Brevet FR2907166A1 — publié le 20080418

AGENCEMENT DE PRELEVEMENT DE GAZ SUR UN CARTER DE TURBOMACHINE, CARTER LE COMPORTANT, ET MOTEUR D'AERONEF EN ETANT MUNI DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine technique du prélèvement de gaz dans un 10 écoulement de gaz d'une turbomachine, le gaz pouvant notamment être de l'air. Selon une application particulière, la turbomachine est un moteur d'aéronef. La présente invention vise un agencement de 15 prélèvement de gaz sur un carter d'une turbomachine. Elle vise aussi un carter comportant un tel agencement de prélèvement. Elle vise enfin un moteur d'aéronef muni d'au moins un tel agencement de prélèvement. 20 Dans tout ce qui suit, le terme axial se rapporte à une direction axiale selon un axe longitudinal de la turbomachine. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE 25 Il est connu de prélever un gaz dans une partie d'une turbomachine, pour le réutiliser dans une autre partie de la turbomachine ou dans des circuits extérieurs à la turbomachine. En particulier, lorsque la turbomachine est un moteur d'aéronef, il est connu 2907166 2 de prélever de l'air, par exemple dans le compresseur, pour le conduire vers un circuit d'un utilisateur. Pour d'autres applications, telles que la pressurisation de l'air cabine ou le contrôle thermique du carter de 5 contrôle de jeu de la turbine HP, de l'air peut être prélevé au niveau de la chambre de combustion. De manière connue, lorsque le gaz à prélever s'écoule à l'intérieur d'un carter, le prélèvement de gaz est réalisé au moyen de bouches de 10 prélèvement ménagées à travers la paroi du carter et s'ouvrant dans l'intérieur du carter. Autour de chacune de ces bouches de prélèvement, la paroi du carter présente généralement une épaisseur accrue, encore appelée bossage. Ainsi, chaque bouche de prélèvement se présente sous la forme d'un trou cylindrique traversant la paroi de carter, dans lequel est fixé une extrémité d'un tube de prélèvement qui sert à conduire le gaz prélevé vers une zone où il sera utilisé. De manière habituelle, pour un débit donné de gaz à prélever, les agencements de prélèvement de gaz classiques consistent en quatre bouches de prélèvement réparties sur la périphérie du carter, pour une section transversale donnée de celui-ci. En 25 particulier, la répartition circonférentielle des bouches de prélèvement sur la paroi du carter est régulière, de sorte que la distance angulaire entre deux bouches de prélèvement successives est sensiblement de 90 . 30 Un tel agencement des bouches de prélèvement présente des inconvénients. En effet, la 15 20 2907166 3 présence des bossages provoque généralement une déformation du carter dans lequel est prélevé le gaz, principalement due aux hétérogéneités de rigidité sur la circonférence du carter. Cette déformation se 5 traduit par une vilisation du carter. Il se déforme en plusieurs lobes, autant de lobes que de bossages pour une répartition régulière. Lorsque les bouches de prélèvement sont disposées sur une section voisine de la liaison entre la chambre de combustion et le compresseur, la déformation du carter de chambre provoque une déformation du carter de compresseur. Par voie de conséquence, il se produit une dégradation du contrôle de jeu du compresseur, et une moindre performance de la turbomachine. Il est donc nécessaire d'optimiser le nombre des bouches de prélèvement et leur position sur le carter, pour un débit donné de gaz à prélever, afin de minimiser le phénomène de déformation du carter. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objet de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Selon un premier aspect, l'invention se rapporte à un agencement de prélèvement de gaz sur un carter d'une turbomachine, du type comportant au moins une bouche de prélèvement découpée dans une paroi dudit carter. Selon l'invention, l'agencement de 30 prélèvement de gaz consiste en deux bouches de 2907166 4 prélèvement disposées sur une section transversale dudit carter. De préférence, les deux bouches de prélèvement sont disposées en étant diamétralement 5 opposées sur une section transversale dudit carter. Selon un deuxième aspect, l'invention se rapporte à un carter de turbomachine comportant un agencement de prélèvement de gaz selon le premier aspect. En particulier, il s'agit d'un carter de 10 chambre de combustion. Selon un troisième aspect, l'invention se rapporte à un moteur d'aéronef comportant un agencement de prélèvement de gaz selon le premier aspect. 15 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux 20 dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, en coupe axiale, une chambre de combustion d'une turbomachine, et montre plus particulièrement une localisation d'une bouche de prélèvement à la surface du carter de chambre ; 25 - la figure 2, est une représentation schématique d'un carter de compresseur en coupe transversale, montrant un agencement de bouches de prélèvement conformément à la technique antérieure ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un carter de chambre de combustion conforme à l'art antérieur ; 2907166 5 - la figure 4 est une représentation schématique d'un carter de compresseur en coupe transversale, montrant un agencement de bouches de prélèvement conformément à l'invention. 5 - la figure 5 est une vue en perspective d'un carter de chambre de combustion conforme à la présente invention ; - la figure 6 est une vue schématique représentant la déformée d'un carter conforme à l'art 10 antérieur ; - la figure 7 est une vue schématique représentant la déformée d'un carter conforme à la présente invention. 15 EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PARTICULIER Sur la figure 1 est représenté, en coupe axiale, une portion d'un carter 10 d'une chambre de combustion d'une turbomachine. A la surface du carter 10 est réalisée une bouche de prélèvement 12 sur 20 laquelle est fixé un tube de prélèvement 14. La fixation du tube de prélèvement 14 sur la bouche de prélèvement 12 se fait par des moyens de vissage 16. Elle garantit une étanchéité de la liaison entre ces deux pièces. La bouche de prélèvement 12 est disposée à 25 proximité d'une bride de fixation 18 pour la fixation du carter 10 de la chambre de combustion avec un carter 20 d'un compresseur voisin. Sur la figure 2 est représentée schématiquement un agencement de prélèvement conforme à 30 la technique antérieure. La figure 2 montre une section transversale d'un carter de compresseur 10 d'axe 11 sur 2907166 6 laquelle sont disposées quatre bouches de prélèvement de gaz 12, lorsque la turbomachine n'est pas en fonctionnement. La répartition des quatre bouches de prélèvement 12 est régulière, de sorte que ces bouches 5 de prélèvement soient séparées chacune de la bouche de prélèvement voisine d'un écart angulaire de 90 . On a représenté sur la figure 3 une vue en perspective d'un carter de chambre de combustion correspondant au schéma de la figure 2. On retrouve les 10 quatre bouches de prélèvement disposées à 90 l'une de l'autre. On observera également que les bossages qui entourent les bouches de prélèvement forment une surépaisseur sur la paroi du carter. Afin de minimiser la déformation du carter 15 10 due au prélèvement de gaz dans celui-ci, des calculs analytiques et des calculs par éléments finis du carter ont été conduits, avec différents agencements de prélèvement, qui différaient les uns des autres par le nombre et la localisation des bouches de prélèvement 12 20 sur la section du carter 10. Les calculs ont été menés avec des agencements de prélèvement consistant respectivement en une bouche de prélèvement unique, deux bouches de prélèvement, trois bouches de prélèvement, et quatre 25 bouches de prélèvement. Ces calculs ont été menés sur des exemples à iso-section totale, c'est-à-dire que la somme des sections des bouches de prélèvement restait la même d'un exemple à l'autre. Pour ces calculs, les mêmes conditions limites représentatives des conditions 30 extrêmes de fonctionnement de la turbomachine ont été appliquées. En particulier, la turbomachine était un 2907166 7 turbomoteur d'aéronef, et les conditions de fonctionnement appliquées étaient les conditions limites de vol. De façon surprenante, il a été trouvé que 5 l'agencement de prélèvement optimal est celui qui comporte exactement deux bouches de prélèvement 12. Et l'agencement est encore optimisé lorsque les deux bouches de prélèvement sont disposées de manière à être sensiblement diamétralement opposées l'une de l'autre 10 sur la section du carter 10. La figure 4 montre une section transversale d'un carter de compresseur 10 d'axe 11 sur laquelle sont disposées deux bouches de prélèvement de gaz 12, lorsque la turbomachine n'est pas en fonctionnement. La 15 répartition des deux bouches de prélèvement 12 est régulière, de sorte que ces bouches de prélèvement soient séparées chacune de la bouche de prélèvement voisine d'un écart angulaire de 180 . On a représenté sur la figure 5, une vue en 20 perspective d'un carter de chambre de combustion correspondant au schéma de la figure 4. On retrouve en particulier les deux bouches de prélèvement disposées à 180 l'une de l'autre. On observe également les surépaisseurs formées par les bossages qui entourent 25 ces bouches. On a représenté sur la figure 6 un schéma de la déformation d'un carter de chambre de combustion correspondant aux figures 2 et 3 lorsque la turbomachine est en fonctionnement et que le 30 prélèvement de gaz est en cours. La carter est déformé de la manière indiquée par la référence numérique 30. 2907166 8 Comme on peut le voir, cette déformée présente quatre lobes 32 disposés entre les quatre bouches 12. On a désigné par dl la distance du sommet d'un lobe au cercle représentant la forme du carter au repos et par 5 d2 la distance entre les bouches 12 et le même cercle représentant la forme du carter au repos. La différence d2-dl est la déformée relative. On a représenté sur la figure 7 un schéma de la déformation d'un carter de chambre de combustion 10 correspondant aux figures 4 et 5 lorsque la turbomachine est en fonctionnement et que le prélèvement de gaz est en cours. Le carter est déformé de la manière indiquée par la référence numérique 40. Comme on peut le voir, cette déformée présente deux 15 lobes 42 disposé symétriquement entre les deux bouches 12. On a désigné par dl la distance du sommet d'un lobe au cercle représentant la forme du carter au repos et par d2 la distance entre les bouche 12 et le même cercle représentant la forme du carter au repos. La 20 différence d2-dl est la déformée relative. En comparant la déformée 40 du carter 10 doté d'un agencement de prélèvement selon l'invention (figure 7) et la déformée 30 du carter 10 doté d'un agencement de prélèvement conforme à la technique 25 antérieure (figure 6), il est constaté que l'amplitude de la déformée radiale 40 du carter 10 est moindre que l'amplitude de la déformée radiale 30 du carter 10. Il a été constaté que, contrairement à ce qui est communément cru, l'augmentation du nombre de 30 bouches n'uniformise pas la déformée 40 du carter 10. 2907166 9 Plus précisément, la déformée relative d2-dl est 20% plus faible avec deux bouches qu'avec quatre bouches. La solution à deux bouches optimise cette déformée. 5 REVENDICATIONS 1. Agencement de prélèvement de gaz sur un carter (10) d'une turbomachine, du type comportant au moins une bouche de prélèvement (12) découpée dans une paroi dudit carter (10), caractérisé en ce qu'il consiste en deux bouches de prélèvement (12) disposées sur une section transversale dudit carter (10). 2. Agencement de prélèvement de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux bouches de prélèvement (12) sont disposées en étant diamétralement opposées sur une section transversale dudit carter (10). 3. Carter de turbomachine (10), caractérisé en ce qu'il comporte un agencement de prélèvement de gaz selon la revendication 1 ou 2. 4. Carter de turbomachine (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un carter de chambre de combustion. 25 5. Moteur d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un agencement de prélèvement de gaz selon la revendication 1 ou 2.20