Brevet FR2581128A1 — publié le 19861031

La présente invention concerne d'une manière gé- nérale des turbomoteurs et plus particulièrement un turbo- moteur comportant une turbine dont les étages sont montés en porte-à-faux. Les turbomoteurs connus antérieurement compor- taient, de façon typique, un système d'admission, un car- ter formant support et un passage d'échappemernt. Un com- presseur d'air est monté rotatif à l'intérieur du carter du turbomoteur et, lors de sa rotation, introduit l'air dans le système d'admission de l'air, comprime cet air et refoule l'air comprimé à travers un ensemble dif- fuseur en direction d'une chambre de combustion. Le carburant est mélangé à l'air comprimé dans la chambre de combustion et le mélange est enflamné. A la sui- te de la combustion du carburant à l'intérieur de la cham- bre de combustion, les produits de combustion chauds, qui se dilatent, se développent à travers un passage d'échap- pement et sortent par la sortie d'échappement. Au moins un et habituellement plusieurs étages de turbine comportent chacun un élément profilé en aile d'avion disposé à 1 l' térieur du passage d'échappement, ces éléments profilés étant entraînés en ro- tation par l'écoulement du courant gazeux traversant le pas- sage d'échappement. Les étages de la turbine sont reliés, selon une liaison d'entraînement, au compresseur de telle sorte que, lorsque les étages de la turbine sont entraînés en rota- tion par l'écoulement des gaz d'échappement, les étages de la turbine entraînent en rotation le compresseur. De façon typique le compresseur et les étages de la turbine sont ali- gnés axialement les uns avec les autres et sont tous fixés sur un arbre principal commun. Cet arbre principal est mon- té rotatif dans le carter du moteur à l'aide d'au' moins deux et quelquefois un plus grand nombre d'ensembles de pa- liers, situés dans des positions distantes axialement, sur l'ensemble de la longueur de l'arbre. Un inconvénient de cet agencement de turbomoteur connu antérieurement réside dans le fait qu'au moins un en- semble de palier est disposé entre l'arbre principal et le carter du moteur à- l'intérieur de la section-formant tur--- bine du moteur; qui--est-sounise--ac-f-charges thermiques--éle--------- vées qui apparaissent dans cette section. La lubrifica- tion correcte de tels paliers est à la fois difficile et onéreuse à réaliser. En outre les charges thermiques éle- vées détériorent rapidement le lubrifiant prévu pour l'en- semble de palier, ce qui nécessite un remplacement fré- quent du lubrifiant afin d'empêcher une défaillance des pa- liers. Il est de la plus haute importance d'empêcher une défaillance des paliers étant donné qu'une telle défaillan- ce peut entraîner la destruction de l'ensemble du turbomo- teur. La présente invention fournit, pour un turbomo- teur, un agencement qui résoud les inconvénients mention- nés ci-dessous des moteurs connus antérieurement. De façon résumée, le turbomoteur conforme à la présente invention-comporte un système d'admission, une sor- tie des gaz d'échappement et un moyen formant passage pour un fluide, qui est ménagé à travers le carter de ma- nière à réaliser le raccordement fluidique entre l'admis- sion de l'air et la sortie des gaz d'échappement. Un com- presseur pneumatique comportant un embout arrière est mon- té rotatif, à l'aide d'un ensemble de palier, à l'in- térieur du carter de support, tandis que l'extrémité avant du compresseur est ouverte en direction de l'admis- sion de l'air. L'extrémité avant du compresseur comporte également un embout qui est monté rotatif à l'aide d'un pa- lier dans le carter d'admission. Le compresseur d'air re- foule l'air comprimé à travers un ensemble diffu- seur en direction d'une chambre de combustion, dans laquel- le l'air comprimé est mélangé au carburant et est enflammé. Les produits de combustion délivrés par la chambre de com- bustion sortent alors en empruntant un passage des gaz d'échappement et la sortie des gaz d'échappement. Il est prévu au moins un et de préférence deux étages de turbine comportant chacun des éléments profilés en aile d'avion c'est-à-dire des aubes de turbine, qui sont disposées à l'intérieur du passage des gaz d'échappement de telle sor- te que l'écoulement des gaz circulant dans le passage des gaz d'échappement entraîne en rotation les étages de la tur- bine. Mais, contrairement aux turbomoteurs connus antérieu- rement, les étages de la turbine sont fixés à l'embout ar- rière du compresseur d'air au moyen d'un boulon de turbine à tête conique de sorte que les étages de la turbine sont supportés en porte-à-faux à partir du compresseur et sont supportés, avec possibilité de rotation, par rapport au car- ter uniquement au moyen des ensembles de paliers du com- presseur d'air. Les étages de la turbine sont raccordés l'un à l'autre et au compresseur par l'intermédiaire de man- chons à labyrinthe. Les ensembles de paliers du compres- seur sont logés dans une zone plus froide du moteur que l'étage de la turbine de sorte que la lubrification des en- sembles de paliers est relativement simple et bon marché à réaliser. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence au dessin annexé, qui représente une coupe longitudinale partielle d'une forme de réalisa- tion préférée de l'invention. En se référant au dessin, on y voit représentée une forme de réalisation préférée de l'agencement du tur- bomoteur conforme à la présente invention, qui comporte un carter 10 logeant la structure d'une turbine et comprenant un système 14 d'admission de l'air et une sortie 16 des gaz d'échappement. Le système 14 d'admission de l'air est dé- fini par un carter d'admission 11, porté par une structure 15 de support du système d'admission. Un compresseur d'air 18 comportant un embout avant 19 est monté rotatif à l'in- térieur du carter d'admission 15 au moyen d'un ensemble de palier avant 20. De façon similaire le compresseur 18 com- porte un embout arrière 21 qui est monté directement, avec possibilité de rotation, au moyen d'un ensemble de palier 22 sur un carter de support 12. Le carter de support 12 est fixé à la structure 15 de support du système d'admis- sion située à l'intérieur du carter d'admission de l'air 11. L'avant du compresseur 18 est ouvert en direction du système 14 d'admission de l'air, et, lors de la rotation du compresseur d'air 18, ce dernier introduit de l'air dans le système 14 d'admission de l'air et refoule l'air com- primé à travers un ensemble formant diffuseur 26, en direc- tion d'une chambre de combustion annulaire 28 formée à l'in- térieur du carter 10 de la turbine. Le carburant est mélangé à l'air comprimé à l'in- térieur de la chambre de combustion 28 et est enflanmé de fa çon classique. Les produits de combustion chauds obtenus, qui se dilatent et partent de la chambre de combustion 28, sateenempruntaun passage d'échappement 30, puis la sortie des gaz d'échappement 16. Une tuyère à haute pression 32 et une tuyère à basse pression 34 s'étendent en travers du passage des gaz d'échappement 30 de manière à conformer sur le plan aérodynamique, l'écoulement de gaz traversant ce pas- sage 30. Au moins un et de préférence deux étages de tur- bine 36 et 38 sont logés dans le carter 12. Les étages 36 et 38 de la turbine comprennent des moyeux respectifs en forme de disques 40 et 41, comportant des éléments profi- lésen aile d'avion ou des aubes 42 fixées sur leur pourtour extérieur et disposés dans le passage des gaz d'échappement 30. Comme cela est représenté sur le dessin, le premier étage 36 de la turbine est un étage à haute pression, qui est disposé entre les tuyères à haute pression et à basse pression 32 et 34. Le second étage de la turbine est un étage à basse pression et ses éléments profilés ou aubes 42 sont dispo- sées à l'intérieur du passage des gaz d'échappement 30 en arrière ou en aval de la tuyère à basse pression 34. Un perçage traversant axial 46 est formé à tra- vers les moyeux 40 et 41 des étages respectifs de turbine 36 et 38. Un boulon 48 de turbine à tête conique, qui com- porte un filetage extérieur au niveau d'une extrémité , est alors inséré à travers les perçages 46 du moyeu et l'extrémité 50 du boulon s'engage dans un perçage axial taraudé 52 situé dans l'embout arrière 21 du compresseur. Des manchons à labyrinthe 60 et 61 sont disposés respecti- vement entre les moyeux 40 et 41 de la turbine et l'embout 21 du compresseur et le moyeu 40, de manière à positionner et aligner les uns par rapport aux autres les étages 36 et 38 de la turbine et le compresseur 18. L'extrémité conique 56 du boulon 48 est en ap- pui contre la surface arrière de l'étage de turbine 38 à basse pression de sorte que, lors du serrage, le boulon 48 fixe des étages 36 et 38 de la turbine au compresseur d'air 18. Par conséquent les étages 36 et 38 de la turbine tour- nent de concert avec le compresseur d'air 18. Une caractéristique importante de la présente invention réside dans le fait que les étages 36, 38 de la turbine sontdisposés en porte-à-faux à partir du compres- seur 18 et sont montés rotatifs à l'intérieur du carter de la structure de la turbine, uniquement au moyen des ensembles de paliers 20 et 22 du compresseur d'air. Etant donné que les ensembles de paliers20 et 22 du compresseur d'air sont espacés vers l'intérieur et vers l'amont par rap- port au passage des gaz d'échappement 30, les ensembles de paliers20 et 22 sont logés dans une zone relativement froi- de du moteur. La lubrification des ensembles de paliersdans la zone froide du moteur est relativement simple et n'en- traîne aucune détérioration rapide du lubrifiant. De nombreuses modifications apparaîtront évi- dentes aux spécialistes de la technique, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Turbomoteur caractérisé en ce qu'il comporte: - un carter de turbine (10) comportant un sys- tème (14) d'admission de l'air défini par un carter d'ad- mission (11) possédant une structure (15) de support du système d'admission, un carter de support (12) et une sortie d'échap- pement (16), - un compresseur d'air (18) dont une extrémité est ouverte en direction dudit système d'admission de l'air, - des moyens (20, 22) servant à supporter, de manière qu'il puisse tourner, ledit compresseur (18) dans ladite structure de support du système d'admission (15) à l'intérieur dudit carter de turbine (10), - des moyens formant passage pour un fluide,mé- nagésà l'intérieur dudit carter de turbine (10) de ma- nière à raccorder, selon une liaison fluidique, ledit sys- tème (14) d'admission de l'air à ladite sortie des gaz d'échappement (16), et comprenant un passage des gaz d'échappement (30) qui se termine au niveau de ladite sor- tie des gaz d'échappement, - au moins un étage de turbine (36, 38) compor- tant un élément profilé en aile d'avion disposé dans ledit passage des gaz d'échappement, et - des moyens (48) servant à fixer au moins un étage (36, 38) de la turbine audit compresseur d'air (18) de telle sorte qu'au moins un étage de la turbine est mon- té rotatif dans ledit carter de turbine (10), uniquement grâce auxdits moyens de support (20,22) du compresseur. 2. Turbomoteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte au moins deux étages de turbi- ne (36, 38). 3. Turbomoteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit étage de turbine (36, 38) est en for- me de disque et que lesdits moyens de fixation (48) com- prennent un boulon fixé, au niveau d'une première de ses 2581 128 extrémités, audit compresseur (18)-et retenant, au niveau de sa seconde extrémité, ledit étage de turbine. 4. Turbomoteur selon la revendication 3, carac- térisé en ce que ladite première extrémité dudit boulon (48) est filetée extérieurement et s'engage par vissage dans un perçage taraudé (52) ménagé dans ladite extrémité dudit com- presseur. 5. Turbomoteur selon la revendication 3, carac- térisé en ce que ledit boulon (48) est un boulon à tête co- nique. 6. Turbomoteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que lesdits moyens de montage rotatif (20, 22) comprennent un ensemble de palier. 7. Turbomoteur selon la revendication 6, carac- térisé en ce que ledit ensemble de palier est disposé en amont dudit passage des gaz d'échappement (30). 8. Turbomoteur seion la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte un manchon à labyrinthe (61) disposé entre ledit étage de la turbine et ledit compres- seur. 9. Turbomoteur selon la revendication 2, carac- térisé en ce qu'il comporte un premier manchon à labyrin- the (61) situé entre ledit compresseur et l'un desdits éta- ges de la turbine et un second manchon à labyrinthe (60) situé entre lesdits étages de la turbine. 10. Turbomoteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit compresseur (18) comporte un embout (19) à l'une de ses extrémités et que lesdits moyens de mon- tage rotatif comprennent un ensemble de palier (20) si- tués entre ladite structure d'admission et ledit embout du compresseur. 11. Turbomoteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit compresseur (18) comporte un embout (21) situé à l'une de ses extrémités et que lesdits moyens de montage rotatif comprennent un ensemble de palier (22) situés entre ledit carter de support (12) et ledit embout du compresseur. -