FR3140136A1 - Turbomachine axiale triple-flux avec échangeur de chaleur - Google Patents
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Abstract
TURBOMACHINE AXIALE TRIPLE-FLUX AVEC ÉCHANGEUR DE CHALEUR L’invention a trait à une turbomachine, comprenant : un premier bec de séparation apte à séparer un flux d’air entrant en un flux d’air radialement interne et un flux d’air secondaire ; un deuxième bec de séparation apte à séparer le flux d’air radialement interne en un flux primaire et un flux tertiaire parcourant une veine de flux tertiaire radialement externe à une veine de flux primaire parcourue par le flux primaire ; un échangeur de chaleur (18) disposé dans la veine de flux tertiaire ; et un carter interne (28) ;remarquable en ce que l’échangeur comprend un corps (32) et une bride (32.1) s’étendant radialement intérieurement et en saillie du corps, la bride étant fixée au carter interne, l’échangeur comprenant en outre, en aval de la bride, une partie aval (40) à laquelle est rapportée une paroi feu (46) formant un bouclier thermique. (Figure à publier avec l'abrégé : Figure 3)
Description
L’invention a trait au domaine des turbomachines et plus particulièrement des turbomachines à trois flux. L’invention porte sur l’agencement d’un échangeur de chaleur destiné au refroidissement de l’huile de la turbomachine.
Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers états. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’avions mais aussi ceux en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique.
Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des conséquences environnementales modérées dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions.
Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son incidence climatique négative par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l'empreinte environnementale de son activité.
Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d’avions, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l’emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et, indispensables compléments aux progrès technologiques, les biocarburants aéronautiques.
Dans ce contexte, l’invention porte plus particulièrement sur les aspects liés à l’agencement des échangeurs de chaleur dans les turbomachines. En effet, dans une turbomachine, il est généralement nécessaire de refroidir l’huile du circuit de lubrification. Il est connu de disposer un ou plusieurs échangeur(s) de chaleur dans le flux tertiaire d’une turbomachine à trois flux, c’est-à-dire dans le flux radialement intermédiaire entre le flux primaire dirigé vers la chambre de combustion et le flux secondaire, externe.
L’intégration d’un échangeur dans le troisième flux, confiné entre le flux primaire et le flux secondaire, pose des difficultés de montage et d’accessibilité en cas de maintenance mais aussi des contraintes en fonctionnement du fait de la dilatation thermique de l’échangeur. Un échangeur du type « brique » inspiré du document FR 3 089 248 A1 ne répond pas à ces contraintes et n’est donc pas adapté pour le troisième flux.
L’intégration d’un échangeur dans un troisième flux d’une turbomachine à trois flux présente donc des défis liés à son encombrement, son assemblage, son accessibilité, son fonctionnement et également la masse globale des moyens employés pour le fixer au carter.
La présente invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de proposer une solution simple, performante et économique visant à résoudre les inconvénients de la conception/fabrication des turbomachines de l’état de la technique. En particulier, l’invention vise à proposer une solution qui permette un refroidissement efficace dans un encombrement restreint sans rajout de masse et sans entrave du rendement de la turbomachine, mais aussi en garantissant la sûreté de la turbomachine en cas de feu, et l’accessibilité de l’échangeur lors d’une opération de maintenance.
Pour cela, la présente invention a pour objet une turbomachine, comprenant :
- un premier bec de séparation apte à séparer un flux d’air entrant en un flux d’air radialement interne et un flux d’air radialement externe, dit flux secondaire ;
- un deuxième bec de séparation apte à séparer le flux d’air radialement interne en un flux primaire et un flux tertiaire, ce dernier parcourant une veine de flux tertiaire radialement externe à une veine de flux primaire parcourue par le flux primaire ;
- un échangeur de chaleur disposé dans la veine de flux tertiaire ; et
- un carter interne ;
la turbomachine étant remarquable en ce que l’échangeur comprend un corps et une bride s’étendant radialement intérieurement et en saillie du corps, la bride étant fixée au carter interne, l’échangeur comprenant en outre, en aval de la bride, une partie aval à laquelle est rapportée une paroi feu formant un bouclier thermique.
- un premier bec de séparation apte à séparer un flux d’air entrant en un flux d’air radialement interne et un flux d’air radialement externe, dit flux secondaire ;
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- un échangeur de chaleur disposé dans la veine de flux tertiaire ; et
- un carter interne ;
la turbomachine étant remarquable en ce que l’échangeur comprend un corps et une bride s’étendant radialement intérieurement et en saillie du corps, la bride étant fixée au carter interne, l’échangeur comprenant en outre, en aval de la bride, une partie aval à laquelle est rapportée une paroi feu formant un bouclier thermique.
Avantageusement, la paroi feu correspond à une paroi coupe-feu permettant de retarder la propagation d’un éventuel feu depuis la veine de flux primaire (depuis la chambre de combustion par exemple), vers le reste de l’aéronef (vers la nacelle de l’aéronef). Le fait de rapporter la paroi feu à l’échangeur permet un gain de l’encombrement global mais aussi facilite la maintenance de ces éléments car une fixation additionnelle pour la paroi feu n’est plus nécessaire.
Selon un mode avantageux de l’invention, la partie aval de l’échangeur comprend une gorge s’étendant circonférentiellement, la turbomachine comprenant en outre une virole interne de la veine de flux tertiaire qui est reçue dans la gorge.
L’échangeur a ainsi une fonction structurelle pour l’assemblage d’autres pièces et n’est plus seulement un bloc disposé dans une veine d’air. Ainsi, la virole ne nécessite pas d’éléments de fixation spécifiques pour l’assembler au carter ou pour garantir la continuité de la surface de guidage du flux d’air.
Préférentiellement, la virole interne ainsi que le carter interne correspondent à un capotage inter-aube de la turbomachine qui est disposé entre la veine de flux primaire et la veine de flux tertiaire. Avantageusement, le carter et la virole interne sont dans une continuité aérodynamique avec la veine de flux tertiaire, et constituent, de préférence, une paroi de guidage radialement interne du flux tertiaire.
Selon un mode avantageux de l’invention, la turbomachine comprend un joint isolant thermique disposé dans la gorge et interposé entre la virole et l’échangeur. Ce joint permet de limiter la déformation de la virole qui apparaîtrait du fait de la conduction thermique avec un échangeur chaud. Ainsi, on s’affranchit d’éléments de fixation de la virole au carter qui auraient pour but de rigidifier la virole et d’empêcher sa déformation.
Selon un mode avantageux de l’invention, la partie aval de l’échangeur comprend une gorge s’étendant circonférentiellement, la turbomachine comprenant en outre une virole interne de la veine de flux tertiaire à laquelle est rapportée une languette isolante qui est reçue dans la gorge.
Préférentiellement, la languette isolante agit comme une paroi coupe-feu additionnelle, similairement à la paroi feu de la partie aval de l’échangeur, de manière à retarder la propagation du feu vers la veine de flux tertiaire.
Avantageusement, la languette isolante permet de sécuriser davantage la liaison entre la virole et l’échangeur, de façon à constituer avec la paroi feu, une protection (bouclier thermique) qui s’étend axialement de la bride de fixation jusqu’à la virole. Dans cette configuration, la virole interne est protégée des chaleurs pouvant être dégagées de l’échangeur, ladite virole interne peut avantageusement être fabriquée à partir d’un matériau composite.
Selon un mode avantageux de l’invention, la turbomachine comprend un joint isolant thermique disposé dans la gorge et interposé entre la languette et l’échangeur.
Selon un mode avantageux de l’invention, la languette est fixée à la virole et est montée flottante dans la gorge.
De façon avantageuse, le montage de la languette dans la gorge est dépourvu de toute fixation et évite de créer des zones de contraintes mécaniques lorsque l’échangeur subit des dilations thermiques. A cet effet, le montage flottant de la virole dans la gorge autorise des déformations de dilatation suivant les directions axiale, radiale et circonférentielle.
Selon un mode avantageux de l’invention, la paroi feu est fixée à la bride. Ainsi, un élément de fixation (vis notamment) peut être mutualisé pour fixer l’échangeur et la paroi feu au carter.
Selon un mode avantageux de l’invention, la paroi feu épouse au moins partiellement le profil interne et le profil aval de la partie aval de l’échangeur. L’encombrement de l’ensemble « échangeur + paroi feu » est donc minimisé.
Préférentiellement, le profil interne de la partie aval est sensiblement parallèle à l’axe de la turbomachine, et le profil aval est sensiblement radial.
Selon un mode avantageux de l’invention, la partie aval a une longueur axiale comprise entre 20% et 50% de la longueur axiale de l’échangeur.
Dans cette configuration, la bride s’étend radialement intérieurement en saillie du corps, de préférence, dans une moitié aval de l’échangeur. Cela permet de faciliter le montage/démontage par l’aval, car la bride est facilement accessible, sans déséquilibrer mécaniquement le montage en porte-à-faux de la partie aval de l’échangeur.
Selon un mode avantageux de l’invention, la turbomachine comprend des bras structuraux s’étendant radialement au travers de la veine de flux tertiaire et délimitant entre eux des espaces inter-bras, la turbomachine comprenant un échangeur de chaleur dans chaque espace inter-bras, chacun des échangeurs comprenant un corps et une bride s’étendant radialement intérieurement et en saillie du corps respectif, chaque bride étant fixée au carter interne, la paroi feu étant fixée à chacun des échangeurs. A cet effet, la paroi feu s’étend circonférentiellement sur 360° autour de l’axe longitudinal de la turbomachine, assurant une continuité d’isolation thermique et une coupure du pont thermique apte à protéger toute une partie amont et radialement extérieure de ladite turbomachine d’une éventuelle propagation de feu.
Avantageusement, la fixation de l’échangeur dans la veine de flux tertiaire permet de limiter les perturbations aérodynamiques du flux nécessaire à la poussée de l’aéronef.
L’échangeur, en plus d’être apte à efficacement refroidir l’huile par l’échange des calories avec l’air, permet d’assurer davantage de fonctions, tels que : l’agencement d’une paroi feu et la constitution d’un support de maintien pour la virole. Dans cette configuration, le nombre de pièces intermédiaires qui auraient été introduites pour répondre séparément aux différentes fonctions requises est fortement réduit, permettant ainsi de réduire la masse et le coût de fabrication de la turbomachine de l’invention. A cet effet, le montage et le démontage de l’échangeur sont facilités, ce qui permet ainsi d’améliorer la maintenabilité de la turbomachine.
De plus, l’invention est particulièrement avantageuse, car le positionnement de l’échangeur au niveau de la veine du flux tertiaire permet d’éviter d’entraver le passage de l’air dans le flux secondaire et donc le rendement du moteur. Ceci se traduit par une efficacité énergétique et une poussée optimisée qui avantageusement permettent de réduire la consommation de carburant et les émissions des gaz carboniques à effet de serre, réduisant ainsi l’impact environnemental des avions.
Il est entendu que chaque détail d’un mode de réalisation ci-dessous peut être combiné à chaque autre détail des autres modes de réalisation.
Dans la description qui va suivre, les termes « interne » et « externe » renvoient à un positionnement par rapport à l'axe longitudinal de rotation d'une turbomachine. La direction axiale correspond à la direction le long de l'axe longitudinal de rotation de la turbomachine. La direction radiale est perpendiculaire à l'axe longitudinal. L'amont et l'aval sont en référence au sens d'écoulement d’un flux dans la turbomachine.
Les figures montrent les éléments de manière schématique et ne sont pas représentées à l’échelle. En particulier, certaines dimensions sont agrandies pour faciliter la lecture des figures.
La illustre une turbomachine 2 comprenant une hélice 4 solidaire d’un moyeu 6 tournant autour d’un axe longitudinal 8.
La turbomachine 2 évolue dans un flux d’air F dont le mouvement relatif à la turbomachine 2 est généré par la rotation de l’hélice 4 et l’avancement de l’aéronef sur laquelle la turbomachine 2 est montée.
Le flux d’air F est séparé par un premier bec de séparation 10 en un flux d’air radialement interne F’ et un flux d’air radialement externe F2, dit flux secondaire F2. L’hélice 4 peut être disposée en amont du premier bec de séparation 10 ou en aval.
Le flux d’air radialement interne F’ traverse une roue mobile 12 qui dirige ce dernier vers un deuxième bec de séparation 14 apte à séparer le flux d’air radialement interne F’ en un flux primaire F1 et un flux tertiaire F3, ce dernier est distinct du flux secondaire F2.
Le premier bec de séparation 10 comprend une paroi interne formant une première paroi de guidage externe 11 du flux d’air radialement interne F’, ladite première paroi de guidage externe 11 formant un profil convexe vu depuis ledit flux d’air radialement interne F’.
Le deuxième bec de séparation 14 comprend une paroi externe formant une deuxième paroi de guidage externe 13 du flux d’air radialement interne F’ ayant traversé la roue mobile 12, ladite deuxième paroi de guidage externe 13 formant un profil convexe vu depuis le flux tertiaire F3. A cet effet, la deuxième paroi de guidage externe 13 correspond à une paroi de guidage radialement interne 13 du flux tertiaire F3.
Le flux tertiaire F3 pénètre dans une veine de flux tertiaire 16 radialement externe audit flux primaire F1. Le flux tertiaire F3 traverse un échangeur de chaleur 18 disposé dans la veine de flux tertiaire 16.
L’échangeur de chaleur 18 s’étend radialement et axialement dans la veine de flux tertiaire 16, et préférentiellement dans un tronçon amont 20 de la veine de flux tertiaire 16, présentant une section longitudinale divergente dans le sens de l’écoulement du flux tertiaire F3.
L’échangeur de chaleur 18 est disposé axialement environ entre le compresseur haute pression 15 et le compresseur basse pression 17 dit, « booster » 17, au droit d’un carter inter-compresseur.
Les compresseurs haute pression 15 et basse pression 17 comprennent des aubes tournantes et des aubes de redresseur disposées dans une veine de flux primaire 21 traversée par le flux primaire F1, ce dernier se dirigeant vers une chambre de combustion 23.
Un canal « VBV » 19 (Variabe Bleed Valve) débouche axialement en aval de l’échangeur de chaleur 18 dans la veine tertiaire 16. Il permet d’assurer une fonction de décharge en renvoyant une partie du flux primaire F1 vers le flux tertiaire F3 pour éviter le bourrage du compresseur haute pression 15 lorsque le débit du flux primaire F1 devient trop faible.
L’échangeur de chaleur 18 peut s’étendre de manière continue sur 360° dans le tronçon amont 20 de la veine 16 autour de l’axe longitudinal 8 de la turbomachine 2. Préférentiellement, la turbomachine 2 comprend plusieurs échangeurs de chaleur 18 s’étendant dans la veine de flux tertiaire 16 et subdivisant la veine angulairement de manière discontinue sur 360° autour de l’axe longitudinal 8. Chacun desdits échangeurs peut assurer indépendamment une fonction d’échange thermique entre l’air et un fluide.
Un seul échangeur de chaleur 18 peut combiner le refroidissement de plusieurs fonctions ou circuits d’huile de la turbomachine, et cela en fonction de différents paramètres liées au besoin de refroidissement de l’huile,i.e. ,températures d’entrée, débits, température de sortie demandée ou les conditions de l’air, les différents circuits peuvent être mis en contact thermique ou bien isolés. L’échangeur 18 et en particulier ses passages d’huile peuvent supporter une température basse de l’huile pouvant atteindre -54°C.
Le tronçon amont 20 de la veine de flux tertiaire 16 comprend un carénage externe 24 et un capotage inter-veines 26, au moins un des carénage externe 24 et capotage inter-veines 26 étant rigidement lié à l’échangeur 18. Préférentiellement, le capotage inter-veines 26 est fixé à l’échangeur 18. Une telle fixation sera détaillée plus loin dans la présente description.
Le capotage inter-veines 26 comprend un carter interne 28, disposé axialement entre le compresseur haute pression 15 et le compresseur basse pression 17, et comprend, en outre, une virole interne 30 disposée en aval de l’échangeur 18. Dans cette configuration, le carter interne 28 et la virole interne 30 constituent, avec l’échangeur 18, la paroi de guidage radialement interne du flux tertiaire F3.
La est une vue de face,i.e.dans le sens contraire à l’écoulement de l’air, de la veine de flux tertiaire 16 de la comprenant plusieurs échangeurs de chaleur 18. On peut voir que les échangeurs 18 sont répartis angulairement dans la veine de flux tertiaire 16.
La turbomachine 2 comprend des bras structuraux 34 s’étendant radialement au travers de la veine de flux tertiaire 16 et délimitant entre eux des espaces inter-bras 36. Préférentiellement, la turbomachine 2 comprend entre 2 et 20 bras structuraux 34.
Parallèlement, la virole intérieure peut être monobloc et circonférentiellement continue sur 360°, ou ladite virole peut être subdivisée en plusieurs viroles internes allant jusqu’à 5 viroles.
L’échangeur 18 est préférentiellement obtenu par fabrication additive, ledit échangeur 18 s’étendant circonférentiellement entre deux bras structuraux 34 dans chaque espace inter-bras 36.
L’échangeur 18 comprend des surfaces d’échange thermique 38 correspondant à des passages d’huile et/ou des surfaces d’échange thermique avec l’air s’étendant radialement et axialement dans l’espace inter-bras 36. Un exemple de conceptions possibles est détaillé dans les demandes de brevet BE2021/5978, BE2021/5979, BE2021/5980, BE2021/5982 et BE2021/5983, la conception des surfaces d’échange thermique 38 ou des passages internes de l’huile n’étant pas le cœur de la présente invention.
L’échangeur 18 comprend un corps 32 avec une bride 32.1 s’étendant radialement intérieurement et en saillie dudit corps 32, de manière à ce que la bride 32.1 vienne se fixer à une bride annulaire 28.1 appartenant au carter interne 28. Ladite bride annulaire 28.1 est préférentiellement continue sur 360° autour de l’axe longitudinal de la turbomachine alors que la bride 32.1 de l’échangeur 18 a préférentiellement une étendue restreinte : la bride 32.1 est dans une position centrale par rapport au corps 32, suivant la direction circonférentielle. Cela permet avantageusement de laisser libre champ aux dilatations thermiques de l’échangeur 18 en permettant à ce dernier de s’étendre tangentiellement dans l’espace inter-bras 36.
Le sens de montage de l’échangeur 18 dans la turbomachine est préférentiellement d’aval en amont. Dans cette configuration, la fixation de l’échangeur 18 au carter interne 28 peut être assurée par vissage. Ainsi, la bride 32.1 peut être fixée à la bride annulaire 28.1 au moyen de deux à six vis, et plus préférentiellement au moyen de trois vis.
L’échangeur 18 comprend également une partie aval 40 disposée en aval de la bride 32.1 et donc montée en porte-à-faux. Cette partie aval 40 présente une surface interne avec un profil interne 40.1 par exemple cylindrique ou conique autour de l’axe longitudinal de la turbomachine, et une surface aval ayant un profil aval 40.2 sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal. Alternativement, la forme de la partie aval 40 peut être plus libre, comme inspiré du document EP 3 674 531 A1.
Préférentiellement, la surface aval 40.2 de l’échangeur 18 comprend une arrivée d’huile 42 à une extrémité angulaire du corps 32, et une sortie d’huile 44 à une extrémité circonférentiellement opposée.
L’arrivée d’huile 42 et la sortie d’huile 44 sont reliées de manière fluidique à un collecteur d’huile et à un distributeur d’huile disposés dans une partie interne du corps 32 de l’échangeur 18 (non illustrée). Préférentiellement, la partie interne du corps 32 peut être creuse et dépourvue de matière (mis à part les collecteur et distributeur d’huile et les liaisons fluidiques), de manière à alléger l’échangeur 18.
La partie aval 40 comprend également sur sa surface aval 40.2 une gorge 48 qui est destinée à recevoir, directement ou non, la virole 30 (voir figures 3-5).
La représente une vue en coupe du montage de la virole interne 30 sur l’échangeur 18, selon un premier mode de réalisation de l’invention.
La partie aval 40 comprend une paroi feu 46 apte à retarder la propagation d’un feu d’aval en amont de la turbomachine 2.
La paroi feu 46 peut correspondre à une couche en matériau isolant tel qu’un plastique à performances élevées. Préférentiellement, la paroi feu 46 est un polyimide Vespel® disponible chez DuPont™. Avantageusement, le polyimide Vespel® est un plastique résistant au craquement à de très hautes températures avec d'excellentes caractéristiques de friction et d'usure. Contrairement à la plupart des plastiques, Vespel® ne produit pas de dégagement de gaz significatif même lors de températures élevées.
De préférence, la paroi feu 46 est fixée à la bride 32.1 et s’étend de ladite bride 32.1 jusqu’à une gorge 48 disposée au droit de la surface aval 40.2, radialement extérieurement à l’arrivée d’huile 42 et à la sortie d’huile 44. La fixation de la paroi feu 46 sur le corps 32 de l’échangeur peut être assurée par collage ou par vissage.
Alternativement, la paroi feu 46 est préférentiellement intégralement formée avec le corps 32. A cet égard, le corps 32 et la paroi feu 46 sont tous deux formés en aluminium. Dans cette configuration, la paroi feu 46 correspond à une paroi en aluminium qui peut être davantage épaissie par rapport au reste du corps 32. En effet, la paroi feu 46 est suffisamment épaisse pour assurer une résistance à un éventuel feu.
La bride 32.1 de chaque échangeur 18 est fixée au carter interne 28, et la paroi feu 46 est fixée à chaque bride 32.1. A cet effet, les parois feu 46 de tous les échangeurs 18 s’étendant dans la veine permettent de manière avantageuse, de couper avec les bras structuraux 34, un pont thermique circonférentiel commun, protégeant ainsi toute la partie amont de la turbomachine sur 360°.
Préférentiellement, la gorge 48 s’étend circonférentiellement sur toute l’étendue circonférentielle de la partie aval 40. Cela permet à la virole interne 30 du capotage inter-veines 26 de la d’être supporté par l’échangeur 18.
A cet effet, le montage de la virole interne 30 sur l’échangeur 18 est réalisé suivant deux modes de réalisation (figures 3 et 4 d’une part, et d’autre part).
Toujours en lien avec la , on peut voir que la virole interne 30 est reçue dans la gorge 48 avec un joint isolant thermique 50 disposé dans la gorge 48 et interposé entre la virole 30 et l’échangeur 18.
Préférentiellement, le montage de la virole 30 dans la gorge 48 est un montage flottant et dépourvu de toute fixation.
A cet égard, le joint isolant thermique 50 est un élastomère apte à couper le pont thermique entre la virole 30 et l’échangeur 18. Préférentiellement, le joint 50 est un polyimide Vespel® disponible chez DuPont™. Ce joint 50 peut donc être similaire au matériau de la paroi feu 46. Toutefois, le joint 50 peut être obtenu à partir d’un matériau différent de celui de la paroi feu 46.
Avantageusement, le joint 50 peut avoir des propriétés mécaniques élastiques lui permettant d’absorber une partie des dilatations thermiques de l’échangeur 18 dans les directions axiale et radiale, de manière à éviter une propagation des contraintes mécaniques vers la virole 30 et se prémunir de tout risque de déformation et/ou de craquement.
La partie aval 40 a une longueur axiale comprise entre 10% et 50% de la longueur axiale de l’échangeur 18, et préférentiellement comprise entre 20% et 50%, et plus préférentiellement comprise entre 20% et 40%. Une telle longueur axiale permet d’étendre la couverture axiale de la paroi feu 46 et donc d’étendre davantage axialement la protection, sans pénaliser l’équilibre mécanique de l’échangeur : une partie aval trop imposante nécessiterait d’autres moyens de fixations en aval de l’échangeur et cela affecterait l’encombrement et la simplicité du montage.
De préférence, la paroi feu 46 épouse le profil interne 40.1 et le profil aval 40.2 de la partie aval 40 de l’échangeur 18, et s’étend radialement sur la bride 32.1 et jusqu’à la gorge 48. De façon avantageuse, et outre la protection de la turbomachine d’une propagation de feu, la paroi feu 46 permet de protéger la virole 30 des températures élevées de l’échangeur 18.
La virole 30 peut être avantageusement fabriquée à partir d’un matériau composite. Par exemple, la virole interne 30 peut être fabriquée à partir de fibre de carbone.
En effet, la température maximale que peut atteindre la paroi feu 46 et le joint 50 lors du fonctionnement de l’échangeur 18 est inférieur à la température maximale supportable par le matériau composite formant la virole interne 30.
Le montage direct de la virole 30 sur l’échangeur au moyen de la gorge 48 est avantageusement réalisé de l’aval vers l’amont, et par simple insertion, facilitant ainsi l’accessibilité de l’échangeur 18 et sa maintenabilité.
Le joint 50 épouse, d’un côté, la forme creuse de la gorge 48, et d’un autre côté la forme d’une portion amont 30.1 de la virole.
La est une vue en coupe et en perspective agrandie du montage de la virole interne 30 sur l’échangeur 18. Il s’agit précisément d’une vue agrandie de la portion amont 30.1 de la virole 30 insérée dans la gorge 48.
En référence à la , la portion amont 30.1 comprend préférentiellement un bec amont 30.2, le joint 50 épouse la forme dudit bec amont 30.2 de manière à assurer une étanchéité fluidique entre la virole 30 et l’échangeur 18.
La portion amont 30.1 comprend, en outre, une plateforme 30.3 disposée radialement extérieurement au bec amont 30.2 et affleurant la paroi de guidage radialement interne 13, de manière à suivre la ligne aérodynamique 16.1 du flux d’air dans la veine de flux tertiaire 16 illustrée à la .
Dans cette configuration, la surface aval 40.2 peut comprendre un logement 49 apte à recevoir la plateforme 30.3 et éviter des fuites d’air vers un compartiment inter-veines 27 du capotage inter-veines 26 de la .
La représente une vue en coupe du montage de la virole interne 30 sur l’échangeur 18 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
On peut voir à la , que dans ce deuxième mode de réalisation, la virole interne 30 est indirectement supportée par l’échangeur 18. En effet, la portion amont 30.1 comprend une languette isolante 52 qui est reçue dans la gorge 48.
Préférentiellement, la languette 52 comprend une portion aval 52.2 qui est fixée par rivetage à la portion amont 30.1 de la virole 30.
La languette isolante 52 comprend un bec 52.1 ayant de préférence une forme similaire au bec amont 30.2 de la , et le montage de la languette 52 dans la gorge 48 est flottant.
Dans cette configuration, le joint 50 épouse la forme de la languette 52 et permet de couper le pont thermique entre la virole 30 et l’échangeur 18.
Préférentiellement, la languette 52 est formée à partir d’un matériau isolant, ledit matériau pouvant correspondre à celui de la paroi feu,i.e.polyimide Vespel®.
Avantageusement, la paroi feu 46, selon le deuxième mode de réalisation, s’étend dans la partie aval 40 de l’échangeur 18, à partir de la bride 32.1 et vers la portion aval fixée 52.2 de la languette 52.
A cet effet, la portion amont 30.1 n’est pas en contact direct avec le joint 50, permettant ainsi de minimiser le transfert de la chaleur dissipée par l’échangeur 18 vers la virole 30. Aussi, cela permet plus de liberté lors de la conception de l’échangeur 18 et de la virole 30, la languette 52 pouvant servir de variable d’ajustement venant combler l’interstice entre ces deux éléments. Cette versatilité de conception est illustrée en représentant un échangeur 18 sur la qui est axialement plus court que celui de la .
Avantageusement, la paroi feu 46 permet d’assurer la coupure du pont thermique apte à protéger toute une partie amont et radialement extérieure de la turbomachine d’une propagation de feu.
La languette 52 comprend une faible masse, permettant ainsi à la turbomachine de l’invention d’avoir une masse considérablement réduite comparée aux turbomachines de l’état de l’art.
N’étant fixée qu’à la virole 30 et étant flottante dans l’échangeur 18, la languette 52 facilite aussi le montage et le démontage de l’échangeur, ce qui permet d’assurer un gain de temps lors du montage et d’améliorer la maintenabilité de la turbomachine.
Claims (10)
- Turbomachine (2), comprenant :
- un premier bec de séparation (10) apte à séparer un flux d’air (F) entrant en un flux d’air radialement interne (F’) et un flux d’air radialement externe (F2), dit flux secondaire (F2) ;
- un deuxième bec de séparation (14) apte à séparer le flux d’air radialement interne (F’) en un flux primaire (F1) et un flux tertiaire (F3), ce dernier parcourant une veine de flux tertiaire (16) radialement externe à une veine de flux primaire (21) parcourue par le flux primaire (F1) ;
- un échangeur de chaleur (18) disposé dans la veine de flux tertiaire (16) ; et
- un carter interne (28) ;
la turbomachine (2) étant caractérisée en ce que
l’échangeur (18) comprend un corps (32) et une bride (32.1) s’étendant radialement intérieurement et en saillie du corps (32), la bride (32.1) étant fixée au carter interne (28), l’échangeur (18) comprenant en outre, en aval de la bride (32.1), une partie aval (40) à laquelle est rapportée une paroi feu (46) formant un bouclier thermique. - Turbomachine (2) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie aval (40) de l’échangeur (18) comprend une gorge (48) s’étendant circonférentiellement, la turbomachine (2) comprenant en outre une virole interne (30) de la veine de flux tertiaire (16) qui est reçue dans la gorge (48).
- Turbomachine (2) selon la revendication 2, caractérisée en ce qu’elle comprend un joint (50) isolant thermique disposé dans la gorge (48) et interposé entre la virole (30) et l’échangeur (2).
- Turbomachine (2) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie aval (40) de l’échangeur (18) comprend une gorge (18) s’étendant circonférentiellement, la turbomachine (2) comprenant en outre une virole interne (30) de la veine de flux tertiaire (16) à laquelle est rapportée une languette isolante (52) qui est reçue dans la gorge (48).
- Turbomachine (2) selon la revendication 4, caractérisée en ce qu’elle comprend un joint (50) isolant thermique disposé dans la gorge (48) et interposé entre la languette (52) et l’échangeur (18).
- Turbomachine (2) selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la languette (52) est fixée à la virole (30) et est montée flottante dans la gorge (48).
- Turbomachine (2) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la paroi feu (46) est fixée à la bride (32.1).
- Turbomachine (2) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la paroi feu (46) épouse au moins partiellement le profil interne (40.1) et le profil aval (40.2) de la partie aval (40) de l’échangeur (18).
- Turbomachine (2) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la partie aval (40) a une longueur axiale comprise entre 20% et 50% de la longueur axiale de l’échangeur (18).
- Turbomachine (2) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu’elle comprend des bras structuraux (34) s’étendant radialement au travers de la veine de flux tertiaire (16) et délimitant entre eux des espaces inter-bras (36), la turbomachine (2) comprenant un échangeur de chaleur (18) dans chaque espace inter-bras (36), chacun des échangeurs (18) comprenant un corps (32) et une bride (32.1) s’étendant radialement intérieurement et en saillie du corps respectif (32), chaque bride (32.1) étant fixée au carter interne (28), la paroi feu (46) étant fixée à chacun des échangeurs (18).
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|---|---|---|---|
| FR2209649A FR3140136A1 (fr) | 2022-09-23 | 2022-09-23 | Turbomachine axiale triple-flux avec échangeur de chaleur |
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2022
- 2022-09-23 FR FR2209649A patent/FR3140136A1/fr active Pending
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