FR3112814A1 - Dispositif de fermeture de canal de décharge de turboréacteur à étanchéité améliorée - Google Patents

Abstract

L’invention a pour objet un dispositif pour fermer une ouverture (21) d’une paroi (19) mettant en communication une première enceinte et une seconde enceinte, la première enceinte ayant une pression supérieure ou égale à la pression de la seconde enceinte, ce dispositif comprenant : – un volet (23) mobile entre une position rabattue sur l’ouverture (21) et une position écartée ; – un actionneur pour déplacer le volet entre ses positions rabattue et ouverte ; – un joint (27) interposé entre l’ouverture (21) et le volet (23) pour former une barrière étanche lorsque le volet (23) est rabattu sur l’ouverture (21), et dans lequel ce joint (27) comporte une cavité interne (48) pressurisable. Figure pour l’abrégé : Figure 3

Description

Dispositif de fermeture de canal de décharge de turboréacteur à étanchéité améliorée

L’invention concerne la fermeture de conduits de décharge équipant un turboréacteur à double flux, de tels conduits permettant d’évacuer une partie du flux primaire de ce turboréacteur vers son flux secondaire, pour rétablir un fonctionnement nominal du turboréacteur dans certaines situations.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Un turboréacteur à double flux comporte une manche d'entrée admettant de l'air qui est aspiré par une soufflante, avant d’être divisé en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Après avoir passé la soufflante, le flux secondaire est dirigé vers l’arrière pour générer une poussée.

Après avoir passé la soufflante, le flux primaire traverse un compresseur basse pression puis un compresseur haute pression, avant d'atteindre une chambre de combustion pour être détendu dans une turbine haute pression puis dans une turbine basse pression, avant d'être expulsé en générant une poussée auxiliaire.

Chaque turbine et chaque compresseur comporte des aubes portées par un rotor tournant autour d’un axe longitudinal et porté par un carter intermédiaire. Ce carter intermédiaire comprend un moyeu équipé de bras radiaux externes par lesquels il est relié à un carter externe qui l’entoure, et des bras radiaux internes par lesquels il porte un palier interne.

Le flux primaire circule dans un espace annulaire, appelé veine primaire, délimité intérieurement par le rotor et extérieurement par un carénage interveines dont fait partie le carter intermédiaire. Le flux secondaire circule dans un autre espace, appelé veine secondaire, délimité intérieurement par le carénage interveines et extérieurement par le carter externe.

Le carter intermédiaire est équipé de conduits de décharge, associés à des vannes de décharge usuellement désignées par l’acronyme VBV (Variable Bleed Valve), qui sont ouvertes dans certaines situations pour évacuer de l’air depuis le flux primaire vers le flux secondaire, afin d’éviter l’établissement d’un régime dit de pompage correspondant à une surpressurisation des compresseurs susceptible de les détériorer, voire de les ruiner.

Une vanne de décharge est une écope escamotable basculante montée dans un espace interveines du turboréacteur, cet espace s’étendant radialement entre une paroi de révolution qui entoure le flux primaire et qui est entourée par une autre paroi de révolution elle-même entourée par le flux secondaire.

Une telle écope est portée par une paroi en étant déplacée par un actionneur entre une position déployée, ou d’ouverture, dans laquelle elle dépasse dans le flux primaire à travers une ouverture de la paroi délimitant ce flux primaire, et une position rabattue dans laquelle elle est escamotée dans l’espace interveines.

Un joint assure l’étanchéité lorsque l’écope est rabattue, mais ce joint induit une résistance au déplacement de l’écope, de sorte que la fermeture des écopes peut être entravée, voire impossible, lors du démarrage du turboréacteur.

Le but de l’invention est d’apporter une solution permettant de remédier à cet inconvénient.

A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif pour fermer une ouverture d’une paroi mettant en communication une première enceinte et une seconde enceinte, la première enceinte ayant une pression supérieure ou égale à la pression de la seconde enceinte, ce dispositif comprenant :

– un volet mobile entre une position rabattue le long de la paroi pour fermer cette ouverture et une position déployée pour libérer cette ouverture ;

– un actionneur pour déplacer le volet entre ses positions rabattue et déployée ;

– un joint équipant l’ouverture pour étancher sa fermeture lorsque le volet est rabattu, ce joint comportant une cavité interne ;

– des moyens pour pressuriser la cavité interne du joint à une pression supérieure ou égale à la pression de la première enceinte.

L’invention permet de former un joint dont la raideur est variable grâce à la possibilité de pressuriser plus ou moins fortement sa cavité interne, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Au démarrage du moteur, la pression est nulle dans la cavité interne du joint, de sorte qu’il n’oppose pas d’interférence à la fermeture de l’écope. Au fur et à mesure que le régime du moteur augmente, la pression est augmentée dans la cavité, pour accroître le niveau d’étanchéité apporté par le joint.

L’invention concerne également un dispositif ainsi défini, dans lequel le volet est monté basculant autour d’un axe longeant un bord de l’ouverture.

L’invention concerne également un dispositif ainsi défini, dans lequel le joint comporte une partie amont opposée à l’axe de basculement du volet et deux parties latérales prolongeant chacune cette partie amont, et dans lequel la cavité interne s’étend dans la partie amont et se prolonge dans les parties latérales.

L’invention concerne également un dispositif ainsi défini, dans lequel le joint comporte au moins une portion active qui s’étend parallèlement à la paroi, et sur laquelle le volet vient en appui lorsqu’il occupe sa position rabattue.

L’invention concerne également un dispositif ainsi défini, dans lequel les moyens pour pressuriser la cavité interne sont des perforations du joint mettant en communication sa cavité interne avec la première enceinte.

L’invention concerne également un dispositif ainsi défini, dans lequel le volet présente des dimensions inférieures aux dimensions de l’ouverture, et dans lequel le joint comporte des perforations traversant sa portion active tout en étant situées entre l’ouverture et le volet rabattu.

L’invention concerne également un dispositif ainsi défini, dans lequel le volet porte un conduit coudé pour former avec ce conduit une écope escamotable.

L’invention concerne également un dispositif ainsi défini, dans lequel le joint est porté par des flancs internes de l’ouverture.

L’invention a également pour objet une turbomachine comportant un dispositif ainsi défini.

La est une vue en coupe latérale d’un turboréacteur ;

La est une vue en coupe latérale partielle de turboréacteur équipé d’une écope de décharge à l’état déployé ;

La est une vue en coupe latérale locale d’une écope de décharge fermée et équipée d’un joint d’étanchéité ;

La est une vue arrière de deux écopes de décharge de turboréacteur contigues et équipées d’un joint d’étanchéité ;

La est une vue en coupe d’une partie latérale du joint conformément à l’invention ;

La est une vue en coupe d’une partie amont du joint conformément à l’invention ;

La est une vue en coupe d’une partie amont du joint conformément à une variante de l’invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

Sur la figure 1, un turboréacteur à double flux 1, comporte une manche d'entrée 2 admettant de l'air aspiré par une soufflante 3, puis divisé en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire.

Après avoir passé la soufflante 3, le flux primaire traverse un compresseur basse pression 4 puis un compresseur haute pression 6, pour atteindre une chambre de combustion 7 avant d’être détendu dans une turbine haute pression 8 puis dans une turbine basse pression 9.

Chaque turbine et chaque compresseur comporte des aubes portées par un rotor 11 tournant autour d’un axe longitudinal AX, et porté par un carter intermédiaire 12. Ce carter intermédiaire comprend un moyeu 13 équipé de bras radiaux externes 14 par lesquels il est relié à un carter externe qui l’entoure, et des bras radiaux internes par lesquels il porte un palier interne.

Le flux primaire circule dans une première enceinte E1, appelée veine primaire, délimitée intérieurement par le rotor 11 et extérieurement par un carénage interveines 18 dont fait partie le carter intermédiaire 12. Le flux secondaire circule dans une seconde enceinte E2, annulaire et appelée veine secondaire, délimitée intérieurement par le carénage interveines 18 et extérieurement par le carter externe.

Ce carter intermédiaire 12 est délimité par le carénage externe 18 qui est entouré par le flux secondaire, et qui entoure une paroi interne 19 entourant elle-même le flux primaire, la paroi 19 et le carénage 18 étant espacés radialement l’un de l’autre pour délimiter conjointement l’espace interveines E0.

Comme visible sur la figure 2, l’espace interveines E0 comporte une écope 20, montée basculante sur la paroi interne 19 pour pouvoir pivoter autour d’un axe orthoradial AR sur lequel elle est articulée. Cette écope 20 est déplacée en basculement par un actionneur non représenté, entre une position déployée dans laquelle elle dépasse dans le flux primaire à travers une ouverture 21 de la paroi 19, et une position rabattue, de fermeture, dans laquelle elle est escamotée dans l’espace interveines E0 tout en fermant l’ouverture 21.

Cette écope 20 comporte un conduit coudé 22 porté par un volet 23 ayant une forme de plaque sensiblement rectangulaire. Lorsque l’écope 20 est déployée, l’air du flux primaire entre dans cette écope 20 par une embouchure amont 24 de son conduit 22 pour en sortir par une embouchure aval 26 de ce conduit, de manière à être évacué vers le flux secondaire après avoir traversé l’espace interveines E0. La direction amont, repérée par AM, et la direction aval, repérée par AV, s’entendent par rapport au sens de circulation du flux dans le moteur en service.

Lorsque l’écope 20 est rétractée, elle ferme l’ouverture 21 de la paroi 19. Plus particulièrement, le volet 23 a une forme de plaque à contour sensiblement rectangulaire complémentaire du contour de l’ouverture 21, et il est rabattu sur celle-ci pour la fermer lorsque l’écope 20 est complètement rétractée.

Pour améliorer l’étanchéité de la fermeture, l’ouverture 21 porte un joint 27 qui s’étend le long d’au moins une partie de son pourtour, en dépassant du pourtour de l’ouverture vers l’intérieur de celle-ci. Lorsque le volet 23 est rabattu, il s’étend à l’intérieur de l’ouverture 21, dans la continuité de la paroi 19, en ayant ses bords en appui sur les portions actives du joint, c’est-à-dire les portions qui dépassent vers l’intérieur de l’ouverture. Dans l’exemple des figures, ce joint 27 a une forme générale en U, comportant une partie amont 28 prolongée par deux parties latérales 29 et 31.

La partie amont 28 du joint longe un bord amont 32 de l’ouverture 21 alors que les parties latérales 29 et 31 longent deux bords latéraux 33 et 34 de l’ouverture 21. L’ouverture rectangulaire 21 est encore délimitée par un bord aval 36, opposé à son bord amont 32 qui est longé par l’axe AR de pivotement du volet 23 et de l’écope 20.

Plus particulièrement, et comme visible sur les figures 3 et 4, l’ouverture 21 est pourvue d’un flanc interne amont 37 longeant son bord amont 32, sous forme d’une cloison s’étendant dans l’espace E0 perpendiculairement à la paroi 19 le long de ce bord amont rectiligne 32. Cette ouverture 21 comporte également deux flancs internes latéraux 38 et 39 s’étendant dans l’espace E0 perpendiculairement à la paroi 19 en longeant respectivement les bords 33 et 34 de l’ouverture 21.

Complémentairement, l’ouverture 21 est pourvue d’une traverse 41 s’étendant dans l’espace interveines E0 parallèlement au flanc interne amont 37 en étant située en aval de ce flanc 37 et espacée de celui-ci.

La partie amont 28 du joint 27 est emboîtée entre le flanc amont 37 et la traverse 41, de façon à être maintenue par ces éléments tout en dépassant du bord 32 vers l’aval, de sorte que lorsque l’écope 20 est rabattue, le bord amont de son volet 23 est en appui sur cette partie amont 28.

Comme visible sur la figure 4, la partie latérale 29 du joint 27 est portée par le flanc interne 38. Cette partie latérale 29 présente plus particulièrement en section une forme triangulaire creuse comprenant trois portions 29a, 29b et 29c correspondant aux côtés de cette forme triangulaire, avec une excroissance 29d dépassant de sa portion externe, à savoir la portion 29b, pour être emboîtée dans une ouverture correspondante formée ans le flanc interne 38.

Lorsque la partie latérale 29 est en place, comme sur la figure 4, sa portion externe 29b est en appui sur le flanc interne 38 tout en étant portée par ce flanc. La portion libre 29c s’étend entre le flanc 38 et le conduit 22. La portion active de la partie latérale 29 est formée par la portion 29a qui s’étend parallèlement à la paroi 19, un bord latéral 42 du volet 23 venant en appui sur cette portion 29a lorsque celui-ci est rabattu, pour assurer l’étanchéité.

Comme visible plus en détails sur la figure 5, la portion active 29a de la partie latérale 29 comporte une perforation 29e mettant en communication la cavité interne du joint avec la veine primaire, de sorte que cette cavité est à la même pression que la première enceinte E1, c’est-à-dire la veine interne. Comme visible sur les figures, le volet 23 a des dimensions inférieures aux dimensions de l’ouverture 21, de sorte qu’il existe un espace entre le bord latéral du volet 23 et le bord latéral 33 de l’ouverture permettant de laisser la perforation 29e dégagée, y compris lorsque le volet 23 est rabattu.

L’autre partie latérale du joint, à savoir la partie 31 a une forme et un montage symétriques de la partie latérale 29. Elle a en section une forme triangulaire délimitée par une portion active 31a, une portion externe 31b, et une portion libre 31c, correspondant aux cotés de cette section triangulaire. Une excroissance 31d dépasse de sa portion externe 31b pour être engagée dans une ouverture correspondante du flanc interne 39, de manière à être fixée à ce flanc. Lorsque l’écope 20 est rabattue, le bord latéral 43 de son volet 23 vient en appui sur la portion active 31a de la partie latérale 31 pour assurer l’étanchéité de la fermeture. La portion active 31a comporte elle aussi une perforation 31e par laquelle la cavité interne du joint est en communication avec la première enceinte E1, à savoir la veine primaire, pour être à la même pression que celle-ci, y compris lorsque le volet est rabattu.

Comme visible sur la figure 4, les bords latéraux 42 et 43 du volet dépassent latéralement au-delà du conduit 22, de sorte qu’ils constituent des becquets latéraux du volet 23 venant en appui sur les portions actives du joint lorsque le volet est rabattu.

Comme visible plus en détails sur la figure 6, la partie amont 28 du joint 27 présente elle aussi une section principale triangulaire comportant une portion active 28a recevant le volet 23, une portion externe 28b s’étendant contre une face amont de la traverse 41, et une portion libre 28c, l’ensemble étant prolongé par un rabat 44 s’étendant vers l’aval AV pour couvrir une face externe de la traverse 41, ce rabat étant terminé par un bourrelet d’amortissement 46. Cette partie amont est emboîtée en étant d’une part en appui sur la traverse 41 par sa portion 28b, et d’autre part en appui sur le flanc interne amont 37 par le sommet opposé à la portion 28b de sa section triangulaire.

La portion active de cette partie amont 28 est formée par la portion 28a qui dépasse du bord amont 32 de l’ouverture de la paroi 19 en s’étendant parallèlement à cette paroi, de sorte que le bord amont 47 du volet 23 est en appui sur cette portion 28a lorsque ce volet 23 est rabattu sur l’ouverture. La portion active 28a comporte une perforation 28e mettant en communication la cavité interne 48 du joint avec le flux primaire, pour que cette cavité interne 48 soit à même pression que la veine primaire, y compris lorsque le volet 23 est rabattu.

D’une manière générale, et comme visible sur les figures, les portions actives 28a, 29a et 31a du joint sont sensiblement planes et s’étendent dans le prolongement de la face interne de la paroi 19. Lorsque le volet 23 est rabattu, il s’étend à l’intérieur de l’ouverture 21 qu’il obstrue, tout en étant dans la continuité de la paroi 19, en ayant ses bords en appui sur les portions actives 28a, 29a, 31a du joint.

La cavité interne 48 du joint s’étend dans sa partie amont 28 et jusque dans ses parties latérales 29 et 31, de sorte qu’elle présente tout comme le joint une forme correspondant à la lettre U, et elle est pressurisée pour offrir une étanchéité s’adaptant à l’écart de pression existant entre la veine primaire et la veine secondaire. Dans l’exemple des figures 3 à 6, cette pressurisation est assurée en utilisant la pression de la veine primaire, par l’intermédiaire des perforations 28e, 29e et 31e, de manière à bénéficier d’une pressurisation automatique et passive.

Alternativement, et comme illustré sur la figure 7, la cavité interne 48 du joint est pressurisée par une source de pression non représentée, provenant d’un composant interne du moteur, cette source de pression étant avantageusement pilotée pour être adaptée aux valeurs instantanées de pression dans la veine primaire et dans la veine secondaire, c’est-à-dire dans la première et dans la seconde enceinte E1 et E2, pour pressuriser la cavité à une pression supérieure à celle de la première enceinte.

Dans cette alternative, le joint est alors avantageusement dépourvu des perforations 28e, 29e et 31e, et il est raccordé à une source de pression par des moyens non représentés. Afin d’éviter une surpression, il est avantageusement équipé d’une soupape 49, représentée schématiquement sur la figure 7, et permettant d’évacuer une éventuelle surpression de la cavité interne 48 vers la veine secondaire.

D’une manière générale, l’invention permet de former un joint creux ayant une raideur variable, conditionnée par la pression établie dans sa cavité interne, cette pression dépendant des conditions de fonctionnement du moteur. La mise en œuvre de perforations sur les portions du joint donnant vers la veine primaire permet de réaliser l’adaptation de pression automatiquement, pour un coût de fabrication dérisoire.

L’épaisseur du joint n’est pas nécessairement constante, en particulier le long de ses parties latérales, ces parties latérales pouvant présenter une épaisseur diminuant depuis l’amont vers l’aval, c’est-à-dire vers l’axe de pivotement AR.

En fonctionnement, lors du démarrage du moteur, la pression dans la veine primaire et dans la veine secondaire sont sensiblement identiques et basses, de sorte que le joint est faiblement pressurisé pour ne pas opposer de résistance au rabattage de l’écope pour sa fermeture.

Lorsque le régime du moteur augmente, la pression augmente dans la veine primaire pour devenir significativement plus élevée que la pression dans la veine secondaire, ce qui permet de pressuriser la cavité interne du joint pour accroître le degré d’étanchéité apporté par le joint.

Claims (9)

1. Dispositif pour fermer une ouverture (21) d’une paroi (19) mettant en communication une première enceinte (E1) et une seconde enceinte (E2), la première enceinte (E1) ayant une pression supérieure ou égale à la pression de la seconde enceinte (E2), ce dispositif comprenant :
   – un volet (23) mobile entre une position rabattue le long de la paroi (19) pour fermer cette ouverture (21) et une position déployée pour libérer cette ouverture (21) ;
   – un actionneur pour déplacer le volet (23) entre ses positions rabattue et déployée ;
   – un joint (27) équipant l’ouverture (21) pour étancher sa fermeture lorsque le volet (23) est rabattu, ce joint (27) comportant une cavité interne (48) ;
   – des moyens pour pressuriser la cavité interne (48) du joint (27) à une pression supérieure ou égale à la pression de la première enceinte (E1).
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le volet (23) est monté basculant autour d’un axe (AR) longeant un bord (36) de l’ouverture (21).
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le joint (27) comporte une partie amont (28) opposée à l’axe (AR) de basculement du volet (23) et deux parties latérales (29, 31) prolongeant chacune cette partie amont, et dans lequel la cavité interne (48) s’étend dans la partie amont (28) et se prolonge dans les parties latérales (29, 31).
4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le joint (27) comporte au moins une portion active (28a, 29a, 31a) qui s’étend parallèlement à la paroi (19), et sur laquelle le volet (23) vient en appui lorsqu’il occupe sa position rabattue.
5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens pour pressuriser la cavité interne (48) sont des perforations (28e, 29e, 31e) du joint (27) mettant en communication sa cavité interne (48) avec la première enceinte.
6. Dispositif selon les revendications 4 et 5, dans lequel le volet (23) présente des dimensions inférieures aux dimensions de l’ouverture (21), et dans lequel le joint comporte des perforations (28e, 29e, 31e) traversant sa portion active tout en étant situées entre l’ouverture (21) et le volet (23) rabattu.
7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le volet (23) porte un conduit coudé (22) pour former avec ce conduit une écope (20) escamotable.
8. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le joint (27) est porté par des flancs internes (37, 38, 39) de l’ouverture (21).
9. Turbomachine comportant un dispositif selon la revendication 1.