Brevet FR2619858A1 — publié le 19890303

tte invention a trait a des moteurs a tLrblne a gaz a d..IblP f llv et se rapporte a des diffuseurs-mélangeurs pour les flux de sortie de tels moteurs. Des diffuseurs-mélanaeurs sont utilisés afin de favoriser le melanqe force des qaz chauds sortant de la turbine avec le flux complementalre relativement froid et ainsl d'ameliorer les performances du moteur et la consommation spécifique de carburant. De tels diffuseursmélangeurs sont connus pour présenter une configuration a lobes ou a glissieres en vue de fournir une plus grande interface de melange des deux flux de gaz et d'amplifier le processus de mélange. Pour ce qui est de la description détaillée d'un type particulier d'ur, dispositif qenéraliseé de l'art antérieur, il est conventionnel de munir un moteur a turbine a gaz a double flux d'une sortie d'evacuation des gaz chauds dans laquelle se trouve un diffuseur-mélangeur interne afin de t5 mélanger les flux de aaz sortants de la turbine et du conduit complémentaire, la turbine et le conduit complémentaire étant separés par une frontiere de section transversale essentiellement circulaire, le diffuseur-mélangeur ayant une configuration lobée afin de favoriser le mélange des flux de aaz et fournissant sur sa longueur une zone de 2Äc transition proqressive depuis la frontière cilrculaire jusqu'a la configuration iobee Par ailleurs il est connu que le diffuseur-melangeur comprenne un corps principal de diffusion constitué par une peau d'un seul tenant de forme lobée, se prolongeant longitudinalernent et se creusant de plus en plus depuis l'avant vers l'arrière. >5 (In diffuseur-melangeur est soumis a des differences de pression considérables dans certaines conditions de vol, et plus particulièrement pour un moteur équipé de moyens de poussée Inversée, lorsque ces moyens sont actionnés. Ces différences de pression soumettent la structure du diffuseur a des charges et se font sentir au maximum a W0 I'extrémite d'admission od d'entree du diffuseur. Toutefois c'est a l'entrée que la configuration lobée (qui possède une importante rigidité) doit être supprimée afin de permettre le raccordement avec les conduits d'ecoulement de gaz essentiellement annulaires et qui se trouvent immédiatement à l'amont du diffuseur. Il s'ensuit que, alors qu'il serait souhaitable, pour des considérations de légèreté, de fabriquer le diffuseur comme une.peau d'un seul tenant, il peut être impossible ou infaisable d'avoir recours a une telle structure en raison des deflexions qui auratent lieu dans la zone d'ecoulement en conditions de differences de pression maximum. La présente Invention a pour but de fournir un ensemble diffuseur qui peut éviter cette difficulté de sorte qu'un corps principal de diffusion peut être fabrique tel une peau d'un seul tenant Conformément à l'invention, ce but est atteint en prolongeant les lobes sur toute la longueur du corps de diffusion si bien qcu'ils présentent àa leur extrémrité avant un profil de section transversale relativement peu profond, mais deja important, le corps de diffusion étant monté sur la sortie de la turbine au moyen d'un élément de liaison annulaire dont les faces interne et externe sont radlalement espacées l'une de l'autre et auquel le corps de diffusion est assujetti au niveau, respectivement, des zones interne et externe de ses lobes a son extrémité avant, des moyens de capotage.étant prévus entre l'élément de liaison et le corps de diffusion afin de faire la transition entre la frontière annulaire à l'entree du diffuseur et la forme lobée du corps de diffusion plus en aval Avantageusement, l'élément de liaison comprend un canal, les rebords annulaires en constituant respectivement lesdites faces Interne et externe. Dans ce cas, Il est préférable de modifier, au niveau de ladite extremite avant du corps de diffusion, la forme des lobes en section transversale afin de créer des surfaces radlalement interne et externe s'adaptant aux rayons desdits rebords Interne et externe de l'élément de liaison et au moyen desquelles le corps est assujetti a l'élément de liaison Selon une forme de réalisation avantageuse, les moyens de capotage comprennent des plaques faisant salie en porte-à-faux sur lesdites faces interne et externe de l'élément annulaire de liaison. Il est possible de concevoir simplement de telles plaques comme des elements de capotage séparés s'adaptant individuellement aux lobes du diffuseur- mélangeur. Une forme de réalisation du diffuseur mélangeur selon l'invention va être decrite de façon plus detaillee au moyen d'un exemple en faisant référence aux dessins joints, sur lesquels: - - la f igure 1 est une coupe structurale d'un moteur à turbine a gaz à double flux muni du diffuseur-mélangeur, - la figure 2 illustre schematiquement la configuration lobee telle qu'elle peut être vue a l'arriere du diffuseurmélangeur dans la direction Il - Il de la figure 1. - la figure 3 est une vue en perspective partielle du diffuseur- melangeur, - la figure 4 Illustre, à l'aide d'une perspective de plus grande échelle, un détail du raccordement de l'élément de liaison et du corps principal de diffusion ainsi que le montage des tuiles internes de capotage, et - la figure 5 est une coupe transversale schématique du diffuseur- mélangeur et de sa fixation à l'arrière de la section du moteur. Sur l'illustration schématique de la fiqure 1. est montré un moteur a turbine a gaz de forme dans l'ensemble conventionnelle L'air s'ecoule par l'admission 2 frontale d'un carter 4 extérieur et, a la suite de l'admission, un carter 6 Interne divise le flux d'air entrant en un conduit interne 8 et un conduit externe 10. A l'intérieur du carter 6 interne, le conduit interne 8 correspond a un ecoulement a travers des sections de compresseur, de chambre de combustion et de turbine 12-, 14, 16 respectivement. Le conduit annulaire 10 entre le carter Interne et le S0 carter externe accueille un écoulement d'air complémentaire qui se melange aux gaz chauds evacues par la turbine au niveau d'un difttuseur- mélangeur interne 20. Les écoulements combinés ressortent ensuite finalement par une section d'évacuation 22 du carter externe qui forme également la partie la plus arrière de la nacelle 24 du moteur. !5 Le diffuseur-melangeur 20 est monte sur le carter interne 6 A partir d'une forme circulaire à son extrémité d'admission, sa section transversale change progressivement en une forme profondément lobée montrée plus clairement sur la figure 2. Elle présente une série de dix- huit lobes 26 a egale distance les uns des autres autour de la majeure 0 partie de sa circonférence, cette disposition étant Interrompue au sommet du diffuseur o se trouve un lobe 28 peu profond et plus large qui s'adapte respectivenment au brise-jet supérieur et aux capots 30 et 31 en "bec de plume" entourant un element arriere de montage du moteur La série principale de lobes définit des series interne et externe 32 a, 32 b de gouttières ou glissières s'approfondissant progressivement pour accueillir les écoulemernts des deux gaz. La série externe de gouttières 32 b presente en alternance des prof ils moins profonds et plus profonds 2 6198 58 selon la vue arriere de la figure 2 Comme le montrent les figures 3 et 5, cela provient du fait qu'entre des paires alternées de lobes 26, les gouttières sont relativement courtes. se terminant au niveau des bords arrières 34 qui sont assemblés à l'avant de la paire de lobes voisins. A l'oppose, les gouttieres plus profondes se prolongent au-dela de la paire de leurs lobes voisins avec des-bords arrières 36 qui sont assembles a l'arrière et pointent vers l'lntérleur. La configuration lobée est formee dans un corps principal 40 du diffuseurmelangeur qui est fabrique comme une peau de I, 2 mm d'un seul tenant en acier au nickel résistant à la chaleur, les pièces embouties étant soudées ensemble. Les lobes 26 se prolongent. tout le long de cet ensemble soudé bien qu'ils présentent une section différente et plutôt peu profonde a l'extremite avant A cette extremite, mieux visible sur les figures 4 et 5, les sommets et les gouttières curvllinéalres des lobes se fondent en gaufrages trapézoïdaux, comprenant des surfaces 44, 46 interne et externe qui préesenterit des faces selon des arcs de cercles dont les centres se trouvent sur l'axe central du diffuseur. L'ensemble soudé du corps principal 40 du diffuseur est assujetti, à l'extrémité avant du diffuseur-mélangeur, a une bague de liaison 48 en titanium usine La bague consiste en un rebord radial frontal 50 qui est boulonné au carter interne 6 au niveau d'un rebord arrière 52 de l'évacuation de la turbine basse-presslon. Une âme 56 se prolongeant vers l'arrière, avec les rebords 50 et 52, est abritée de l'écoulement d'evacuation de la turbine par un manchon d'accouplement de sortie 58, et un canal 60 plus à l'arrière avec des rebords 62, 64 radialement Interne et externe. L'extrémité avant du corps principal 40 est introduite dans le canal, les surfaces 44, 46 interne et externe etant, dans cette zone du corps principal, face à face et en contact avec les surfaces Intérieures des rebords 62, 64 et la bague d'adaptateur et le corps principal étant boulonnés ensemble au niveau de ces zones de contact. La rigldite de cette partie du diffuseur-melangeur est obtenue grâce, à la fois, au maintien de la configuration lobée a l'extremite avant du corps principal 40 d'un seul tenant et au renfort dû au canal 60 de la bague de liaison. L'ensemrble soudé se trouvant immédiatement d cote du joint possede alors un important moment tranchant du fait de ses lobes et de leur liaison aux rebords 62, 64 de la bague de liaison, et cela en dépit de la feuille de matériau relativement fine à partir de laquelle Il est constitué. Il convient également de noter que son assujettissement a la bague de liaison au niveau des surfaces 44. 46 interne et externe espacees l'une de l'autre offre une certaine lberte pour une expansion thermique relative du corps principal de diffusion et de la bague. Afin d'éviter la perturbation des écoulements de gaz dans les conduits 8, 10 interne et externe lorsque ceux-cl atteignent l'ensemble lobe, des capotages, obtenus par emboutissage du même matériau formant le corps principal de diffusion, sont fixés dans les zones des rebords 62. 64 du connecteur coïncidant avec l'extrémité avant des gouttières de la section tranversale lobee du corps de diffuslon En dehors de la zone du large lobe 28 peu profond au sommet du diffuseur- mélangeur, ces capotages ont la forme de plaques ou de tulles, une pour chaque gouttière de la section transversale lobée. Sur les dessins, sont illustrees des tulles interne et externe ( 66 et 68 respectivement) appartenant à la série principale de ces plaques ou tuiles, c'est-a-dire adaptées aux gouttières formées par les lobes 26. Des tuiles modifiées de façon convenable sont en outre prévues pour les gouttières de forme differente adaptees pour l'rnterieur du lobe 28 plus grand du sommet ainsi que pour les deux gouttieres 28 a de chaque côté de ce lobe-làa. Les tulles sont fixées uniquement sur leurs côtés avant o elles recouvrent les rebords 62, 64 de la baque de liaison. La fixation a lieu sur chaque rebord au niveau des espaces intermedlaires entre les surfaces 44, 46 consécutives du corps principal et au moyen de vis et de rivets 72, 74 traversant ces rebords. Le rebord interne 62 possède un épaulement radialement extérieur par rapport.au bord adjacent de l'âme 56 de sorte que les tulles 66 interieures, une fois montees sur la face radialement interne du rebord 62, forme avec la face radialement Interne de l'âme une surface pour l'essentiel continue. Chaque tulle 66 intérieure, comme cela apparaît plus clairement sur la fiqure 4, possède une bande de raccordement 76 soudee au dos d'un bord lateral et qui fait saillie sur ce bord. Elle doit être recouverte par le bord adjacent de la tulle 66 voisine. Sur les faces de contact entre les tulles 66 et les bandes de raccordement 76, il peut être avantageux d'appliquer un revetement metallque, par exemple de carbLre/cobalt au tungstene Du 26 1 9858 fait que le rebord exterieur 64 de la bague de liaison est recouvert par l'extremite arrière du carter interne 6, les tulles externes 68 sont séparées par les lobes 26 à l'endroit ou elles sont exposées à l'écoulemient d'air complémentaire. En conséquence, elle n'ont pas besoin de bandes de raccordement, mais une ou les deux surfaces jointives et le corps principal 40 usine peuvent avoir des revêtements semblables en métal dur. Les figures 3 à 5 Illustrent en particulier comment les tulles Internes presentent une section transversale avec une courbure qui 0tO augmente continuellement vers leurs bords de fuite de sorte que chaque tulle s'incurve vers l'extérieur pour se raccorder à la gouttière intérieure définie par son lobe 26 associé tandis que ses bords latéraux s'inclinent radialement vers l'înterieur pour suivre les racines du lobe formant la gouttière extérieure adjacente. Ces figures montrent également comment les tulles externes 68, Initialement recouvertes par le carter interne du moteur, admettent une section transversale de plus en plus incurvee vers leur extremite arriere afin de fournir une transition entre la surface externe du carter interne et les faces extérieures des gouttières entre les lobes 26. Les points 82. 84 de jonction périphériques Indiqués sur la figure 2. servent a illustrer comment l'ensemble diffuseur-me!angeur peut être fabrique à l'aide d'une série de quatre formes différentes de pièces embouties, à savoir-une pièce emboutie du lobe large pour le sommet du diffuseur entre les points de jonction 82 de gauche et de droite, des pieces embouties semblables a des gouttieres entre les points de jonction 82, 84 de chaque côte du large lobe 28 du sommet et s'etendant jusqu'au niveau de la pointe du premier lobe de la série principale de chaque côté de ce lobe du sommet, et une série de dix-sept pièces embouties communes gouttiere/lobe, chacune entre une paire de points de Jonction 84 adjacents au niveau des pointes des lobes, pour la série principale de lobe, neuf d'entre elles étant profondes et assemblées vers l'arrière au niveau des bords arrières 36 du diffuseur et huit étant peu profondes et assemblees vers l'avant au niveau des bords arrieres 34 D'autres dispositions de fabrication peuvent être employées. Par exemple, 11 est possible de modifier la disposition décrite en divisant encore la circonférence en une importante série de pièces embouties plus petites de telle façon qu'il y a egalement des points de jonction le 26 1 9858 long des cotes des gouttieres entre les lobes, et/ou en prevoyant des parties avant et arrière séparées pour chacune des pièces embouties de telle sorte que des sous-ensembles avant et arrière sont créés et assemblés les uns aux autres par une soudure périphérique. Bien entendu, il est egalement possible de fabriquer des ensembles lobes autres que ceux illustrés. Quelle que soit la disposition qui est utilisee, Il est Important de s'assurer qu'un bon ajustement est obtenu au niveau de l'interface entre le diffuseur et les rebords de la bague de liaison afin d'y contrôler les charges de serrage RE VENII)C AT IONS I - Moteur de turbine à gaz à double flux, comportant une sortie d'évacuation des gaz chauds, dans lequel se trouve un diffuseur- melangeur (20) interne pour melanger les flux de gaz sortant des conduits (16) de la turbine et du conduit (30) complémentaire entourant les conduits de la turbine, les conduits de la turbine et le conduit complémentaire étant séparés par une frontière (6) de section transversale essentiellement annulaire, le diffuseur-melangeur (20) ayant une configuration lobée afin de favoriser le mélange des flux de gaz et permettant, sur toute sa longueur, une transition progressive depuis ladite frontière annulaire jusqu'à ladite configuration lobée, le melangeur-diffuseur comprenant un corps principal (40) de diffusion formé par une peau d'un seul tenant avyec la configuration lobée se prolongeant le long du corps de diffusion et se creusant dans la direction arrière, caractérisé en çe que les lobes (26) se prolongent tout le long de la peau d'un seul tenant blen qu'ayant une forme relativement peu profonde à leur extrémité avant, ledit corps de diffusion (40) étant monté sur la sortie de la turbine au moyen d'un élément de liaison annulaire (48) ayant des faces interne et externe espacées radialement auxquelles le corps (40) de diffusion est assujetti au niveau de son extrémité avant à travers des zones (44, 46) interne et externe respectivement des lobes (26), des moyens de capotage (66, 68) étant prévus entre ledit élémrent de liaislon (48) et le corps (40) de diffusion pour assurer une transition entre ladite frontiere annulaire au niveau de. l'extrémité d'entrée du diffuseur et la forme lobée dudit corps (40) de diffusion plus à l'aval. 2- [loteur selon la revendication!, caractérisé en ce que l'élément de liaison (48) comprend un canal dont les rebords annulaires (62, 64) assurent respectivement ledites faces interne et externe. 3- Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au niveau de ladite extrémitéYavant, la forme de la section transversale des lobes aboutit a des surfaces (44, 46) radlalement Interne et externe s'ajustant aux rayons desdits rebords (62, 64) Interne et externe dudit élément de liaison annulaire (48) et grâce auquel le corps (40) de diffusion est fixé à l'élément de liaison. 4- Moteur selon l'une quelconque des revendications I a 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de capotage (66, 68) comprennent des éléments faisant saillie sur les faces Interne et externe de l'élément de liaison. 5- Moteur selon la revendication 4, caracterise en ce que des revêtements en métal dur sont prévus sur les surfaces des moyens de capotage (66, 68) à l'arrière des faces interne et externe de l'élément de liaison en contact avec les surfaces adjacentes du diffuseur. 6- Moteur selon l'une quelconque des revendications precedentes, caractérisé en ce que les lobes (26) du diffuseur sont munis individuellement d'éléments de capotage (66, 68) séparés. 7- Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'a lnterieur du diffuseur, au moins quelques uns des elements de capotage se recouvrent les uns les autres. 8- Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins une desdites faces interne ou externe de l'élément de liaison est recouvert par une portion plus a larriere de ladite frontiere (6) et les éléments de capotage sont séparés les uns des autres sur cette face. 9- Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes. caracterisé en ce que le corps (40) de diffusion est constitué de pieces en feuille metaliîque embouties et soudees ensemble avec des points de jonction (82, 84) qui se prolongent le long du diffuseur au niveau ou à côté du diamètre extérieur de ses lobes (26). - Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracterise en ce que le corps (40) de diffusion est constitue de pieces en feuilles métalliques embouties et soudées ensemble au niveau d'un point de jonction périphérique à ml-longueur du diffuseur.