FR3098549A1 - Systeme de refroidissement pour carter de turbomachine - Google Patents
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Abstract
Un aspect de l’invention concerne un système de refroidissement (100) d’une paroi extérieure (13) d’un carter (10) de turbomachine, ledit carter (10) s’étendant autour d’une direction axiale de la turbomachine, ledit système de refroidissement (100, 200, 300) comportant : un orifice d’injection (110) d’un flux d’air de refroidissement (F) ; un orifice de sortie (120, 120’) dudit flux d’air de refroidissement (F) positionné en aval dudit orifice d’injection ; des moyens de guidage pour guider ledit flux d’air de refroidissement (F) dudit orifice d’injection (110) vers ledit orifice de sortie (120) ; lesdits moyens de guidage comportant une enveloppe externe (131) configurée pour envelopper ledit carter (10), ladite enveloppe externe (131) canalisant ledit flux de refroidissement dans un espace annulaire de refroidissement délimité intérieurement par ledit carter ; ledit système de refroidissement (100) étant caractérisé en ce qu’il comporte une première cloison interne (132) ménagée dans ledit espace annulaire de refroidissement et enveloppant au moins une partie dudit carter (10) selon la direction axiale de la turbomachine, ladite première cloison interne (132) étant configurée pour délimiter au moins une partie dudit espace annulaire de refroidissement en deux canaux annulaires (141, 142) de refroidissement se superposant selon une direction radiale, les deux canaux annulaires (141, 142) guidant ledit flux d’air de refroidissement (F) dudit orifice d’injection (110) vers ledit orifice de sortie (120) pour assurer au moins un partie un refroidissement par convection. Figure 3.
Description
Le domaine technique de l’invention est, d’une façon générale, celui des turbomachines, et plus particulièrement celui du refroidissement de différents éléments d’une turbomachine, notamment des carters de turbine basse pression de turbomachine.
La présente invention concerne plus particulièrement un système de refroidissement par jets d’air d’un carter de turbine basse pression de turbomachine.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
Pour assurer le refroidissement de certains carters, et notamment de carter de turbine basse pression, on prévoit un système de refroidissement qui fait intervenir un ensemble de tubes de refroidissement, également appelés rampes de refroidissement, percés de trous et disposés à l’extérieur du carter, le plus souvent en entourant ledit carter, de telle sorte que de l’air, aspiré en amont de la turbomachine par rapport à la direction d’écoulement des gaz dans la turbomachine, est envoyé vers la face externe du carter. Le système de refroidissement est composé en outre de deux boitiers, disposés de part et d’autre du carter, alimentant les tubes de refroidissement, de telle sorte que chaque boitier alimente en air des tubes de refroidissement entourant le carter sur environ un quart de sa circonférence.
On connait des systèmes de refroidissement de type LPTCC (Low Pressure Turbine Clearance Control en langue anglaise, pour contrôle des jeux pour turbine basse pression). Le système LPTCC peut être commandé par le FADEC (acronyme anglais de Full Authority Digital Engine Control, qui désigne un régulateur numérique de moteur à pleine autorité pour moteur d’aéronef) ; on parle alors de contrôle actif, le système étant alors désigné par l’acronyme LPTACC. Lorsqu’il n’est pas contrôlé par le FADEC, on parle de contrôle passif pour le système LPTCC. Sa fonction principale est de réguler le jeu entre les pièces de la turbine basse pression en modulant le refroidissement et le débit d'air prélevé du flux secondaire pour le refroidissement du carter de turbine basse pression.
Les tubes de refroidissement des systèmes LPTCC ou LPTACC, sont maintenus en position autour du carter par les boitiers d’alimentation et par des tôles de fixation, solidaires du carter. Les tôles de fixation sont généralement des tôles planes sous lesquelles viennent se fixer des colliers de fixation, également appelés colliers à douche. Les colliers de fixation entourent les tubes de refroidissement et garantissent leur positionnement autour du carter.
A cet effet, la figure 1 montre une première vue en perspective d’un système de refroidissement 1 pour carter de turbine basse pression d’une turbomachine selon l’état de la technique. La figure 1 montre un carter 2 de turbomachine, un système de refroidissement 1 pour le refroidissement du carter 2 comportant une pluralité de tubes de refroidissement 3, un boîtier d’alimentation 4 alimentant en air la pluralité de tubes de refroidissement, une pluralité de tôles de fixation 5 pour le maintien en position des tubes de refroidissement 3 autour du carter 2.
La figure 2 montre une deuxième vue en perspective du système de refroidissement 1 pour carter de turbomachine selon l’état de la technique. La figure 2 montre plus particulièrement une tôle de fixation sous laquelle vient se fixer une pluralité de colliers 6, chaque collier 6 entourant un tube de refroidissement 3.
Un certain jeu (dans le sens radial de la turbine) est ménagé entre les colliers de fixation ou les tubes de refroidissement et l’enveloppe externe du carter notamment pour éviter tout contact des pièces (colliers de fixation, tubes de refroidissement, carter) qui pourrait occasionner des dommages.
Toutefois, le jeu entre les tubes de refroidissement et l’enveloppe externe du carter doit être le plus restreint possible pour positionner les tubes de refroidissement au plus près de l’enveloppe du carter et pour optimiser son refroidissement.
En pratique, les contraintes technologiques, techniques, comme notamment les tolérances des pièces, les phénomènes vibratoires en fonctionnement, les dilatations des pièces en fonctionnement, imposent d’éloigner les tubes de refroidissement pour éviter tout contact entre les colliers de fixation (ou les tubes de refroidissement) qui pourrait endommager les pièces en contact, et notamment l’enveloppe externe du carter.
La difficulté technique actuelle est de trouver un bon compromis de positionnement radial des tubes de refroidissement permettant d’éviter l’usure des pièces tout en rendant le système de refroidissement le plus efficace possible. En effet, un jeu optimal est difficile à garantir et à maîtriser car le carter et les tubes de refroidissement sont des pièces de grand diamètre et les différentes pièces intermédiaires intervenant dans le maintien des tubes provoquent une accumulation des tolérances qui augmentent par conséquent le jeu minimal admissible.
Il a été notamment présenté différentes solutions permettant de mieux répondre à certaines contraintes, notamment sur des turbomachines de petite taille. De telles solutions sont notamment décrites dans les documents FR1258238, FR1351676 et FR1454790.
Le document FR1454790 décrit par exemple une solution permettant de mieux maîtriser le positionnement du tube de refroidissement en diminuant le nombre de pièces intermédiaires pour le maintien des tubes de refroidissement. Une telle solution permet notamment de minimiser l’accumulation des tolérances liées à chaque pièce intermédiaire et donc de mieux maitriser le positionnement des tubes de refroidissement.
Toutefois, dans certaines situations et dans certaines configurations de turbomachine, les solutions connues ne sont pas complétement satisfaisantes et les contraintes d’efficacité de refroidissement imposent de réduire les jeux. Dans ces situations, des contacts entre les colliers de fixation ou les tubes de refroidissement et l’enveloppe de carter peuvent apparaître.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en proposant un système de refroidissement d’un carter de turbomachine permettant de s’affranchir des problématiques de réglage, de positionnement, et d’usure des tubes de refroidissement autour du carter.
A cet effet, l’invention a pour objet un système de refroidissement d’une paroi extérieure d’un carter de turbomachine, ledit carter s’étendant autour d’une direction axiale de la turbomachine, ledit système de refroidissement comportant :
- un orifice d’injection d’un flux d’air de refroidissement ;
- un orifice de sortie dudit flux d’air de refroidissement positionné en aval dudit orifice d’injection ;
- des moyens de guidage pour guider ledit flux d’air de refroidissement dudit orifice d’injection vers ledit orifice de sortie ; lesdits moyens de guidage comportant une enveloppe externe configurée pour envelopper ledit carter, ladite enveloppe externe canalisant ledit flux de refroidissement dans un espace annulaire de refroidissement délimité intérieurement par ledit carter ;
Outre les caractéristiques évoquées dans le paragraphe précédent, le système de refroidissement selon l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la première cloison interne comporte des orifices d’injection d’air ménagés en direction de la paroi extérieure du carter pour assurer au moins en partie un refroidissement par impact dudit carter ;
- ladite première cloison interne est une tôle perforée ;
- le système comporte au moins un élément perturbateur, ménagé dans au moins un canal annulaire, configuré pour dévier au moins une partie du flux d’air de refroidissement ;
- le système comporte deux cloisons internes ménagées dans ledit espace annulaire de refroidissement et enveloppant au moins une partie dudit carter selon la direction axiale de la turbomachine, les deux cloisons internes étant configurées pour délimiter au moins une partie dudit espace annulaire de refroidissement en trois canaux annulaires de refroidissement se superposant selon une direction radiale, les trois canaux annulaires guidant ledit flux d’air de refroidissement dudit orifice d’injection vers ledit orifice de sortie pour assurer au moins en partie un refroidissement par convection dudit carter ;
- les deux cloisons internes sont des tôles perforées autorisant la circulation du flux d’air de refroidissement entre les trois canaux annulaires et assurant au moins en partie un refroidissement par impact dudit carter ;
- le système comporte un boitier d’alimentation alimentant ledit orifice d’injection d’un flux d’air de refroidissement ;
- le système comporte une pluralité d’orifices d’injection d’un flux d’air de refroidissement.
L’invention a également pour objet un carter de turbine basse pression de turbomachine caractérisé en ce qu’il comporte un système de refroidissement selon l’invention.
L’invention a également pour objet une turbomachine comportant un système de refroidissement selon l’invention.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
Les figures ne sont présentées qu’à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 illustre une première vue en perspective d’un système de refroidissement pour carter de turbomachine selon l’état de la technique.
La figure 2 illustre une deuxième vue en perspective du système de refroidissement pour carter de turbomachine illustré à la figure 1.
La figure 3 est une vue partielle en coupe d’un premier exemple de réalisation d’un système de refroidissement par jets d’air selon l’invention.
La figure 4 illustre une première variante de réalisation du premier exemple de réalisation du système de refroidissement selon l’invention illustré à la figure 3.
La figure 5 illustre une deuxième variante de réalisation du premier exemple de réalisation du système de refroidissement selon l’invention illustré à la figure 3.
La figure 6 est une vue partielle en coupe d’un deuxième exemple de réalisation d’un système de refroidissement par jets d’air selon l’invention.
La figure 7 illustre une variante de réalisation du deuxième exemple de réalisation du système de refroidissement selon l’invention illustré à la figure 6.
La figure 8 est une vue partielle en coupe d’un troisième exemple de réalisation d’un système de refroidissement 100 par jets d’air selon l’invention.
Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
D’une manière générale, dans la présente demande, les termes amont et aval sont définis par rapport au sens d’écoulement des fluides dans une turbomachine.
Classiquement, la turbine basse pression comporte plusieurs étages (quatre étages étant représentés à la figure 3) d’aubes mobiles agencées en roue mobile 20 de l’amont vers l’aval. Les roues mobiles 20 sont séparées par des roues 30 d’aubes fixes formant des distributeurs entre les étages mobiles. Le carter 10 enveloppant la turbine basse pression comprend des rails 11 et 12 formant des moyens de fixation des roues 30 d’aubes fixes (i.e. de distributeur).
Pour piloter la dilation du carter 10 en fonction des phases de fonctionnement de la turbomachine, et pour éviter la surchauffe des moyens de fixation des roues 30 d’aubes fixes, le carter 10 est équipé d’un système de refroidissement 100 par jets d’air, également appelé par impact d’air, positionné autour du carter 10 et permettant de refroidir la paroi extérieure 13 du carter 10 par projection de jets d’air et par convection.
La turbomachine comporte en outre des moyens de pilotage permettant de piloter un débit d’air de refroidissement injecté dans le système de refroidissement de manière à gérer la dilatation de la paroi extérieure 13 du carter 10, et par voie de conséquence, les jeux entre les parties mobiles et les parties fixes de la turbomachine.
Le système de refroidissement 100 selon l’invention permet de s’affranchir de l’utilisation de tubes de refroidissement positionnés autour du carter et dont le positionnement et les réglages sont difficiles.
Ainsi, comme illustré à la figure 3, dans un premier exemple de réalisation de l’invention, le système de refroidissement 100 comporte une enveloppe externe 131 entourant le carter 10 en lieu et place d’une pluralité de tubes de refroidissement.
L’enveloppe externe 131 est plus particulièrement formée par une tôle annulaire fixée extérieurement à une certaine distance de la paroi extérieure 13 du carter 10 de manière à délimiter un espace annulaire entre l’enveloppe externe 131 et la paroi extérieure 13 du carter 10. Cet espace annulaire est avantageusement compartimenté de manière à optimiser le refroidissement du carter 10.
L’enveloppe externe 131 est solidarisée au carter 10 par l’intermédiaire de platines 105 solidaires des extrémités de ladite enveloppe externe 131, l’enveloppe externe 131 étant rendue solidaire des platines 105 par exemple par rivetage, boulonnage ou encore soudage.
De part et d’autre de la paroi extérieure 13, le carter 10 présente des rebords latéraux 14. Chaque platine 105 du système de refroidissement 100 est solidarisée sur le carter 10 au niveau des rebords latéraux 14 du carter 10, par exemple par boulonnage comme illustré à la figure 3, ou encore par rivetage.
L’enveloppe externe 131 comporte, au niveau d’une zone proche de son extrémité amont, une première ouverture 110 coopérant avec un boitier d’alimentation en air de refroidissement (non représenté) configuré pour injecter un flux d’air (F) de refroidissement dans l’espace annulaire délimité par l’enveloppe externe 131. L’ouverture amont 110 de l’enveloppe externe 131 forme ainsi l’orifice d’injection d’un flux d’air de refroidissement du système de refroidissement 100 selon l’invention.
L’enveloppe externe 131 comporte, au niveau d’une zone proche de son extrémité aval, une deuxième ouverture 120 pour la sortie du flux d’air (F) de refroidissement, échauffé au contact du carter 10. La deuxième ouverture 120 de l’enveloppe externe 131 forme ainsi un orifice de sortie de flux d’air de refroidissement du système de refroidissement 100 selon l’invention.
L’enveloppe externe 131 forme par exemple une enveloppe s’étendant à 360° autour du carter 10 de manière à l’envelopper et à former un espace annulaire dans lequel le flux d’air peut circuler librement par convection de l’amont vers l’aval. L’enveloppe externe 131 forme donc des moyens de guidage du flux d’air (F).
L’enveloppe externe 131 présente une géométrie particulière qui ne suit pas forcément la forme du carter 10. La géométrie de l’enveloppe externe 131 permet par exemple de moduler les volumes de l’espace annulaire autour du carter 10, notamment entre la partie amont et la partie aval du carter 10. Ainsi, l’espace annulaire peut ne pas présenter un volume constant selon une direction axiale correspondant à l’axe longitudinale de la turbomachine.
L’espace annulaire autour du carter 10 délimité par l’enveloppe externe 131 présente de l’amont vers l’aval :
- une première partie E1, correspondant à une chambre d’entrée, positionnée sensiblement au niveau du premier étage d’aubes mobiles et présentant un premier volume V1 ;
- une deuxième partie E2, correspondant à une chambre intermédiaire, présentant un volume V2, la deuxième partie E2 s’étendant sensiblement entre le premier étage d’aubes mobiles et le quatrième étage d’aubes mobiles ;
- une troisième partie E3, correspondant à une chambre de sortie, positionnée sensiblement au niveau du quatrième étage d’aubes mobiles, et présentant un volume V3.
Le système de refroidissement 100 selon l’invention comporte également une première cloison interne 132 ménagée dans l’espace annulaire délimité entre l’enveloppe externe 131 et la paroi extérieure 13 du carter 10. La première cloison interne 132 s’étend selon la direction axiale de la turbomachine entre les rebords latéraux 14 du carter 10 et enveloppe au moins une partie du carter 10.
La première cloison interne 132 est solidarisée au carter 10 par l’intermédiaire des platines 105 décrites précédemment, la première cloison interne 132 étant rendue solidaire par exemple par rivetage, boulonnage, ou encore soudage.
La première cloison interne 132 délimite l’espace annulaire de manière à former un premier canal annulaire de refroidissement 141 et un deuxième canal annulaire de refroidissement 142, les deux canaux annulaires 141, 142 étant sensiblement concentriques par rapport l’axe de la turbomachine sur au moins une partie et ils permettent la circulation d’un flux d’air de refroidissement de l’amont vers l’aval assurant ainsi un refroidissement par convection.
La première cloison interne 132 est avantageusement une tôle perforée, présentant une pluralité d’orifices permettant à une partie du flux d’air de refroidissement (F) injecté au niveau de l’orifice d’injection 110 de traverser la première cloison interne 132 et de circuler également dans le premier canal annulaire 141 directement autour du carter 10.
Les dimensions des orifices de la première cloison interne 132, leur forme ainsi que leur répartition peuvent être variables en fonction de la localisation et de la zone du carter 10 à refroidir.
La première cloison interne 132 permet ainsi d’assurer un refroidissement par impact du carter 10 tout le long de l’espace annulaire et notamment au niveau de la chambre intermédiaire E2 éloignée de l’orifice d’injection 110.
Le système de refroidissement 100 selon l’invention comporte également une cloison aval 135 permettant d’obturer l’extrémité aval du deuxième canal annulaire 142 et ainsi forcer le flux d’air au niveau de cette extrémité aval à traverser la première cloison interne 132 en direction du carter 10 avant de ressortir au niveau de l’orifice de sortie 120 du flux d’air.
La première cloison interne 132 est une tôle multi-perforée sur l’ensemble de son pourtour circonférentiel de sorte qu’elle présente une pluralité d’orifices permettant une migration des flux d’air du canal annulaire 142 vers le canal annulaire 141 aussi bien dans la chambre d’entrée E1 que dans la chambre intermédiaire E2.
Avantageusement, la pression d’air dans le canal annulaire 142 est supérieure à la pression d’air dans le canal annulaire 141 de sorte que le flux d’air migre du canal annulaire 142 vers le canal annulaire 141 en direction du carter 10 pour assurer son refroidissement par impact.
Le système de refroidissement 100 selon l’invention permet ainsi de combiner un mode de refroidissement du carter 10 par impact sous la forme de jets d’air projetés contre la paroi extérieure 13 du carter 10 via les orifices de la cloison interne 132 perforée et un mode de refroidissement par convection par guidage d’un flux d’air dans un canal annulaire 141 autour du carter 10 de l’amont vers l’aval par la cloison interne 132 perforée.
Selon une variante de réalisation, et pour améliorer le refroidissement par impact de jets d’air au niveau de certaines zones spécifiques du carter 10 , il est possible d’incorporer différentes perturbateurs de flux 133 (un seul étant représenté à la figure 5) au niveau du canal annulaire supérieur 142 et/ou du canal annulaire inférieur 141 de manière à générer des turbulences dans les canaux annulaires 141, 42 et augmentant ainsi les échanges thermiques entre le flux d’air de refroidissement et la paroi externe 13 du carter 10.
A titre d’exemple, les perturbateurs de flux 133 sont, par exemple, des chicanes, des parois, ou des demi-parois, s’étendant sensiblement perpendiculairement par rapport à l’enveloppe externe 131, de manière à diriger une partie du flux d’air de refroidissement du canal annulaire supérieure 142 vers la paroi extérieure 13 du carter 10 et ainsi favoriser le refroidissement par impact de la paroi extérieure 13 du carter 10. Toutefois, les perturbateurs de flux 133 peuvent présenter des formes et orientations variées en fonction des besoins.
Ainsi, il est également possible de cloisonner les canaux annulaires 141, 142 et ainsi créer une circulation d’air spécifique de l’amont vers l’aval, favorisant ainsi le refroidissement du carter 10.
Ces perturbateurs de flux 133 peuvent également se présenter sous la forme de rainures ou des bosses ménagées directement dans la cloison interne 132 et/ou sur l’enveloppe externe 131 de manière à créer des turbulences.
Le système de refroidissement 200 par jets d’air est identique au premier exemple de réalisation décrit précédemment aux figures 3 à 5, incluant les différentes variantes de réalisation.
Dans ce deuxième exemple de réalisation, le système de refroidissement 200 comporte en outre une deuxième cloison interne 134. La deuxième cloison interne 134 peut être positionnée entre la première cloison interne 132 et l’enveloppe externe 131 ou indifféremment entre la première cloison interne 132 et la paroi externe 13 du carter 10.
La figure 6 illustre plus particulièrement le mode de réalisation dans lequel la deuxième cloison interne 134 est positionnée entre la paroi externe 13 du carter 10 et la première cloison interne 132.
De manière identique à la première cloison interne 132, la deuxième cloison interne 134 est solidarisée au carter 10 par l’intermédiaire des platines 105 décrites précédemment, la deuxième cloison interne 134 étant rendue solidaire par exemple par rivetage, par boulonnage, ou encore par soudage.
Ainsi, l’espace annulaire autour du carter 10 délimité par l’enveloppe externe 131 est divisé en trois canaux annulaires : un canal annulaire inférieur 141a entre la paroi extérieure 13 du carter 10 et la deuxième cloison interne 134, un canal annulaire intermédiaire 141b entre la deuxième cloison interne 134 et la première cloison interne 132 et un canal annulaire supérieur 142 entre la première cloison 132 et l’enveloppe externe 131.
De manière identique au premier exemple de réalisation décrit précédemment, les différents canaux annulaires 141a, 141b, 142 sont sensiblement concentriques sur au moins une partie et ils permettent la circulation d’un flux d’air de refroidissement de l’amont vers l’aval en assurant un refroidissement par impact et par convection autour du carter 10.
Les différentes variantes de réalisation mentionnées précédemment en référence aux figures 4 et 5 sont également applicables à la deuxième cloison interne 134.
La deuxième cloison 134 est perforée, au moins sur une partie, de manière à permettre à une partie du flux d’air (F) de refroidissement injecté au niveau de l’orifice d’injection 110 de traverser la deuxième cloison interne 134, par exemple au niveau de la chambre d’entrée E1 et de la chambre intermédiaire E2, de circuler dans la canal annulaire inférieur 141a au moins au niveau de la chambre intermédiaire E2 jusqu’ à la chambre de sortie E3 avant de ressortir échauffé au niveau de l’orifice de sortie 120.
Plus particulièrement, la deuxième cloison interne 134 comporte :
- des orifices ménagés au niveau de la chambre d’entrée (première partie E1), et répartis sur le pourtour circonférentiel de la deuxième cloison interne 134 ;
- des orifices ménagés au niveau de la chambre intermédiaire E2 (deuxième partie E2), et répartis sur le pourtour circonférentiel de la deuxième cloison interne 134.
Les dimensions des orifices de la deuxième cloison interne, leur forme ainsi que leur répartition peuvent être variables en fonction de la zone du carter 10 à refroidir.
Les dimensions des orifices de la deuxième cloison interne, leur forme ainsi que leur répartition peuvent être identiques ou différentes de deux de la première cloison interne 132.
Bien entendu les différentes variantes de réalisation de la deuxième cloison interne 134 sont combinables avec les différentes variantes de réalisation de la première cloison interne 132 décrites précédemment.
Avantageusement, la pression d’air dans le canal annulaire 142 est supérieure à la pression d’air dans le canal annulaire 141b qui est également supérieure à la pression d’air dans le canal annulaire 141a de manière à permettre une migration du flux en direction du carter 10 pour assurer son refroidissement par impact au niveau du carter 10.
Le système de refroidissement 100 selon l’invention permet ainsi de combiner un mode de refroidissement du carter 10 par impact sous la forme de jet d’airs projetés contre la paroi extérieure 13 du carter 10 et un mode de refroidissement par convection par guidage d’un flux d’air autour du carter 10 de l’amont vers l’aval. Pour assurer un flux d’air de l’amont vers l’aval autour du carter 10 la pression d’air en amont est supérieure à la pression d’air en aval du système de refroidissement.
Selon une variante de réalisation, et pour améliorer le refroidissement par impact de jets d’air au niveau de certaines zones spécifiques du carter 10 , il est possible d’incorporer dans les différents canaux annulaires 141a, 141b, 142, et avantageusement dans le canal annulaire supérieur 142 et/ou le canal intermédiaire 141b, différentes perturbateurs de flux (tels que des chicanes, des parois, ou demi-parois) s’étendant sensiblement perpendiculairement par rapport à l’enveloppe externe 131, de manière à diriger le flux d’air de refroidissement du canal annulaire supérieure 142 et/ou du canal intermédiaire 141b vers la paroi extérieure 13 du carter 10 et ainsi favoriser le refroidissement par impact de la paroi extérieure 13 du carter 10.
Da manière identique au mode de réalisation décrit précédemment, les perturbateurs de flux 133 peuvent présenter des formes et orientations variées en fonction des besoins.
Le système de refroidissement 300 par jets d’air est identique au premier exemple de réalisation décrit précédemment aux figures 3 à 5, incluant les différentes variantes de réalisation, à l’exception des caractéristiques qui vont être décrites ci-après.
Dans ce troisième exemple de réalisation, le système de refroidissement 300 comporte plusieurs ouvertures 110, 110’ pour l’injection d’un flux d’air de refroidissement (F), formant ainsi des orifices d’injection, et plusieurs ouvertures 120, 120’ pour la sortie du flux d’air de refroidissement (F) échauffé au contact de la paroi extérieure 13 du carter 10 formant des orifices de sortie.
Les orifices d’injection 110, 110’ coopèrent avec un ou plusieurs boitiers d’alimentation en air de refroidissement (non représenté) configurés pour injecter un flux d’air (F) de refroidissement dans l’espace annulaire délimité par l’enveloppe externe 131 via les orifices d’injection 110, 110’.
Avantageusement, les orifices d’injection 110, 110’ sont positionnés respectivement en amont d’un orifice de sortie 120, 120’ de sorte que le flux d’air de refroidissement injecté dans l’espace annulaire autour du carter 10 circule de l’amont vers l’aval, notamment par la présence d’une différence de pression entre l’amont et l’aval.
On a représenté dans ce troisième mode de réalisation un système de refroidissement 300 comportant une unique cloison interne 132 ménagée dans l’espace annulaire délimité autour du carter 10 par l’enveloppe externe 131, de manière identique au premier mode de réalisation illustré à la figure 3.
Selon une alternative, il est également possible d’utiliser plusieurs cloisons internes pour délimiter l’espace annulaire autour du carter 10 de manière identique au deuxième mode de réalisation illustré à la figure 6.
Ce troisième exemple de réalisation est un mode de réalisation optimisé par rapport aux modes de réalisation décrits précédemment aux figures 3 à 7. En effet, l’utilisation d’une pluralité d’orifices d’injection et d’une pluralité d’orifices de sortie permet de cloisonner et de compartimenter de l’amont vers l’aval l’espace annulaire délimité autour du carter 10 et d’injecter dans chaque compartiment de l’air frais à partir d’un ou plusieurs boitier(s) d’alimentation (non représenté(s)). Ainsi, grâce à ce mode de réalisation, on peut noter par exemple que la zone du carter 10 au niveau du troisième étage reçoit un flux de refroidissement plus frais en comparaison avec le premier exemple de réalisation décrit à la figure 3.
Bien entendu, ce troisième exemple de réalisation peut comporter plusieurs cloisonnements (axiaux ou circonférentiels) de l’espace annulaire autour du carter 10 et donc plusieurs orifices d’entrée et plusieurs orifices de sortie, chacun des cloisonnements étant étanche en air les uns par rapport aux autres.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à l’utilisation d’une unique cloison interne ou à l’utilisation de deux cloisons internes. Il est envisagé de pouvoir intégrer dans l’espace annulaire délimité par l’enveloppe externe 131 une pluralité de cloisons internes multi-perforés présentant une répartition identique ou non des perforations pour optimiser pour la circulation du flux d’air de refroidissement en fonction des besoins et donc le refroidissement par impact et par convection du carter 10.
De manière générale, les orifices des cloisons internes 132, 134 décrites dans la demande de brevet présentent une répartition et des diamètres calibrés configurés pour permettre un refroidissement par impact localisé du carter 10.
Grâce à l’invention, le refroidissement du carter 10 est optimisé, et on utilise de manière optimale la quantité d’air de refroidissement injecté et disponible. Le même fluide de refroidissement est utilisé à la fois pour un refroidissement par impact et pour un refroidissement par convection du carter 10.
L’invention permet par ailleurs une meilleure répartition de la température à la surface du carter 10 en comparaison avec les systèmes de refroidissement utilisant des tubes de refroidissement agencés autour du carter, par le guidage de l’air de refroidissement de l’amont vers l’aval le long de différents canaux annulaires formés par différentes cloisons interne à l’intérieur d’un espace annulaire délimité par une enveloppe externe englobant à 360° le carter.
L’invention a été particulièrement décrite avec une enveloppe externe englobant à 360° le carter. Toutefois, il est également envisagé, quelque soit le mode de réalisation décrit précédemment, que le système de refroidissement, et plus particulièrement l’enveloppe externe, les canaux annulaires, et la, ou les, cloison(s) interne(s), s’étendent uniquement sur une portion angulaire du carter, par exemple 120°. Ainsi, le refroidissement complet de carter, i.e. à 360°, peut être obtenu par l’assemblage d’une pluralité de système de refroidissement selon l’invention, chacun des systèmes de refroidissement assurant le refroidissement spécifique d’une portion angulaire du carter.
Claims (10)
- Système de refroidissement (100, 200, 300) d’une paroi extérieure (13) d’un carter (10) de turbomachine, ledit carter (10) s’étendant autour d’une direction axiale de la turbomachine, ledit système de refroidissement (100, 200, 300) comportant :
- un orifice d’injection (110, 110’) d’un flux d’air de refroidissement (F) ;
- un orifice de sortie (120, 120’) dudit flux d’air de refroidissement (F) positionné en aval dudit orifice d’injection ;
- des moyens de guidage pour guider ledit flux d’air de refroidissement (F) dudit orifice d’injection (110) vers ledit orifice de sortie (120) ; lesdits moyens de guidage comportant une enveloppe externe (131) configurée pour envelopper ledit carter (10), ladite enveloppe externe (131) canalisant ledit flux de refroidissement dans un espace annulaire de refroidissement délimité intérieurement par ledit carter ;
- Système de refroidissement (100, 200, 300) d’une paroi extérieure (13) d’un carter (10) de turbomachine selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première cloison interne (132) comporte des orifices d’injection d’air ménagés en direction de la paroi extérieure (13) du carter (10) pour assurer au moins en partie un refroidissement par impact dudit carter (10).
- Système de refroidissement (100, 200, 300) d’une paroi extérieure (13) d’un carter (10) de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première cloison interne (132) est une tôle perforée.
- Système de refroidissement (100, 200, 300) d’une paroi extérieure (13) d’un carter (10) de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système comporte au moins un élément perturbateur (133), ménagé dans au moins un canal annulaire (141, 142), configuré pour dévier au moins une partie du flux d’air de refroidissement.
- Système de refroidissement (100, 200, 300) d’une paroi extérieure (13) d’un carter (10) de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système comporte deux cloisons internes (132, 134) ménagées dans ledit espace annulaire de refroidissement et enveloppant au moins une partie dudit carter (10) selon la direction axiale de la turbomachine, les deux cloisons internes (132, 134) étant configurées pour délimiter au moins une partie dudit espace annulaire de refroidissement en trois canaux annulaires (141a, 141b, 142) de refroidissement se superposant selon une direction radiale, les trois canaux annulaires (141a, 141b, 142) guidant ledit flux d’air de refroidissement (F) dudit orifice d’injection (110) vers ledit orifice de sortie (120) pour assurer au moins en partie un refroidissement par convection dudit carter (10).
- Système de refroidissement (100, 200, 300) d’une paroi extérieure (13) d’un carter (10) de turbomachine selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux cloisons internes (132, 134) sont des tôles perforées autorisant la circulation du flux d’air de refroidissement (F) entre les trois canaux annulaires (141a, 141b, 142) et assurant au moins en partie un refroidissement par impact dudit carter (10).
- Système de refroidissement (100, 200, 300) d’une paroi extérieure (13) d’un carter (10) de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système comporte un boitier d’alimentation alimentant ledit orifice d’injection (110, 110’) d’un flux d’air de refroidissement (F).
- Système de refroidissement (100, 200, 300) d’une paroi extérieure (13) d’un carter (10) de turbomachine selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système comporte une pluralité d’orifices d’injection (110, 110’) d’un flux d’air de refroidissement (F).
- Carter (10) de turbine basse pression de turbomachine caractérisé en ce qu’il comporte un système de refroidissement selon l’une des revendications 1 à 8.
- Turbomachine caractérisée en ce qu’il comporte un système de refroidissement selon l’une des revendications 1 à 8.
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|---|---|---|---|---|
| CN113882954A (zh) * | 2021-09-17 | 2022-01-04 | 北京动力机械研究所 | 一种低流阻分流装置 |
| FR3137119A1 (fr) * | 2022-06-22 | 2023-12-29 | Safran Aircraft Engines | Système de refroidissement amélioré pour un ensemble mobile de turbomachine |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1258238A (fr) | 1959-10-10 | 1961-04-14 | Thermostat perfectionné | |
| FR1351676A (fr) | 1963-02-12 | 1964-02-07 | Peter Uhren G M B H | Chronomètre pour la mesure de courts intervalles de temps prédéterminés |
| FR1454790A (fr) | 1965-02-25 | 1966-10-07 | Emco Wheaton | Raccord |
| FR2590320A1 (fr) * | 1985-11-19 | 1987-05-22 | Mtu Muenchen Gmbh | Turboreacteur a deux flux et plusieurs arbres a refroidissement par l'intermediaire du canal secondaire s'etendant pratiquement sur toute la longueur de la machine |
| JP2009191655A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 軸流圧縮機およびこれを用いたガスタービン |
| EP2546471A2 (fr) * | 2011-07-15 | 2013-01-16 | Rolls-Royce plc | Contrôle du jeu des extrémités d'aubes de turbine |
| US20160003151A1 (en) * | 2014-07-04 | 2016-01-07 | Rolls-Royce Plc | Turbine case cooling system |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1258238A (fr) | 1959-10-10 | 1961-04-14 | Thermostat perfectionné | |
| FR1351676A (fr) | 1963-02-12 | 1964-02-07 | Peter Uhren G M B H | Chronomètre pour la mesure de courts intervalles de temps prédéterminés |
| FR1454790A (fr) | 1965-02-25 | 1966-10-07 | Emco Wheaton | Raccord |
| FR2590320A1 (fr) * | 1985-11-19 | 1987-05-22 | Mtu Muenchen Gmbh | Turboreacteur a deux flux et plusieurs arbres a refroidissement par l'intermediaire du canal secondaire s'etendant pratiquement sur toute la longueur de la machine |
| JP2009191655A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 軸流圧縮機およびこれを用いたガスタービン |
| EP2546471A2 (fr) * | 2011-07-15 | 2013-01-16 | Rolls-Royce plc | Contrôle du jeu des extrémités d'aubes de turbine |
| US20160003151A1 (en) * | 2014-07-04 | 2016-01-07 | Rolls-Royce Plc | Turbine case cooling system |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113882954A (zh) * | 2021-09-17 | 2022-01-04 | 北京动力机械研究所 | 一种低流阻分流装置 |
| FR3137119A1 (fr) * | 2022-06-22 | 2023-12-29 | Safran Aircraft Engines | Système de refroidissement amélioré pour un ensemble mobile de turbomachine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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