne débouchant à une première extrémité formant une entrée et à une seconde extrémité formant une sortie, une buse comportant une première partie traversant radialement une paroi de la partie principale, ladite première partie comportant une première zone située radialement à l’extérieur de ladite paroi et dudit volume interne, et une seconde zone située radialement à l’intérieur de ladite paroi et dudit volume interne, la buse comportant une seconde partie s’étendant axialement depuis la seconde zone de la première partie de la buse et en direction de ladite sortie, ladite buse comportant un canal traversant lesdites première et seconde parties de la buse et débouchant dans ledit volume interne au niveau de l’extrémité libre de la seconde partie de la buse, caractérisée en ce que la partie principale et la buse sont réalisées de façon monobloc, la seconde zone comporte une surface tournée vers ladite entrée et dont la ligne d’intersection avec le plan radial médian de la seconde zone forme, par exemple en tout point de ladite ligne d’intersection, un angle α ≤ 45°, de préférence compris entre 44° et 45° avec l’axe X.
Une telle structure permet de pouvoir réaliser la seconde zone de la première partie de la buse sans nécessiter l’utilisation d’un support spécifique à cette zone.
La seconde zone peut comporter une excroissance située entre le canal et l’entrée et rattachée à la paroi de la partie principale, ladite excroissance définissant, au moins en partie, ladite surface tournée vers l’entrée.
Une telle caractéristique permet de conserver l’orientation générale et la position de la buse, tout en facilitant la réalisation de la trompe à jet par fabrication additive grâce à la présence de l’excroissance qui limite l’effet de porte-à-faux gênant pour une telle fabrication. On évite ainsi la nécessité d’utiliser des supports d’édification.
L’excroissance peut présenter une première extrémité effilée tournée vers l’entrée et une seconde extrémité raccordée de façon continue au reste de la seconde zone.
Le raccordement continu est un raccordement assurant une continuité de surface entre l’excroissance et le reste de la seconde zone.
L’excroissance peut présenter une forme générale de goutte d’eau dont la partie effilée est tournée vers l’entrée.
La première partie de la buse peut s’étendre selon un axe formant un angle α ≤ 45°, de préférence compris entre 44° et 45 ° avec l’axe de la partie principale.
La première partie de la buse peut s’étendre selon un axe perpendiculaire à l’axe de la partie principale.
La première partie de la buse peut être cylindrique.
La première zone peut comporter une excroissance située entre le canal et l’entrée et rattachée à la paroi de la partie principale, ladite excroissance définissant, au moins en partie, une surface tournée vers l’entrée et dont la ligne d’intersection avec le plan radial médian de la seconde zone forme, par exemple en tout point de ladite ligne d’intersection, un angle α ≤ 45°, de préférence compris entre 44° et 45° avec l’axe de la partie principale.
L’excroissance de la première zone peut présenter une première extrémité effilée tournée vers l’entrée et une seconde extrémité raccordée de façon continue au reste de la seconde zone.
La seconde partie de la buse peut comporter une partie aval comportant au moins deux zones d’injection distinctes les unes des autres et débouchant chacune dans le volume interne de la partie principale en direction de la sortie, les zones d’injection étant raccordées à une partie amont commune.
Le terme amont est défini par rapport au sens de circulation du flux de gaz au sein au travers de la buse.
Le nombre de zones d’injection distinctes est par exemple égal à trois.
L’utilisation de plusieurs zones d’injection permet d’améliorer encore le rendement du venturi, c’est-à-dire d’augmenter le débit d’air chargé en huile qui est aspiré par l’écoulement de l’air comprimé.
L’entrée et/ou la sortie peuvent comporter des parties tronconiques s’évasant en direction de la sortie opposée, ou respectivement de l’entrée opposée.
Ladite partie principale peut comporter une paroi annulaire comprenant, de la première extrémité vers la seconde extrémité, un col cylindrique, une partie tronconique s’évasant vers la sortie, une partie cylindrique, une partie tronconique s’évasant vers l’entrée et un col. Chaque col peut comporter un épaulement et/ou un rebord radial, destiné à être raccordé à un élément externe.
Au moins une languette ou au moins une chape de fixation peut s’étendre radialement vers l’extérieur depuis la partie principale, par exemple depuis la partie cylindrique.
La languette ou la chape de fixation permet de fixer la trompe à jet sur un élément fixe de la turbomachine.
L’invention concerne également une turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comporte une trompe à jet du type précité.
La turbomachine peut être un turboréacteur ou un turbopropulseur.
Le turboréacteur peut être un turboréacteur à double flux et comporter une veine d’écoulement d’un flux primaire, et une veine d’écoulement d’un flux secondaire, le turboréacteur comportant un carter entourant ou délimitant extérieurement la veine d’écoulement du flux secondaire, la trompe à jet étant fixée sur ledit carter.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une trompe à jet du type précité, caractérisé en ce que ladite trompe à jet est réalisée couche par couche, par fusion sélective ou frittage sélectif de poudre, l’axe d’empilement des couches correspondant globalement à l’axe de la partie principale, lesdites couches étant réalisées successivement de l’entrée vers la sortie de la partie principale.
La géométrie est réalisée sans besoin de supportage du fait de l’utilisation d’angles de construction adaptés (≥45° par rapport au plateau de fabrication et donc ≤45° par rapport à l’axe X).
Brève description des figures
est une vue en coupe axiale et en perspective d’une trompe à jet de l’art antérieur,
est une vue en coupe axiale d’une trompe à jet selon une première forme de réalisation de l’invention,
est une vue en perspective et en coupe partielle, d’une partie de la trompe à jet de la figure 2,
est une vue en perspective d’une partie de la trompe à jet de la figure 2,
est une vue en perspective et en coupe partielle, d’une trompe à jet selon une deuxième forme de réalisation de l’invention.
Description détaillée de l’invention
Les figures 2 à 4 représentent une trompe à jet 10 selon une première forme de réalisation de l’invention. La trompe à jet 10 est par exemple destinée à équiper un circuit de dépressurisation d’une chambre de lubrification d’une turbomachine, notamment d’un double réacteur à double flux.
Le trompe à jet 10 comporte un corps monobloc comprenant une partie centrale tubulaire principale 11, d’axe X. Ladite partie principale 11 comporte une première extrémité 12 formant une entrée et une seconde extrémité 13 formant une sortie. Ladite partie principale 11 comporte une paroi annulaire 14 comprenant, de la première extrémité 12 vers la seconde extrémité 13, un col cylindrique 15, une partie tronconique 16 s’évasant vers la sortie 13, une partie cylindrique 17, une partie tronconique 18 s’évasant vers l’entrée 12 et un col cylindrique 19. Chaque col 15, 19 peut comporter un épaulement 20 et/ou un rebord radial 21, destiné à être raccordé à un élément externe.
Les termes axial, radial et circonférentiel sont définis par rapport à l’axe X.
Au moins une patte ou au moins une chape de fixation 22 peut s’étendre radialement vers l’extérieur depuis la partie principale 11, par exemple depuis la partie cylindrique 17.
La trompe à jet 10 comporte en outre une buse 23 comprenant une première partie 24 s’étendant radialement et une seconde partie 25 s’étendant axialement depuis la première partie, reliées l’une à l’autre par une partie coudée 26. Dans la forme de réalisation des figures 1 à 4, l’axe de la première partie 24 est perpendiculaire à l’axe de la seconde partie 25. Par ailleurs, l’axe de la seconde partie 25 coïncide avec l’axe X de la partie principale 11.
La partie principale 11 et la buse 23 sont réalisées de façon monobloc, c’est-à-dire en une seule pièce, par un procédé de fabrication additive, par exemple de type fusion sélective ou frittage sélectif de poudre.
La buse 23 comporte un canal 27 traversant lesdites première et seconde parties 24, 25 de la buse 23 et débouchant dans le volume interne 28 de la partie principale 11 au niveau de l’extrémité libre 32 de la seconde partie de la buse 23.
La première partie 24 traverse radialement la paroi 14 de la partie principale 11, ladite première partie 24 comportant une première zone 24a située radialement à l’extérieur de ladite paroi 14 et dudit volume interne 28 et une seconde zone 24b située radialement à l’intérieur de ladite paroi 14 et dudit volume interne 28.
La seconde zone 24b comporte une excroissance 29 située entre le canal 27 et l’entrée 12 et rattachée à la paroi 14 de la partie principale 11, ladite excroissance 29 étant logée dans le volume interne 28 de la partie principale 11.
L’excroissance 29 présente une première extrémité effilée tournée vers l’entrée 12 et une seconde extrémité raccordée de façon continue au reste de la seconde zone 24b. L’excroissance 29 présente en particulier une forme générale de goutte d’eau dont la partie effilée est tournée vers l’entrée 12.
Ladite excroissance 29 définit une surface 29a tournée vers l’entrée 12. La surface est globalement inclinée par rapport à la direction radiale et par rapport à la direction axiale. En particulier, la ligne d’intersection de cette surface avec le plan radial médian de la seconde zone 24b forme en tout point un angle α ≤ 45°, de préférence compris entre 44° et 45° avec l’axe X.
La première zone 24a comporte également une excroissance située entre le canal 27 et l’entrée 12 et rattachée à la paroi 14 de la partie principale 11, ladite excroissance étant située à l’extérieur du volume interne 28 de la partie principale 11. L’excroissance définit une surface tournée vers l’entrée 12 et dont la ligne d’intersection 29b avec le plan radial médian de la seconde zone 24b (qui est le plan de coupe axial de la figure 2) forme en tout point un angle α ≤ 45°, de préférence compris entre 44° et 45° avec l’axe X de la partie principale 11.
La première zone 24a comporte également une excroissance 30 présentant une première extrémité effilée tournée vers l’entrée 12 et une seconde extrémité raccordée de façon continue au reste de la seconde zone 24b. Cette excroissance 30 présente en particulier une forme générale de goutte d’eau dont la partie effilée est tournée vers l’entrée 12.
Comme précédemment, ladite excroissance 30 définit une surface 30a tournée vers l’entrée 12. La surface 30a est globalement inclinée par rapport à la direction radiale et par rapport à la direction axiale. En particulier, la ligne d’intersection 30b de cette surface 30a avec le plan radial médian de la première zone 24a (plan de coupe axial de la figure 2) forme en tout point un angle α ≤ 45°, de préférence compris entre 44° et 45° avec l’axe X.
L’extrémité libre 32 de la seconde partie 25 présente une forme tronconique se rétrécissant en direction de la sortie 13.
La présence des excroissances 29, 30 permet de faciliter la réalisation de la trompe à jet 10 par fabrication additive, limitant l’effet de porte-à-faux au niveau des première et seconde zones 24, 25 et donc la nécessité de prévoir des supports d’édification dans ces zones 24, 25.
En fonctionnement, de l’air chargé en huile est introduite dans la buse 23 et de l’air comprimé est introduit dans le volume interne 28 par l’entrée 12. L'air comprimé est prélevé au niveau du compresseur de la turbomachine.
L’écoulement de l’air comprimé provoque une aspiration de l’air chargé au huile, qui débouche au niveau de la partie tronconique 32 dans le volume interne 28, à la manière d’un venturi.
La figure 5 représente une trompe à jet 10 selon une seconde forme de réalisation de l’invention, qui diffère de celle exposée en référence aux figures 1 à 4 en ce que la première partie 24 est cylindrique et dépourvue d’excroissance similaires à celles présentées précédemment, et est inclinée selon un axe Y formant un angle avec le plan radial et avec l’axe X. L’angle α entre l’axe Y de la première partie 24 et l’axe X est ≤ 45°, de préférence compris entre 44° et 45°, par exemple.
Des congés de raccordement 31 peuvent être prévus entre la paroi 14 de la partie principale 11 et la première partie 24, ces congés 31 ayant des rayons de raccordement faibles, par exemple inférieurs à 2mm. Ces congés 31 ne sont pas assimilés à des excroissances similaires à celles décrites précédemment. Bien entendu, de telles excroissances pourraient être prévues, en plus de l’inclinaison particulière de la première partie 24 par rapport à l’axe X et au plan radial.
Une telle structure permet également, du fait d’une telle inclinaison, d’éviter l’usage de supports d’édification pour la réalisation de la première partie 24 lors de la fabrication additive.
Chaque patte de fixation 22 peut par ailleurs comporter un bord incliné 31 tourné vers l’entrée. Le bord incliné 33 forme, par exemple en tout point dudit bord 33, un angle α avec l’axe X qui est ≤ 45°, de préférence compris entre 44° et 45°.
Selon cette forme de réalisation, la patte de fixation 22 s’étend selon l’axe X afin d’en faciliter la construction selon un procédé de fabrication additive sans besoin de supportage pour les raisons précitées.
Dans cette seconde forme de réalisation, l’extrémité libre de la buse 23 débouchant dans le volume interne 28 de la première partie 24 comporte trois zones d’injection 32 distinctes, régulièrement réparties angulairement autour de l’axe X. Les différentes zones d’injection 32 sont reliées à une même zone commune amont 34 de la seconde partie 25, le terme amont étant utilisé en référence au sens de circulation du flux au sein de la buse 23. Chaque zone d’injection 32 présente une forme générale tronconique se rétrécissant en direction de la sortie 13.
L’utilisation de plusieurs zones d’injection 32 permet d’améliorer encore le rendement du venturi, c’est-à-dire d’augmenter le débit d’air chargé en huile qui est aspiré par l’écoulement de l’air comprimé dans le volume interne 28, de l’entrée 12 vers la sortie 13.

Claims (10)

  1. Trompe à jet (10) pour turbomachine comportant une partie principale (11) tubulaire présentant un axe (X) et délimitant un volume interne (28) débouchant à une première extrémité formant une entrée (12) et à une seconde extrémité formant une sortie (13), une buse (23) comportant une première partie (24) traversant radialement une paroi (14) de la partie principale (11), ladite première partie (24) comportant une première zone (24a) située radialement à l’extérieur de ladite paroi (14) et dudit volume interne (28), et une seconde zone (24b) située radialement à l’intérieur de ladite paroi (14) et dudit volume interne (28), la buse (23) comportant une seconde partie (25) s’étendant axialement depuis la seconde zone (24b) de la première partie (24) de la buse (23) et en direction de ladite sortie (13), ladite buse (23) comportant un canal (27) traversant lesdites première et seconde parties (24, 25) de la buse (23) et débouchant dans ledit volume interne (28) au niveau de l’extrémité libre (32) de la seconde partie (25) de la buse (23), caractérisée en ce que la partie principale (11) et la buse (23) sont réalisées de façon monobloc, la seconde zone (24b) comporte une surface (29a) tournée vers ladite entrée (12) et dont la ligne d’intersection (29b) avec le plan radial médian de la seconde zone (24b) forme un angle (α) compris entre 44° et 45° avec l’axe (X).
  2. Trompe à jet (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la seconde zone (24b) comporte une excroissance (29) située entre le canal (27) et l’entrée (12) et rattachée à la paroi (14) de la partie principale (11), ladite excroissance (29) définissant, au moins en partie, ladite surface (29a) tournée vers l’entrée (12).
  3. Trompe à jet (10) selon la revendication 2, caractérisée en ce que l’excroissance (29) présente une première extrémité effilée tournée vers l’entrée (12) et une seconde extrémité raccordée de façon continue au reste de la seconde zone (24b).
  4. Trompe à jet (10) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la première partie (24) de la buse (23) s’étend selon un axe (X) formant un angle compris entre 44° et 45 ° avec l’axe (X) de la partie principale (11).
  5. Trompe à jet (10) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la première partie (24) de la buse (23) s’étend selon un axe perpendiculaire à l’axe (X) de la partie principale (11).
  6. Trompe à jet (10) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la première partie (24) de la buse (23) est cylindrique.
  7. Trompe à jet (10) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la première zone (24a) comporte une excroissance (30) située entre le canal (27) et l’entrée (12) et rattachée à la paroi (14) de la partie principale (11), ladite excroissance (30) définissant, au moins en partie, une surface (30a) tournée vers l’entrée (12) et dont la ligne d’intersection (30b) avec le plan radial médian de la seconde zone (24b) forme un angle compris entre 44° et 45° avec l’axe (X) de la partie principale (11).
  8. Trompe à jet (10) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la seconde partie (25) de la buse (23) comporte une partie aval comportant au moins deux zones d’injection (32) distinctes les unes des autres et débouchant chacune dans le volume interne (28) de la partie principale (11) en direction de la sortie (13), les zones d’injection (32) étant raccordées à une partie amont commune (34).
  9. Turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comporte une trompe à jet (10) selon l’une des revendications 1 à 8.
  10. Procédé de fabrication d’une trompe à jet (10) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite trompe à jet (10) est réalisée couche par couche, par fusion sélective ou frittage sélectif de poudre, l’axe (X) d’empilement des couches correspondant globalement à l’axe (X) de la partie principale (11), lesdites couches étant réalisées successivement de l’entrée (12) vers la sortie (13) de la partie principale (11) sans besoin de supportage.
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