Brevet FR2835019A1 — publié le 20030725

l ' isolation th erm iq u e est con stituée par u n matelas fibreux. Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des diffuseurs pour moteurs à turbine à gaz du type terrestre ou aéronautique. El le vise plus particulièrement des diffuseurs placés entre la turUine et le carter d'échappement d'un moteur à turUine à gaz. Les turbines à gaz terrestres ou aéronautiques ont pour fonction de délivrer une puissance suffisamment élevée pour entraner soit un alternateur (dans le cas de turUines terrestres) soit un compresseur (dans le cas de turUines aéronautiques). Pour ce faire, une turUine à gaz prélève et transforme en énergie mécanique une partie de l'énergie des gaz comprimés et chaubs issus d'une chambre de combustion du moteur équipée de cette turbine. Une turbine se compose généralement de plusieurs étages, chaque étage comportant un distributeur et une roue mobile placée derrière le distributeur et destinée à accélérer l'écoulement des gaz. Les gaz issus du dernier étage de la turUine alimentent ensuite un carter d'échappement. Le carter d'échappement placé immédiatement en aval de la turbine est constitué d'un diffuseur et de bras de carter qui ont essentiellement pour fonction de redresser l'écoulement gazeux dans le cas d'une sortie de turbine non axiale et de réaliser un passage d'air de refroidissement pour les parties internes du moteur. Le diffuseur permet de diminuer la vitesse et d'augmenter la pression des gaz issus du dernier étage de ia turUine. A cet effet, le diffuseur se compose généralement de parois formant un passage pour les gaz qui est divergent dans le sens d'écoulement des gaz comme l'illustre le brevet US 2,594,042. Il est connu qu'un carter d'échappement subit des pertes de pression qui sont typiquement proportionnelles au carré de la vitesse des gaz au niveau du bord d'attaque des bras de carter. A titre d'exemple, pour une turUine terrestre, les gaz atteignent une vitesse voisine de 0,6 Mach à la sortie de la roue mobile du dernier étage de la turbine. Le diffuseur permet d'abaisser cette vitesse à environ 0,45 Mach au niveau du bord d'attaque des bras de carter, ce qui conduit à des pertes de pression de l'ordre de 5%. Une vitesse des gaz de l'ordre de 0,45 Mach reste toutefois une valeur élevée. En effet, la pente des parois composant le diffuseur ne doit pas dépasser une certaine valeur car il existe un risque d'épaississement de couches limites sur ses parois. Ces couches limites épaisses correspondent à des zones de décollement ou décrochement qui affectent le rendement du diffuseur. Ainsi, dans le cas de décollement sur les parois du diffuseur, la section aérodynamique à l'aval de celui-ci est beaucoup plus faible que la section géométrique ce qui empéche le diffuseur d'assurer sa fonction de diffusion. Par ailleurs, I'optimisation de la turUine en termes de coût, de masse et de performances conduit généralement à des charges par étage élevées qui se traduisent par une vitesse de plus en plus importante des gaz à la sortie du dernier étage de la turbine. Objet et résumé de l'invention La présente invention vise donc à pallier de tels inconvénients en proposant un diffuseur pour turbine à gaz dans lequel les pertes de pression sont sensiblement rébuites. A cet effet, il est prévu un diffuseur pour moteur à turbine à gaz, le diffuseur étant disposé entre un dernier étage d'une turUine et un carter d'échappement et comprenant une paroi annulaire externe et une paroi annulaire interne formant un passage annulaire de fluide divergent dans le sens d'écoulement du fluide, caractérisé en ce qu'au moins l'une des parois annulaires comporte une pluraiité d'orifices s'ouvrant dans ie passage annulaire et déLouchant vers des moyens d'évacuation d'une partie du fiuide de façon à diminuer la vitesse d'écoulement du fluide dans le passage annulaire. De la sorte, les orifices pratiqués dans au moins une des parois annulaires du diffuseur évacuent une partie du fluide traversant le passage annulaire ce qui permet de diminuer la vitesse d'écoulement du fluide dans le passage annulaire et donc de minimiser les pertes de pression. Tout risque d'épaississement de couches limites sur les parois du diffuseur et de décollement est par ailleurs éliminé. De préférence, la pluralité d'orifices débouche dans au moins un caisson de collecte du fluide à évacuer. Le ou les caissons sont par ailleurs reliés à au moins un canal d'évacuation du fluide. Avantageusement, le diffuseur comporte en outre des moyens d'aspiration de la partie de fluide , a evacuer. Les orifices pratiqués dans au moins une des parois annulaires peuvent étre des trous ou des fentes circulaires sensiblement perpendiculaires à la paroi ou des trous ou des fentes circulaires sensiblement inclinées dans le sens d'écoulement du fluide par rapport à la paroi. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un diffuseur selon la présente invention; et - la figure la est une vue partielle d'un second mode de réalisation d'un diffuseur selon l'invention; et - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un diffuseur selon l'invention appliqué à un moteur à turbine à gaz aéronautique à double flux. Description détaillée d'un mode de réalisation Sur la figure 1, on voit que le diffuseur 10 est disposé immédiatement en aval d'une roue mobile 12 d'un dernier étage d'une turbine à gaz dans le sens d'écoulement (indiqué par la flèche F) d'un fluide gazeux issu de cette turbine. Un bras de carter 14 ayant notamment pour fonction de redresser l'écoulement gazeux est monté en aval du diffuseur 10. Le diffuseur 10 comporte une paroi annulaire externe 16a et une paroi annulaire interne 16b de façon à former un passage annulaire 18 pour les gaz issus de la turbine. Les parois 16a, 16b sont arrangées de sorte que le passage annulaire 18 soit divergent dans le sens d'écoulement gazeux F de fason à diminuer la vitesse d'écoulement et d'augmenter la pression des gaz le traversant. La paroi externe 16a est divergente tandis que la paroi interne 16b est sensiblement parallèle à un axe (non représenté) du moteur équipé de ce diffuseur. On peut aussi envisager que la paroi interne 16b soit divergente et la paroi externe 16a parallèle à cet axe du moteur. Selon l'invention, le diffuseur 10 présente, au niveau de sa paroi annulaire externe 16a et/ou de sa paroi interne 16b, une pluralité d'orifices 20 s'ouvrant dans le passage annulaire 18 et débouchant vers des moyens d'évacuation d'une partie des gaz traversant ce passage annulaire. Sur la figure 1, seule la paroi externe 16a est équipée d'orifices 20. Les orifices 20 représentés sont des trous sensiblement inclinés dans le sens d'écoulement F des gaz par rapport à la paroi externe 16a. On peut aussi envisager que les orifices 20 soient des trous sensiblement perpendiculaires à la paroi externe 16a. Selon une seconde variante illustrée par la figure la, les orifices peuvent être formés de plusieurs fentes circulaires s'étendant selon un secteur angulaire de la paroi externe 16a. Ces fentes peuvent également être sensiblement perpendiculaires ou sensiblement inclinées dans le sens d'écoulement F des gaz par rapport à la paroi externe 16a. Selon encore une autre variante non représentée, les orifices 20 peuvent être composés d'une ou de plusieurs fentes de type " écope " dont les parois amont et aval sont décalées radialement. Ce type de fentes à chanfrein permet de réaliser un meilleur guidage des gaz dirigés vers les moyens d'évacuation. Avantageusement, la pluralité d'orifices 20 débouche dans au moins un caisson 22 de collecte des gaz à évacuer. Il peut être prévu un unique caisson annulaire 22 de collecte des gaz à évacuer pour tous les orifices 20 ou bien un caisson, par exemple de forme cylindrique, par orifice 20 (ou pour plusieurs orifices) de fason à assurer une meilleure homogénéité du débit des gaz à évacuer. Le ou les caissons 22 de collecte de gaz sont de préférence reliés à au moins un canal d'évacuation 24 des gaz. Un seul ou plusieurs canaux d'évacuation 24 peuvent être prévus par caisson 22. Dans le cas o c'est la paroi interne 16b du diffuseur qui est munie d'orifices 20, le ou les canaux 24 peuvent par exemple passer par le bras de carter 14 pour évacuer les gaz vers l'extérieur du diffuseur. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le d iffuseu r com porte en outre des moyens d'aspi ration 26 de la pa rtie des gaz à évacuer. Ces moyens d'aspiration 26 peuvent être composés d'une vanne de pilotage, d'une pompe, d'un compresseur ou de tout autre système permettant d'aspirer un-débit voulu de gaz. Ainsi, il est possible de commander et de contr81er un déUit déterminé de gaz à évacuer. Toutefois, si un tel contrôle du déhit des gaz à évacuer ne s'avère pas nécessaire, les gaz traversant les orifices 20 pratiqués dans la paroi externe 16a et/ou la paroi interne 16b peuvent déLoucher directement à l'extérieur du diffuseur sans passer par des caissons et des canaux d'évacuation. En effet, dans ce cas, la seule différence de pression des gaz entre le passage annulaire 18 et l'extérieur du diffuseur permet tout de même d'aspirer les gaz au travers des orifices 20. La figure 2 représente un diffuseur selon l'invention appliqué à un moteur à turbine à gaz aéronautique à double flux. Le diffuseur 10 est disposé immédiatement en aval d'une roue mobile 12 d'un dernier étage d'une turbine à gaz. Les parois externe 16a et interne 16b de ce diffuseur définissent un premier passage annulaire divergent 18 pour les gaz issus de la turUine. Ce premier passage 18 est communément appelé " flux chaud ". Une paroi supplémentaire 16c disposée coaxialement aux parois 16a, 16b du diffuseur permet de définir un second passage annulaire 28 pour l'air aspiré par la soufflante (non représentée) du moteur. Ce second passage 28 est désigné comme étant le " flux froid ". Selon l'invention, la paroi externe 16a présente une pluralité d'orifices 20 s'ouvrant dans le premier passage annulaire 18 et débouchant directement dans le second passage 28 du flux froid afin d'évacuer une partie des gaz. Alternativement, la paroi interne 16b du diffuseur 10 peut être munie d'orifices d'évacuation des gaz, ces orifices dédouchant soit directement à l'extérieur du diffuseur, soit dans au moins un caisson de collecte reiié à au moins un canal d'évacuation des gaz. Les orifices 20 pourraient également déLoucher dans au moins un caisson de collecte relié à au moins un canal d'évacuation des gaz. Dans ce cas, les canaux d'évacuation peuvent par exemple passer par un bras de carter 30 monté dans le second passage annulaire 28. REVENDICATIONS 1. Diffuseur (10) pour moteur à turbine à gaz, ledit diffuseur étant disposé entre un dernier étage d'une turUine et un carter d'échappement et comprenant une paroi annulaire externe (16a) et une paroi annulaire interne (16b) formant un passage annulaire (18) de fluide divergent dans le sens d'écoulement (F) dudit fluide, caractérisé en ce qu'au moins l'une des parois annulaires (16a, 16b) comporte une pluralité d'orifices (20) s'ouvrant dans ledit passage annulaire et débouchant vers des moyens d'évacuation d'une partie dudit fluide de façon à diminuer!a vitesse d'écoulement dudit fluide dans ledit passage annulaire. 2. Diffuseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pluralité d'orifices (20) débouche dans au moins un caisson (22) de collecte de la partie de fluide à évacuer. 3. Diffuseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pluralité d'orifices (20) débouche dans un unique caisson annulaire (22) de collecte de la partie de fluide à évacuer. 4. Diffuseur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'au moins un caisson (22) est relié à au moins un canal d'évacuation (24) de fluide. 5. Diffuseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'aspiration (26) de la partie de fluide à évacuer. 6. Diffuseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce lesdits orifices (20) sont des trous sensiblement perpendiculaires à ladite paroi annulaire. 7. Diffuseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce lesdits orifices (20) sont des trous sensiblement inclinés dans le sens d'écoulement (F) dudit fluide par rapport à ladite paroi annulaire. 8. Diffuseur seion l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce lesdits orifices (20) sont des fentes circulaires sensiblement perpendiculaires à ladite paroi annulaire. 9. Diffuseur selon l'une quelconque des revendications à 5, caractérisé en ce lesUits orifices (20) sont fentes circulaires sensiblement inclinées dans le sens d'écoulement (F) dudit fluide par rapport à ladite paroi annulaire. 10. Diffuseur selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que lesdits orifices (20) sont des fentes chanfreinées afin d 'a mé l iorer le g u idage de la pa rtie de fl uide à évacuer vers lesU its moyens d'évacuation. 11. Diffuseur selon ia revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'évacuation sont constitués par un second passage annulaire (28) définissant un flux froid coaxial audit passage annulaire (18) définissant un flux chaud d'un moteur à turUine à gaz.