FR3115831A1 - Bride de liaison pour 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 comprenant une paroi annulaire externe d’écoulement d’un flux d’air primaire et un caisson annulaire,- un carter d’échappement agencé en amont du cône d’éjection, et- un organe de liaison (100) comprenant une partie annulaire (104) autour de l’axe longitudinal (X) reliée au carter d’échappement et une pluralité de pattes de fixation (106) distribuées circonférentiellement autour de l’axe longitudinal,au moins une patte de fixation (106) comprenant une première extrémité (108) reliée à ladite partie annulaire (104) et une seconde extrémité (110) reliée au cône d’éjection (202), une distance axiale (L) entre la première extrémité (108) et la seconde extrémité (110) étant inférieure ou égale à 41 mm, etla partie annulaire (104) présentant une surface (114) radialement externe formant un premier angle (β) avec une direction radiale perpendiculaire à l’axe longitudinal compris entre 65° et 85°. Figure à publier avec l’abrégé : figure 2 [Fig. 2]

Description

Bride de liaison pour turbomachine
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.
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 illustrée 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.
Axialement, la virole annulaire interne 22a est reliée, à son extrémité aval, au cône d'éjection 1, lequel peut comprendre une partie amont 1a, de forme sensiblement cylindrique, et une partie aval 1b de forme conique.
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, ce qui induit des contraintes thermomécaniques, issues des gradients thermiques entre ladite partie du cône d’éjection et le carter d’échappement. De plus, un caisson acoustique peut être agencé à l’intérieur du cône d’éjection pour réduire les nuisances sonores des gaz de sortie. 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 donc des contraintes thermomécaniques engendrées.
Le présent exposé propose d’utiliser un organe de liaison du cône d’éjection au carter d’échappement 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
- un organe de liaison intercalé longitudinalement entre le carter d’échappement et le cône d’éjection, l’organe de liaison comprenant une partie annulaire autour de l’axe longitudinal reliée au carter d’échappement et une pluralité de pattes de fixation distribuées circonférentiellement autour de l’axe longitudinal,
au moins une patte de fixation comprenant une première extrémité reliée à ladite partie annulaire et une seconde extrémité reliée au cône d’éjection, en particulier ladite seconde extrémité s’étendant radialement vers l’extérieur par rapport à la première extrémité, et une distance axiale entre la première extrémité et la seconde extrémité étant inférieure ou égale à 55mm, en particulier inférieure à 50 mm, en particulier inférieure à 41 mm, et
la partie annulaire présentant une surface radialement externe formant un premier angle avec une direction radiale perpendiculaire à l’axe longitudinal compris entre 60° et 85°, en particulier comprise entre 70° et 80°.
Les inventeurs ont constaté qu’un organe de liaison présentant la distance axiale inférieure à 50mm en particulier inférieure à 41 mm et le premier angle compris entre 60° et 85°, en particulier comprise entre 70° et 80° permet une déformation de l’organe de liaison de sorte à augmenter les fréquences des modes propres du cône d’éjection tout en conservant, voire en absorbant une partie des contraintes thermomécaniques. L’organe de liaison est ainsi plus fiable et plus robuste.
Le caisson annulaire peut être un caisson annulaire acoustique c’est-à-dire permettant de réduire les émissions sonores.
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 roue à aubes, qui correspond à l’axe de rotation de ladite roue à aubes, et une direction radiale est une direction perpendiculaire, c’est-à-dire radial, à l'axe de révolution. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe de révolution de la roue à aubes et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe.
L’organe de liaison peut comprendre une bride annulaire s’étendant radialement de la partie annulaire et est reliée à une bride correspondante du carter d’échappement. La partie annulaire peut s’étendre selon l’axe longitudinale depuis la bride annulaire. La bride annulaire peut s’étendre radialement vers l’extérieur par rapport à la partie annulaire. Le premier angle peut être défini entre la bride de liaison et la surface radialement externe de la partie annulaire.
La distance axiale entre la première extrémité et la seconde extrémité peut être la distance euclidienne entre la première extrémité et la seconde extrémité.
Selon un mode de réalisation, la partie annulaire peut présenter une largeur axiale comprise entre 30 mm et 50 mm, en particulier comprise entre 35 mm et 45 mm. La partie annulaire peut présenter une largeur axiale comprise entre 30 mm et 60 mm.
La largeur axiale peut être une distance selon l’axe longitudinale entre une première extrémité de la partie annulaire reliée à la bride annulaire et une seconde extrémité de la partie annulaire reliée à la première extrémité de la patte de fixation.
Selon un mode de réalisation, pour au moins une patte de fixation, une distance radiale entre une extrémité amont de la partie annulaire et la seconde extrémité de la patte de fixation peut être comprise entre 10 mm et 30 mm.
La distance radiale peut être la distance suivant une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal entre la première extrémité de la patte de fixation et la seconde extrémité de la patte de fixation.
Selon un mode de réalisation, pour au moins une patte de fixation, un second angle peut être formé entre la surface externe de la partie annulaire et une partie inclinée de ladite patte de fixation reliant la première extrémité et la seconde extrémité de la patte de fixation, ledit second angle étant compris entre 160° et 200°, en particulier compris entre 170° et 190°.
La distance axiale entre la première extrémité et la seconde extrémité de chaque patte de fixation peut correspondre à la longueur de la partie inclinée de ladite patte de fixation.
Le second angle peut être formé à l’intersection de la patte de fixation et la partie annulaire.
Selon un mode de réalisation, une épaisseur radiale de la partie annulaire peut être comprise entre 2 mm et 4 mm.
L’épaisseur radiale de la partie annulaire peut être variable le long de la partie annulaire suivant l’axe longitudinal. L’épaisseur radiale de la partie annulaire au niveau de la jonction avec la bride annulaire, soit du côté amont, peut être inférieure à l’épaisseur radiale de la partie annulaire au niveau de la jonction avec la patte de fixation, soit du côté aval.
Selon un mode de réalisation, pour au moins une patte de fixation, une épaisseur radiale de la partie inclinée peut être compris entre 1 mm et 2,5 mm, en particulier entre 1,5 mm et 1,8 mm.
Selon un mode de réalisation, pour au moins une patte de fixation, la seconde extrémité de ladite patte de fixation peut être formée par une plaque parallèle à l’axe longitudinal, ladite seconde extrémité présentant une épaisseur radiale comprise entre 2,5 mm et 4 mm, en particulier comprise entre 2,85 mm et 3,2 mm.
Selon un mode de réalisation, pour au moins une patte de fixation, la seconde extrémité peut être agencée radialement vers l’extérieur par rapport à la première extrémité.
Les pattes de fixation peuvent présenter des dimensions identiques.
Le cône d’éjection peut comprendre une partie conique aval réalisée dans un matériau composite à matrice céramique. Le carter d’échappement peut être réalisé dans un matériau métallique. La paroi annulaire externe du cône d’éjection peut être réalisée dans un matériau composite à matrice céramique. La paroi annulaire interne du caisson annulaire peut être métallique ou en matériau composite à matrice céramique. L’organe de liaison peut être métallique.
Le présent exposé concerne aussi une turbomachine comprenant un ensemble tel que précité.
Brève description des figures
la , déjà décrite, représente est une coupe schématique de profil d'une turbomachine pour aéronef.
la , représente une vue schématique de côté d’un exemple de l’organe de liaison.
la , représente une vue schématique en coupe d’une partie d’un cône d’éjection équipé de l’exemple de l’organe de liaison de la .
la , représente une vue schématique en coupe d’une partie d’un cône d’éjection équipé de l’exemple de l’organe de liaison de la .
Description détaillée de l’invention
En référence aux figures 1 à 3, l’organe de liaison 100 est intercalé entre un cône d’éjection 202 d’une turbomachine par exemple la turbomachine 10 de la , et un carter d’échappement 204. Le cône d’éjection 202 comprend une paroi annulaire externe 206 délimitant une veine d’écoulement d’un flux d’air primaire sortant de la turbine de la turbomachine. Une virole 208 est agencée en amont de la paroi annulaire externe 206 et est agencée dans la continuité d’une partie annulaire 205 du carter d’échappement 204 délimitant aussi la veine d’écoulement du flux d’air primaire sortant de la turbine. Un caisson annulaire qui est ici un caisson annulaire acoustique 210 est agencé dans le cône d’éjection 202 et est configuré pour absorber une partie du bruit engendré par la turbomachine. Le caisson acoustique 210 comprend une paroi annulaire interne 212 agencée concentrique avec la paroi annulaire externe 206 du cône d’éjection 202. Le caisson acoustique 210 comprend des cloisons 214 s’étendant radialement de la paroi annulaire interne 212 en direction de la paroi annulaire externe 206.
L’organe de liaison 100 comprend une bride annulaire 102 fixée par exemple par vissage à une bride 203 correspondante du carter d’échappement 204. L’organe de liaison 100 comprend une partie annulaire 104 autour de l’axe longitudinal et s’étendant longitudinalement de la bride annulaire 102, et une pluralité de pattes de fixation 106 s’étendant de la partie annulaire 104 et distribuées circonférentiellement autour de l’axe longitudinal X. Chaque patte de fixation 106 présente une première extrémité 108 reliée à la partie annulaire 104 et une seconde extrémité 110 reliée au cône d’éjection 202 et au caisson acoustique 210. La seconde extrémité 110 de chaque patte de fixation 106 est fixée, par exemple par vissage, simultanément à une extrémité amont 216 de la paroi annulaire externe 206 du cône d’éjection et une extrémité amont 218 de la paroi annulaire interne 212 du caisson acoustique 210. Chaque patte de fixation 106 comprend une partie inclinée 112 reliant la première extrémité 108 à la seconde extrémité 110.
Le cône d’éjection 202 est réalisé dans un matériau composite à matrice céramique. Le carter d’échappement 204 est réalisé dans un matériau métallique. La paroi annulaire externe 206 du cône d’éjection 202 est réalisé dans un matériau composite à matrice céramique. La paroi annulaire interne 212 du caisson acoustique 210 est réalisé dans un matériau métallique ou en matériau composite à matrice céramique.
Pour amortir les contraintes thermomécaniques induites par la différence de matériau entre le cône d’éjection 202, le caisson acoustique 210 et le carter d’échappement 204, l’organe de liaison 100 présente :
- une distance axiale L entre la première extrémité 110 et la seconde extrémité 108 étant inférieure ou égale à 50mm en particulier inférieure à 41 mm, et
- la partie annulaire 104 présentant une surface 114 radialement externe formant un premier angle β avec la bride annulaire 102 compris entre 60° et 85°, en particulier comprise entre 65° et 80°.
La distance axiale L correspond à la longueur de la partie inclinée 112. La partie annulaire 104 présente une épaisseur radiale ep0 variable le long de la partie annulaire 104 suivant l’axe longitudinal X. L’épaisseur radiale ep0 de la partie annulaire 104 au niveau de la jonction avec la bride annulaire 102 est inférieure à l’épaisseur radiale ep0 de la partie annulaire 104 au niveau de la jonction avec la patte de fixation 106.
La seconde extrémité 110 de la patte de fixation 106 est formée par une plaque parallèle à l’axe longitudinal X.
De plus, l’organe de liaison 100 peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- la partie annulaire 104 peut avoir une largeur axiale L0 comprise entre 30 mm et 60 mm, en particulier comprise entre 35 mm et 45 mm,
- une distance radiale R entre une extrémité amont de la partie annulaire 104 et la seconde extrémité de la patte de fixation 106 peut être comprise entre 10 mm et 30 mm,
- un second angle α formé entre la surface externe 114 de la partie annulaire 104 et la partie inclinée 112 de la patte de fixation 106 peut être compris entre 160° et 200°, en particulier compris entre 170° et 190°.
- une épaisseur radiale ep0 de la partie annulaire 104 peut être comprise entre 2 mm et 4 mm,
- une épaisseur radiale de la partie inclinée 112 peut être compris entre 1 mm et 2,5 mm, en particulier entre 1,5 mm et 1,8 mm,
- la seconde extrémité 110 de la patte de fixation 106 peut présenter une épaisseur radiale ep2 comprise entre 2,5 mm et 4 mm, en particulier comprise entre 2,85 mm et 3,2 mm.
Bien entendu, lorsqu’il est fait référence à la patte de fixation 106, il s’agit de chaque patte de fixation 106 comprise dans l’organe de liaison 100.
Le cône d’éjection 202 comprend en outre une pluralité de supports 230 agencés radialement entre la virole 208 et la paroi annulaire interne 212 et distribués circonférentiellement autour de l’axe longitudinal X. Les supports 230 sont configurés pour supporter radialement la virole 208.
Dans la variante du cône d’éjection représentée à la , la seconde extrémité 110 de la patte de fixation 106 de l’organe de liaison 100 est reliée uniquement à l’extrémité amont 218 de la paroi annulaire interne 212 du caisson acoustique 210. L’extrémité amont 216 de la paroi annulaire externe 206 du cône d’éjection 202 est dépourvue de toute liaison. Dans ce cas, L’extrémité amont 216 de la paroi annulaire externe 206 est imbriquée dans la virole 208.
La présente description est applicable à un caisson annulaire acoustique qui peut être un caisson annulaire qui n’est pas nécessairement acoustique.

Claims (10)

  1. Ensemble pour turbine de turbomachine d’axe longitudinal comprenant :
    - un cône d’éjection (202) comprenant une paroi annulaire externe (206) d’écoulement d’un flux d’air primaire et un caisson annulaire (210) agencé radialement à l’intérieur de ladite paroi annulaire externe (206),
    - un carter d’échappement (204) agencé en amont du cône d’éjection (202), et
    - un organe de liaison (100) intercalé longitudinalement entre le carter d’échappement (204) et le cône d’éjection (202), l’organe de liaison (100) comprenant une partie annulaire (104) autour de l’axe longitudinal (X) reliée au carter d’échappement (204) et une pluralité de pattes de fixation (106) distribuées circonférentiellement autour de l’axe longitudinal (X),
    au moins une patte de fixation (106) comprenant une première extrémité (108) reliée à ladite partie annulaire (104) et une seconde extrémité (110) reliée au cône d’éjection (202), une distance axiale (L) entre la première extrémité (108) et la seconde extrémité (110) étant inférieure ou égale à 50 mm, et
    la partie annulaire (104) présentant une surface (114) radialement externe formant un premier angle (β) avec une direction radiale perpendiculaire à l’axe longitudinal compris entre 60° et 85°.
  2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la partie annulaire (104) présente une largeur axiale (L0) comprise entre 30 mm et 60 mm.
  3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, pour au moins une patte de fixation (106), une distance radiale (R) entre une extrémité amont de la partie annulaire et la seconde extrémité (110) de la patte de fixation est comprise entre 10 mm et 30 mm.
  4. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, pour au moins une patte de fixation (106), un second angle (α) est formé entre la surface externe (114) de la partie annulaire (104) et une partie inclinée (112) de ladite patte de fixation (106) reliant la première extrémité (108) et la seconde extrémité (110) de la patte de fixation (106), ledit second angle (α) étant compris entre 160° et 200°.
  5. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel une épaisseur radiale (ep0) de la partie annulaire (104) est comprise entre 2 mm et 4 mm.
  6. Ensemble selon la revendication 4, dans lequel, pour au moins une patte de fixation (106), une épaisseur radiale de la partie inclinée (112) est compris entre 1 mm et 2,5 mm.
  7. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, pour au moins une patte de fixation (106), la seconde extrémité (110) de ladite patte de fixation (106) est formée par une plaque parallèle à l’axe longitudinal (X), ladite seconde extrémité (110) présentant une épaisseur radiale (ep2) comprise entre 2,5 mm et 4 mm.
  8. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, pour au moins une patte de fixation (106), la seconde extrémité (110) est agencée radialement vers l’extérieur par rapport à la première extrémité (108).
  9. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’organe de liaison (100) comprend une bride annulaire (102) s’étendant radialement de la partie annulaire (104) et est reliée à une bride (203) correspondante du carter d’échappement (204).
  10. Turbomachine comprenant un ensemble selon l’une des revendications précédentes.
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