Brevet FR2908827A1 — publié le 20080523

CONE D'ENTREE POUR TURBOMACHINE La présente invention concerne un cône d'entrée pour turbomachine, telle en particulier qu'un turboréacteur d'avion. Un turboréacteur comprend à son extrémité amont une entrée d'air destinée à alimenter une soufflante et un compresseur comprenant des aubes portées par des disques solidarisés à un arbre entraîné en rotation par l'intermédiaire de la turbine du turboréacteur. Le flux d'air entrant dans le turboréacteur est dévié par un cône d'entrée à travers les aubes de la soufflante, puis est séparé en un flux primaire passant à travers le compresseur alimentant la chambre de combustion du turboréacteur et un flux secondaire qui s'écoule autour du compresseur. Dans la technique actuelle, l'arbre entraîné par la turbine porte à son extrémité amont un disque sur lequel sont fixées les aubes de soufflante. Le cône d'entrée est fixé sur le disque de soufflante par des vis insérées dans des logements longitudinaux régulièrement espacés sur le pourtour du cône. Ces logements restent apparents et sont la source de turbulences locales induisant des hétérogénéités dans le flux d'air en entrée de la soufflante et en particulier sur les pieds des aubes de soufflante. Dans le cas de moteurs de petit diamètre (typiquement inférieur à 1 m environ), le cône présente un angle au sommet plus faible pour limiter l'accrochage du givre ce qui conduit à réaliser des logements plus profonds, lesquels induisent des perturbations d'autant plus importantes dans l'écoulement du 2,5 flux d'air. La forme du cône est également destinée à éviter l'entrée d'objets solides (tels que la grêle) dans le compresseur en les orientant dans le flux secondaire. La présente invention a pour objet un cône d'entrée pour turbomachine, qui évite les inconvénients précités de la technique 30 antérieure de façon simple, efficace et économique. Elle propose à cet effet un cône d'entrée de turbomachine, fixé par 2908827 2 des vis sur un disque de soufflante ou sur une pièce de liaison au disque de soufflante, caractérisé en ce qu'il comprend au voisinage de son extrémité aval une gorge annulaire dont le fond comporte des orifices de passage des vis de fixation, et des moyens d'obturation de la gorge, ces 5 moyens ayant une surface externe alignée avec celle du cône. Le flux d'air entrant dans la turbomachine est ainsi dévié vers les aubes de soufflante par un cône dont la surface externe est sensiblement lisse et ne présente pas d'obstacle à l'écoulement du flux. Les turbulences induites localement par des orifices apparents sont supprimées et 10 l'écoulement autour du cône est plus uniforme. En outre, l'utilisation d'une gorge annulaire en remplacement des logements individuels des vis permet de simplifier la fabrication du cône. Selon une autre caractéristique de l'invention, la gorge annulaire comprend deux surfaces cylindriques radialement interne et radialement 15 externe centrées sur l'axe du cône et une surface de fond radiale comportant les orifices de passage des vis de fixation. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens d'obturation de la gorge comprennent un anneau à surface externe tronconique raccordé à son extrémité aval à une surface cylindrique filetée, 20 qui permet la fixation de l'anneau par vissage dans la gorge, sa surface cylindrique filetée se vissant sur un filetage de la surface cylindrique radialement externe de la gorge. Selon une autre caractéristique de l'invention, la surface externe de l'anneau d'obturation comporte des cavités borgnes destinées à coopérer avec des doigts d'un outil de vissage. Cet outil facilite la fixation de l'anneau dans la gorge et son démontage en réalisant une seule et simple opération de vissage ou de dévissage. Avantageusement, le filetage de la surface cylindrique de l'anneau est formé dans un sens inverse au sens de rotation de la soufflante, ce qui permet d'éviter un desserrage de l'anneau dans la gorge par inertie lors du fonctionnement de la turbomachine. 2908827 3 Des masses d'équilibrage constituées par des vis sont montées dans des logements radiaux de la surface cylindrique interne de la gorge, pour compenser le balourd du cône en rotation. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le cône est fixé 5 sur le disque de soufflante (16) avec une pièce intermédiaire de rétention axiale des aubes de soufflante. Cette pièce de rétention est destinée à contenir la poussée axiale induite par les aubes de la soufflante. Selon un autre mode de réalisation, le cône est formé d'un seul tenant à son extrémité aval avec une pièce de rétention axiale des aubes 10 de soufflante. Avantageusement, la pièce de rétention comporte une denture de crabot coopérant avec une denture de crabot correspondante formée sur un support solidaire du disque de soufflante ce qui permet d'appliquer la poussée axiale induite par les aubes de la soufflante sur les surfaces des 15 dentures en contact et non pas sur les vis de fixation. Le cône selon l'invention est réalisé en métal ou en plastique et comporte éventuellement des moyens de dégivrage. Le cône selon l'invention peut également comprendre un revêtement anti-érosion et/ou un revêtement évitant l'adhérence du givre sur sa surface 20 externe. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion caractérisé en ce qu'elle comprend un cône d'entrée du type décrit ci-dessus. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à 25 la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une demie-vue schématique en coupe axiale d'un cône selon l'invention ; La figure 2 est une vue schématique en perspective du cône 30 selon l'invention, montrant la gorge annulaire ; La figure 3 est une vue schématique en perspective du cône 2908827 4 d'entrée selon l'invention comportant un anneau d'obturation ; La figure 4 est une vue identique à celle de la figure 3 représentant également un outil de vissage de l'anneau d'obturation de la gorge annulaire. 5 On se réfère d'abord à la figure 1 qui est une demi-vue schématique en coupe d'un cône 10 selon l'invention, selon un plan passant par l'axe 12 de rotation de la turbine, cet axe étant défini par un arbre 14, entraîné en rotation par une turbine montée en aval, cet arbre 14 portant à son extrémité amont un disque de soufflante 16 sur lequel sont fixées une 10 pluralité d'aubes de soufflante 18. Les aubes de soufflante 18 sont entourées extérieurement par une nacelle (non représentée) qui permet de canaliser le flux d'air entrant dans le turboréacteur. Un cône d'entrée 10 est monté à l'extrémité amont de l'arbre 14 afin 15 de dévier le flux d'air entrant vers les aubes de soufflante 18 ainsi que des corps solides, tels que des grêlons par exemple, à l'extérieur de l'entrée du compresseur de la turbomachine, ce cône formant également un capotage de l'enceinte se trouvant sous le disque 16. Dans la technique actuelle, les cônes d'entrée sont fixés en bout 20 d'arbre grâce à des vis insérées dans des logements de forme cylindrique régulièrement espacés sur la circonférence du cône et orientés parallèlement à l'axe 10. Selon l'invention, le cône 10 comprend au voisinage de son extrémité aval, une gorge annulaire 20 formée de deux surfaces 25 cylindriques, l'une radialement interne 22 et l'autre radialement externe 24, centrées sur l'axe 12 du cône. Le fond de la gorge annulaire 20 est formé d'une surface radiale 42 comprenant des orifices 44 de passage de vis 46 qui servent à fixer le cône sur le disque de soufflante 16. Lorsque la turbomachine est en 30 fonctionnement, les aubes de soufflante induisent une poussée axiale (selon l'axe 10) qu'il est nécessaire de contenir. Pour cela une pièce de 2908827 5 rétention 48 est prévue pour s'appuyer dans sa partie aval sur les pieds des aubes de soufflante 50 et pour se fixer dans sa partie amont sur le disque 16 au moyen des vis de fixation du cône. Cette pièce de rétention 48 comporte une denture de crabot 52 coopérant avec une denture de 5 crabot 54 correspondante formée sur le disque de soufflante. Lorsque les dentures 52, 54 sont en appui axial l'une sur l'autre, la poussée axiale des aubes de soufflante est supportée par l'ensemble des surfaces des dentures en contact, ce qui évite d'appliquer cette poussée aux vis de fixation 46. 10 Dans sa partie aval et après la gorge, le cône se prolonge de façon à recouvrir la pièce de rétention axiale et s'étend jusqu'à la plateforme 56 des aubes de soufflante. Afin d'optimiser l'écoulement d'air en entrée de la soufflante, des moyens d'obturation ayant une surface externe alignée avec celle du cône 15 sont montés dans la gorge annulaire de sorte que les perturbations dans le flux d'air qui pourraient être induites par la gorge annulaire sont ainsi supprimées. Dans l'exemple de réalisation représenté aux dessins, les moyens d'obturation de la gorge annulaire comprennent un anneau 26 dont la 20 surface externe est tronconique. Cet anneau est raccordé à son extrémité aval à une surface cylindrique filetée 28, destinée à coopérer avec une surface cylindrique filetée 30 formée sur la surface cylindrique radialement externe 24 de la gorge. L'obturation de la gorge est ainsi réalisée par vissage de l'anneau dans la gorge. Cette manipulation peut-être facilitée 25 par la présence de cavités borgnes 32 orientées parallèlement à l'axe 10 et destinées à recevoir les doigts 34 d'un outil de vissage 36 représenté en figure 4. Le filetage de l'anneau d'obturation 26 est formé dans un sens inverse au sens de rotation des aubes de la soufflante, ce qui permet 30 d'éviter un desserrage de l'anneau par inertie lors du fonctionnement de la turbomachine. 2908827 6 Des moyens d'équilibrage sont prévus pour compenser le balourd du cône en rotation lors du fonctionnement de la turbomachine. Pour cela, des logements cylindriques 38 sont percés radialement dans la surface cylindrique interne 22 de la gorge annulaire et des masses d'équilibrage 40 5 y sont introduites. Ces masses d'équilibrages 40 peuvent être des vis par exemple. Le vissage de l'anneau dans la gorge permet l'obturation simultanée des vis de fixation et des masses d'équilibrage. Dans une variante de réalisation de l'invention, la pièce de rétention et le cône sont réalisés en une seule pièce. 10 Le cône peut être réalisé en métal ou bien en plastique. Dans le cas notamment d'un cône en métal, des moyens de dégivrage peuvent être prévus à l'intérieur du cône. Le cône peut également comprendre un revêtement anti-érosion lequel peut-être combiné à un revêtement évitant l'adhérence du givre. 15 L'invention est applicable de façon générale à tous les types de moteurs d'avion et en particulier mais non exclusivement aux moteurs d'avion dont le cône présente un angle au sommet faible ce qui est le cas des moteurs de petit diamètre. 2,0 REVENDICATIONS 1. Cône d'entrée de turbomachine (10), fixé par des vis (46) sur un disque de soufflante (16) ou sur une pièce de liaison au disque de soufflante, caractérisé en ce qu'il comprend au voisinage de son extrémité aval une gorge annulaire (20) dont le fond comporte des orifices de passage (44) des vis de fixation, et des moyens d'obturation (26) de la gorge, ces moyens ayant une surface externe alignée avec celle du cône. 2. Cône selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gorge annulaire (20) comprend deux surfaces cylindriques radialement interne (22) et radialement externe (24) centrées sur l'axe du cône et une surface de fond radiale (42) comportant les orifices de passage des vis de fixation. 3. Cône selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'obturation de la gorge comprennent un anneau (26) à surface externe tronconique raccordé à son extrémité aval à une surface cylindrique filetée (28). 4. Cône selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'anneau (26) est fixé par vissage dans la gorge (20), sa surface cylindrique filetée se vissant sur un filetage (30) de la surface cylindrique radialement externe (24) de la gorge. 5. Cône selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le filetage (28) de la surface cylindrique de l'anneau est formé dans un sens inverse au sens de rotation de la soufflante. 6. Cône selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la surface externe de l'anneau d'obturation comporte des cavités borgnes (32) destinées à coopérer avec des doigts (34) d'un outil de vissage (36). 7 2908827 8 7. Cône selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que des masses d'équilibrage (40) sont montées dans des logements (38) radiaux de la surface cylindrique interne (22) de la gorge. 8. Cône selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 5 qu'il est fixé sur le disque de soufflante (16) avec une pièce intermédiaire de rétention axiale (48) des aubes de soufflante (18). 9. Cône selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est formé d'un seul tenant à son extrémité aval avec une pièce (48) de rétention axiale des aubes de soufflante (18). 10 10. Cône selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la pièce de rétention (48) comporte une denture de crabot (52) coopérant avec une denture de crabot (54) correspondante formée sur un support solidaire du disque de soufflante. 11. Cône selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 15 qu'il est réalisé en métal ou en plastique. 12. Cône selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un revêtement anti-érosion et/ou un revêtement évitant l'adhérence du givre sur sa surface externe. 13.Turbomachine, telle qu'un turboréacteur d'avion caractérisée en ce 20 qu'elle comprend un cône d'entrée selon l'une des revendications précédentes.