FR3115828A1 - Fixation d’un cône d’éjection dans une turbine de turbomachine - Google Patents
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Abstract
Le présent exposé concerne un ensemble pour turbine de turbomachine d’axe longitudinal comprenant :- un cône d’éjection (102) comprenant une paroi annulaire externe (104) d’écoulement d’un flux d’air primaire et un caisson annulaire (106) agencé radialement à l’intérieur de ladite paroi annulaire externe (104), - un carter d’échappement (111) agencé en amont du cône d’éjection (102) et relié à ce dernier, etdans lequel une extrémité de la paroi annulaire externe (104) ou une extrémité du caisson annulaire (106) est libre en déplacement relativement au cône d’éjection (102) ou au carter d’échappement. Figure à publier avec l’abrégé : figure 3 [Fig. 3]
Description
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne les moyens de fixation d’un cône d’éjection dans une turbine de turbomachine, en particulier les moyens de fixation d’un cône d’éjection en composite à matrice céramique.
Etat de la technique antérieure
Le présent exposé concerne un ensemble situé à l’arrière (extrémité aval) d’un turboréacteur d'aéronef pour optimiser l'écoulement des gaz chauds expulsés par le turboréacteur, et possiblement absorber au moins une partie du bruit engendré par l'interaction de ces gaz chauds, issus des parties internes moteur (chambre de combustion, turbine(s)), avec l'air ambiant et avec le flux d'air froid expulsé par la soufflante du turboréacteur.
Plus précisément, le présent exposé concerne la liaison entre ce qui est souvent dénommé « cône d'éjection » et, située juste à l’amont, une sortie de gaz du turboréacteur.
Typiquement le cône d'éjection est complété (entouré) par une partie dite « tuyère primaire ».
Le « cône d'éjection » est destiné à être positionné en aval de la (partie) turbine du turboréacteur, autour de laquelle la tuyère primaire est placée concentriquement. Le cône d'éjection et la tuyère primaire sont tous deux fixés sur un carter du turboréacteur par un système de fixation par des brides.
On connait un ensemble pour turboréacteur d'aéronef représenté sur la , comprenant :
- un élément central d'éjection de gaz, annulaire autour d’un axe (X) et adapté pour que du gaz soit éjecté par le turboréacteur autour de lui, d’amont vers l’aval, et
- une bride de liaison interposée entre, à l’amont, une dite sortie métallique d'un turboréacteur et, à l’aval, l’élément central, pour les relier ensemble.
- un élément central d'éjection de gaz, annulaire autour d’un axe (X) et adapté pour que du gaz soit éjecté par le turboréacteur autour de lui, d’amont vers l’aval, et
- une bride de liaison interposée entre, à l’amont, une dite sortie métallique d'un turboréacteur et, à l’aval, l’élément central, pour les relier ensemble.
L’axe X précité est l’axe longitudinal, ou axe de rotation, de la turbomachine, en particulier de la soufflante 20 et des aubes mobiles du moteur 12.
L’élément central d'éjection de gaz peut correspondre au cône d'éjection précité (repéré 1 ci-après), ou au moins à la partie amont 1a ci-après.
Un cône d'éjection classique 1 est représenté à la , sur laquelle l'amont (AM) et l'aval (AV) de la structure suivant un axe moteur (axe X ci-avant) sont situés respectivement à gauche et à droite de la figure.
Plus généralement, un turboréacteur à gaz d'aéronef 10 est illustré en , dont la partie centrale, formant le moteur 12 à turbine(s) à gaz, est montée à l'intérieur d'un ensemble 14 de nacelle de moteur, comme cela est typique d'un aéronef conçu pour un fonctionnement subsonique, telle qu’un turbopropulseur ou un turboréacteur à double flux. L'ensemble 14 de nacelle comprend généralement une nacelle de moteur 16 et une nacelle de soufflante 18 entourant une soufflante 20 située axialement en amont du moteur 12.
Axialement en partie aval, le moteur 12 comprend au moins une turbine qui peut être une turbine basse pression et, encore en aval, un carter d’échappement 22 comprenant une virole annulaire interne 22a et une virole annulaire externe 22b délimitant entre elles une partie aval de la veine annulaire primaire 24 dans laquelle circule les gaz de combustion issus de la chambre de combustion du moteur 12. La montre une vue schématique d’un agrandissement de la partie II de la .
Axialement, la virole annulaire interne 22a est reliée, à son extrémité aval, à une partie amont 1a du cône d'éjection 1, lequel peut comprendre la partie amont 1a, de forme sensiblement cylindrique, et une partie aval 1b de forme conique. De plus, un caisson acoustique 3 est agencé à l’intérieur du cône d’éjection 1 pour réduire les nuisances sonores des gaz de sortie. Le caisson acoustique 3 est relié à son extrémité amont à la virole annulaire interne 22a et à son extrémité aval à la partie aval du cône d’éjection.
En pratique, il reste difficile de relier ensemble la sortie métallique précitée du turboréacteur, qui peut être ladite virole annulaire interne 22a, et ledit élément central, qui peut être ladite partie amont 1a du cône d'éjection 1. En effet, au moins une partie du cône d’éjection est réalisée dans un matériau différent du carter d’échappement et/ou de l’autre partie du cône d’éjection ou au moins une partie du cône d’éjection est soumise à des températures différentes des températures auxquelles sont soumises le carter d’échappement et/ou de l’autre partie du cône d’éjection, ce qui induit des contraintes thermomécaniques, issues des dilatations thermiques différentielles entre ladite partie du cône d’éjection et le carter d’échappement. La liaison du caisson acoustique au carter d’échappement et/ou au cône d’éjection est aussi complexe du fait de la différence de matériau et de la différence de température et donc des contraintes thermomécaniques engendrées.
Le présent exposé propose d’utiliser un assemblage du caisson annulaire au cône d’éjection qui soit plus fiable et plus robuste aux gradients thermiques du fait même de sa liaison à l’une et l’autre des pièces précitées.
Pour cela, le présent exposé propose un ensemble pour turbine de turbomachine d’axe longitudinal comprenant :
- un cône d’éjection comprenant une paroi annulaire externe d’écoulement d’un flux d’air primaire et un caisson annulaire agencé radialement à l’intérieur de ladite paroi annulaire externe,
- un carter d’échappement agencé en amont du cône d’éjection et relié à ce dernier, et
dans lequel une extrémité de la paroi annulaire externe ou une extrémité du caisson annulaire est libre en déplacement relativement au cône d’éjection ou au carter d’échappement.
- un cône d’éjection comprenant une paroi annulaire externe d’écoulement d’un flux d’air primaire et un caisson annulaire agencé radialement à l’intérieur de ladite paroi annulaire externe,
- un carter d’échappement agencé en amont du cône d’éjection et relié à ce dernier, et
dans lequel une extrémité de la paroi annulaire externe ou une extrémité du caisson annulaire est libre en déplacement relativement au cône d’éjection ou au carter d’échappement.
Le caisson annulaire peut être un caisson annulaire acoustique permettant de réduire les émissions sonores.
Ainsi, la paroi annulaire externe du cône d’éjection ou le caisson annulaire peuvent se déplacer au moins axialement sous l’effet des dilatations thermiques sans risquer leur rupture et/ou tout en limitant le niveau de contraintes thermomécaniques responsables de l’endommagement ou de la rupture. Ceci permet de limiter l’impact des différences de matériaux et/ou des différences de températures entre le caisson annulaire, le cône d’éjection et le carter d’échappement. Le présent exposé propose donc une architecture permettant une dilatation libre, axiale et radiale, de la paroi annulaire externe par rapport au caisson annulaire par un découplage, situé à l’amont ou à l’aval du cône d’éjection, entre le caisson annulaire et la paroi annulaire extérieure.
Dans le présent exposé, l’amont et l’aval sont définis par rapport à l’entrée et la sortie d’air de la turbine, l’amont correspondant à l’entrée d’air et l’aval à la sortie d’air. Par ailleurs, la direction axiale correspond à la direction de l'axe de révolution de la turbine du cône d’éjection, qui correspond à l’axe de rotation de ladite turbine, et une direction radiale est une direction perpendiculaire, c’est-à-dire radial, à l'axe de révolution.
Dans le présent exposé, une extrémité de la paroi annulaire externe ou du caisson annulaire peut désigner une partie axialement périphérique de la paroi annulaire externe ou du caisson annulaire .
Une extrémité de la paroi annulaire externe ou du caisson annulaire libre en déplacement relativement au cône d’éjection ou au carter d’échappement peut être une extrémité de la paroi annulaire externe ou du caisson annulaire dépourvue de liaison mécanique avec le cône d’éjection ou le carter d’échappement.
Selon un mode de réalisation, le caisson annulaire peut être relié d’une part au cône d’éjection et d’autre part au carter d’échappement, et l’extrémité amont de la paroi annulaire externe peut être libre en déplacement, en particulier en déplacement axial et radial, relativement au carter d’échappement.
Selon ce mode de réalisation, le cône d’éjection est relié au carter d’échappement à travers le caisson annulaire . La paroi annulaire externe du cône d’éjection peut présenter une extrémité amont apte à se déplacer pour maintenir des niveaux de dilatations thermiques faibles. Ce qui permet de limiter l’impact des différences de matériaux et/ou des gradients thermiques entre le caisson annulaire , le cône d’éjection et le carter d’échappement.
Selon un mode de réalisation, la paroi annulaire externe du cône d’éjection peut être reliée d’une part au cône d’éjection et d’autre part au carter d’échappement, et l’extrémité amont du caisson annulaire peut être libre en déplacement, en particulier en déplacement axial, relativement au carter d’échappement.
Selon ce mode de réalisation, le cône d’éjection est relié au carter d’échappement à travers la paroi annulaire externe. Le caisson annulaire peut présenter une extrémité amont apte à se déplacer pour maintenir des niveaux de dilatations thermiques faibles. Ce qui permet de limiter l’impact des différences de matériaux et/ou de gradients thermiques entre le caisson annulaire , le cône d’éjection et le carter d’échappement.
Selon un mode de réalisation, la paroi annulaire externe du cône d’éjection peut être reliée d’une part au cône d’éjection et d’autre part au carter d’échappement, et l’extrémité aval du caisson annulaire peut être libre en déplacement, en particulier en déplacement axial et radial, relativement au cône d’éjection.
Selon ce mode de réalisation, le cône d’éjection est relié au carter d’échappement à travers la paroi annulaire externe. Le caisson annulaire peut présenter une extrémité aval apte à se déplacer pour maintenir des niveaux de dilatations thermiques faibles. Ce qui permet de limiter l’impact des différences de matériaux et/ou de gradients thermiques entre le caisson annulaire , le cône d’éjection et le carter d’échappement.
Le caisson annulaire peut comprendre une paroi annulaire interne agencée concentriques avec la paroi annulaire externe, et l’extrémité amont du caisson annulaire peut correspondre à l’extrémité amont de la paroi annulaire interne et l’extrémité aval du caisson annulaire peut correspondre à l’extrémité aval de la paroi annulaire interne.
Le caisson annulaire peut comprendre une pluralité de cloisons s’étendant radialement de la paroi annulaire interne du caisson annulaire , en particulier en direction de la paroi annulaire externe, et axialement le long de la paroi annulaire interne. Lorsque le caisson est un caisson acoustique permettant de réduire les émissions de de bruit, les cloisons forment ainsi des cloisons acoustiques.
Selon un mode de réalisation, l’ensemble peut comprendre un organe de liaison fixé au carter d’échappement et relié à la paroi annulaire externe du cône d’éjection et/ou au caisson annulaire .
L’organe de fixation peut comprendre une bride annulaire autour de l’axe longitudinal fixée à une bride correspondante du carter d’échappement. L’organe de fixation peut comprendre en plus une pluralité de pattes de fixation flexibles distribuées circonférentiellement autour de l’axe longitudinal et reliées à la bride annulaire. Les pattes de fixation peuvent être reliées à la paroi annulaire externe du cône d’éjection et/ou au caisson acoustique.
Le cône d’éjection peut être réalisé dans un matériau composite à matrice céramique. La paroi annulaire externe peut être réalisée dans un matériau composite à matrice céramique.
Le caisson annulaire qui peut être un caisson annulaire acoustique, en particulier la paroi annulaire interne et les cloisons acoustiques, peuvent être réalisés dans un matériau composite à matrice céramique. Alternativement, les cloisons acoustiques peuvent être métalliques.
Le présent exposé concerne en outre une turbine comprenant un ensemble du type précité.
Brève description des figures
Description détaillée de l’invention
En référence à la , le cône d’éjection 102 peut être le cône d’éjection 1 de la turbomachine 1 de la et comprend une paroi annulaire externe 104 autour d’un axe longitudinal X et formant une veine du flux primaire en sortant d’une turbine agencée en amont du cône d’éjection 102. Le cône d’éjection 102 est réalisé dans un matériau composite à matrice céramique tandis que la paroi annulaire externe 104 est réalisée dans un matériau composite à matrice céramique.
Un caisson annulaire acoustique 106 est en outre disposé dans le cône d’éjection 102 pour absorber une partie du bruit engendré par la turbomachine comprenant le cône d’éjection 102. Le caisson acoustique 106 comprend une paroi annulaire interne 108 agencée dans la paroi annulaire externe 104 du cône d’éjection 102. Le caisson acoustique 106 comprend aussi une pluralité de cloisons 110 s’étendant radialement de la paroi annulaire interne 108 du caisson acoustique 106 et axialement le long de la paroi 108.
La paroi annulaire interne 108 et/ou les cloisons acoustiques sont réalisées dans un matériau composite à matrice céramique ou dans un matériau métallique.
La paroi annulaire interne 108 est fixée par exemple par vissage au cône d’éjection 102 et est reliée à une virole 112 d’un carter d’échappement 111de la turbomachine. La virole 112 du carter d’échappement 111est agencée dans la continuité de la paroi annulaire externe 104 de sorte à définir une partie amont de la veine d’écoulement du flux primaire sortant de la turbine.
La paroi annulaire interne 108 est reliée à la virole112 du carter d’échappement 111 à travers un organe de liaison 114.
La paroi annulaire externe 104 est reliée à son extrémité aval au cône d’éjection 102. L’extrémité amont de la paroi annulaire externe 104 est dépourvue de toute liaison mécanique et elle est libre en déplacement, en particulier en déplacement axial et radial, par rapport à la virole 112, soit par rapport au carter d’échappement. L’extrémité amont de la paroi annulaire externe 104 est agencée en contact glissant avec la virole 112.
La paroi annulaire externe 104 du cône d’éjection 102 présente une extrémité amont apte à se déplacer axialement et radialement lorsque les dilatations thermiques sont importantes. Ce qui permet de limiter l’impact des différences de matériaux et/ou de gradients thermiques entre le caisson acoustique, le cône d’éjection et le carter d’échappement.
Dans la variante représentée à la , la paroi annulaire externe 104 peut également avoir une extrémité amont allant jusqu’au carter d’échappement 111. Dans ce cas, la virole 112 n’est pas nécessaire et l’organe de liaison 114 est directement rattaché au carter d’échappement 111, en particulier à une bride du carter d’échappement 111. L’extrémité amont de la paroi annulaire externe 104 est ainsi libre de contact. La paroi annulaire externe 104 définie alors la partie amont de la veine d’écoulement du flux primaire sortant de la turbine.
Dans la variante représentée à la , l’extrémité amont de la paroi annulaire externe 104 est reliée à l’organe de liaison 114 tandis que l’extrémité amont de la paroi annulaire interne 108 du caisson acoustique 106 est dépourvue de liaison avec ledit organe de liaison 114. L’extrémité amont de la paroi annulaire interne 108 du caisson acoustique 106 est libre en déplacement, en particulier en déplacement axial et radial, par rapport à la virole 112, soit par rapport au carter d’échappement.
La paroi annulaire interne 108 du caisson acoustique 106 présente une extrémité amont apte à se déplacer axialement et radialement lorsque les dilatations thermiques sont importantes. Ce qui permet de limiter l’impact des différences de matériaux et/ou de gradients thermiques entre le caisson acoustique, le cône d’éjection et le carter d’échappement.
Dans cette variante, le cône d’éjection 102 est relié au carter d’échappement 111 à travers la paroi annulaire externe 104.
Dans la variante représentée à la , l’extrémité amont de la paroi annulaire externe 104 est reliée à l’organe de liaison 114 et l’extrémité amont de la paroi annulaire interne 108 du caisson acoustique 106 est aussi reliée à l’organe de liaison 114. L’extrémité aval de la paroi annulaire interne 108 du caisson acoustique 106 est quant à elle dépourvue de liaison avec le cône d’éjection 102. L’extrémité aval de la paroi annulaire interne 108 du caisson acoustique 106 est libre en déplacement, en particulier en déplacement axial et radial, par rapport au cône d’éjection 102.
La paroi annulaire interne 108 du caisson acoustique 106 présente une extrémité aval apte à se déplacer axialement et radialement lorsque les dilatations thermiques sont importantes sont importantes. Ce qui permet de limiter l’impact des différences de matériaux et/ou de gradients thermiques entre le caisson acoustique, le cône d’éjection et le carter d’échappement.
Dans cette variante, le cône d’éjection 102 est relié au carter d’échappement 111à travers la paroi annulaire externe 104.
Si la présente description a été réalisée en référence à un caisson annulaire acoustique, celle-ci est également applicable à un caisson annulaire non nécessairement acoustique.
Claims (10)
- Ensemble pour turbine de turbomachine d’axe longitudinal comprenant :
- un cône d’éjection (102) comprenant une paroi annulaire externe (104) d’écoulement d’un flux d’air primaire et un caisson annulaire (106) agencé radialement à l’intérieur de ladite paroi annulaire externe (104),
- un carter d’échappement (111) agencé en amont du cône d’éjection (102) et relié à ce dernier, et
dans lequel une extrémité de la paroi annulaire externe (104) ou une extrémité du caisson annulaire (106) est libre en déplacement relativement au cône d’éjection (102) ou au carter d’échappement. - Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le caisson annulaire (106) est relié d’une part au cône d’éjection (102) et d’autre part au carter d’échappement, et dans lequel l’extrémité amont de la paroi annulaire externe (104) est libre en déplacement relativement au carter d’échappement.
- Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la paroi annulaire externe (104) du cône d’éjection (102) est reliée d’une part au cône d’éjection (102) et d’autre part au carter d’échappement, et dans lequel l’extrémité amont du caisson annulaire (106) est libre en déplacement relativement au carter d’échappement.
- Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la paroi annulaire externe (104) du cône d’éjection (102) est reliée d’une part au cône d’éjection (102) et d’autre part au carter d’échappement, et dans lequel l’extrémité aval du caisson annulaire (106) est libre en déplacement relativement au cône d’éjection (102).
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le caisson annulaire (106) comprend une paroi annulaire interne (108) agencée concentrique avec la paroi annulaire externe (104), et l’extrémité amont du caisson annulaire (106) correspond à l’extrémité amont de la paroi annulaire interne (108) et l’extrémité aval du caisson annulaire (106) correspond à l’extrémité aval de la paroi annulaire interne (108).
- Ensemble selon la revendication 5, dans lequel le caisson annulaire (106) comprend une pluralité de cloisons (110) s’étendant radialement de la paroi annulaire interne (108) du caisson annulaire (110) et axialement le long de la paroi annulaire interne (108).
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, comprenant un organe de liaison (114) fixé au carter d’échappement (111) et relié à la paroi annulaire externe (104) du cône d’éjection (102) et/ou au caisson annulaire (106).
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le cône d’éjection (102) est réalisé dans matériau composite à matrice céramique.
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le caisson annulaire (106) est réalisé dans un matériau composite à matrice céramique.
- Turbine comprenant un ensemble selon l’une des revendications précédentes.
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| FR3137721A1 (fr) | 2022-07-11 | 2024-01-12 | Safran Ceramics | Ensemble de turbine de turbomachine |
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| US20160312662A1 (en) * | 2015-04-22 | 2016-10-27 | Rohr, Inc. | Exhaust assembly center body |
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| EP3683429A1 (fr) * | 2019-01-17 | 2020-07-22 | Airbus Operations (S.A.S.) | Structure interne d'un conduit d'ejection primaire |
-
2020
- 2020-11-05 FR FR2011376A patent/FR3115828B1/fr active Active
Patent Citations (3)
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| FR3137721A1 (fr) | 2022-07-11 | 2024-01-12 | Safran Ceramics | Ensemble de turbine de turbomachine |
| WO2024013444A1 (fr) | 2022-07-11 | 2024-01-18 | Safran Ceramics | Ensemble de turbine de turbomachine |
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| FR3115828B1 (fr) | 2023-05-26 |
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