FR3136505A1 - Improved turbomachine turbine ventilation device - Google Patents

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Abstract

Dispositif de ventilation amélioré de turbine de turbomachine Turbine de turbomachine d’aéronef comprenant une veine annulaire d’écoulement d’air chaud, une cavité sous veine (68), et au moins un clapet fusible (100) configuré pour injecter un débit d’air de refroidissement dans la cavité sous veine (68), le clapet fusible (100) comprenant une partie fixe (110) fixée à une paroi (P) de la cavité sous veine (68), une partie mobile (120), mobile par rapport à la partie fixe (110) entre une position d’obturation empêchant l’air de refroidissement de pénétrer dans la cavité sous veine (68), et une position d’ouverture permettant à l’air de refroidissement de pénétrer dans la cavité sous veine (68), la partie mobile (120) étant fixée à la partie fixe (110) par un frettage (F) et maintenue en position d’obturation par ledit frettage (F) avec la partie fixe (110), la partie fixe (110) présentant un coefficient de dilatation plus élevée que la partie mobile (120). Figure pour l’abrégé : Fig. 3.Improved ventilation device for a turbomachine turbine Aircraft turbomachine turbine comprising an annular hot air flow vein, a sub-vein cavity (68), and at least one fuse valve (100) configured to inject a flow of hot air cooling air in the sub-vein cavity (68), the fuse valve (100) comprising: a fixed part (110) fixed to a wall (P) of the sub-vein cavity (68), a movable part (120), movable by relative to the fixed part (110) between a closing position preventing the cooling air from entering the cavity under the vein (68), and an opening position allowing the cooling air to enter the cavity under vein (68), the movable part (120) being fixed to the fixed part (110) by a hooping (F) and held in the closed position by said hooping (F) with the fixed part (110), the fixed part (110) having a higher expansion coefficient than the movable part (120). Figure for abstract: Fig. 3.

Description

Dispositif de ventilation amélioré de turbine de turbomachineImproved turbomachine turbine ventilation device

L'invention concerne le domaine des circuits de ventilation des turbomachines. Plus précisément, l’invention concerne une turbine de turbomachine d’aéronef, et une turbomachine comprenant une telle turbine.The invention relates to the field of ventilation circuits for turbomachines. More specifically, the invention relates to an aircraft turbomachine turbine, and a turbomachine comprising such a turbine.

Dans les turbomachines d’aéronef, il est courant d’utiliser des circuits d’air secondaires, permettant par exemple d’assurer des débits de ventilation nécessaires dans certaines régions de ces turbomachines. Il est par exemple possible de prélever de l’air sur un compresseur disposé en amont, par exemple un compresseur haute pression pour refroidir des pièces dans des étages en aval présentant un environnement plus chaud. L’amont et l’aval s’entendent selon le sens d’écoulement de l’air dans la turbomachine. L’air de refroidissement prélevé sur le compresseur haute pression est par exemple acheminé vers la turbine basse pression, ou vers la turbine haute pression de la turbomachine. L’air acheminé permet alors la purge de l’air chaud et la ventilation de certaines pièces (ex : disques, aubes mobiles) de ces turbines. La purge de l’air chaud joue le rôle de protection thermique des rotors de turbine afin d’empêcher l’air de la veine annulaire d’écoulement d’air chaud de s’introduire dans la cavité sous veine située sous le rotor, au niveau du disque et des pieds d’aubes. Cet air de refroidissement permet ainsi de limiter les risques de surchauffe des pièces mobiles des turbines, pouvant aboutir à une dégradation de celles-ci et dans le pire des cas, à une rupture de ces pièces.In aircraft turbomachines, it is common to use secondary air circuits, making it possible, for example, to ensure the necessary ventilation flow rates in certain regions of these turbomachines. It is for example possible to take air from a compressor located upstream, for example a high pressure compressor to cool rooms in downstream floors presenting a warmer environment. Upstream and downstream are understood according to the direction of air flow in the turbomachine. The cooling air taken from the high pressure compressor is for example routed to the low pressure turbine, or to the high pressure turbine of the turbomachine. The conveyed air then allows the hot air to be purged and the ventilation of certain parts (e.g. discs, moving blades) of these turbines. The hot air purge plays the role of thermal protection of the turbine rotors in order to prevent air from the annular hot air flow vein from entering the under-vein cavity located under the rotor, at level of the disc and the blade roots. This cooling air thus makes it possible to limit the risks of overheating of the moving parts of the turbines, which could lead to their deterioration and in the worst case, to rupture of these parts.

Par ailleurs, en vue de garantir la conformité des dispositifs de refroidissement aux normes aéronautiques, il est courant de sur-dimensionner ces dispositifs de refroidissement.Furthermore, in order to guarantee compliance of the cooling devices with aeronautical standards, it is common to oversize these cooling devices.

A titre d’exemple, il est possible de réaliser un dispositif comprenant plusieurs canaux de prélèvement d’air sur le compresseur haute pression, ces canaux assurant également la circulation de l’air prélevé vers la turbine basse pression ou vers la turbine haute pression afin de refroidir celles-ci. De tels canaux forment ainsi un dispositif de refroidissement de ces turbines. Un surdimensionnement de ce dispositif de refroidissement peut alors consister à réaliser des canaux présentant un diamètre plus important que nécessaire, ces canaux acheminant alors plus d’air que nécessaire pour refroidir la turbine basse pression ou haute pression, ou encore d’augmenter le nombre de canaux. Avantageusement, ce surdimensionnement permet de garantir en cas de dysfonctionnement, par exemple en cas d’obstruction partielle ou de perçage partiel ou de rupture d’un canal, que le dispositif continue à délivrer suffisamment d’air de refroidissement à la turbine basse pression ou haute pression. Un autre exemple de dysfonctionnement peut être causé par une dégradation de l’étanchéité de la turbine, due par exemple à l’usure d’un joint labyrinthe de la turbine basse ou haute pression, entraînant une fuite d’air de refroidissement et donc une diminution du débit de purge d’air chaud.For example, it is possible to produce a device comprising several air sampling channels on the high pressure compressor, these channels also ensuring the circulation of the air sampled towards the low pressure turbine or towards the high pressure turbine in order to to cool them. Such channels thus form a cooling device for these turbines. Oversizing this cooling device can then consist of producing channels having a larger diameter than necessary, these channels then carrying more air than necessary to cool the low pressure or high pressure turbine, or even increasing the number of canals. Advantageously, this oversizing makes it possible to guarantee in the event of a malfunction, for example in the event of partial obstruction or partial drilling or rupture of a channel, that the device continues to deliver sufficient cooling air to the low pressure turbine or high pressure. Another example of a malfunction can be caused by a deterioration in the sealing of the turbine, due for example to wear of a labyrinth seal of the low or high pressure turbine, leading to a leak of cooling air and therefore a decrease in hot air purge flow.

Bien que fiables, les surdimensionnements des dispositifs de refroidissement décrits ci-dessus conduisent à prélever plus d’air que réellement nécessaire sur le compresseur haute pression dans une situation nominale de fonctionnement de la turbomachine, par exemple en l’absence de défaillance d’un canal de circulation d’air, de telles défaillances étant par ailleurs exceptionnelles. Un tel sur-prélèvement d’air impacte alors de manière non négligeable la consommation spécifique en carburant (SFC) de l’aéronef, et induit une dégradation des performances du moteur.Although reliable, the oversizing of the cooling devices described above leads to taking more air than actually necessary from the high pressure compressor in a nominal operating situation of the turbomachine, for example in the absence of failure of a air circulation channel, such failures being otherwise exceptional. Such excess air sampling then has a significant impact on the specific fuel consumption (SFC) of the aircraft, and induces a deterioration in engine performance.

Pour des raisons d’optimisation de fonctionnement des turbomachines, et d’économie d’énergie, il est donc souvent souhaitable que ces circuits secondaires fonctionnent uniquement en cas de dysfonctionnements. Pour contrôler ces circuits d’air secondaires en fonction des conditions de températures, il est connu d’utiliser des systèmes comprenant des pièces telles que des bouchons fusibles, pouvant fondre au-delà d’une certaine température.For reasons of optimizing the operation of turbomachines and saving energy, it is therefore often desirable that these secondary circuits operate only in the event of malfunctions. To control these secondary air circuits as a function of temperature conditions, it is known to use systems comprising parts such as fuse plugs, which can melt above a certain temperature.

Cependant, en environnement moteur, ces solutions existantes peuvent présenter des inconvénients, dans des localisations proches de pièces tournantes à haute énergie notamment. En effet, ces pièces fusibles peuvent libérer des quantités importantes de matière pouvant entrer en contact avec les pièces tournantes, et créer des dommages mécaniques préjudiciables. Ces particules de matières peuvent également venir perturber l’équilibrage de la turbine. Des dispositifs permettant la rétention de ces résidus de matière peuvent être par ailleurs encombrants. De plus, la réutilisation du dispositif est souvent impossible à cause des résidus de matière fusibles. Il existe donc un besoin pour palier au moins en partie à ces inconvénients.However, in an engine environment, these existing solutions may present disadvantages, particularly in locations close to high-energy rotating parts. In fact, these fuse parts can release significant quantities of material which can come into contact with the rotating parts, and create harmful mechanical damage. These material particles can also disrupt the balancing of the turbine. Devices allowing the retention of these material residues can also be bulky. In addition, reuse of the device is often impossible due to residues of meltable material. There is therefore a need to at least partially overcome these disadvantages.

Le présent exposé concerne une turbine de turbomachine d’aéronef comprenant une veine annulaire d’écoulement d’air chaud, une cavité sous veine coaxiale à la veine d’écoulement d’air chaud, et au moins un clapet fusible configuré pour injecter un débit d’air de refroidissement dans la cavité sous veine, le clapet fusible comprenant :
- une partie fixe fixée à une paroi de la cavité sous veine,
- une partie mobile, mobile par rapport à la partie fixe entre une position d’obturation empêchant l’air de refroidissement de pénétrer dans la cavité sous veine, et une position d’ouverture permettant à l’air de refroidissement de pénétrer dans la cavité sous veine, la partie mobile étant fixée à la partie fixe par un frettage et maintenue en position d’obturation par ledit frettage avec la partie fixe, la partie fixe présentant un coefficient de dilatation plus élevée que la partie mobile.The present presentation relates to an aircraft turbomachine turbine comprising an annular hot air flow vein, a cavity under the vein coaxial with the hot air flow vein, and at least one fuse valve configured to inject a flow of cooling air in the sub-vein cavity, the fuse valve comprising:
- a fixed part attached to a wall of the sub-vein cavity,
- a movable part, movable relative to the fixed part between a closed position preventing the cooling air from entering the cavity under the vein, and an open position allowing the cooling air to enter the cavity under vein, the mobile part being fixed to the fixed part by a hooping and held in the closed position by said hooping with the fixed part, the fixed part having a higher coefficient of expansion than the mobile part.

Dans certains modes de réalisation, la partie fixe est configurée pour maintenir la partie mobile en position d’obturation par une force exercée par le frettage sur la partie mobile lorsqu’une température au sein de la cavité sous veine est inférieure à une valeur seuil prédéterminée, et pour relâcher la force exercée par le frettage par dilatation différentielle lorsque la température au sein de la cavité sous veine est supérieure à ladite valeur seuil prédéterminée, de manière à permettre le passage de la partie mobile en position d’ouverture.In certain embodiments, the fixed part is configured to maintain the movable part in the closed position by a force exerted by the hooping on the movable part when a temperature within the vein cavity is lower than a predetermined threshold value , and to release the force exerted by the hooping by differential expansion when the temperature within the vein cavity is greater than said predetermined threshold value, so as to allow the moving part to pass into the open position.

La position d’obturation est une position dans laquelle, lorsque l’air de refroidissement s’écoule dans une direction amont-aval depuis son prélèvement vers la cavité sous veine, l’air ne peut s’écouler entre l’amont et l’aval de la paroi de la cavité sous veine. En d’autres termes, une région en amont de la paroi de la cavité sous veine n’est pas en communication fluidique avec la cavité sous veine. A l’inverse, la position d’ouverture est une position dans laquelle l’air peut s’écouler entre l’amont et l’aval de la paroi de la cavité sous veine. En d’autres termes, la région en amont de la paroi de la cavité sous veine est en communication fluidique avec la cavité sous veine.The shutter position is a position in which, when the cooling air flows in an upstream-downstream direction from its intake to the sub-vein cavity, the air cannot flow between the upstream and the downstream. downstream of the wall of the cavity under the vein. In other words, a region upstream of the wall of the sub-vein cavity is not in fluid communication with the sub-vein cavity. Conversely, the open position is a position in which air can flow between upstream and downstream of the wall of the sub-vein cavity. In other words, the region upstream of the wall of the subvein cavity is in fluid communication with the subvein cavity.

L’air chaud s’écoulant dans la veine annulaire est l’air provenant de la combustion du moteur de la turbomachine, et permettant d’entraîner les aubes de la turbine. La cavité sous veine est une enceinte disposée par exemple radialement à l’intérieur de la veine annulaire. La turbine comprend un dispositif d’injection comprenant le ou les clapet(s) fusible(s), et peut comprendre également des injecteurs permettant d’injecter de manière continue dans cette cavité sous veine de l’air de refroidissement prélevé en amont, dans le compresseur haute pression par exemple. Par « injecter de manière continue », on comprend que les injecteurs injectent un premier débit d’air de refroidissement en permanence lorsque le moteur est en fonctionnement.The hot air flowing in the annular vein is the air coming from the combustion of the turbomachine engine, and used to drive the turbine blades. The sub-vein cavity is an enclosure arranged for example radially inside the annular vein. The turbine comprises an injection device comprising the fuse valve(s), and may also comprise injectors making it possible to continuously inject into this vacuum cavity cooling air taken upstream, in the high pressure compressor for example. By “inject continuously”, we understand that the injectors inject a first flow of cooling air continuously when the engine is running.

Ce premier débit peut être constant ou osciller autour d’un débit d’air de refroidissement nominal correspondant à un fonctionnement nominal de la turbomachine, c’est-à-dire un fonctionnement caractérisé par une absence d’anomalie ou de panne dans la turbine. On notera que ce fonctionnement nominal peut comprendre l’usure de la turbomachine, mais pas les cas de pannes telles que la rupture d’un canal d’alimentation d’air. De plus, en cas de panne entraînant une augmentation de la température, les caractéristiques structurelles des injecteurs ne changent pas, de sorte qu’ils continuent à injecter le premier débit. Ce premier débit est donc un débit d’air de refroidissement nécessaire pour assurer une purge d’air chaud suffisante lors d’un tel fonctionnement nominal de la turbomachine, sans qu’il soit nécessaire de surdimensionner le dispositif d’injection.This first flow rate can be constant or oscillate around a nominal cooling air flow rate corresponding to nominal operation of the turbomachine, that is to say operation characterized by an absence of anomaly or breakdown in the turbine. . Note that this nominal operation can include wear of the turbomachine, but not cases of failures such as the rupture of an air supply channel. Furthermore, in the event of a failure leading to an increase in temperature, the structural characteristics of the injectors do not change, so they continue to inject the first flow. This first flow rate is therefore a cooling air flow rate necessary to ensure sufficient hot air purge during such nominal operation of the turbomachine, without it being necessary to oversize the injection device.

Le clapet fusible est en revanche configuré pour empêcher un débit d’air de refroidissement de pénétrer dans la cavité sous veine dans des conditions de fonctionnement nominales. Pour ce faire, la partie fixe maintient la partie mobile en position d’obturation, par frettage. On comprend que le frettage consiste à assembler deux pièces par un ajustement serré, la pièce extérieure, dans ce cas la partie fixe, étant appelée « frette », et la pièce intérieure, dans ce cas la partie mobile, étant « frettée ». Le frettage peut par exemple être réalisé par chauffage de la frette pour la dilater avant de l'insérer sur l'élément à fretter. Le refroidissement de la frette entraîne sa rétraction, celle-ci venant ainsi se serrer autour de la pièce à fretter.The fuse valve, on the other hand, is configured to prevent a flow of cooling air from entering the sub-vein cavity under nominal operating conditions. To do this, the fixed part holds the mobile part in the closed position, by shrinking. We understand that hooping consists of assembling two parts by a tight fit, the outer part, in this case the fixed part, being called "hooter", and the inner part, in this case the movable part, being "hooped". The hooping can for example be carried out by heating the hoop to expand it before inserting it on the element to be hooped. Cooling the hoop causes it to retract, thus tightening around the part to be hooped.

Compte tenu du fait que la partie fixe présente un coefficient de dilatation plus important que la partie mobile, une élévation de la température dans la cavité sous veine entraîne une dilatation plus importante de la partie fixe que celle de la partie mobile. Par le jeu des dilatations différentielles, l’étreinte exercée par la partie fixe sur la partie mobile se relâche donc, libérant la partie mobile et permettant son passage en position d’ouverture, notamment par la pression exercée par l’air de refroidissement sur la partie mobile. On comprend par ailleurs que la partie mobile est mobile en ce sens où elle est apte à passer d’une position d’obturation à une position d’ouverture en cas de dysfonctionnement, mais est toutefois configurée pour rester immobile, en position d’obturation grâce au frettage, lors d’un fonctionnement nominal de la turbomachine, c’est-à-dire la majeure partie du temps.Taking into account the fact that the fixed part has a greater coefficient of expansion than the mobile part, an increase in the temperature in the cavity under the vein causes a greater expansion of the fixed part than that of the mobile part. Through the play of differential expansions, the grip exerted by the fixed part on the mobile part therefore relaxes, releasing the mobile part and allowing it to move into the open position, in particular by the pressure exerted by the cooling air on the moving part. It is further understood that the mobile part is mobile in the sense that it is capable of moving from a shuttered position to an open position in the event of a malfunction, but is however configured to remain immobile, in the shuttered position. thanks to shrinking, during nominal operation of the turbomachine, that is to say most of the time.

Par conséquent, le dépassement d’une valeur seuil de température au sein de la cavité sous veine, indiquant un débit d’air de refroidissement insuffisant engendré par une anomalie apparue dans le circuit de refroidissement de la turbomachine, engendre le relâchement du frettage entre la partie fixe et la partie mobile, et donc la libération de la partie mobile. Le passage de la partie mobile en position d’ouverture permet alors l’injection d’un débit d’air de refroidissement supplémentaire, supérieur au premier débit, dans la cavité sous veine. Le débit total d’air de refroidissement, comprenant l’air injecté par les injecteurs, et l’air injecté par l’intermédiaire du clapet fusible, est alors supérieur au débit d’air de refroidissement nominal (comprenant le premier débit seul) injecté par le dispositif d’injection lors d’un fonctionnement nominal de la turbomachine.Consequently, exceeding a temperature threshold value within the vein cavity, indicating an insufficient cooling air flow generated by an anomaly appearing in the cooling circuit of the turbomachine, causes the relaxation of the hooping between the fixed part and the mobile part, and therefore the release of the mobile part. Passing the mobile part into the open position then allows the injection of an additional flow of cooling air, greater than the first flow, into the sub-vein cavity. The total flow of cooling air, including the air injected by the injectors, and the air injected via the fuse valve, is then greater than the nominal cooling air flow (including the first flow alone) injected by the injection device during nominal operation of the turbomachine.

Par conséquent, le pilotage du débit d’air de refroidissement injecté dans la cavité sous veine en fonction de la température au sein de celle-ci, permet d’augmenter le débit d’air de refroidissement uniquement en cas de dysfonctionnement ou de panne, caractérisés par une augmentation de la température au sein de la cavité sous veine. Cela permet donc d’augmenter le débit d’air de refroidissement uniquement lorsque cela est nécessaire, sans nécessiter un surdimensionnement permanent du dispositif de refroidissement. L’impact du système de refroidissement sur la consommation en carburant est ainsi limité, ce qui permet ainsi d’améliorer les performances du moteur.Consequently, controlling the flow of cooling air injected into the sub-vein cavity as a function of the temperature within it, makes it possible to increase the flow of cooling air only in the event of a malfunction or breakdown, characterized by an increase in temperature within the subvenous cavity. This therefore makes it possible to increase the cooling air flow only when necessary, without requiring permanent oversizing of the cooling device. The impact of the cooling system on fuel consumption is thus limited, which helps improve engine performance.

En outre, ce dispositif ne nécessite aucun matériau fusible. Cela permet d’éviter les inconvénients précités liés au relâchement des résidus de matériaux fusibles dans la turbine, et de s’affranchir de la présence d’un récupérateur pour récupérer les résidus de matériaux fusibles, limitant ainsi l’encombrement du dispositif. Il est également possible de réutiliser le clapet fusible après une chauffe du frettage et remise en position d’obturation de la partie mobile du clapet.In addition, this device does not require any fuse material. This makes it possible to avoid the aforementioned drawbacks linked to the release of residues of meltable materials in the turbine, and to dispense with the presence of a recuperator to recover the residues of meltable materials, thus limiting the bulk of the device. It is also possible to reuse the fuse valve after heating the hooping and returning the movable part of the valve to the closed position.

Dans certains modes de réalisation, la partie fixe comprend un matériau différent d’un matériau de la partie mobile.In certain embodiments, the fixed part comprises a material different from a material of the movable part.

Le matériau peut être déterminé en fonction de la température seuil souhaitée, correspondant à la présence d’une anomalie et permettant le passage de la partie mobile en position d’ouverture. En particulier, dans certains modes de réalisation, la valeur seuil de température est comprise entre 550 et 600°C.The material can be determined according to the desired threshold temperature, corresponding to the presence of an anomaly and allowing the moving part to move to the open position. In particular, in certain embodiments, the temperature threshold value is between 550 and 600°C.

Cette température seuil est de préférence inférieure à une température critique à partir de laquelle les éléments de la turbine tels que les disques et aubes se détériorent. Ainsi, lorsque la valeur seuil de température au sein de la cavité est atteinte, l’injection d’un débit d’air de refroidissement supplémentaire, par l’intermédiaire du clapet fusible, permet de diminuer la température de la turbine avant que les aubes, ou le disque portant les aubes, ne se détériorent.This threshold temperature is preferably lower than a critical temperature from which the elements of the turbine such as the disks and blades deteriorate. Thus, when the temperature threshold value within the cavity is reached, the injection of an additional cooling air flow, via the fuse valve, makes it possible to reduce the temperature of the turbine before the blades , or the disc carrying the blades, deteriorate.

Dans certains modes de réalisation, la partie fixe comprend un alliage à base de nickel, tel que de l’Inconel®, et la partie mobile comprend du carbure de tungstène ou des céramiques.In some embodiments, the fixed part comprises a nickel-based alloy, such as Inconel ® , and the movable part comprises tungsten carbide or ceramics.

Dans certains modes de réalisation, la partie mobile est mobile en translation par rapport à la partie fixe entre la position d’obturation et la position d’ouverture.In certain embodiments, the movable part is movable in translation relative to the fixed part between the shutter position and the open position.

Dans certains modes de réalisation, la partie mobile comprend un obturateur configuré pour empêcher l’air de refroidissement de pénétrer dans la cavité sous veine lorsque la partie mobile est en position d’obturation, et une tige de guidage fixée à l’obturateur et insérée dans un alésage de la partie fixe par le frettage.In some embodiments, the movable part includes a shutter configured to prevent cooling air from entering the venous cavity when the movable part is in the shutter position, and a guide rod attached to the shutter and inserted in a bore of the fixed part by the hooping.

En d’autres termes, l’obturateur agit comme un bouchon empêchant l’air de refroidissement de pénétrer dans la cavité sous veine. L’obturateur peut être un disque obturant un passage formé dans le clapet fusible. La tige de guidage peut être un cylindre dont une extrémité est fixée à l’obturateur, l’autre extrémité étant insérée dans l’alésage, qui peut également être un orifice cylindrique. La partie mobile présente ainsi la forme d’un piston, configuré pour se déplacer en translation par rapport à la partie fixe. On comprend toutefois que compte tenu du fait que la tige de guidage est insérée dans l’alésage par frettage, un tel déplacement n’est pas possible tant que la température au sein de la cavité sous veine est inférieure à la valeur seuil.In other words, the obturator acts as a plug preventing cooling air from entering the sub-vein cavity. The shutter may be a disc closing a passage formed in the fuse valve. The guide rod may be a cylinder with one end attached to the shutter, the other end being inserted into the bore, which may also be a cylindrical port. The mobile part thus has the shape of a piston, configured to move in translation relative to the fixed part. We understand, however, that given the fact that the guide rod is inserted into the bore by shrinking, such a movement is not possible as long as the temperature within the cavity under the vein is below the threshold value.

Dans certains modes de réalisation, la partie fixe comprend un corps de clapet amont fixé à la paroi de la cavité sous veine d’un côté opposé à ladite cavité sous veine, et un corps de clapet aval fixé au corps de clapet amont en étant disposé dans la cavité sous veine, la partie mobile étant disposée au moins en partie dans une cavité formée entre le corps de clapet amont et le corps de clapet aval.In certain embodiments, the fixed part comprises an upstream valve body fixed to the wall of the sub-vein cavity on a side opposite said sub-vein cavity, and a downstream valve body fixed to the upstream valve body being arranged in the sub-vein cavity, the movable part being arranged at least partly in a cavity formed between the upstream valve body and the downstream valve body.

Les termes « amont » et « aval » sont considérés selon le sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine, notamment de l’air de refroidissement. En d’autres termes, la partie fixe comprend deux parties disposées chacune de part et d’autre de la paroi de la cavité sous veine. On comprend également que le corps de clapet amont et le corps de clapet aval forment ensemble une cavité dans laquelle est disposée la partie mobile.The terms “upstream” and “downstream” are considered according to the direction of flow of the gases in the turbomachine, in particular the cooling air. In other words, the fixed part comprises two parts each arranged on either side of the wall of the sub-vein cavity. It is also understood that the upstream valve body and the downstream valve body together form a cavity in which the movable part is arranged.

Dans certains modes de réalisation, le corps de clapet aval comprend l’alésage dans lequel est fixée la tige de guidage de la partie mobile, et comprend au moins un évent permettant le passage de l’air de refroidissement lorsque la partie mobile est en position d’ouverture.In certain embodiments, the downstream valve body comprises the bore in which the guide rod of the movable part is fixed, and comprises at least one vent allowing the passage of cooling air when the movable part is in position opening.

On comprend que l’évent formé dans le corps de clapet aval met en communication fluidique la cavité formée par l’assemblage du corps de clapet aval avec le corps de clapet aval, et la cavité sous veine. Ainsi, lorsque la partie mobile est en position d’ouverture, l’obturateur ayant été déplacé autorise le passage de l’air de refroidissement provenant de l’amont de la paroi de la cavité sous veine, ledit air de refroidissement pouvant ensuite être transmis depuis l’intérieur du clapet fusible vers la cavité sous veine par l’intermédiaire de l’évent formé dans le corps de clapet aval.It is understood that the vent formed in the downstream valve body places in fluid communication the cavity formed by the assembly of the downstream valve body with the downstream valve body, and the sub-vein cavity. Thus, when the movable part is in the open position, the shutter having been moved allows the passage of cooling air coming from upstream of the wall of the cavity under the vein, said cooling air can then be transmitted from the inside of the fuse valve towards the sub-vein cavity via the vent formed in the downstream valve body.

Dans certains modes de réalisation, le clapet fusible comprend un ressort de rappel monté en compression entre une paroi amont du corps de clapet amont et l’obturateur de la partie mobile lorsque la partie mobile est maintenue en position d’obturation par la partie fixe.In certain embodiments, the fuse valve comprises a return spring mounted in compression between an upstream wall of the upstream valve body and the shutter of the mobile part when the mobile part is held in the closed position by the fixed part.

La paroi amont du corps de clapet amont peut comprendre un passage mettant en communication fluidique la région amont à la paroi de la cavité sous veine et la cavité à l’intérieur du clapet fusible. L’air de refroidissement est toutefois bloqué par l’obturateur de la partie mobile lorsque celle-ci est en position d’obturation.The upstream wall of the upstream valve body may include a passage placing the upstream region in fluid communication with the wall of the sub-vein cavity and the cavity inside the fuse valve. The cooling air is however blocked by the shutter of the mobile part when it is in the shutter position.

On comprend en outre que le ressort de rappel, monté en compression entre ladite paroi amont du corps de clapet amont et l’obturateur, tend à pousser la partie mobile vers la position d’ouverture, le mouvement de la partie mobile étant toutefois empêché par la rétention assurée par le frettage entre la partie mobile et la partie fixe. En revanche, lorsque la température au sein de la cavité sous veine devient supérieure à la valeur seuil de température, et que la rétention de la partie mobile, assurée par le frettage entre l’alésage de la partie fixe et la tige de guidage de la partie mobile, n’a plus lieu du fait des dilatations différentielles, le ressort entraîne alors la partie mobile en translation vers la position d’ouverture, et peut maintenir la partie mobile dans cette position d’ouverture.It is further understood that the return spring, mounted in compression between said upstream wall of the upstream valve body and the shutter, tends to push the movable part towards the open position, the movement of the movable part being however prevented by retention ensured by the hooping between the mobile part and the fixed part. On the other hand, when the temperature within the vein cavity becomes greater than the temperature threshold value, and the retention of the mobile part, ensured by the hooping between the bore of the fixed part and the guide rod of the movable part, no longer takes place due to differential expansions, the spring then drives the movable part in translation towards the open position, and can maintain the movable part in this open position.

Dans certains modes de réalisation, une force exercée par le ressort de rappel sur l’obturateur est inférieure à la force exercée par le frettage entre la partie mobile et la partie fixe lorsque la température au sein de la cavité sous veine est inférieure à la valeur seuil prédéterminée.In certain embodiments, a force exerted by the return spring on the obturator is less than the force exerted by the hooping between the movable part and the fixed part when the temperature within the cavity under the vein is lower than the value predetermined threshold.

On comprend que la tige de guidage est comprimée dans l’alésage du corps de clapet aval de la partie fixe, la force de cette compression étant supérieure à la force exercée par le ressort sur l’obturateur. Ainsi, lorsque la température au sein de la cavité sous veine est inférieure à la valeur seuil prédéterminée, la partie mobile reste en position d’obturation, empêchant l’injection d’air de refroidissement dans la cavité sous veine.We understand that the guide rod is compressed in the bore of the valve body downstream of the fixed part, the force of this compression being greater than the force exerted by the spring on the shutter. Thus, when the temperature within the sub-vein cavity is lower than the predetermined threshold value, the mobile part remains in the closed position, preventing the injection of cooling air into the sub-vein cavity.

Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant une turbine selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents.The present presentation also concerns a turbomachine comprising a turbine according to any of the preceding embodiments.

L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :The invention and its advantages will be better understood on reading the detailed description given below of different embodiments of the invention given by way of non-limiting examples. This description refers to the pages of appended figures, on which:

La représente une vue schématique en coupe longitudinale d’une turbomachine, There represents a schematic view in longitudinal section of a turbomachine,

La représente une vue schématique en coupe longitudinale et partielle d’une turbine basse pression de la turbomachine de la , There represents a schematic view in longitudinal and partial section of a low pressure turbine of the turbomachine of the ,

La représente une vue en coupe longitudinale d’un clapet fusible selon l’exposé, en position d’obturation, There represents a longitudinal sectional view of a fuse valve according to the presentation, in the closed position,

La représente une vue de face d’une paroi amont du clapet fusible de la , There represents a front view of an upstream wall of the fuse valve of the ,

La représente une vue en coupe longitudinale du clapet fusible de la , en position d’ouverture. There represents a longitudinal sectional view of the fuse valve of the , in the open position.

Un mode de réalisation du présent exposé va être présenté en référence aux figures 1 à 5.An embodiment of this presentation will be presented with reference to Figures 1 to 5.

Les termes « amont » et « aval » sont par la suite définis par rapport au sens d’écoulement des gaz au travers une turbomachine, indiqué par la flèche G sur les figures 1 et 2.The terms “upstream” and “downstream” are subsequently defined in relation to the direction of flow of gases through a turbomachine, indicated by the arrow G in Figures 1 and 2.

La illustre une turbomachine 1 à double flux comprenant de manière connue d’amont en aval successivement au moins une soufflante 10, une partie moteur comprenant successivement au moins un étage de compresseur basse pression 20, de compresseur haute pression 30, une chambre de combustion 40, au moins un étage de turbine haute pression 50 et de turbine basse pression 60.There illustrates a double flow turbomachine 1 comprising in a known manner from upstream to downstream successively at least one fan 10, an engine part comprising successively at least one stage of low pressure compressor 20, of high pressure compressor 30, a combustion chamber 40, at least one stage of high pressure turbine 50 and low pressure turbine 60.

Des rotors, tournant autour de l'axe principal X de la turbomachine 1 et pouvant être couplés entre eux par différents systèmes de transmission et d'engrenages, correspondent à ces différents éléments.Rotors, rotating around the main axis X of the turbomachine 1 and which can be coupled together by different transmission and gear systems, correspond to these different elements.

De manière connue, une fraction d’air est prélevée sur le compresseur haute pression 30 et est acheminée par l’intermédiaire d’un conduit de refroidissement 32 en vue de refroidir des zones plus chaudes de la turbomachine 1, notamment la turbine haute pression 50 et la turbine basse pression 60.In known manner, a fraction of air is taken from the high pressure compressor 30 and is conveyed via a cooling conduit 32 in order to cool hotter zones of the turbomachine 1, in particular the high pressure turbine 50 and the low pressure turbine 60.

La est un agrandissement d’une zone de la turbomachine 1, illustrant de manière simplifiée la partie amont de la turbine basse pression 60, la turbine haute pression 50 n’étant pas représentée.There is an enlargement of an area of the turbomachine 1, illustrating in a simplified manner the upstream part of the low pressure turbine 60, the high pressure turbine 50 not being shown.

La turbine basse pression 60 ici illustrée comprend une pluralité d’étages 61, 62 de turbine. Un premier étage 61, ainsi que les étages 62 situés en aval de celui-ci comprennent respectivement un ensemble de distributeurs fixes 70 et 65. Chaque étage 61, 62 comprend en outre un disque 63 mobile sur lequel est monté un ensemble d’aubes 64 entraînées en rotation par le disque 63 mobile. Le premier étage 61 de la turbine basse pression 60 comprend au moins une aube 64 mobile, ainsi qu’au moins un distributeur 70 creux, dans lequel circule de l’air de refroidissement. Dans l’exemple illustré sur la , le distributeur 70 forme une seule pièce avec un carter 66 constitutif de la turbine et est creux pour laisser passer de l’air de refroidissement, sortant par l’intermédiaire d’un dispositif d’injection 80 associés au distributeur 70, comprenant une pluralité d’injecteurs. Les étages 62 suivants, situés en aval de la turbine basse pression 60, comprennent chacun au moins une aube 64 mobile et un distributeur 65 se présentant sous la forme d’un aubage fixe. Le disque 63 mobile est solidaire en rotation d’un arbre basse pression 102 s’étendant selon l’axe X-X, tandis que chaque stator 65 est relié au carter 66. Chaque étage 61, 62 de turbine comprend en outre un anneau de turbine 67 situé en regard des aubes 64 mobiles, et qui est solidaire du carter 66.The low pressure turbine 60 illustrated here comprises a plurality of turbine stages 61, 62. A first stage 61, as well as the stages 62 located downstream thereof respectively comprise a set of fixed distributors 70 and 65. Each stage 61, 62 further comprises a movable disk 63 on which is mounted a set of vanes 64 driven in rotation by the mobile disk 63. The first stage 61 of the low pressure turbine 60 comprises at least one movable blade 64, as well as at least one hollow distributor 70, in which cooling air circulates. In the example illustrated on the , the distributor 70 forms a single part with a casing 66 constituting the turbine and is hollow to allow cooling air to pass, leaving via an injection device 80 associated with the distributor 70, comprising a plurality of injectors. The following stages 62, located downstream of the low pressure turbine 60, each comprise at least one movable blade 64 and a distributor 65 in the form of a fixed blade. The movable disk 63 is integral in rotation with a low pressure shaft 102 extending along the axis XX, while each stator 65 is connected to the casing 66. Each turbine stage 61, 62 further comprises a turbine ring 67 located opposite the movable blades 64, and which is secured to the casing 66.

Conformément au présent exposé, la turbomachine 1 comprend un dispositif de refroidissement permettant d’acheminer, via le conduit de refroidissement 32, la fraction d’air prélevée sur le compresseur haute pression 30 vers au moins un étage de la turbine basse pression 60. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessous, la fraction d’air de refroidissement prélevée est distribuée au niveau d’un étage amont de la turbine basse pression 60. La turbine basse pression 60 est ainsi refroidie. Cependant, l’invention n’est pas limitée à ce mode de réalisation, la fraction d’air prélevée pouvant être également distribuée à d’autres étages de la turbine basse pression 60 et à la turbine haute pression 50.In accordance with this presentation, the turbomachine 1 comprises a cooling device making it possible to convey, via the cooling conduit 32, the fraction of air taken from the high pressure compressor 30 to at least one stage of the low pressure turbine 60. In the embodiment described below, the fraction of cooling air taken is distributed at an upstream stage of the low pressure turbine 60. The low pressure turbine 60 is thus cooled. However, the invention is not limited to this embodiment, the fraction of air taken can also be distributed to other stages of the low pressure turbine 60 and to the high pressure turbine 50.

Dans le mode de réalisation illustré sur la , la fraction d’air prélevée dans le compresseur haute pression 30 s’écoule dans le conduit de refroidissement 32, puis dans le distributeur 70 creux. La direction de circulation de la fraction d’air au travers du distributeur creux 70 est illustrée par les flèches 71. La fraction d’air est ensuite injectée via le dispositif d’injection 80 dans une cavité sous veine 68. L’air distribué permet notamment de refroidir les disques 63 des turbines, comme l’illustrent les flèches 75.In the embodiment illustrated on the , the fraction of air taken from the high pressure compressor 30 flows into the cooling conduit 32, then into the hollow distributor 70. The direction of circulation of the air fraction through the hollow distributor 70 is illustrated by the arrows 71. The air fraction is then injected via the injection device 80 into a cavity under the vein 68. The distributed air allows in particular to cool the disks 63 of the turbines, as illustrated by arrows 75.

L’air de refroidissement injecté par le dispositif d’injection 80 permet par ailleurs la purge de l’air chaud présent dans la turbine basse pression 60, assurant ainsi le refroidissement de celles-ci. Plus précisément, l’air de refroidissement prélevé dans le compresseur haute pression et acheminé jusque dans la cavité sous veine 68, constitue une barrière de pression, ou purge, empêchant l’air chaud provenant de la chambre de combustion et s’écoulant dans la veine principale de circulation d’air des turbines, c’est-à-dire dans la veine primaire de circulation d’air de la turbomachine 1, de pénétrer dans la cavité sous veine 68. La purge de l’air chaud de la turbine basse pression 60 est ici symbolisée par la flèche 76. Les risques de surchauffe des rotors des turbines sont ainsi limités. En particulier, en empêchant l’air de la veine primaire de rentrer dans la cavité sous veine 68, cette cavité est moins chaude que la veine, et le rotor de la turbine peut donc résister à des efforts centrifuges plus élevés et être dimensionné sur des contraintes limites moins élevées.The cooling air injected by the injection device 80 also allows the hot air present in the low pressure turbine 60 to be purged, thus ensuring their cooling. More precisely, the cooling air taken from the high pressure compressor and conveyed to the vein cavity 68, constitutes a pressure barrier, or purge, preventing hot air coming from the combustion chamber and flowing into the main air circulation vein of the turbines, that is to say in the primary air circulation vein of the turbomachine 1, to penetrate into the cavity under vein 68. Purging of the hot air from the turbine low pressure 60 is here symbolized by the arrow 76. The risks of overheating of the turbine rotors are thus limited. In particular, by preventing the air from the primary vein from entering the sub-vein cavity 68, this cavity is less hot than the vein, and the rotor of the turbine can therefore withstand higher centrifugal forces and be dimensioned on lower limit constraints.

De manière connue, un ou plusieurs conduits 32 de circulation d’air de refroidissement prélèvent chacun une fraction d’air de refroidissement d’un flux d’air circulant dans le compresseur haute pression 30, et acheminent la fraction d’air prélevée au niveau d’au moins un étage de la turbine basse pression 60.In known manner, one or more cooling air circulation conduits 32 each take a fraction of cooling air from an air flow circulating in the high pressure compressor 30, and convey the fraction of air taken to the level of at least one stage of the low pressure turbine 60.

Un dysfonctionnement du refroidissement de la turbine 60 peut avoir plusieurs causes. Une cause du dysfonctionnement du refroidissement peut être le dysfonctionnement d’un conduit 32, par exemple la rupture ou l’obturation accidentelle d’un des conduits 32 de circulation d’air. Une autre cause de ce dysfonctionnement peut résulter de l’usure excessive ou de la rupture d’un ou plusieurs joints d’étanchéité, ou joint dynamique de la turbine basse pression 60. Un dysfonctionnement du refroidissement de la turbine 60 résulte à titre d’exemple d’une défaillance d’un joint labyrinthe 69 assurant l’isolation en pression de la cavité sous veine 68 de la turbine basse pression 60.A cooling malfunction of the turbine 60 can have several causes. A cause of the cooling malfunction may be the malfunction of a conduit 32, for example the breakage or accidental blocking of one of the air circulation conduits 32. Another cause of this malfunction may result from excessive wear or breakage of one or more seals, or dynamic seal of the low pressure turbine 60. A malfunction in the cooling of the turbine 60 results as a result of example of a failure of a labyrinth seal 69 ensuring pressure insulation of the vacuum cavity 68 of the low pressure turbine 60.

Le dispositif d’injection 80 comporte une pluralité de premiers injecteurs 81, et au moins un, de préférence plusieurs clapets fusibles 100, répartis sur une paroi P du distributeur 70 autour de l’axe X. On notera que la présence des premiers injecteurs 81 est optionnelle, le dispositif d’injection 80 pouvant ne comprendre que des clapets fusibles 100. Afin de simplifier la description de ce mode de réalisation, un seul premier injecteur 81 et un seul clapet fusible 100 sont représentés sur la . Par ailleurs, bien que le mode de réalisation soit décrit en référence à la turbine basse pression 60, l’invention pourrait également s’appliquer à la turbine haute pression 50.The injection device 80 comprises a plurality of first injectors 81, and at least one, preferably several fuse valves 100, distributed on a wall P of the distributor 70 around the axis is optional, the injection device 80 may only include fuse valves 100. In order to simplify the description of this embodiment, a single first injector 81 and a single fuse valve 100 are shown on the . Furthermore, although the embodiment is described with reference to the low pressure turbine 60, the invention could also be applied to the high pressure turbine 50.

Le premier injecteur 81 est un orifice réalisé dans la paroi P du distributeur 70, permettant d’injecter en permanence, c’est-à-dire de manière continue lorsque la turbomachine est en fonctionnement, un premier débit d’air de refroidissement dans la cavité sous veine 68. Ce premier débit permet d’assurer le refroidissement, plus précisément la purge 76 et le maintien en température de la turbine basse pression 60 dans des conditions de fonctionnement nominal de celle-ci, c’est-à-dire en l’absence d’un des dysfonctionnements mentionnés ci-dessus. Les dimensions de l’orifice sont déterminées de manière à ce que le premier débit soit par exemple compris entre 270 et 310 g/s. Dans certaines applications où les températures en jeu sont plus basses, un tel refroidissement par un premier débit n’est pas nécessaire en conditions de fonctionnement nominales. Dans ce cas, seuls les clapets fusibles 100 sont nécessaires.The first injector 81 is an orifice made in the wall P of the distributor 70, making it possible to inject permanently, that is to say continuously when the turbomachine is in operation, a first flow of cooling air into the cavity under vein 68. This first flow ensures cooling, more precisely purging 76 and maintaining the temperature of the low pressure turbine 60 under nominal operating conditions thereof, that is to say in the absence of one of the malfunctions mentioned above. The dimensions of the orifice are determined so that the first flow rate is for example between 270 and 310 g/s. In certain applications where the temperatures involved are lower, such cooling by a first flow is not necessary under nominal operating conditions. In this case, only fuse valves 100 are necessary.

Le clapet fusible 100 comprend une partie fixe 110 et une partie mobile 120. La partie fixe 110 comprend un corps de clapet amont 111 et un corps de clapet aval 112. Le corps de clapet amont 111 peut avoir une forme cylindrique d’axe A dont une majeure partie est disposée d’un côté de la paroi P opposé à la cavité sous veine 68. Toutefois, une extrémité 111a du corps de clapet amont 111 peut être insérée dans un orifice de la paroi P et faire saillie à l’intérieur de la cavité sous veine 68. On notera que le corps de clapet amont 111 peut être fixé à la paroi P par exemple par soudage ou brasage, au niveau de son extrémité 111a. Par ailleurs, l’extrémité 111a peut être filetée.The fuse valve 100 comprises a fixed part 110 and a movable part 120. The fixed part 110 comprises an upstream valve body 111 and a downstream valve body 112. The upstream valve body 111 can have a cylindrical shape with axis A of which a major part is arranged on one side of the wall P opposite the vein cavity 68. However, one end 111a of the upstream valve body 111 can be inserted into an orifice in the wall P and protrude inside the the sub-vein cavity 68. It will be noted that the upstream valve body 111 can be fixed to the wall P for example by welding or brazing, at the level of its end 111a. Furthermore, end 111a can be threaded.

Une portion du corps de clapet aval 112, comprenant un taraudage, est alors vissée sur l’extrémité 111a. Le corps de clapet aval 112 est disposé de l’autre côté de la paroi P que le corps de clapet amont 111, c’est-à-dire dans la cavité sous veine 68. Le corps de clapet aval 112 présente ainsi la forme d’un disque. L’assemblage du corps de clapet amont 111 et du corps de clapet aval 112 forme une cavité interne I.A portion of the downstream valve body 112, comprising a thread, is then screwed onto the end 111a. The downstream valve body 112 is disposed on the other side of the wall P than the upstream valve body 111, that is to say in the cavity under the vein 68. The downstream valve body 112 thus has the shape of 'a disk. The assembly of the upstream valve body 111 and the downstream valve body 112 forms an internal cavity I.

Le corps de clapet aval 112 comprend au moins un évent 112a, de préférence une pluralité d’évents 112a (deux sont visibles sur la ) répartis circonférentiellement autour de l’axe A sur une face latérale du corps de clapet aval 112, mettant en communication fluidique la cavité interne I du clapet fusible 100 avec la cavité sous veine 68. Par ailleurs, une face du corps de clapet aval 112 comprend une portion en saillie comprenant un trou traversant s’étendant de la cavité interne I à la cavité sous veine 68, ledit trou traversant formant un alésage 112b destiné à recevoir une portion de la partie mobile 120 décrite ci-dessous.The downstream valve body 112 comprises at least one vent 112a, preferably a plurality of vents 112a (two are visible on the ) distributed circumferentially around axis A on a lateral face of the downstream valve body 112, placing the internal cavity I of the fuse valve 100 in fluid communication with the sub-vein cavity 68. Furthermore, one face of the downstream valve body 112 comprises a projecting portion comprising a through hole extending from the internal cavity I to the vein cavity 68, said through hole forming a bore 112b intended to receive a portion of the movable part 120 described below.

La partie mobile 120 est disposée au moins en partie dans la cavité interne I entre le corps de clapet amont 111 et le corps de clapet aval 112. Plus précisément, la partie mobile 120 comprend un obturateur 121 disposé entièrement dans la cavité interne I, et une tige de guidage 122 s’étendant depuis une face aval de l’obturateur 121 et disposée en partie dans l’alésage 112b. La partie mobile 120 présente ainsi la forme d’un piston apte à se déplacer par translation le long de l’axe A.The movable part 120 is disposed at least partly in the internal cavity I between the upstream valve body 111 and the downstream valve body 112. More precisely, the movable part 120 comprises a shutter 121 disposed entirely in the internal cavity I, and a guide rod 122 extending from a downstream face of the shutter 121 and disposed partly in the bore 112b. The movable part 120 thus has the shape of a piston capable of moving by translation along the axis A.

Dans la position d’obturation représentée sur la , la partie mobile 120 est positionnée le long de l’axe A de telle sorte que l’obturateur 121 soit en contact avec une paroi du corps de clapet amont 111. Ainsi, l’air de refroidissement présent dans le clapet fusible 100 en amont de l’obturateur 121, c’est-à-dire à gauche de l’obturateur 121 sur la , ne peut accéder à la partie de la cavité interne I située en aval de l’obturateur 121, et par conséquent aux évents 112a.In the shutter position shown on the , the movable part 120 is positioned along the axis A such that the shutter 121 is in contact with a wall of the upstream valve body 111. Thus, the cooling air present in the fuse valve 100 upstream of shutter 121, that is to say to the left of shutter 121 on the , cannot access the part of the internal cavity I located downstream of the shutter 121, and consequently to the vents 112a.

La partie mobile 120 est maintenue dans cette position d’obturation par le frettage F de la tige de guidage 122 dans l’alésage 112b. En effet, la tige de guidage 122 est insérée dans l’alésage 112b par un ajustement serré. Le frettage F peut par exemple être réalisé par chauffage initial du corps de clapet aval 112 pour le dilater, avant d'insérer la tige de guidage 122 dans l’alésage 112b du corps de clapet aval 112 ainsi dilaté. Le refroidissement du corps de clapet aval 112 entraîne sa rétraction, l’alésage 112b venant ainsi se serrer autour de la tige de guidage 122.The movable part 120 is held in this closed position by the fit F of the guide rod 122 in the bore 112b. Indeed, the guide rod 122 is inserted into the bore 112b by a tight fit. Shrinking F can for example be carried out by initial heating of the downstream valve body 112 to expand it, before inserting the guide rod 122 into the bore 112b of the downstream valve body 112 thus expanded. The cooling of the downstream valve body 112 causes it to retract, the bore 112b thus tightening around the guide rod 122.

Par ailleurs, la partie fixe 110, en particulier le corps de clapet aval 112 comprend un matériau présentant un coefficient de dilatation plus important que le coefficient de dilatation de la partie mobile 120, en particulier la tige de guidage 122. Par exemple, la partie fixe 110 comprend un alliage à base de nickel, tel que de l’Inconel®, et la partie mobile 120 comprend du carbure de tungstène ou des céramiques. Ainsi, en cas d’élévation de la température, le corps de clapet aval 112, en particulier l’alésage 112b, se dilate de manière plus importante que la tige de guidage 122.Furthermore, the fixed part 110, in particular the downstream valve body 112, comprises a material having a coefficient of expansion greater than the coefficient of expansion of the movable part 120, in particular the guide rod 122. For example, the part fixed 110 comprises a nickel-based alloy, such as Inconel ® , and the movable part 120 comprises tungsten carbide or ceramics. Thus, in the event of a rise in temperature, the downstream valve body 112, in particular the bore 112b, expands more significantly than the guide rod 122.

Le corps de clapet amont 111 comprend en outre une paroi amont 130, fixée par soudage ou brasage par exemple, à une paroi interne du corps de clapet amont 111. La paroi amont 130 est une rondelle dont une vue de face selon l’axe A est représentée sur la . La rondelle comprend un contour 135 fixé sur la paroi interne du corps de clapet amont 111, et une partie centrale 133 circulaire reliée au contour 135 par au moins deux bras structuraux 132. Entre le contour 135, les bras structuraux 132 et la partie centrale 133, sont formées deux ouvertures 131. Les ouvertures 131 permettent le passage de la fraction 71 de l’air de refroidissement circulant dans le distributeur creux 70, jusqu’à l’intérieur de la cavité interne I du clapet fusible 100, dans la portion de ladite cavité interne I située en amont de l’obturateur 121.The upstream valve body 111 further comprises an upstream wall 130, fixed by welding or brazing for example, to an internal wall of the upstream valve body 111. The upstream wall 130 is a washer, a front view of which along axis A is represented on the . The washer comprises a contour 135 fixed to the internal wall of the upstream valve body 111, and a circular central part 133 connected to the contour 135 by at least two structural arms 132. Between the contour 135, the structural arms 132 and the central part 133 , two openings 131 are formed. The openings 131 allow the passage of the fraction 71 of the cooling air circulating in the hollow distributor 70, up to the interior of the internal cavity I of the fuse valve 100, in the portion of said internal cavity I located upstream of the shutter 121.

Un ressort de rappel 140 est disposé dans la cavité interne I, en amont de l’obturateur 121. Le ressort de rappel 140 est monté en compression entre la partie central 133 de la paroi amont 130, et la face amont de l’obturateur 121 de la partie mobile en position d’obturation. A cet effet, la partie centrale 133 de la paroi amont 130 comprend de préférence un sillon 134 circulaire, configuré pour recevoir une extrémité du ressort 140 afin de maintenir ce dernier.A return spring 140 is placed in the internal cavity I, upstream of the shutter 121. The return spring 140 is mounted in compression between the central part 133 of the upstream wall 130, and the upstream face of the shutter 121 of the movable part in the shutter position. For this purpose, the central part 133 of the upstream wall 130 preferably comprises a circular groove 134, configured to receive one end of the spring 140 in order to hold the latter.

On comprend ainsi que la force exercée par le frettage F entre la tige de guidage 122 et l’alésage 122b est supérieure à la force exercée par le ressort de rappel 140 sur l’obturateur 121, et également à la force exercée par la pression de l’air de refroidissement en amont dudit obturateur 121. Le frettage F est par exemple configuré pour résister aux différences de pression, dans des conditions de fonctionnement nominal, entre l’air présent en amont de l’obturateur 121 et la cavité sous veine 68, de l’ordre de 3 bars. En condition de fonctionnement nominal, la partie mobile 120 est ainsi maintenue en position d’obturation.It is thus understood that the force exerted by the hooping F between the guide rod 122 and the bore 122b is greater than the force exerted by the return spring 140 on the shutter 121, and also to the force exerted by the pressure of the cooling air upstream of said shutter 121. The fitting F is for example configured to resist the pressure differences, under nominal operating conditions, between the air present upstream of the shutter 121 and the cavity under the vein 68 , of the order of 3 bars. In nominal operating conditions, the mobile part 120 is thus maintained in the closed position.

A l’inverse, en cas d’élévation de la température dans la cavité sous veine 68 due à une anomalie, entraînant une dilatation de l’alésage 112b plus importante que celle de la tige mobile 122, l’étreinte exercée par l’alésage 112b sur la tige mobile 122 se relâche par le jeu des dilatations différentielles. La force exercée par le ressort de rappel 140 devient ainsi plus importante que la force exercée par le frettage F. Le ressort de rappel 140 pousse alors la partie mobile 120 qui se déplace ainsi en translation le long de l’axe A vers l’aval, permettant son passage en position d’ouverture, représentée sur la , et le maintien dans cette position.Conversely, in the event of a rise in temperature in the sub-vein cavity 68 due to an anomaly, resulting in an expansion of the bore 112b greater than that of the movable rod 122, the grip exerted by the bore 112b on the movable rod 122 is released by the play of differential expansions. The force exerted by the return spring 140 thus becomes greater than the force exerted by the hooping F. The return spring 140 then pushes the movable part 120 which thus moves in translation along the axis A towards the downstream , allowing it to move into the open position, shown on the , and maintaining this position.

Dans cette position d’ouverture, l’obturateur 121 n’est plus en contact avec le corps de clapet amont 111, de telle sorte que les parties amont et aval de la cavité interne I sont en communication. Par conséquent, l’air de refroidissement présent initialement en amont de l’obturateur 121 peut s’écouler jusqu’aux évents 112a, et être ainsi injecté dans la cavité sous veine 68.In this open position, the shutter 121 is no longer in contact with the upstream valve body 111, so that the upstream and downstream parts of the internal cavity I are in communication. Consequently, the cooling air initially present upstream of the shutter 121 can flow to the vents 112a, and thus be injected into the sub-vein cavity 68.

On notera qu’en l’absence de ressort, le passage en position d’ouverture peut être assuré par la pression de l’air de refroidissement sur l’obturateur en amont de la partie mobile. Le refroidissement de la température au sein de la cavité interne 68 peut ensuite permettre le maintien de la partie mobile en position d’ouverture du fait de la rétraction de l’alésage 112b.Note that in the absence of a spring, switching to the open position can be ensured by the pressure of the cooling air on the shutter upstream of the mobile part. Cooling the temperature within the internal cavity 68 can then allow the movable part to be maintained in the open position due to the retraction of the bore 112b.

Ainsi, lorsqu’un des dysfonctionnements mentionnés ci-dessus se produit, la température au sein de la cavité sous veine 68 augmente et atteint des valeurs supérieures aux températures représentatives d’un fonctionnement nominal. Lorsque la température au sein de la cavité sous veine 68 atteint une valeur seuil de dilatation de l’alésage 112b, le clapet fusible 100 s’ouvre. Un débit d’air de refroidissement supplémentaire, par exemple compris entre 80 et 90 g/s peut alors être injecté dans la cavité sous veine 68 par l’intermédiaire du clapet fusible 100, en plus du premier débit injecté par le premier injecteur 81.Thus, when one of the malfunctions mentioned above occurs, the temperature within the vein cavity 68 increases and reaches values higher than the temperatures representative of nominal operation. When the temperature within the sub-vein cavity 68 reaches a threshold value for expansion of the bore 112b, the fuse valve 100 opens. An additional cooling air flow, for example between 80 and 90 g/s, can then be injected into the sub-vein cavity 68 via the fuse valve 100, in addition to the first flow injected by the first injector 81.

La somme des premier et deuxième débits est supérieure aux plages de débits représentatives d’un fonctionnement nominal, et permet de couvrir les cas de dysfonctionnements, caractérisés par une augmentation de la température dans la turbine. Ainsi, il est possible d’accentuer le refroidissement des disques 63, avant que ces éléments ne se trouvent détériorés par une augmentation excessive de la température. En particulier, l’injection du débit d’air de refroidissement supplémentaire permet d’augmenter le débit de purge 76, et ainsi d’empêcher l’air chaud de la veine de pénétrer dans la cavité sous veine 68.The sum of the first and second flow rates is greater than the flow rate ranges representative of nominal operation, and makes it possible to cover cases of malfunctions, characterized by an increase in the temperature in the turbine. Thus, it is possible to increase the cooling of the disks 63, before these elements are damaged by an excessive increase in temperature. In particular, the injection of the additional cooling air flow makes it possible to increase the purge flow 76, and thus to prevent the hot air from the vein from penetrating into the cavity under the vein 68.

Lors d’un retour en conditions de fonctionnement nominal, il est également possible de réutiliser le clapet fusible 100, notamment en chauffant à nouveau le corps de clapet aval 112 de manière à entrainer une nouvelle dilatation de l’alésage 112b, en repositionnant la partie mobile 120 en position d’obturation en comprimant le ressort de rappel 140, puis en rétablissant le frettage F entre l’alésage 112b et la tige de guidage 122, par refroidissement du corps de clapet aval 112.When returning to nominal operating conditions, it is also possible to reuse the fuse valve 100, in particular by reheating the downstream valve body 112 so as to cause a new expansion of the bore 112b, by repositioning the part mobile 120 in the closed position by compressing the return spring 140, then by restoring the fit F between the bore 112b and the guide rod 122, by cooling the downstream valve body 112.

Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.Although the present invention has been described with reference to specific embodiments, it is evident that modifications and changes can be made to these examples without departing from the general scope of the invention as defined by the claims. In particular, individual features of the different illustrated/mentioned embodiments can be combined in additional embodiments. Therefore, the description and drawings should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense.

Claims (11)

Turbine (60) de turbomachine d’aéronef comprenant une veine annulaire d’écoulement d’air chaud, une cavité sous veine (68) coaxiale à la veine d’écoulement d’air chaud, et au moins un clapet fusible (100) configuré pour injecter un débit d’air de refroidissement dans la cavité sous veine (68), le clapet fusible (100) comprenant :
- une partie fixe (110) fixée à une paroi (P) de la cavité sous veine (68),
- une partie mobile (120), mobile par rapport à la partie fixe (110) entre une position d’obturation empêchant l’air de refroidissement de pénétrer dans la cavité sous veine (68), et une position d’ouverture permettant à l’air de refroidissement de pénétrer dans la cavité sous veine (68), la partie mobile (120) étant fixée à la partie fixe (110) par un frettage (F) et maintenue en position d’obturation par ledit frettage (F) avec la partie fixe (110), la partie fixe (110) présentant un coefficient de dilatation plus élevée que la partie mobile (120).Turbine (60) of an aircraft turbomachine comprising an annular hot air flow vein, a sub-vein cavity (68) coaxial with the hot air flow vein, and at least one fuse valve (100) configured to inject a flow of cooling air into the sub-vein cavity (68), the fuse valve (100) comprising:
- a fixed part (110) fixed to a wall (P) of the sub-vein cavity (68),
- a movable part (120), movable relative to the fixed part (110) between a closed position preventing the cooling air from entering the sub-vein cavity (68), and an open position allowing the cooling air to enter the sub-vein cavity (68), the movable part (120) being fixed to the fixed part (110) by a hooping (F) and held in the closed position by said hooping (F) with the fixed part (110), the fixed part (110) having a higher expansion coefficient than the movable part (120). Turbine (60) selon la revendication 1, dans laquelle la partie fixe (110) est configurée pour maintenir la partie mobile (120) en position d’obturation par une force exercée par le frettage (F) sur la partie mobile (120) lorsqu’une température au sein de la cavité sous veine (68) est inférieure à une valeur seuil prédéterminée, et pour relâcher la force exercée par le frettage (F) par dilatation différentielle lorsque la température au sein de la cavité sous veine (68) est supérieure à ladite valeur seuil prédéterminée, de manière à permettre le passage de la partie mobile en position d’ouverture.Turbine (60) according to claim 1, in which the fixed part (110) is configured to maintain the movable part (120) in the closed position by a force exerted by the hooping (F) on the movable part (120) when 'a temperature within the vein cavity (68) is lower than a predetermined threshold value, and to release the force exerted by the hooping (F) by differential expansion when the temperature within the vein cavity (68) is greater than said predetermined threshold value, so as to allow the moving part to move into the open position. Turbine selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la partie fixe (110) comprend un matériau différent d’un matériau de la partie mobile (120).Turbine according to claim 1 or 2, in which the fixed part (110) comprises a material different from a material of the movable part (120). Turbine (60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la partie fixe (110) comprend un alliage à base de nickel, et la partie mobile (120) comprend du carbure de tungstène ou des céramiques.Turbine (60) according to any one of claims 1 to 3, in which the fixed part (110) comprises a nickel-based alloy, and the movable part (120) comprises tungsten carbide or ceramics. Turbine (60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la partie mobile (120) est mobile en translation par rapport à la partie fixe (110) entre la position d’obturation et la position d’ouverture.Turbine (60) according to any one of claims 1 to 4, in which the movable part (120) is movable in translation relative to the fixed part (110) between the closed position and the open position. Turbine (60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la partie mobile (120) comprend un obturateur (121) configuré pour empêcher l’air de refroidissement de pénétrer dans la cavité sous veine (68) lorsque la partie mobile (120) est en position d’obturation, et une tige de guidage (122) fixée à l’obturateur (121) et insérée dans un alésage (112b) de la partie fixe (110) par le frettage (F).Turbine (60) according to any one of claims 1 to 5, wherein the movable part (120) comprises a shutter (121) configured to prevent cooling air from entering the sub-vein cavity (68) when the part movable (120) is in the shutter position, and a guide rod (122) fixed to the shutter (121) and inserted into a bore (112b) of the fixed part (110) by the shrink fit (F). Turbine (60) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle la partie fixe (110) comprend un corps de clapet amont (111) fixé à la paroi (P) de la cavité sous veine (68) d’un côté opposé à ladite cavité sous veine (68), et un corps de clapet aval (112) fixé au corps de clapet amont (111) en étant disposé dans la cavité sous veine (68), la partie mobile (120) étant disposée au moins en partie dans une cavité (I) formée entre le corps de clapet amont (111) et le corps de clapet aval (112).Turbine (60) according to any one of claims 1 to 6, in which the fixed part (110) comprises an upstream valve body (111) fixed to the wall (P) of the sub-vein cavity (68) of a side opposite to said sub-vein cavity (68), and a downstream valve body (112) fixed to the upstream valve body (111) by being disposed in the sub-vein cavity (68), the movable part (120) being arranged at the less partly in a cavity (I) formed between the upstream valve body (111) and the downstream valve body (112). Turbine (60) selon les revendications 6 et 7, dans laquelle le corps de clapet aval (112) comprend l’alésage (112b) dans lequel est fixée la tige de guidage (122) de la partie mobile (120), et comprend au moins un évent (112a) permettant le passage de l’air de refroidissement lorsque la partie mobile (120) est en position d’ouverture.Turbine (60) according to claims 6 and 7, in which the downstream valve body (112) comprises the bore (112b) in which the guide rod (122) of the movable part (120) is fixed, and comprises at minus a vent (112a) allowing the passage of cooling air when the movable part (120) is in the open position. Turbine (60) selon les revendications 6 et 7 ou la revendication 8, dans laquelle le clapet fusible (100) comprend un ressort de rappel (140) monté en compression entre une paroi amont (130) du corps de clapet amont (111) et l’obturateur (121) de la partie mobile (120) lorsque la partie mobile est maintenue en position d’obturation par la partie fixe (110).Turbine (60) according to claims 6 and 7 or claim 8, in which the fuse valve (100) comprises a return spring (140) mounted in compression between an upstream wall (130) of the upstream valve body (111) and the shutter (121) of the movable part (120) when the movable part is held in the shutter position by the fixed part (110). Turbine (60) selon les revendications 2 et 9 dans laquelle une force exercée par le ressort de rappel (140) sur l’obturateur (121) est inférieure à la force exercée par le frettage (F) entre la partie mobile (120) et la partie fixe (110) lorsque la température au sein de la cavité sous veine (68) est inférieure à la valeur seuil prédéterminée.Turbine (60) according to claims 2 and 9 in which a force exerted by the return spring (140) on the shutter (121) is less than the force exerted by the hooping (F) between the movable part (120) and the fixed part (110) when the temperature within the sub-vein cavity (68) is lower than the predetermined threshold value. Turbomachine comprenant une turbine (60) selon l’une quelconque des revendications précédentes.Turbomachine comprising a turbine (60) according to any one of the preceding claims.
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