Brevet FR2581135A1 — publié le 19861031

La présente invention concerne d'une manière gé- nérale les structures de turbomoteurs et plus particulière- ment la structure d'un systèmediffuseur disposé en aval d'un compresseur centrifuge dans un turbomoteur. Dans un turbomoteur comportant un compresseur centrifuge, le fluide est refoulé sous pression radiale- ment vers l'extérieur à partir de l'arbre en rotation de la turbine. Le carter du turbomoteur comporte des passages qui dirigent le fluide en direction d'une chambre de com- bustion ménagée dans le carter. Afin d'obtenir des carac- téristiques d'écoulement contrôlées pour le fluide refoulé de manière que ce fluide se mélange et s'enflamme d'une ma- nière efficace e-t complète dans la chambre de combustion, on utilise souvent un système diffuseur disposé dans le passage entre le compresseur centrifuge et la chambre de combustion. De façon typique le diffuseur comporte un cou- ple de parois annulaires, alignées radialement, définis- sant entre elles un passage d'écoulement du fluide de ma- nière à obtenir les caractéristiques d'écoulement désirées. En outre des aubes peuvent s'étendre en travers de ce pas- sage entre les surfaces alignées radialement de manière à régler de façon supplémentaire la direction, la vitesse et l'enveloppe de l'écoulement du fluide sortant du diffu- seur. Cependant le diagramme d'écoulement créé par le dif- fuseur peut être modifié ou détruit si le passage change de direction. Par conséquent, sauf si la chambre de combus- tion est située radialement vers l'extérieur à partir du passage du diffuseur, le turbomoteur ne fonctionne pas d'une manière aussi efficace qu 'il n'est visé par l'incor- poration du diffuseur radial. C'est pourquoi, dans la conception d'un turbo- moteur qui doit être logé dans un carter de turbine étroit, il serait avantageux de disposer la chambre de combustion en aval, du point de vue axial, par rapport au compresseur centrifuge de manière à former un turbomoteur possédant une largeur minimale. Dans un tel cas, on comprendra que le fluide refoulé par le compresseur doit être déplacé axiale- ment en direction de la chambre de combustion. Au cours de ce transfert en direction de la chambre de combustion, il se- rait avantageux de prévoir des moyens supplémentaires per- mettant de commander et de diriger l'écoulement du fluide dans la chambre de combustion de telle sorte que le fluide soit bien réparti dans cette chambre. Antérieurement, une telle commande était réalisée au moyen d'agencementsde pla- ques de tourbillonnement incorporées dans les parois de la cham- bre de combustion. Dans un tel dispositif, la chambre de combustion' doit être construite de façon spéciale, ce qui accroît le coût et la complexité de l'agencement du turbo- moteur. D'autre part les parois du carter, qui définissent les passages d'écoulement, pourraient être également cons- tituées d'une manière particulière de manière à inclure des moyens formant diffuseur, qui augmenteraient également de façon substantielle le coût et la complexité du turbomo- teur. La présente invention résoud les inconvénients mentionnés ci-dessus en prévoyant un système formant dif- fuseur comportant une pièce coulée d'un seul tenant compre- nant un élément de surface radial et un élément de surface axial, qui coopèrent avec la structure d'admission et avec les parois de la pièce coulée de manière à définir des pas- sages radiaux et axiaux dans un agencement de carter de tur- bine. De préférence à la fois l'élément de surface radial et l'élément de surface axial incluent des aubes d'orienta- tion de l'écoulement et qui sont coulées dtun seul tenant avec le carter coulé. En outre, le carter coulé est fixé à la structure d'ad- mission et comporte un moyeu central annulaire qui permet au carter coulé d'être glissé dans le carter de la tur- bine autour de l'arbre du turbomoteur et d'être positionné de ce fait dans le turbomoteur. 258 1 135 Le carter coulé d'une seule pièce comporte sous un aspect général une partie formant moyeu annulaire, dont le perçage intérieur est défini par des surfaces appro- priées comme par exemple des portées destinées à contacter des paliers qui supportent l'arbre de la turbine. La sur- face extérieure du moyeu comporte des moyens ou orifices appropriés pour le raccordement des canalisations de re- froidissement ou de lubrification permettant aux mécanis- mes disposés à l'intérieur du moyeu d'être correctement refroidis et lubrifiés. En tout cas, une bride radiale s'étend vers l'extérieur à partir du moyeu annulaire et com- porte un élément de surface aligné radialement et disposé à l'extérieur du moyeu annulaire. Un élément de surface ali- gné axialement s'étend vers l'arrière à partir de l'élé- ment de surface aligné radialement, au niveau de l'extré- mité située la plus à l'extérieur de l'élément de surfa- ce aligné radialement. Les aubes du diffuseur sont de préférence cou- lées d'un seul tenant et s'étendent axialement vers l'ex- térieur à partir de l'élément de surface aligné radiale- ment. De façon similaire des aubes s'étendent radialement vers l'extérieur à partir de l'élément de surface aligné axialement de la pièce coulée. Les bords qui sont situés le plus à l'extérieur des aubes du diffuseur sont en bu- tée contre des parties des parois du carter de la turbine de manière à définir, avec ces dernières le passage de cir- culation du fluide entre le carter coulé et les parois du carter de la turbine, tandis qu'il est prévu des moyens ser- vant à commander l'écoulement du fluide qui est délivré par le compresseur centrifuge de la chambre de combustion du turbomoteur. Ainsi la présente invention fournit un systè- me diffuseur pour un compresseur, possédant la constitu- tion d'un diffuseur radial et qui inclut également des mo- yens servant à former un passage axial en direction d'une 2581 135 chambre de combustion qui est distante axialement par rap-- port à un compresseur centrifuge. C'est pourquoi ce systè- me convient particulièrement bien pour être utilisé dans de petits tuibomroteurs. En outre, étant donne que les au- bes du d]ffuseur soant formées en -ce temps que les sur'a-?es:i forment des passages pour le tluide dars Xe -ari+er, on évi- te une lnstailation complexe, qui prend du temps, d'aubes de diffuseur formées et usinées séparément. En o,,re, étant donné que le carter coulé comporte des aubes axiales de diffusion, on peut introduire une composante appropriée de tourbillonnement ou d'anti- tourbillonnement dans l'écoulement 1-i f luide pénétrant dans la chambre de combustion sans que ceci ne nécessite Aune onstric- tion c,)mplexe des parois de la chambre de c'ombustlon di car- ter de la:urbine. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la descripti.on donnée c.- après prise en référence aux dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation de face d'une pièce coulée constituant un diffuseur radial confor- me à la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe prise essen- tiellement suivant la ligne 2-2 sur la figure 1 et compor- tant des parties avoisinantes du turbomoteur; et - la figure 3 est une vue en plan d'une partie du dispositif, considérée essentiellement suivant la ligne d'observation 3-3 sur la figure 1. Ci-après on va donner une description détaillée de la forme de réalisation préférée de l'invention. En se référant tout d'abord à la figure 2, on voit qutun turbomoteur 12 comporte un compresseur centri- fuge 14 muni d'aubes 16 fixées sur l'arbre 18 de la turbi- ne, de manière à tourner avec ce dernier. Le compresseur 14 est logé à l'intérieur de la structure d'admission 19 qui possède une partie incurvée 20 correspondant à la con- figuration incurvée des pointes des aubes 16 et qui compor- te une partie de surface plane 22, alignée radialement et s'étendant radialement vers l'extérieur à partir des poin- tes des aubes 16 de l'étage final du compresseur. La pièce coulée 15 formant la turbine comporte également un élément de paroi 24 s'étendant axialement au niveau de l'extrémité, qui est située la plus à l'extérieur, de l'élément de pa- roi 22 qui s'étend vers l'arrière en direction de la cham- bre de combustion 26 définie par des parois 28 appropriées du carter. Bien que le turbomoteur 12 comporte un compres- seur centrifuge 14 permettant d'appliquer avantageusement une force centrifuge au fluide dans un turbomoteur, la cham- bre de combustion est espacée axialement par rapport au com- presseur centrifuge 14 de telle sorte que le carter 15 de la turbine est étroit et fournit une réalisation compacte du turbomoteur. Le compresseur centrifuge 14 est en commu- nication fluidique avec la chambre de combustion au moyen de passages formés dans le carter coulé 30. Le carter coulé 30 est un carter constitué par une pièce coulée d'un seul tenant, dans lequel toutes les parties importantes sont formées simultanément lors de la coulée de la pièce d'un seul tenant et sont ensuite usi- nées pour être réglées aux tolérances appropriées de la sur- face finie. Le carter coulé 30 comporte une partie formant moyeu annulaire 32 et une bride radiale 34 s'étendant ra- dialement vers l'extérieur à partir du moyeu. La paroi pé- riphérique définissant le perçage dans le moyeu 32 est mu- nie de portées appropriées, comme par exemple la surface de portée 36, pour des structures de palier qui supportent le moyeu autour de l'arbre rotatif 18 de la turbine. En ou- tre le moyeu comporte des passages appropriés tels que les passages 38 et 40, qui permettent d'introduire un agent de lubrification ou de refroidissement dans les structures des paliers logés dans le moyeu 32, ainsi que les passages de sortie appropriés tels que le passage 42. Dans tous les cas, on voit que le carter coulé 30 est fixé au turbomoteur 12, en étant monté sur la structure 19 de support d'admission comme cela sera décrit de façon détaillée ci-après. La bride radiale 34 de l'élément diffuseur 30 comporte une partie conique 44 s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la périphérie du moyeu 32, et qui s'ouvre vers l'extérieur en s'étendant jusque dans une po- sition distante axialement par rapport au moyeu 32. Un élé- ment de paroi 46 aligné radialement de la bride 34 s'étend vers l'extérieur à partir de l'extrémité, qui est située la plus à l'extérieur, du moyeu et comporte un élément de surface plat essentiellement annulaire faisant face vers l'avant du moyeu 32. L'élément de paroi radial 46 est réu- ni, au niveau de son extrémité la plus à l'extérieur, à un élément de paroi cylindrique 50 s'étendant axialement et comportant un élément de surface extérieure 52 s'étendant axialement en direction du moyeu et faisant face radiale- ment vers l'extérieur à partir du moyeu. Comme cela est mieux visible sur la figure 2, l'élément de surface 48 s'étend radialement vers l'extérieur au-dessus de la sor- tie de l'aube 16 du dernier étage du compresseur, et défi- nit, en association avec la paroi 22 de la structure d'ad- mission et entre lui -même et cette paroi, un passage 56 formant diffuseur radial. L'élément de surface 52 disposé axialement s'étend depuis le passage formant diffuseur ra- dial 56 en direction de la chambre de combustion 26 et dé- finit, en liaison avec la surface 24 de la paroi du carter de turbine et entre lui-même et cette surface, le passage 58 qui est en communication hydraulique avec la chambre de combustion 26. Une pluralité d'aubes de diffusion 60 sont formées d'un seul tenant sur la surface annulaire 48. Com- me cela est mieux visible sur la figure 1, les aubes de dif- fusion sont coulées avec un profil en aile d'avion quidéter- mine les caractéristiques d'écoulement du fluide refoulé par la sortie du compresseur centrifuge 14. Etant donné que les aubes de diffusion 60 sont formées d'un seu] tenant avec la surface 48 et s'étendent à partir de cette dernière, cet agencement supprime la nécessité d'une étanchéification ou, sinon, d'un verrouillage des moyens formant diCfuseur à cette paroi latérale du passage 56 formant diffuseur radial. Naturellement on peut également utiliser des aubes possé- dant d'autres formes dans le cadre de la présente inven- tion. Jne plJ.ura] té d'aubes de diffusion 62 sont for- mées d'un seul tenant sur la surface 52 disposée axiale- ment et s'étendent radialement vers l'extérieur à partir de la surface. Stère cela est mieux visible sur la figure 3, les aubes de dLffus on 62 sont coulées sous la forme d'éléments de paroi incurvés, qul réduisent la composante de tourbi.llnnement délivree par les aubes radiales u difEuseur, ce qui redresse 1'1éc,)ulement du flui.de introduit dans la chamnbre (de combustion 26. Naturellement on peut éga- l.ement utiliser des aubes possédant d'autres f)rmes. Les surfaces d'extrémlte extérieure des aubes 60 et 62 sont en appui contre les surfaces respecti- ves 22 et 24 de la structure d'admission voisine et du car- ter de la turbine et réalisent une étanchéité avec ces sur- faces de sorte que les passages 56 et 58 du diffuseur for- ment une voie de passage fermée entre la sortie du compres- seur centrifuge 14 et la chambre de combustion 26. Il est également prévu des moyens appropriés pour verrouiller l'or- gane 30 en position à l'Intérieur du turbomoteur. Par exem- ple une pluralité de perçages axiaux traversants 61 sont formés dans les aubes 60. Des boulons peuvent être insérés à travers les perçages traversants 61 et être fixés à la structure d'admission 19 de manière à réaliser la fixation du carter coulé 30 dans le turbomoteur. Naturellement les surfaces des aubes 60, 62 du diffuseur ainsi que les sur- faces 48 et 52 sont finies d'une manière correspondant aux tolérances correctes, au moyen d'un usinage des surfaces une fois que l'ensemble de l'élément 30 a été coulé. Après avoir décrit les caractéristiques struc- turelles importantes de la présente invention, on va décri- re le fonctionnement du dispositif. Une fois que le com- presseur centrifuge a été installé sur l'arbre d'une tur- bine et que les paliers sont fixés dans le moyeu 32, le car- ter coulé et usiné 30 est positionné sur l'arbre de la turbine et est glissé -en position de telle sorte qu'une surface annulaire 48 alignée radialement soit séparée d'une distance prédéterminée de la surface 22 de la paroi de la structure d'admission de manière à définir, entre ellemême et cette surface, le passage radial 56 du diffuseur, qui communique avec la sortie de l'ai-lette 16 du dernier étage du compresseur. Simultanément la surface 52, qui s'étend axialement, est écartée d'une distance prédé- terminée de la surface 24 de la paroi du carter de la tur- bine et définit un passage pour le fluide, qui communique entre un passage radial 56 du diffuseur et la chambre de combustion 26. Dans la forme de réalisation préférée, la largeur des aubes 60 et 62 du diffuseur fournit l'espace- ment prédéterminé entre les surfaces des parois. On com- prendra que la fixation du carter coulé 30 au carter de la structure d'admission fournit un support robuste à l'arbre de la turbine dans -le moyeu 32. Le moyeu 32 peut être éga- lement boulonné à la structure du carter de la turbine par l'intermédiaire des brides ajourées 66. Ainsi la présente invention fournit un système diffuseur léger, comprenant des moyens pour trans- férer axialement le fluide depuis le compresseur à la cham- bre de combustion d'un petit turbomoteur, dans lequel la chambre de combustion est située dans une position distan- te axialement par rapport au compresseur centrifuge. Etant donné que le carter coulé 30 est constitué d'une seule piè- ce, il est nettement moins compliqué à installer que les diffuseurs à deux étages connus antérieurement. En outre le fait que les aubes du diffuseur soient formées sur l'une des surfaces périphériques des passages du diffuseur, évi- te la fabrication séparée et l'installation compliquée d'au- bes individuelles. Néanmoins on comprendra que les aubes du diffuseur peuvent être usinées de manière à posséder une forme appropriée dans les limites de tolérances appropriées. En outre le carter coulé 30 fournit un support supplémen- taire à l'arbre de la turbine à l'intérieur du turbomoteur et sert par conséquent à réduire le poids de la structure de support de l'arbre de la turbine à l'intérieur du car- ter de cette dernière. Il apparaîtra à l'évidence aux spécialistes de la technique que l'on peut apporter de nombreuses modifi- cations à l'invention décrite précédemment, sans pour au- tant sortir du cadre de cette dernière. REVENDICATIONS 1. Carter coulé destiné à être utilisé dans un turbomoteur comportant un compresseur centrifuge (14) fixé à un arbre (18) de turbine dans un carter de tur- bine, caractérisé en ce qu'il comporte: - un élément coulé d'une seule pièce (30) com- portant: - une partie en forme de moyeu annulaire (32) apte à recevoir à travers lui l'arbre (18) de la turbine, et - une partie formant bride (34) s'étendant ra- dialement vers l'extérieur à partir de la partie formant moyeu et possédant un élément de surface (48) aligné radia- lement, et un élément de surface (52) aligné axialement, au niveau de l'extrémité la plus à l'extérieur dudit élé- ment de surface aligné radialement. 2. Carter selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pluralité de premières aubes (60) de diffusion, formées sur ledit élément de sur- face aligné radialement (48). 3. Carter selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de secondes aubes (62) de diffusion, formées sur ledit élément de surface aligné axialement (52). 4. Carter selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de surface aligné radialement (48) est décalé axialement par rapport à une extrémité dudit mo- yeu annulaire (32) et que ladite bride (34) comporte un cô- ne (44) s'étendant à l'intérieur de l'extrémité, située la plus à l'intérieur, dudit élément de surface aligné radia- lement (48) dudit moyeu (32). 5. Carter selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacune desdites premières aubes (60) de diffusion possède un profil en aile d'avion. 6. Carter selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacune desdites secondes aubes (62) de dif- fusion comporte une paroi incurvée fixée audit élément de surface aligné axialement (52). 7. Carter selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit carter (15) de la turbine comporte une structure d'admission (19) et comporte en outre des mo- yens (61) servant & fixer ledit carter coulé (30) à la structure d'admission (19) du carter de la turbine par l'in-. termédiaire de la structure d'admission. 8. Carter selon la revendication 7, caractérisé en outre en ce qu'il comporte une pluralité de premières aubes (60) de diffusion, qui sont formées sur ledit élément de surface aligné radialement (48), et que lesdits moyens (61) comprennent des perçages traversants s'éten- dant à travers lesdites aubes (60). 9. Procédé pour fabriquer un carter de diffuseur, caractérisé en ce qu'il consiste à couler une pièce (30) d'un seul tenant comportant une partie formant moyeu annu- laire (32) et une bride radiale d'un seul tenant (46) s'étendant vers l'extérieur à partir dudit moyeu, ladite bride radiale comportant un élément de surface aligné ra- dialement (48) et un élément de surface aligné axialement (52) et situé au niveau de l'extrémité, la plus à l'exté- rieur, desdits éléments de surface alignés radialement. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en outre par l'incorporation d'aubes (60) de diffusion sur leditélément de surface aligné radialement (48) en coulant lesdites aubes d'un seul tenant avec ledit élément de sur- face aligné radialement (48). 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé enoutre par l'incorporation d'aubes (62) de diffusion sur ledit élément de surface aligné axialement (52) en les cou- lant d'un seul tenant avec ledit élément de surface aligné axialement (52).