Brevet FR2186602A1 — publié le 19740111

I présente invention se rapporte à des carters de @@@e@@ @@rbine à gaz ei elle a trait plus particulièrement @ des car@ers qui sont acencé@ @@@@ former des passages d'écou @ement d'air à douhle circuit autour d'une chambre de combustion c'est-à-dire des @assa@es permet@ant a la fois l'écoulement de @'@@@ @@ovenant d'etames intermédiaires du compresseur et @@ovenant de la sortie du compresseur. Il est souvent so@@aitable qu'un moteur à turbine à gaz pour avion comprenne un compresseur permettant de prélever de l'air à haute pression entre deux des étages d'amont du compresseur afin de fournir de l'air comprimé servant à actionper des accessoires de la cellule de l'avion, des accessoires du moteur ou bien des systèmes de dégivrage du moteur ou de l'avion. Dans de nombreux cas, on utilise ce même air prélevé entre étages pour refroidir les compos@nts d'aval de la turbine du moteur.Dans les moteurs modernes fonctionnant à haute termpérature, il est souvent soubaitable de former une structure qui permette une décllarrre d'air a une pression encore plots élevée à l'extrémité de sortie du compresseur pour obtenir de l'air comprimé servant à refroidir des composants de la chambre de combustion et des composants du premier e ta étage de la turbine. De préférence, on realise le prélèvement entre étages et le dérivation a la sortie du compresseur a r l'aide de moyens obstruant au minimum les trajets normaux d'écoulement de l'air dans Je compresseur. En outre, le dispositif de prélèvement d'air du carter ne doit pas former d'obstacle en avant du moteur et il ne doit pas augmenter sa complexité d'assemblage. titi fait des utilisations différentes de l'air prélevé entre stages et de l'air dérivé à la sortie dti compresser, une structure de prélèvement doit également pouvoir maintenir à toits moments une séparation entre les deux sources d'air. Dans le cas d'un moteur à turbo-soufflante, les impérat ifs définis ci-dessus s'appliquent à la partie moteur principal de la turbo-soufflante. Du fait que l'enveloppe extérieure du moteur principal délimite normalement une partie du passage d'écoulement d'air de soufflante, on doit agencer la structure de prélèvement d'air de refroidissement de façon à obstrtter au minimum le trajet d'écoulement de l'air de soufflante. @our cette raison, il est souh@itable qu'une fraction importante de l'air prelevé soit fournie aux composants d'aval sans avoir à prévoir des tuya@teries extérieures qui seraient placées dans le trajet d'écoulement de l'air de soufflante. En règle générale, lorsqu'on prélève de l'air au compresseur, on diminue son rendement global,et par conséquent on a essayé de réduire autant que possible les prélèvements. On a donc cherché à ittiliser aIt maximum la traction d'air de compresseur qui est prélevé du cycle. Il est par conséquent souhaitable de réaliser une struotitre de prélèvement qui exploite au maximum l'air de refroidissement. En plus de la chambre de combustion et des composants de turbine précédemmment mentionnés, la la partie du carter du moteur qui entoure la chambre de combustion est soumise à des températures élevées par ravonner;ent produit par la chambre de comb@stion et, également, du fait des hautes t@mpératures et pres@ion de l'air sortant du compresseur.Il est par conséquent souhaitable de disposer d'une structure de prélèvement d'air de refroidissement qui permette le refroidissement de cette partie du carter du moteur et qui réd@ise également les pressions exercées dans celle-ci tont eti assurant une répartition uniforme de l'air de refroidissement dans les composants d'aval de la turbine. L'invention a en conséquence pour but de fournir un carter de chambre de combustion et une structure de prélèvement d'air capable de séparer l'air prélevé entre les étages et à la sortie du compresseur et capable rie follrnir ces écoulements sépares å des composants d 'aval. de la turbine en obstruant au minimum le trajet d'écoulement de 1 'air de soufflante. i.' invention a également polir bnt de fournir une structure du type précité qui @froidisse également la partie du carter de moteur qui entoure 1 1a chambre de combustion et qui réduise les pressions exerces dans celle-ci tout en assurant une répartition uniforme de l'air de refroidissement vers les composants d'aval. On atteint ces buts à l'aide d'un carter de moteur qui se compose de trois éléments fondamentaux, à savoir une enveloppe extérieure, une enveloppe intérieure et un support conique. L'enveloppe extérieure définit les limites intérienres du trajet d'écoulement de l'air de soufflante et coopère avec l'enveloppe intérieure pour définir un passage d'air de refroidissement prélevé entre les étages du compresseur. L'enveloppe extérieure comporte également un support de tuyau de prélèvement d'air entre étages qui s'étend au travers du parcours d'écoulement de l'air de soufflante et qui fournit de l'air prélevé entre étages à un raccord monté à l'extérieur du motéur. L'enveloppe intérieure, outre qit'elle délimite le trajet d'écoulement de l'air prélevé entre étages, constitue également les limites exterieures d'un trajet d'écoulement d'air de refroidissement vers la chambre de combustion. Le support conique délimite partiellement un volume annulaire qui reçoit l'air de sortie du compresseur et il constitue aussi un support pour un tuyau concentrique situé à l'intérieur du tuyau de prélèvement d'air entre étages, de manière à fournir l'air de sortie de compresseur à un second raccord monté à 11 extérieur du moteur. La description suivante se réfere aux dessins annexés qui représentent Fig. 1, une vue schématique simplifiée, en partie en coupe d'un moteur à turbo soufflante comprenant le dispositif de l'invention Fig. 2, mufle coupe de détail à échelle agrandie, en partie en vue arrachée, du carter de la chambre de combustion et des orifices concentriques de dérivation suivant l'invention. Sur les dessins où des références numériques identiques désignent des composants identiques, on a représenté sur la Fig. 1, un moteur à turbo-soufflante 10 qui comprend un rotor de soufflante 12 et un rotor de moteur principal 14. Le rotor de soufflante 12 comporte plusieurs pales 16, i8 montées sur un disque 20. Le rotor de soufflante 12 comporte également une turbine basse pression 22 qui entraîne le disque de soufflante 20 d'une manière bien connue.Le rotor 14 du moteur principal comprend un compresseur 24 et une turbine de puissance ou à haute pression 26 qui entraine le compresseur 24.Le moteur principal comprend également un système de combustion 28 comportant des chemises intérieure et extérieure 28 a et 28b dont les détails sont représentés de façon plus claire sur la Fig. 2 En fonctionnement, de l'air pénètre dans le moteur à turbine à gaz 10 par l'intermédiaire d'une entrée 30 formée à l'aide d'un capot approprié 32 qui entoure le retor de ventilateur 12 et le rotor de moteur principal 14 et qui constitue la partie extérieure du carter du moteur. De l'air penétrant par l'entrée 30 est comprimé par la rotation des pales 16, 18 de la soufflante et il est ensuite divisé en deux courants, à savoir un courant de dérivation 34 et un courant de moteur principal 36. L'air comprimé qui pénètre dans le passage 36 du moteur principal est encore comprimé à l'aide du compresseur 24 et il est ensuite enflammé en même temps que du carburant de haute énergie dans le système de combustion 28. Ce courant gazeux de forte énergie passe ensuite dans la turbine 26 de manière à entraîner le compresseur 24, puis dans la turbine 22 de manière à entrainer le disque 20 du rotor de soufflante. L'air sous pression s'écoulant par le passage de dérivation 34 est, soit mélangé au, courant de gaz d'échappement sortant du moteur principal à l'aide d'un mélangeur approprié (non représenté) ou bien on le laisse s'échapper dans l'atmosphère ambiante sous la forme d'un courant à faible pression et à vitesse relativement basse qui entoure les gaz d'échappement du moteur principal. Dans l'un ou l'autre cas, les' gaz d'échappement du moteur principal et les gaz d'échappement du conduit de dérivation de soufflante fournissent une force propulsive pour un avion entraîné par un moteur à turbo-soufflante 10. Il est à noter que, bien que la présente description soit limitée à un moteur à turbine à gaz pour avion, l'invention est applicable à tout groupe d'énergie à moteur à turbine à gaz, tels que ceux utilisés dans des applications marine et industrielle. La description du moteur de la Fig. l est donnée seulement i titre d'exemple du type de moteur auquel l'invention est applicable. Sur la Fig. 2, on a représenté des détails du carter de la chambre de combustion et du dispositif de prélèvement d'air suivant I 'invention sous la forme d'une coupe a échelle agrandie de la partie d'aval d compresseur 24, de l'étage ini tial de la turbine 26 et du système de combustion 28. Le carter de la chambre de combustion comprend une enveloppe extérieure 110 et une enveloppe intérieure 84. Le compresseur 24 comporte un rotor 38 pourvu d'un certain nombre d'étages 40 qui comprenne un ensemble d'ailettes 42.Le compresseur 24 comprend, en outre, un carter de compresseur 44 qui définit les limites extérieures du trajet d'écoulement d'air de compresseur et qui est pourvu de supports pour plusieurs aubes de stator 46 alignés en étages separés entre deux étages adjacents d'ailettes de rotor 42. Le carter 44 du compresseur forme un orifice annulaire 48 situé immédiatement en amont d'un des étages intermédiaires des ailettes 42 du rotor afin de prélever de l'air d'entre les étages du compresseur 24. L'air prélevé est ensuite fourni à une chambre annulaire 50 qui entoure le carter 44 du compres seur. On a décrit en détail le carter 44 du compresseur dans le brevet des Etats-lJnis N 3.597.106. Comme le montre encore la Fig. 2, on prévoit immédiatement en aval du dernier étage d'ailettes de rotor de compresseur 42,une serie d'aubes fixes de guidage de sortie de compresseur 52 qui dirigent l'air de sortie du compressewlr vers un dif friser 54 comprenant une paroi intérieure 56 et une paroi extérieure 58. I,es parois intérieure 56 et extérieure 58 du diffuseur forment une partie d'un carter de diffuseur 60 qui comprend la série d'aubes de guidage de sortie 52 et qui comporte en outre des éléments de profil sensiblement conique 62, 64 et 66. Chacun des éléments coniques 62, 64 et 66 est relié d'une manière appropriee à d'autres composants fixes du système de combustion. I > ar exemple, l'élément 62 est fixé à J'aide de boulons 68 sir l'extrémité d'aval du carter 44 du compresseur. L'élément conique 64 est fixé à l'aide de boulons 70 sur lin bandage fixe 72 d'un oint d'étanchéité 74 et, également, sur une paroi intérieure 76 de la chambre de combustion.Cette paroi 76 s'étend vers le bas à partir de l'élément conique 64 afin de former un trajet d'écoulement d'air de refroidissentent 78 autour d'un dispositif de combustion 80 dont -la structure ne rentre pas dans le cadre de l'invention. L'élément conique 66 est fixé à l'aide de boulons 82 sur l'enveloppe intérieure 84 qui coopère avec le dispositif de combustion 80 pour former un trajet extérieur d'écoulemettt d'air de refroidissement 86. Cette enveloppe intérieure 84 comporte un support 88 pour un allumeur 90 du dispositif de combustion 80 et il comporte également un bloc d'injecteurs de carburant 92 sur lequel sont monts un certain nombre de tuyaux 93 qui fournissent du carburant aux injecteurs 94 du dispositif de combustion 80. Comme le montre en outre la Fig. 2, l'élément conique 62 et l'élément conique 66 comportent des moyens pour assurer la fixation d'un support conique 96 qui entoure le diffuseur 54 et qui délimite une chambre stabilisatrice 98 au-dessus de la cascade d'aubes de guidage de sortie 52. L'élément 66 comporte plusieurs orifices 10(' qui permettent un écoulement d'air du diffuseur 54 vers l'intérieur de la chambre stabilisatrice 98. Le support conique 96 représenté sur la Fig. 2 comprend des moyens permettant la fixation du tuyau 102. Dans l'exemple considéré, ces moyens se présentent sous forme d'un trou taraudé 104 qui reçoit une extrémité filetée 106 du tuyau 102. Le support conique 96 comporte également un prolongement conique 108 qui fait saillie vers l'extérieur et sur lequel est fixé une enveloppe extérieure 110 du moteur. I'en- veloppe extérieure 110 entoure l'enveloppe intérieure 84 de la chambre de combustion et coopère avec celle-ci pour former un passage intermédiaire 112 d'air de refroidissement prélevé du compresseur. Comme indiqué sur la Fig. 2, une nervure radiale 114 du prolongement conique 108 est relie à une bride 116 prévue à l'extrémité d'amont de l'enveloppe extérieure 110 du moteur à l'aide de plusieurs boulons i '8. De même, une brille 120 qui constitue l'extrémité d'aval de l'enveloppe 1Z2 du compresseur est reliée à l'enveloppe 110 à l'aide des boulons 118. La partie d'amont de l'enveloppe 122 du compresseur forme les lisières du trajet d'écoulement extérieur du compresseur 24 du moteur principal et elle sert de support pour un certain nombre de rangées d'aubes de stator de compresseur, dont on a désigné un étage par 124 sur la Fig. 2.L'enveloppe 122 du compresseur comporte une ouverture 126 qui est située à proximité de son extrémité d'aval. L'ouverture 126 est agencée pour recevoir un tube porteur 128 qui est fixé rigidement sur l'en- veloppe 122 du compresseur par tout moyen convenable, par exemple à l'aide de boulons 130. Le tube porteur 128 comporte une lèvre placée à proximité de son extrémité extérieure et constituant un support pour un tuyau 134 qui entoure le tube porteur 128 et qui s'étend vers l'extérieur de celui-ci. Le tuyau 134 est relié au tube porteur 128 par tout moyen approprié. Par exemple, comme indiqué sur la Fig. 2, le tuyau 134 peut être relié au tube porteur 128 à l'aide d'un collet 136 et d'une bande de fixation en V 138. Comme indiqué sur la Fig. 1, le tuyau 134 s'étend de l'enveloppe 122 du compresseur jusqu'su capot extérieur 32 qui entoure le moteur à turbo-soufflante 10. Le tuyau 134 passe par le passage de dérivation 34. Comme indiqué sur la Fig. 2, le tuyau 134 entoure le tuyau 102 qui s'étend du support conique 96 au capot extérieur 32. Le tuyau 134 et le tube porteur 128 ont -un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur du tube 102. De cette manière, le tuyau 102 et le tube 134 coopèrent de façon à définir un passage 140 qui permet à l'air de s'écouler de la chambre 50 vers le capot extérieur 32 du moteur 10. Comme indiqué précédemment, la chambre 50 reçoit de l'air prélevé entre les étages du compresseur par l'intermédiaire de l'orifice 48.En conséquence, le passage 140 permet la fourniture d'air de refroidissement prélevé entre les étages du compresseur au capot extérieur du moteur 10. Comme le montre en outre la Fig. 2, le tuyau 134 est relié par son extrémité extérieure au capot 32 à l'aide d'un manchon 142 qui entoure une collerette 144 formée à l'extrémité exterieure du tuyau 134. Le manchon 142 est relié au capot 32 par des boulons 146. Un raccord concentrique de dérivation 148 est également relié au capot 32 ainsi qu'a l'extrémité extérieure du tuyau 134 et du tuyau 102 d'une manière appropriée. La structure du raccord concentrique de décharge 148 ne rentre pas dans le cadre de l'invention mais cependant le raccord 148 est capable de séparer les écoulements existants passant par les tuvaux 102 et 134 et il est en outre capable de transmettre les écoulements complètement séparés à différents systemespar l'intermédiaire des orifices de sortie 150, 152 et 154. Comme indiqué précédemment, le tuyau 102 assure la décharge d'air dans la chambre stabilisatrice 98, à savoir vers le raccord 148. L'air de sortie de compresseur pénètre dans la chambre stabilisatrice 98 par l'intermédiaire des différents orifices 100 prévus à l'intérieur de l'élément conique 66. En conséquence, l'air de sortie du compresseur s'écoule du diffuseur 54 vers la chambre stabilisatrice 98 puis vers le raccord 148 par l'intermédiaire du tuyau 102. On obtient ainsi suivant l'invention un dispositif concentrique de décharge dans lequel l'air prélevé d'étages intermédiaire du compresseur et l'air dérivé de la sortie du compresseur sont fournis à un raccord externe par l'intermédiaire de tubes concentriques qui s'étendent de l'extrémité d'aval du compresseur jusqu'au capot extérieur du moteur 10 à turbine à gaz. Bien que le fonctionnement de la structure décrite plus haut ressorte facilement de la description précitée, on va maintenant décrire brièvement quels sont les avantages de cette structure. De l'air pénétrant dans le moteur à turbo-soufflante 10 par l'intermédiaire de l'entrée 30 est comprimé par le rotor de soufflante 20. Une partie de cet air comprimé passe alors dans le compresseur de moteur principal 24 où il est encore comprimé avant d'être enflammé en cédant la grande énergie qu'il renferme au système de combustion 28. Comme le montre la Fig. 2 une partie du fluide comprimé passe par l'intermédiaire de l'orifice annulaire 48 dans la chambre 50 qui entoure le carter 44 du compresseur. Cet air prélevé entre les étages du compres seur s'écoule alors vers l'aval dans la direction des flèches 156. Une partie de cet air s 'écoule ensuite par le passage 140 dans la direction des floches 158, tandis aue la fraction restante s'écoule par le passage 11, dans la direction des flèches 160. La fraction d'air de refroidissement qui s'écoule dans la direction des flèches 158 est fournie au raccord 148, comme précédemment décrit, puis aux différents systèmes de l'avion afin de satisfaire à un besoin rarticulier. La partie de l'air prélevé aux étages du compresseoir et qui passe dans le passage de refroidissement 112 assure non seulement le refroidissement de l'enveloppe extérieure 110 et de I'enveloppe intérieure 84 de la chambre de combustion, niais il est ensuite utilisé potjr refroidir les composants d'aval dit stator de turbine (non representés) drupe manière bien connue La partie de l'écoulement d'air traversant le compresseur 24 et ne pénétrant pas dans l'orifice 48 s'écoule vers l'aval en traversant les derniers étages du compresseur où elle continue à être comprimée. Cet air s'écoule ensuite au travers des aubes de guidage de sortie 52 du compresseur et pénètre dans le diffuseur à gradin 54.Une première partie de l'air de sortie du compresseur est introduite dans l'injecteur de carburant 94 du système de combustion 28, tandis que d'autres parties de l'air s'écoulent autotir du dispositif de combustion par l'intermédiaire de passas 78 et 86 afin de refroidir la chambre de combustion puis les composants d'aval de la turbine. La fraction restante de l'air de sortie du compresseur passe par les orifices 100 et met en pression la chambre stabilisatrice 98. Cette fraction de l'air de sortie de compresseur est ensuite acheminée dans la cascade d'aubes de guidage de sortie 52 afin dé mettre en pression le joint d'étanchéité 74, ou bien par l'intermédiaire du tuyau 102 vers le raccord 148, comme précédemment décrit. Cette fraction d'air de sortie de compresseur qui est fournie par l'intermédiaire du tuyau 102 au raccord 148 est ensuite utilisée pour remplir toute fonction souhaitée, par exemple un dégivrage, etc.. On obtient avec la structure décrite ci-dessus un certain nombre d'avantages supplémentaires au moyen d'un carter double autour de l'ensemble du système de combustion, c'est-àdire l'enveloppe intérieure du dispositif de combustion et l'enveloppe extérieure 110 dii moteur entottrant l'ensemble du système de combustion. Cette structure à carter double permet une meilleure répartition des charges et améliore l'équilibre thermique du fait de la présence du double passage de refroidissement 86, 112. Un outre, le carter double établit des tempéra titres superficielles extérieures extrêmement basses, ce qui améliore la sécurité contre l'incendie et réduit la différence de pression de part et d'autre de l'enveloppe intérieure 84 et de l'enveloppe extérieure 110. Cela permet de réaliser ces deux enveloppes sous forme de structures plus légères que celles normalement utilisées dans un système à un seul carter. Revendications 1.- Carter de chambre de combustion, pour un moteur à turbine à gaz qui comprend un compresseur axial à étages multiples, un dispositif de combustion et une turbine, caractérisé en ce que le carter entoure deux chemises délimitant une chambre de combustion et se compose d'une enveloppe intérieure entourant la chambre de combustion et coopérant avec lesdites chemises pour définir un premier trajet d'écoulement d'air de refroidissement autour de la chambre de combustion, une enveloppe extérieure entourant ladite enveloppe intérieure et coopérant avec cette dernière pour définir un second trajet d'écoulement d'air de refroidissement entourant le premier trajet et des moyens pour faire passer de l'air provenant du compresseur dans chacun desdits trajets de refroidissement. 2.- Carter suivant la revendication l, caractérisé en ce que le premier trajet de refroidissement reçoit de l'air provenant de l'extrémité de décharge du compresseur. 3.- Carter suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le second trajet de refroidissement reçoit de l'air provenant d'un étage d'amont du compresseur. 4.- Carter suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le moteur à turbine à gaz comprend un moteur à turbo-soufflante et en ce que ladite enveloppe extérieure définit au moins en partie les limites intérieures du trajet d'écoulement d'air de soufflante. 5.- Carter suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ladite enveloppe intérieure comprend des moyens pour supporter un tube de prélèvement inter-étages, ledit tube étant agencé pour fournir de T air prélevé entre les étages du compres- seur à un capot extérieur qui définit les limites extérieures dudit trajet d'écoulement d'air de soufflante. 6.- Carter suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ladite enveloppe intérieure comprend des moyens pour la fixation d'un tube de dérivation d'air à la sortie de compresseur, ledit tube étant agencé pour fournir de l'air à la pression de sortie du compresseur audit capor extérieur. 7.- Carter suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le tube de dérivation d'air de sortie de compresseur et ledit tube de prélèvement inter-étages sont disposés concentriquement et s'étendent jusqu'au capot extérieur au travers du trajet d'écoulement d'air de soufflante.