FR3111394A1 - Turbomachine comprenant un organe de séparation d’un flux d’air et un organe de redressement du flux d’air séparé. - Google Patents

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Abstract

Turbomachine d’axe longitudinal (X-X’) comprenant une soufflante délivrant un flux d’air principal (F) et un organe de séparation (20) configuré pour séparer ledit flux d’air (F) en un flux d’air primaire (F1) circulant dans une veine interne (VI) et un flux d’air secondaire (F2) circulant dans une veine externe (VE), la veine externe (VE) comprenant au moins un aubage (18) comprenant une pluralité d’aubes directrices de sortie configurées pour redresser le flux secondaire (F2) en un flux secondaire redressé (F2’’). L’organe de séparation (20) comprend un organe de redressement disposé en amont de l’aubage (18) et configuré pour redresser le flux d’air secondaire (F2) en amont dudit aubage (18). Figure pour l’abrégé : Fig 2

Description

Turbomachine comprenant un organe de séparation d’un flux d’air et un organe de redressement du flux d’air séparé.
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne le domaine des turbomachines, et notamment la séparation du flux d’air principal en un flux d’air primaire et un flux d’air secondaire.
Etat de la technique antérieure
Classiquement, on connait les turbomachines du type turboréacteur à double flux comportant une manche d'entrée recevant un flux d’air principal qui est aspiré par un compresseur basse pression pour ensuite être divisé en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Le compresseur basse pression est assimilable à une soufflante en ce qu’une partie du flux d’air qu’il compresse alimente un flux secondaire.
Le flux secondaire circule dans un espace appelé veine secondaire qui est délimité extérieurement par un carter de veine secondaire encore appelé carène du moteur, et intérieurement par une enveloppe entourant le flux primaire.
Le flux primaire circule dans un espace appelé veine primaire délimité extérieurement par l’enveloppe et intérieurement par une succession d’éléments internes fixes et rotatifs. Les éléments internes fixes comprennent des plateformes de redresseurs et de distributeurs, et des viroles de carters intérieurs, et les éléments internes rotatifs comprennent des plateformes de roues aubagées de rotors.
Plus concrètement, le flux primaire circule entre un carter interne et un carter externe de compresseur haute pression pour être comprimé dans ce compresseur haute pression avant d’être brulé dans une chambre de combustion. Il est ensuite détendu dans une turbine haute pression pour entraîner le compresseur haute pression, puis dans une turbine basse pression pour entraîner le compresseur basse pression, avant d'être expulsé vers l'arrière en générant une poussée.
L’enveloppe délimitant extérieurement la veine primaire est ainsi formée par une série de carters comprenant un carter de compresseur haute pression, un carter au niveau de la chambre de combustion et un carter de turbine haute pression, ainsi que par une virole externe de carter d’échappement.
Chaque turbine et chaque compresseur est formé d’étages comportant chacun une série d'aubes rotatives régulièrement espacées autour d'un axe central longitudinal du moteur, précédé éventuellement d’un distributeur dans le cas d’une turbine ou suivie éventuellement d’un redresseur dans le cas d’un compresseur. Les distributeurs et les redresseurs sont constitués d’une série d’aubes fixes.
La partie arrière d’un tel moteur comprend, en aval de la turbine basse pression, un carter d’échappement qui porte un palier supportant une extrémité arrière de rotor du moteur. Ce carter d’échappement comporte une virole interne et une virole externe et des bras radiaux solidarisant ces viroles l’une à l’autre, en traversant radialement la veine primaire.
On connait également les turbomachines d’aéronef, du type turboréacteur à double flux et à double corps.
Le flux d’air principal est divisé en flux d’air primaire et en flux d’air secondaire par un organe de séparation ou bec ou nez séparateur d’air situé en aval de la soufflante. Le flux d’air primaire circule dans la veine primaire en pénétrant dans le compresseur basse pression au niveau d’aubes directrices d’entrée ou « inlet guide vanes », d’acronyme IGV en termes anglo-saxons. Le flux d’air secondaire est dévié par le bec séparateur dans la veine secondaire en direction des aubes directrices de sortie ou « outlet guide vanes », d’acronyme OGV en termes anglo-saxons, puis vers la sortie de la turbomachine. Le bec séparateur est disposé en amont des aubes OGV, sur l’extrémité amont de la plateforme interne de l’aubage OGV.
Dans le cas où le compresseur basse pression est assimilable à une soufflante, le flux principal est divisé en aval dudit compresseur basse pression et le flux d’air primaire circule dans la veine primaire en pénétrant dans le compresseur haute pression.
La séparation du flux d’air principal par le bec de séparation crée une perturbation des flux qui sont ensuite redressés par les aubes respectivement des aubes directrices d’entrée ou de sortie. Toutefois, le redressement du flux d’air secondaire par les OGV est particulièrement complexe et nécessite d’augmenter le nombre de pales.
Ainsi, il existe un besoin d’améliorer la séparation du flux d’air principal et ainsi de simplifier la géométrie des pales de l’aubage à aubes directrices de sortie OGV.
La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients des systèmes précités et de proposer un organe de redressement du profil aérodynamique du flux d’air secondaire en amont des aubes directrices de sortie OGV.
L’invention a donc pour objet une turbomachine, d’axe longitudinal comprenant une soufflante délivrant un flux d’air principal et un organe de séparation ou bec séparateur configuré pour séparer ledit flux d’air en un flux d’air primaire circulant dans une veine interne et en un flux d’air secondaire circulant dans une veine externe, la veine externe comprenant au moins un aubage comprenant une pluralité d’aubes directrices de sortie ou « outlet guide vanes », d’acronyme OGV en termes anglo-saxons configurées pour redresser le flux secondaire en un flux secondaire redressé.
L’organe de séparation comprend un organe de redressement disposé en amont de l’aubage et configuré pour redresser le flux d’air secondaire en amont dudit aubage.
L’obtention d’un flux d’air secondaire homogène en amont de l’aubage OGV permet de simplifier la géométrie et le nombre des pales dudit aubage.
Avantageusement, l’organe de séparation comprend une base solidaire de l’extrémité amont de la plateforme interne ou pied de l’aubage, l’organe de redressement étant solidaire de ladite base.
Selon un mode de réalisation, l’organe de redressement comprend au moins une ailette de redressement axial fixe solidaire de l’organe de séparation et en saillie radiale dudit organe vers l’extérieur.
L’ailette de redressement axial permet d’orienter axialement le flux secondaire de séparation et de le redresser en amont de l’aubage OGV.
Par exemple, l’ailette de redressement axial s’étend axialement depuis une extrémité amont de l’organe de séparation vers l’aubage.
L’ailette de redressement axial est fixée à l’organe de séparation, notamment à la base, par son extrémité interne.
L’ailette de redressement axial peut présenter un profil courbé le long de l’axe longitudinal du flux d’écoulement d’air de la turbomachine.
Selon un mode de réalisation, l’organe de redressement comprend une pluralité d’ailettes de redressement axial.
Avantageusement, les ailettes de redressement axial sont espacées l’une de l’autre pour délimiter un canal d’écoulement entre deux ailettes de redressement axial adjacentes.
Selon un mode de réalisation, l’organe de redressement comprend une ailette de redressement radial solidaire de l’extrémité externe de l’ailette de redressement axial, opposée à l’extrémité interne solidaire de l’organe de séparation.
L’ailette de redressement radial permet de redresser radialement le flux d’air secondaire et ainsi d’améliorer le maintien du flux d’air secondaire de séparation redressé par les ailettes de redressement axial le long de la plateforme interne de l’aubage OGV.
Avantageusement, l’ailette de redressement radial présente la forme d’une plaque fine s’étendant sur toute la longueur axiale de l’ailette de redressement axial.
L’ailette de redressement radial est solidaire de l’extrémité externe des ailettes de redressement axial.
Selon un mode de réalisation, la turbomachine comprend au moins un deuxième aubage disposé dans la veine interne et comprenant une pluralité d’aubes directrices d’entrée ou « inlet guide vanes », d’acronyme IGV en termes anglo-saxons configurées pour redresser le flux primaire en un flux primaire redressé.
Par exemple, la turbomachine comprend, dans la veine interne, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre annulaire de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins indexés sur lesquels :
illustre schématiquement une demi-coupe axiale d’une structure d'un exemple d’une turbomachine situant l’emplacement d’un organe de séparation du flux d’air principal en flux d’air primaire et en flux d’air secondaire ;
illustre en détails l’organe de séparation du flux d’air de la figure 1 comprenant un organe de redressement du flux d’air secondaire selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
est une vue de dessus de l’organe de séparation du flux d’air de la figure 2 ;
est une vue de face de l’organe de séparation du flux d’air de la figure 2 ; et
est une vue de face de l’organe de séparation du flux d’air de la figure 2 comprenant un organe de redressement du flux d’air secondaire selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Dans la suite de la description, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation de l’air dans la turbomachine. Les termes « interne » et « externe » sont définis par rapport à l’axe longitudinal de la turbomachine, le terme interne définissant un élément plus proche dudit axe qu’un élément externe.
Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation
Sur la figure 1 est représentée très schématiquement une demi-coupe axiale d’une turbomachine 10, d’axe général longitudinal X-X’, par exemple de type turboréacteur à double flux et double corps comprenant une soufflante 11, accouplée à un moteur à turbine à gaz comportant un compresseur basse pression 12, un compresseur haute pression 13, une chambre annulaire de combustion 14, une turbine haute pression 15 et une turbine basse pression 16.
Les rotors du compresseur haute pression et de la turbine haute pression sont reliés par un arbre haute pression (HP) (non représenté) et forment avec lui un corps haute pression. Les rotors du compresseur basse pression et de la turbine basse pression sont reliés par un arbre basse pression (BP) (non représenté) et forment avec lui un corps basse pression. Les arbres HP et BP s'étendent suivant un axe longitudinal X-X’ de la turbomachine 10.
L'arbre de soufflante est lié en rotation à l'arbre BP directement ou indirectement.
On notera que l’invention n’est pas limitée à une telle structure de turbomachine et pourrait s’appliquer à une turbomachine de structure différente, par exemple à une turbomachine de type turboréacteur à double flux, dans laquelle le compresseur basse pression fait office de soufflante.
En aval de la soufflante 11, le flux d’air principal F est séparé par un organe de séparation ou bec ou nez séparateur 20 en un flux d’air primaire F1 et en un flux d’air secondaire F2.
Le flux d’air primaire F1 parcourt un passage interne ou veine primaire VI en pénétrant dans le compresseur basse pression 12 au niveau d’aubes directrices d’entrée 17 ou « inlet guide vanes », d’acronyme IGV en termes anglo-saxons.
Le flux d’air principal dévié par le bec séparateur 20 forme un flux d’air de séparation F2 circulant avec le flux d’air secondaire F2’ de la soufflante dans un passage annulaire externe ou veine secondaire VE en direction d’aubes directrices de sortie 18 ou « outlet guide vanes », d’acronyme OGV en termes anglo-saxons, puis vers la sortie de la turbomachine. Les aubes OGV sont fixes et permettent de redresser le flux d’air froid en aval de la soufflante afin d’optimiser le rendement de la turbomachine. En d’autres termes, le flux d’air de séparation F2 et le flux d’air secondaire F2’ de la soufflante sont redressés par les aubes OGV 18 en un flux secondaire redressé F2’’.
La séparation du flux d’air principal F est illustrée en détails en référence à la figure 2.
Le bec séparateur 20 comprend une base 22 solidaire de l’extrémité amont du pied 18a de l’aubage OGV 18 et un organe 30 de redressement du flux d’air secondaire de séparation F2 en amont de l’aubage OGV 18.
De manière générale, l’organe de redressement 30 est disposé en amont d’aubes directrices situées en zone froide.
Tel qu’illustré sur les figures 3 et 4, l’organe de redressement 30 comprend une pluralité d’ailettes de redressement axial fixes 32 solidaires de la base 22 du bec séparateur 20 et en saillie radiale vers l’extérieur. Les ailettes de redressement axial 32 s’étendent axialement depuis l’extrémité amont 22a de la base 22 du bec séparateur 20 vers l’aubage OGV 18. Les ailettes de redressement axial 32 sont fixées à la base 22 par leur extrémité interne 32a.
Les ailettes de redressement axial 32 sont espacées l’une de l’autre pour délimiter un canal d’écoulement 34 entre deux ailettes de redressement axial adjacentes 32. Tel qu’illustré, les ailettes de redressement axial sont régulièrement espacées sur la largeur de la base 22 du bec séparateur 20.
Les ailettes de redressement axial 32 ont un profil courbé le long de l’axe axial X-X’ du flux d’écoulement d’air de la turbomachine.
Les ailettes de redressement axial 32 permettent d’orienter le flux secondaire de séparation F2 et de le redresser en amont de l’aubage OGV 18.
L’écoulement du flux d’air secondaire de séparation F2 redressé axialement par les ailettes de redressement axial 32 est ainsi maintenu le long de la plateforme inférieure 18a de l’aubage OGV 18.
L’aubage OGV 18 permet ensuite de redresser l’ensemble du flux d’air de séparation F2 et du flux d’air secondaire F2’ de la soufflante en un flux secondaire redressé F2’’.
L’obtention d’un flux d’air secondaire homogène en amont de l’aubage OGV 18 permet de simplifier la géométrie et le nombre des pales dudit aubage.
Le mode de réalisation illustré sur la figure 5, dans lequel les mêmes éléments ont les mêmes références, diffère du mode de réalisation illustré sur la figure 4 uniquement par le fait que l’organe de redressement 30 comprend une ailette de redressement radial 36 solidaire de l’extrémité externe 32b des ailettes de redressement axial 32, opposée à l’extrémité interne 32a solidaire de la base 22. L’ailette de redressement radial 36 présente la forme d’une plaque fine s’étendant sur toute la longueur axiale des ailettes de redressement axial 32.
L’ailette de redressement radiale 36 permet d’améliorer le maintien du flux d’air secondaire de séparation F2 redressé par les ailettes de redressement axial 32 le long de la plateforme interne 18a de l’aubage OGV 18.
Grace à l’organe de redressement du flux d’air selon l’invention, les perturbations en aval de la séparation du flux d’air principal sont minimisées.

Claims (12)

  1. Turbomachine (10) d’axe longitudinal (X-X’) comprenant :
    - une soufflante (11) délivrant un flux d’air principal (F) ; et
    un organe de séparation (20) configuré pour séparer ledit flux d’air (F) en un flux d’air primaire (F1) circulant dans une veine interne (VI) et un flux d’air secondaire (F2) circulant dans une veine externe (VE), la veine externe (VE) comprenant au moins un aubage (18) comprenant une pluralité d’aubes directrices de sortie configurées pour redresser le flux secondaire (F2) en un flux secondaire redressé (F2’’), caractérisé en ce que l’organe de séparation (20) comprend un organe de redressement disposé en amont de l’aubage (18) et configuré pour redresser le flux d’air secondaire (F2) en amont dudit aubage (18).
  2. Turbomachine (10) selon la revendication 1, dans laquelle l’organe de séparation (20) comprend une base (22) solidaire de l’extrémité amont de la plateforme interne (18a) de l’aubage (18), l’organe de redressement (30) étant solidaire de ladite base (22).
  3. Turbomachine (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l’organe de redressement (30) comprend au moins une ailette de redressement axial fixe (32) solidaire de l’organe de séparation (20) et en saillie radiale dudit organe (20) vers l’extérieur.
  4. Turbomachine (10) selon la revendication 3, dans laquelle l’ailette de redressement axial (32) s’étend axialement depuis une extrémité amont (22a) de l’organe de séparation (20) vers l’aubage (18).
  5. Turbomachine (10) selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle l’ailette de redressement axial (32) présente un profil courbé le long de l’axe longitudinal (X-X’) du flux d’écoulement d’air de la turbomachine.
  6. Turbomachine (10) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans laquelle l’organe de redressement (30) comprend une pluralité d’ailettes de redressement axial (32).
  7. Turbomachine (10) selon la revendication 6, dans laquelle les ailettes de redressement axial (32) sont espacées l’une de l’autre pour délimiter un canal d’écoulement (34) entre deux ailettes de redressement axial adjacentes (32).
  8. Turbomachine (10) selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, dans laquelle l’organe de redressement (30) comprend une ailette de redressement radial (36) solidaire de l’extrémité externe (32b) de l’ailette de redressement axial (32), opposée à l’extrémité interne (32a) solidaire de l’organe de séparation (20).
  9. Turbomachine (10) selon la revendication 8, dans laquelle l’ailette de redressement radial (36) s’étend sur toute la longueur axiale de l’ailette de redressement axial (32).
  10. Turbomachine (10) selon la revendication 9 en combinaison avec la revendication 6 ou 7, dans laquelle l’ailette de redressement radial (36) est solidaire de l’extrémité externe (32b) des ailettes de redressement axial (32).
  11. Turbomachine (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un aubage (17) disposé dans la veine interne (VI) et comprenant une pluralité d’aubes directrices d’entrée configurées pour redresser le flux primaire (F1) en un flux primaire redressé (F1’).
  12. Turbomachine (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, dans la veine interne (VI), un compresseur basse pression (12), un compresseur haute pression (13), une chambre annulaire de combustion (14), une turbine haute pression (15) et une turbine basse pression (16).
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