FR3126021A1 - PASSAGE OF SERVITUDES IN AN AIRCRAFT TURBOMACHINE EXHAUST CASING - Google Patents
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Abstract
Turbomachine (10) pour un aéronef, cette turbomachine ayant un axe longitudinal (A) et comportant d’amont en aval au moins un compresseur (14, 16), une chambre annulaire de combustion (18) et au moins une turbine (20, 22), la turbomachine comportant en outre un carter annulaire d’échappement (128) situé en aval de ladite au moins une turbine (20, 22), le carter d’échappement (128) comportant deux viroles annulaires (72, 74) coaxiales, respectivement interne et externe, qui définissent entre elles une veine d’écoulement d’un flux de gaz et qui sont reliées l’une à l’autre par des bras radiaux (28a) s’étendant dans cette veine, la virole annulaire interne (72) s’étendant au moins en partie autour d’un équipement qui est relié à des servitudes traversant radialement ladite veine, caractérisée en ce que lesdites servitudes sont logées dans au moins une chemise radiale (80) située en aval d’un desdits bras. Figure pour l'abrégé : Figure 7Turbomachine (10) for an aircraft, this turbomachine having a longitudinal axis (A) and comprising from upstream to downstream at least one compressor (14, 16), an annular combustion chamber (18) and at least one turbine (20, 22), the turbomachine further comprising an annular exhaust casing (128) located downstream of said at least one turbine (20, 22), the exhaust casing (128) comprising two annular shrouds (72, 74) coaxial , respectively internal and external, which define between them a flow path for a gas flow and which are connected to each other by radial arms (28a) extending in this path, the internal annular shroud (72) extending at least in part around a piece of equipment which is connected to services radially crossing said section, characterized in that said services are housed in at least one radial jacket (80) located downstream of one of said arm. Figure for abstract: Figure 7
Description
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
La présente invention concerne une turbomachine d’aéronef équipée d’un carter d’échappement qui est monté autour d’un équipement et qui est traversé radialement par des servitudes reliées à cet équipement.The present invention relates to an aircraft turbomachine equipped with an exhaust casing which is mounted around a piece of equipment and which is traversed radially by ancillary devices connected to this piece of equipment.
Arrière-plan techniqueTechnical background
L’état de la technique comprend notamment le document FR-A1-3 104 193.The state of the art includes in particular the document FR-A1-3 104 193.
De manière classique, une turbomachine d’aéronef comprend d’amont en aval, dans le sens d’écoulement des gaz, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre annulaire de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. Le rotor du compresseur basse pression est entraîné par le rotor de la turbine basse pression, et le rotor du compresseur haute pression est entraîné par le rotor de la turbine haute pression.Conventionally, an aircraft turbine engine comprises, upstream to downstream, in the direction of gas flow, a fan, a low pressure compressor, a high pressure compressor, an annular combustion chamber, a high pressure turbine and a low pressure turbine. The low pressure compressor rotor is driven by the low pressure turbine rotor, and the high pressure compressor rotor is driven by the high pressure turbine rotor.
D’un point de vue performance moteur et consommation, il est avantageux de maximiser la vitesse de rotation de la turbine basse pression car cela permet d’obtenir un meilleur rendement de la turbine. Cependant, augmenter la vitesse de rotation de la turbine implique d’augmenter les efforts centrifuges qu’elle subit, et complique donc fortement sa conception.From an engine performance and fuel consumption point of view, it is advantageous to maximize the rotational speed of the low pressure turbine because this makes it possible to obtain better efficiency from the turbine. However, increasing the rotational speed of the turbine involves increasing the centrifugal forces it undergoes, and therefore greatly complicates its design.
Une suggestion pour augmenter le rendement d’une turbine sans pour autant augmenter sa vitesse de rotation consiste à utiliser une turbine contrarotative. La turbine basse pression est alors remplacée par une turbine à deux rotors dont un premier rotor est configuré pour tourner dans un premier sens de rotation et est relié à un premier arbre de turbine, et un second rotor est configuré pour tourner dans un sens opposé de rotation et est relié à un second arbre de turbine. Le premier rotor comporte des roues de turbine intercalées entre des roues de turbine du second rotor.One suggestion for increasing the efficiency of a turbine without increasing its rotational speed is to use a counter-rotating turbine. The low pressure turbine is then replaced by a turbine with two rotors, a first rotor of which is configured to rotate in a first direction of rotation and is connected to a first turbine shaft, and a second rotor is configured to rotate in an opposite direction of rotation. rotation and is connected to a second turbine shaft. The first rotor has turbine wheels sandwiched between turbine wheels of the second rotor.
Une turbine basse pression peut avoir une vitesse de rotation au décollage de l’ordre de 4.000 tours par minute dans une architecture classique où la turbine entraine directement la soufflante ou une vitesse de rotation au décollage de l’ordre de 10.000 tours par minute dans une architecture où la turbine entraine la soufflante par l'intermédiaire d'un réducteur. Son remplacement par une turbine contrarotative dont les rotors tournent respectivement à des vitesses au décollage de l’ordre de 3.000 et 7.000 tours par minute permet d’avoir une vitesse relative de 10.000 tours par minute (3000+7000) tout en ayant une vitesse absolue dans une tranche basse de l'intervalle de vitesse précité.A low-pressure turbine can have a take-off rotation speed of the order of 4,000 revolutions per minute in a conventional architecture where the turbine directly drives the fan or a take-off rotation speed of the order of 10,000 revolutions per minute in a architecture where the turbine drives the fan via a reducer. Its replacement by a counter-rotating turbine whose rotors turn respectively at take-off speeds of the order of 3,000 and 7,000 revolutions per minute makes it possible to have a relative speed of 10,000 revolutions per minute (3000+7000) while having an absolute speed in a low slice of the aforementioned speed range.
Cette turbine contrarotative comprend ainsi un rotor lent et un rotor rapide, le rotor lent entraînant la soufflante et le rotor rapide engrenant avec un réducteur mécanique à train épicycloïdal de type planétaire dont l’entrée et la sortie sont contrarotatives (couronne tournante, porte-satellites fixe, solaire tournant).This counter-rotating turbine thus comprises a slow rotor and a fast rotor, the slow rotor driving the fan and the fast rotor meshing with a mechanical reduction gear with an epicyclic gear train of the planetary type, the inlet and the outlet of which are counter-rotating (rotating crown, planet carrier fixed, solar rotating).
Le réducteur couple le rotor rapide et le rotor lent, permettant ainsi un transfert de puissance du rotor rapide vers le rotor lent. On profite des rendements supérieurs d’une turbine rapide tout en transférant une large part de la puissance de la turbine vers la soufflante sans transiter par un réducteur mais par un arbre.The gearbox couples the fast rotor and the slow rotor, thus allowing a transfer of power from the fast rotor to the slow rotor. We take advantage of the higher yields of a fast turbine while transferring a large part of the power of the turbine to the fan without transiting through a reducer but through a shaft.
Cette architecture est complexe de par son intégration mécanique : le réducteur mécanique est situé à l’aval de la turbomachine, radialement à l’intérieur d’un carter de stator appelé carter d’échappement. Ce carter comprend deux viroles annulaires coaxiales qui définissent entre elles une veine d’écoulement du flux de gaz provenant de la turbine contrarotative et qui sont reliées ensemble par des bras radiaux.This architecture is complex due to its mechanical integration: the mechanical reduction gear is located downstream of the turbomachine, radially inside a stator casing called the exhaust casing. This casing comprises two coaxial annular shrouds which between them define a flow path for the flow of gas coming from the counter-rotating turbine and which are connected together by radial arms.
Par ailleurs, le réducteur dégageant une énergie considérable (de l’ordre de 100kW) en fonctionnement, celui-ci doit être lubrifié continuellement afin de maintenir une température de fonctionnement acceptable. Un circuit d’huile est donc implémenté afin d’alimenter le réducteur en huile, sa consommation pouvant être importante, par exemple de l’ordre de 6000l/h. L’évacuation de l’huile est un problème essentiel. En effet, celle-ci doit être récupérée et évacuée.Moreover, the reducer releasing considerable energy (about 100kW) in operation, it must be lubricated continuously in order to maintain an acceptable operating temperature. An oil circuit is therefore implemented in order to supply the reducer with oil, its consumption possibly being high, for example of the order of 6000l/h. The evacuation of the oil is an essential problem. Indeed, it must be recovered and evacuated.
Dans la technique actuelle, l’huile est évacuée par des canalisations qui traversent au moins deux bras du carter d’échappement. Ces bras du carter d’échappement sont tubulaires et surdimensionnés pour autoriser le passage de ces canalisations. Pour cela, ils ont un maître couple ou une épaisseur en direction circonférentielle, qui est supérieur(e) à celui ou celle des autres bras du carter, ce qui génère des pertes importantes au niveau aérodynamique dans la veine.In the current technique, the oil is evacuated by pipes which cross at least two arms of the exhaust housing. These arms of the exhaust casing are tubular and oversized to allow the passage of these pipes. For this, they have a master torque or a thickness in the circumferential direction, which is greater than that of the other arms of the casing, which generates significant losses at the aerodynamic level in the vein.
Cette problématique est également présente lorsqu’un équipement électrique, tel qu’un générateur électrique, est monté à l’intérieur d’un carter d’échappement de turbomachine, et que cet équipement doit être raccordé à des servitudes qui traversent la veine définie par le carter d’échappement.This problem is also present when electrical equipment, such as an electric generator, is mounted inside a turbomachine exhaust casing, and when this equipment must be connected to services which cross the vein defined by the exhaust housing.
Il existe donc un besoin de trouver une solution pour optimiser le passage de canalisations d’huile, et plus généralement de servitudes, à travers la veine définie par un carter d’échappement d’une turbomachine, la turbomachine pouvant être une turbomachine classique ou spécifique (par exemple à turbine contrarotative).There is therefore a need to find a solution for optimizing the passage of oil pipes, and more generally of utilities, through the vein defined by an exhaust casing of a turbomachine, the turbomachine possibly being a conventional or specific turbomachine (eg counter-rotating turbine).
L’invention propose une turbomachine pour un aéronef, cette turbomachine ayant un axe longitudinal et comportant d’amont en aval au moins un compresseur, une chambre annulaire de combustion et au moins une turbine, la turbomachine comportant en outre un carter annulaire d’échappement situé en aval de ladite au moins une turbine, le carter d’échappement comportant deux viroles annulaires coaxiales, respectivement interne et externe, qui définissent entre elles une veine d’écoulement d’un flux de gaz et qui sont reliées l’une à l’autre par des bras radiaux s’étendant dans cette veine, la virole annulaire interne s’étendant au moins en partie autour d’un équipement qui est relié à des servitudes traversant radialement ladite veine, caractérisée en ce que lesdites servitudes sont logées dans au moins une chemise radiale située en aval d’un desdits bras.The invention proposes a turbomachine for an aircraft, this turbomachine having a longitudinal axis and comprising from upstream to downstream at least one compressor, an annular combustion chamber and at least one turbine, the turbomachine further comprising an annular exhaust casing located downstream of said at least one turbine, the exhaust casing comprising two coaxial annular shrouds, respectively internal and external, which define between them a flow path for a flow of gas and which are connected to one another the other by radial arms extending in this vein, the internal annular shroud extending at least partly around equipment which is connected to easements radially crossing said vein, characterized in that said easements are housed in at least least one radial sleeve located downstream of one of said arms.
Les servitudes ne passent donc plus dans les bras mais dans des chemises dédiées situées en aval des bras. Cela permet de ne pas surdimensionner les bras pour autoriser le passage des servitudes et réduit donc l’impact du passage des servitudes sur l’écoulement des gaz dans la veine.The easements therefore no longer pass through the arms but through dedicated shirts located downstream of the arms. This makes it possible not to oversize the arms to allow the passage of the easements and therefore reduces the impact of the passage of the easements on the flow of gases in the vein.
La turbomachine selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :The turbomachine according to the invention may comprise one or more of the characteristics below, taken separately from each other or in combination with each other:
- lesdites servitudes sont des canalisations d’huile ;said easements are oil pipelines;
- dans laquelle ledit équipement est un réducteur mécanique ou un équipement électrique tel qu’un générateur électrique ;wherein said equipment is a mechanical reducer or electrical equipment such as an electric generator;
- ladite chemise s’étend dans le prolongement dudit bras et est formée d’une seule pièce avec ce bras ;said shirt extends in the extension of said arm and is formed in one piece with this arm;
- ladite chemise s’étend dans le prolongement dudit bras et est rapportée et fixée sur ce bras ;said shirt extends in the extension of said arm and is attached and fixed to this arm;
- ladite chemise est située à une distance axiale dudit bras ;said sleeve is located at an axial distance from said arm;
- ladite chemise s’étend entre un anneau interne et un anneau externe qui sont respectivement configurés pour être fixés aux viroles interne et externe ;said sleeve extends between an inner ring and an outer ring which are respectively configured to be fixed to the inner and outer shells;
- ladite chemise est située à 6 heures par référence au cadran d’une horloge ; etsaid shirt is located at 6 o'clock with reference to the dial of a clock; And
- la turbomachine comprend une turbine contrarotative située juste en amont dudit carter d’échappement ; et- the turbomachine comprises a counter-rotating turbine located just upstream of said exhaust casing; And
- la turbomachine est du type à double flux, respectivement primaire et secondaire ;- The turbomachine is of the dual-flow type, respectively primary and secondary;
- ladite au moins une chemise radiale est située en aval dudit flux primaire.- Said at least one radial jacket is located downstream of said primary flow.
Brève description des figuresBrief description of figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :The invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description given by way of non-limiting example and with reference to the appended drawings in which:
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2021
- 2021-08-05 FR FR2108519A patent/FR3126021A1/en active Pending
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