FR3126445A1 - Dispositif de refroidissement pour une turbine d’une turbomachine - Google Patents
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Abstract
Le présent document concerne un ensemble pour turbomachine comprenant des tubes de refroidissement (23) s’étendant circonférentiellement autour d’un carter de la turbomachine, chaque tube de refroidissement (23) étant fixé au carter par au moins un collier de fixation (100),
dans lequel pour au moins un collier de fixation, un manchon annulaire (104) entoure le tube de refroidissement (23) inséré dans ledit collier de fixation et est logé dans ledit collier de fixation,
caractérisé en ce que ledit manchon (104) est réalisé dans un matériau ayant une rugosité Ra inférieure à 1,6 et une résistance thermique jusqu’à une température de 350°C..
Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 7]
Description
Domaine technique de l’invention
Le présent document concerne un dispositif de refroidissement pour une turbine d’une turbomachine, telle par exemple qu’une turbomachine d’avion, en particulier une turbomachine à double flux.
Etat de la technique antérieure
La représente une turbomachine 1 à double flux et à double corps. L’axe de la turbomachine est référencé X et correspond à l’axe de rotation des parties tournantes.
La turbomachine 1 comporte, de l’amont vers l’aval dans le sens d’écoulement des gaz, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7.
L’air issu de la soufflante 2 est divisé en un flux primaire 8 s’écoulant dans une veine annulaire primaire 9, et un flux secondaire 10 s’écoulant dans une veine annulaire secondaire 11 entourant la veine annulaire primaire 10.
Le compresseur basse pression 3, le compresseur haute pression 4, la chambre de combustion 5, la turbine haute pression 6 et la turbine basse pression 7 sont ménagées dans la veine primaire 9.
Le rotor de la turbine haute pression 6 et le rotor du compresseur haute pression 4 sont couplés en rotation par l’intermédiaire d’un premier arbre 12 de manière à former un corps haute pression.
Le rotor de la turbine basse pression 7 et le rotor du compresseur basse pression 3 sont couplés en rotation par l’intermédiaire d’un second arbre 13 de manière à former un corps basse pression, la soufflante 2 pouvant être reliée directement au rotor du compresseur basse pression 3 ou bien par l’intermédiaire d’un train d’engrenage épicycloïdal par exemple.
Comme cela est mieux visible à la , la turbine basse-pression 7 comporte en particulier différents étages successifs comportant des roues mobiles 14 et des parties fixes. La roue mobile comporte un disque 15 au niveau duquel sont montées des aubes 16. Les extrémités des aubes 16 sont entourées d’un anneau fixe 17 en matériau abradable, ledit anneau 17 étant fixé sur le carter 18 de la turbine. Des distributeurs 19 sont situés en aval des roues mobiles 14. Les distributeurs 19 est les anneaux 17 sont montés sur le carter par l’intermédiaire de brides ou de crochets 20 s’étendant depuis la surface radialement interne du carter 18.
Afin de garantir un rendement élevé de la turbomachine, il convient de limiter le flux d’air ne traversant pas les roues mobiles 14 des différents étages, c’est-à-dire de limiter les fuites entre les extrémités radialement externes des aubes 16 et l’anneau 17 en matériau abradable. Pour cela, il convient de contrôler le jeu au niveau de cette interface, ce jeu étant fortement dépendant de la température du carter 18, et notamment des zones dudit carter 18 comportant les crochets ou brides 20 supportant l’anneau 17.
Le flux d’air primaire issu de la chambre de combustion 5 présente une température très élevée et échauffe les parties situées en aval, telles que les parties fixes et mobiles de la turbine 6, 7.
Afin de maîtriser le jeu précité et d’éviter toute dégradation prématurée des différentes parties fixes et mobiles de la turbine, il est nécessaire de prévoir des dispositifs de refroidissement efficaces pouvant s’intégrer aisément dans l’environnement de la turbomachine.
Un tel dispositif de refroidissement 21 d’un carter 18 de turbine basse pression 7, visible à la , comportant des boîtiers collecteurs 22, chaque boîtier collecteur 22 formant un canal s’étendant axialement.
Le dispositif 21 comporte de plus des tubes 23 s’étendant circonférentiellement de part et d’autre des boîtiers collecteurs 22. Lesdits tubes 23, également appelés rampes, sont formés par des canalisations courbes de section circulaire, chaque tube 23 s’étendant circonférentiellement autour du carter par exemple selon un angle d’environ 90°.
Chaque tube 23 comporte une entrée d’air débouchant dans le canal du boîtier collecteur 22 correspondant et une extrémité distale fermée. Chaque tube 23 comporte en outre une paroi cylindrique pourvue d’orifices d’éjection d’air tournés vers le carter 18, de sorte que de l’air de refroidissement puisse pénétrer dans les boîtiers collecteurs 22 puis dans les tubes 23 avant de déboucher par les orifices en regard du carter 18, de manière à le refroidir. On parle notamment de refroidissement par impact puisque l’air vient impacter le carter 18.
Tous les tubes 23 sont maintenus ensemble sur le carter 18 par l’intermédiaire de plusieurs tôles 24, en différents endroits de la circonférence du carter 18. Les tubes 23 sont fixés aux tôles 24 par des colliers de fixation 26. Un des colliers de fixation 26 est représenté sur la et comprend une languette métallique déformable entourée de deux couches de silice pour protéger le tube 23 d’un frottement métal contre métal.
En fonctionnement, les couches de silice des colliers de fixation 26 sont sujets à de fortes contraintes thermo-mécaniques à cause de la chaleur rayonnante du carter 18 qui dépasse alors la limite d’utilisation de la silice. Ces contraintes peuvent entrainer l’usure des couches de silice et le contact du métal du tube 23 avec l’anneau métallique du collier de fixation 26. Ceci risque d’endommager le tube 23 voire de le percer.
Il existe un besoin d’amélioration des moyens de fixation des tubes au carter.
Le présent exposé propose un ensemble pour turbomachine comprenant des tubes de refroidissement s’étendant circonférentiellement autour d’un carter de la turbomachine, chaque tube de refroidissement étant fixé au carter par au moins un collier de fixation,
dans lequel pour au moins un collier de fixation, un manchon annulaire entoure le tube de refroidissement inséré dans ledit collier de fixation et est logé dans ledit collier de fixation,
caractérisé en ce que ledit manchon est réalisé dans un matériau ayant une rugosité Ra inférieure à 1,6 et une résistance thermique jusqu’à une température de 350°C.
Le manchon permet de protéger le tube de refroidissement des frottements, en particulier des frottements avec le collier de fixation. Ceci permet de réduire les risques de perforation du tube et de prolonger la durée de vie du tube.
Le carter peut être annulaire, et peut être le carter d’une turbine de la turbomachine ou d’une la soufflante de la turbomachine.
Chaque manchon peut s’étendre circonférentiellement autour du carter au-delà du collier de fixation le recevant de part et d’autre dudit collier de fixation. La dimension circonférentielle, autour du carter, du manchon peut être supérieure à la dimension circonférentielle, autour du carter, du collier de fixation comprenant ledit manchon.
Ainsi, la rugosité Ra peut être appliquée sur une surface du manchon suivant la direction circonférentielle plus importante que la largeur suivant la direction circonférentielle du collier permet une diminution des efforts de frottement.
Ainsi, le manchon permet, en plus d’absorber les frottements dus aux vibrations, de moins solliciter le tube de refroidissement qui sera alors encore moins exposé aux usures.
Chaque manchon peut comprendre au moins deux retenues s’étendant radialement depuis une surface radialement externe dudit manchon. La surface externe peut être radialement externe par rapport à l’axe longitudinal du tube de refroidissement. Les retenues peuvent être agencées de part et d’autre du collier de fixation recevant ledit manchon de sorte que le collier de fixation est bloqué entre les deux retenues. Ainsi, les retenues peuvent former des butées pour les bords externes circonférentiellement, autour du carter, du collier de fixation.
Les retenues peuvent être en appui contre le carter ou un support des tubes auquel sont fixés les colliers de fixation.
Le support des tubes peut être formé par une tôle fixée au carter. Les colliers de fixation peuvent être vissés à ladite tôle. La tôle peut s’étendre suivant l’axe du carter. Plusieurs supports de tubes peuvent être reliés au carter. Chaque tube de refroidissement peut être relié à un ou plusieurs desdits supports de tubes par les colliers de fixation. Les colliers de fixation peuvent être vissés au support de tube.
Au moins un manchon peut être réalisé en un alliage à base de nickel et de cobalt, en particulier en un alliage à base de nickel et de cobalt résistant à chaud.
Le tube peut être métallique et réalisé en acier, en particulier en acier fortement allié.
Chaque collier de fixation peut comprendre un anneau de retenue métallique entouré par une première couche de protection et entourant une seconde couche de protection, le manchon étant entouré par la seconde couche de protection.
L’anneau de retenue métallique peut être une languette métallique pouvant être déformée pour entourer le tube.
La première couche de protection et la seconde couche de protection peuvent être réalisées en silice.
La première couche de protection et la seconde couche de protection peuvent être collée à de part et d’autre de l’anneau de retenu métallique.
Les tubes peuvent comporter des orifices d’éjection d’air dirigés en direction du carter, c’est-à-dire débouchant radialement vers l’intérieur. Les orifices peuvent être régulièrement répartis sur toute la circonférence et peuvent former une ou plusieurs rangées d’orifices par tube.
Le présent document concerne encore une turbomachine, par exemple d’aéronef, comprenant un ensemble tel que précité.
Le carter peut être un carter annulaire de turbine ou de soufflante de ladite turbomachine.
Brève description des figures
Claims (7)
- Ensemble pour turbomachine (1) comprenant des tubes de refroidissement (23) s’étendant circonférentiellement autour d’un carter (18) de la turbomachine, chaque tube de refroidissement (23) étant fixé au carter (18) par au moins un collier de fixation (100),
dans lequel pour au moins un collier de fixation, un manchon annulaire (104) entoure le tube de refroidissement (23) inséré dans ledit collier de fixation et est logé dans ledit collier de fixation,
caractérisé en ce que ledit manchon (104) est réalisé dans un matériau ayant une rugosité Ra inférieure à 1,6 et une résistance thermique jusqu’à une température de 350°C.. - Ensemble selon la revendication 1, dans lequel chaque manchon (104) s’étend circonférentiellement autour du carter (18) au-delà du collier de fixation (100) le recevant de part et d’autre dudit collier de fixation.
- Ensemble selon la revendication 2, dans lequel chaque manchon (104) comprend au moins deux retenues (112) s’étendant radialement depuis une surface radialement externe dudit manchon (104), les retenues (112) étant agencées de part et d’autre du collier de fixation (100) recevant ledit manchon de sorte que le collier de fixation est bloqué entre les deux retenues (112).
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins un manchon (104) est réalisé en un alliage à base de nickel et de cobalt.
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque collier de fixation (100) comprend un anneau de retenue métallique (108) entouré par une première couche de protection (106) et entourant une seconde couche de protection (110), le manchon (104) étant entouré par la seconde couche de protection (110).
- Ensemble selon la revendication 5, dans lequel la première couche de protection (106) et la seconde couche de protection (110) sont réalisées en silice.
- Turbomachine, par exemple d’aéronef, comprenant un ensemble selon l’une des revendications précédentes.
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