Brevet FR2527267A1 — publié le 19831125

Carter de diffuseur pour un moteur à turbine à gaz La présente invention concerne des moteurs à turbine à gaz et, en particulier, la structure de diffuseur, un palier d'arbre, ainsi que son support. De façon bien connue, le diffuseur est logé dans et supporté par la paroi du carter du moteur, tandis qu'il est disposé à proximité du compresseur en vue d'agir sur l'air de décharge de ce dernier en éliminant la composante tourbillonnaire et en conver- tissant la pression dynamique en une pression stati- que avant l'admission de cet air dans le brûleur. Spécifiquement, dans les moteurs conçus jusqu'à présent, le diffuseur est localisé dans la structure supportant une forte concentration de charges 'et/ou il est fixé à proximité de la paroi du carter extérieur du moteur. Dans certains types de moteurs, l'enveloppe du diffu- seur est contiguë au carter extérieur, soumettant ain- si la paroi de ce dernier, ainsi que la structure du diffuseur et la structure définissant le parcours des gaz à de fortes différences de température Evidemment, une telle construction non seulement impose un facteur poids élevé, mais est également soumise à de fortes contraintes thermiques. La Demanderesse a constaté que l'on pouvait minimiser les fortes contraintes thermiques et réduire considérable- ment le poids en sélectionnant judicieusement l'angle de cône de l'enveloppe extérieure reliant le diffuseur à la paroi du carter du moteur et que l'on appellera ci-après "entretoises" Ces entretoises servent à transmettre la charge du palier d'arbre du moteur à la paroi du carter extérieur et la présente invention envisage de supporter l'assemblage de diffuseur à l'écart du carter extérieur Suivant la présente inven- tion; l'entretoise est façonnée sous forme d'un organe tronconique et elle est orientée de telle sorte que la ligne d'action pour la charge du palier supporté par la paroi du carter du moteur passe par cette entretoi- se et intersecte la ligne centrale du moteur et le point médian de ce palier, conférant ainsi une rigi- dité maximum au support de palier en éliminant la sou- plesse de flexion à travers le cône de l'entretoise et en travers du parcours des gaz (diffuseur) L'enve- loppe intérieure supportant le palier sur le diffuseur est appelée ciaprès "organe support" Cet organe support est décalé par rapport à l'entretoise relative- ment au parcours des gaz (diffuseur) en décalant les enveloppes qui supportent la structure définissant ce parcours, de façon à maximaliser la souplesse thermique et éliminer ainsi une incompatibilité thermique ra- diale directe La structure du diffuseur et du par- cours des gaz est supportée par, mais espacée de la pa- roi du carter extérieur dans un seul plan afin de ré- duire la contrainte thermique. Un objet de la présente invention est de four- nir, pour un moteur à turbine à gaz, une structure sup- port de palier et de diffuseur perfectionnée qui est ca- ractérisée par le fait qu'elle est plus légère que les structures conçues jusqu'à présent et qu'elle permet de réduire les contraintes thermiques Selon une caracté- ristique de la présente invention, on prévoit une en- tretoise de forme tronconique qui s'étend à partir du carter extérieur du moteur pour supporter le diffuseur et le palier d'arbre du moteur, tout en étant orientée de telle sorte que la ligne d'action du palier passe par cette entretoise du sommet à la base, tout en inter- sectant la ligne centrale du moteur et le point médian du palier, de façon à assurer la rigidité de la struc- ture support Selon une autre caractéristique de l'in- vention, les enveloppes du diffuseur (l'entretoise et l'organe support) sont décalées par rapport au parcours des gaz, tandis que l'on prévoit une fixation dans un seul plan pour supporter le diffuseur à l'écart de la paroi du carter extérieur de façon à minimiser l'inca- pacité thermique, améliorant ainsi la souplesse ther S mique, tout en réduisant les contraintes thermiques. D'autres caractéristiques et avantages appa- raîtront à la lecture de la description et des revendi- cations ci-après, en se référant à l'unique dessin annexé qui illustre une forme de réalisation de l'in- vention. L'unique figure annexés est une vue partielle à la fois schématique et en coupe illustrant l'applica- tion de l'invention dans un moteur à turbine à gaz. Ainsi qu'on l'a évoqué dans l'introduction ci-dessus, en raison des charges élevées et des con- traintes thermiques auxquelles sont soumis le support de palier et la structure de diffuseur, dans les systè- mes conçus jusqu'à présent, le matériel a dû être "gon- flé" pour compenser ces charges et contraintes Par exemple, la différence de température observée dans une direction radiale entre l'air déchargé du compresseur et la paroi 12 du carter extérieur du moteur pour- rait spécifiquement dépasser 2780 C, ce qui, conjointe- ment avec les charges d'appui importantes auxquelles ce mécanisme est soumis, fait apparaître le problème que posent les contraintes engendrées dans cette zone. Pour de plus amples détails concernant une construction spécifique, on se référera au moteur "JT 9 D" fabriqué par la division "Pratt and Whitney Aircraft" de la "United Technologies Corporation" qui est la Demanderesse de la présente. La structure 14 définissant le parcours des gaz et le prédiffuseur comprend la paroi annulaire inté- rieure 16 et sa paroi annulaire intérieure alignée com- plementaire 18, ainsi que la paroi annulaire extérieure et sa paroi annulaire extérieure alignée complémen- taire 22 servant à recevoir l'air du compresseur en vue d'en éliminer la composante tourbillonnaire et de provoquer sa diffusion de telle manière que la pres- sion dynamique soit convertie en une pression statique. Dès lors, à l'entrée de la structure de diffuseur et de parcours des gaz 14, à savoir à l'endroit o les parois intérieure et extérieure sont parallèles, sont prévues plusieurs aubes directrices 24 servant à redresser le trajet de l'air A l'endroit o les parois intérieure et extérieure divergent radialement pour former la sec- tion de diffuseur 26, la pression de l'air est conver- tie L'air est ainsi acheminé au diffuseur de décharge situé juste devant le brûleur annulaire 27 o il est traité davantage juste avant son admission dans la cham- bre de combustion Plusieurs entretoises 29 sont espa- cées circonférentiellement autour du diffuseur pour supporter l'organe annulaire intérieur sur l'organe an- nulaire extérieur. Suivant l'invention, la structure de diffuseur et de parcours des gaz 14 est supportée par l'entretoise tronconique 28 s'étendant radialement versl'intérieur à partir de la paroi 12 du carter extérieur du moteur. L'organe support 30 s'étend radialement et axialement à partir de l'enveloppe extérieure 18 pour être relié au mécanisme de palier désigné d'une manière générale par le chiffre de référence 32 Comme le montre le des- sin, à son plan de fixation à l'organe annulaire exté- rieur aligné 22, l'entretoise 28 est décalée axialement par rapport au plan de fixation entre l'organe support et l'organe annulaire intérieur aligné 18 Ce déca- lage sert à maximaliser la souplesse thermique et à supprimer une incompatibilité thermique directe. Le mécanisme de palier est illustré schémati- quement pour des raisons de commodité et de simplicité, mais il suffit de mentionner que la charge transmise à travers ce mécanisme est absorbée par le carter de diffuseur extérieur 12, l'organe tronconique 28, l'en- veloppe de diffuseur 18, l'organe support 30 et le méca- nisme d'assemblage du palier Comme on peut le consta- ter dans le dessin, l'arbre 34 du moteur constitue le rotor haute pression du moteur à deux rotors Comme c'est spécifiquement le cas dans ce type de moteur, le rotor haute pression comprend la turbine haute pres- sion (non représentée),reliée à une extrémité de l'ar- bre 34, ainsi que le compresseur haute pression (seul le compresseur 10 est représenté dans le dessin) relié à l'autre extrémité de cet arbre 34 Ce dernier est monté concentriquement par rapport au rotor basse pres- sion qui comprend l'arbre 58, la turbine basse pression (non représentée) et le compresseur basse pression (non représenté). Evidemment, le palier à rouleaux 36 intercalé entre la voie de roulement intérieure 38 et la voie de roulement extérieure 40, de même que les autres paliers (non représentés) servent à supporter l'arbre 34 en lui permettant de tourner D'après ce qui précède, il est évident que la charge imposée au mécanisme de palier 32 est transmise à la paroi 12 du carter extérieur du mo- teur via la voie de roulement intérieure 38, les pa- liers à rouleaux 36 (dont un seul est représenté), la chaise console 42, l'organe support 30, l'organe annu- laire intérieur 18, les entretoises 29, l'organe annulai- re extérieur 22 et-l'entretoise tronconique 28 L'entre- toise tronconique 28 est conçue de telle sorte que la partie de base située au point de contact avec la paroi 12 du carter extérieur s'étende en coïncidence avec la ligne en traits discontinus 46 qui intersecte la ligne centrale 48 du moteur au point médian (représenté par la ligne en traits discontinus 50) du palier 36 Il est également à noter que cette ligne en traits dis- continus 46 représente la résultante de la charge de palier telle qu'elle s'additionne au point A Dès lors, en décomposant les forces composantes représentées par les vecteurs B et C au point A, la résultante D coîncide avec la ligne d'action 46 Autrement dit, la ligne d'action 46 pour la charge du palier passe par les pa- rois tronconiques de l'entretoise 28 et intersecte la ligne centrale 48 du moteur au point médian E du pa- lier 36. Il est également évident que le parcours défi- ni pour l'air comprimé dont la température se situe généralement aux environs de 5380 C, est contraint de passer par la structure de diffuseur et de parcours des gaz 14 La cavité environnante est obstruée par le joint d'étanchéité à labyrinthe illustré d'une manière générale par le chiffre de référence 56, ainsi que par l'entretoise 28 En espaçant la structure de diffuseur et de parcours des gaz 14 radialement vers l'intérieur vis-à-vis de la paroi 12 du carter extérieur du moteur dont la température se situe aux environs de 260 'C, cette structure,14 est efficacement éloignée-de tout point dur et/ou point froid qui résulterait de sa fixa- tion à la paroi du carter extérieur, réduisant ainsi davantage les contraintes thermiques. Il est entendu que l'invention n'est pas limi- tée aux formes de réalisation illustrées et décrites ici, mais que diverses modifications peuvent y être apportées sans se départir de l'esprit et du cadre de son nouveau concept tel qu'il est défini par les revendications ci- après. REVENDICATIONS 1 Moteur à turbine à gaz comportant un carter de moteur extérieur ( 12), un arbre ( 34) pouvant tourner autour de la ligne centrale ( 48) du moteur, un palier à rouleaux ( 36) entourant et supportant cet arbre, un com- presseur ( 10), ainsi qu'un diffuseur annulaire ( 14) des- tiné à recevoir l'air déchargé de ce compresseur, un moyen destiné à supporter ce palier ( 36) et ce diffu- seur annulaire ( 14),ce moyen comprenant une entretoise tronconique ( 28) dont l'extrémité de base est fixée au carter ( 12) du moteur et dont l'extrémité de diamètre réduit est fixée au diffuseur annulaire ( 14) en vue d'espacer ce dernier radialement vers l'intérieur vis-à- vis du carter du moteur, de même qu'un organe formant enveloppe ( 18) partant d'une partie du diffuseur annu- laire ( 14) qui est située davantage radialement vers l'intérieur, et s'étendant radialement et axialement en vue de former un support pour le palier ( 36), de tel- le sorte que la ligne d'action ( 46) de la charge trans- mise par ce dernier passe par la paroi latérale de l'en- tretoise tronconique ( 28) et intersecte la ligne centra- le ( 48) du moteur au point médian (E) du palier ( 36) afin de maximaliser la rigidité du support et d'amélio- rer sa souplesse thermique. 2 Moteur à turbine à gaz suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'organe formant enve- loppe ( 18) est orienté par rapport au diffuseur annulai- re ( 14) et à l'entretoise tronconique ( 28). 3 Moteur à turbine à gaz suivant la revendi- cation 2, caractérisé en ce que le compresseur ( 10) est fixé à l'arbre ( 34).