Brevet FR2945589A1 — publié le 20101119

DIFFUSEUR La présente invention concerne un diffuseur pour une turbomachine telle notamment qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'aéronef. Une turbomachine est en général constituée d'un ensemble de trois modules : un module compresseur, un module chambre de combustion et un module turbine. Le module compresseur permet de comprimer un flux d'air de l'amont vers l'aval de la turbomachine. En sortie de compresseur, le flux d'air est injecté dans la chambre de combustion par l'intermédiaire d'un diffuseur. Enfin, le flux de gaz sortant de la chambre de combustion traverse la turbine de l'amont vers l'aval de la turbomachine. La turbine comporte des roues à aubes qui transforment la pression du flux de gaz traversant la turbine en énergie mécanique permettant d'entraîner le compresseur. Le diffuseur est un élément en général monobloc, qui remplit deux fonctions distinctes : il assure, d'une part, le redressement du flux d'air comprimé provenant du compresseur et, d'autre part, la diffusion du flux d'air comprimé dans la chambre de combustion. Le redressement du flux d'air est assuré par des aubes disposées et orientées de manière à transformer la vitesse tangentielle du flux d'air comprimé en vitesse axiale. Les extrémités des aubes sont délimitées par une virole intérieure et une virole extérieure formant des cônes divergents de l'amont vers l'aval. La diffusion du flux d'air comprimé dans la chambre de combustion est assurée par la forme divergente du diffuseur. Pour simplifier la réalisation des carters diffuseurs, il est connu de réaliser d'une part un redresseur remplissant la fonction de redressement du flux et d'autre part un diffuseur remplissant la fonction de diffusion du flux d'air. Dans ce dernier cas, la fonction de redressement du flux étant reportée sur un autre élément, les aubes du diffuseur sont remplacées par des bras radiaux. Or, en fonctionnement, ces bras radiaux se dilatent et déforment les viroles intérieure et extérieure, conduisant à une dégradation rapide du diffuseur, en raison de concentrations de contraintes dans les zones de raccordement des bras radiaux aux viroles annulaires du diffuseur. En sortie de chambre de combustion, le flux de gaz est orienté par un distributeur qui à l'inverse des redresseurs, convertit la vitesse axiale du flux d'air en vitesse tangentielle afin d'entraîner les aubes de turbine. Le flux de gaz exerce sur le distributeur un effort qui se traduit par un couple mécanique de rotation transmis au diffuseur par un carter intérieur de turbine qui relie la chambre de combustion, le diffuseur et le distributeur. Ce couple de rotation peut entraîner une déformation du carter intérieur de turbine. Pour supporter ce couple, il est connu d'augmenter la rigidité du carter intérieur de turbine, ce qui présente l'inconvénient d'augmenter la masse de la turbomachine. La présente invention a pour objet un diffuseur permettant de diminuer les contraintes mécaniques engendrées par les bras radiaux en fonctionnement et de supporter les efforts engendrés par le distributeur sans augmenter la masse du carter intérieur. Pour cela, elle propose un diffuseur d'alimentation en air d'une chambre de combustion de turbomachine qui comporte des viroles annulaires intérieure et extérieure et une pluralité de bras reliant lesdites viroles annulaires, caractérisé en ce que l'axe de chaque bras forme un angle non nul avec un axe radial passant par un point du bras. Les bras inclinés du diffuseur selon l'invention ne travaillent plus seulement en traction mais aussi en flexion, d'où il résulte une souplesse en rotation qui permet de mieux absorber les différences de dilatation entre les bras et les viroles. Les zones de raccordement des bras aux viroles subissent moins de contraintes, ce qui augmente notablement leur durée de vie. Les contraintes résiduelles dans ces zones à la fabrication par fonderie sont également réduites. Enfin, l'inclinaison de ces bras par rapport à des axes radiaux ne se traduit pas par une augmentation du prix de revient du diffuseur. L'invention propose également à une turbomachine équipée d'un tel diffuseur. L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif et en référence aux figures annexées qui représentent respectivement : • la figure 1, une vue schématique en coupe axiale d'un exemple de turbomachine selon l'art antérieur, • la figure 2, une vue partielle en coupe axiale d'une turbomachine selon l'invention, • la figure 3 une vue isométrique complète et en détail d'un diffuseur selon l'invention ; et • la figure 4 une vue schématique partielle en perspective d'un ensemble diffuseur et distributeur selon l'invention. La figure 1 illustre un exemple de turbomachine intégrée dans une nacelle extérieure 201 et qui comporte d'amont en aval : une entrée d'air 208, une soufflante 202 comportant une pluralité d'aubes montées sur un premier disque de rotor, un compresseur basse pression 203 comportant au moins un rotor aubagé et un stator, un compresseur haute pression 204 comportant au moins un rotor aubagé et un stator, une chambre de combustion 205, une turbine haute pression 206 comportant au moins un rotor aubagé et un stator, une turbine basse pression 207 comportant au moins un rotor aubagé et un stator. L'axe X constitue l'axe de rotation de la turbomachine. Dans l'exemple représenté, l'air extérieur entre par l'entrée d'air 208 et traverse les aubes de soufflante 202. En sortie des aubes de soufflante, le flux d'air est séparé en deux flux, comprenant un premier flux ou flux primaire Fp, dirigé vers l'entrée du compresseur basse pression 203 et un deuxième flux ou flux secondaire Fs, dirigé vers l'arrière de la turbomachine. Le compresseur basse pression 203 comprime une première fois le flux d'air primaire Fp puis le dirige vers le compresseur haute pression 204. Ce dernier comprime une deuxième fois le flux primaire Fp pour alimenter la chambre de combustion 205. Une partie du flux primaire Fp traversant le compresseur haute pression est prélevée pour les besoins en air de la turbomachine mais également pour les besoins en air comprimé de l'aéronef. Dans la chambre de combustion 205, le flux primaire Fp est porté à très haute température. En sortie de la chambre de combustion 205, le flux de gaz chauds passe dans la turbine haute pression 206 puis dans la turbine basse pression 207 qui transforment la détente des gaz chauds en énergie mécanique. La puissance récupérée par la turbine haute pression 206 permet d'entraîner le compresseur haute pression 204 par l'intermédiaire d'un premier arbre axial. La turbine basse pression 207 entraîne en rotation le compresseur basse pression 203 et le rotor de soufflante 202 par l'intermédiaire d'un deuxième arbre axial concentrique au premier arbre. La figure 2 représente une vue partielle en coupe axiale d'une turbomachine selon l'invention, qui comporte un étage final d'un compresseur 204 qui délivre un flux d'air primaire Fp. En sortie du compresseur 204, le flux d'air primaire Fp traverse un redresseur 3 qui le dirige vers un diffuseur 1 situé en aval avec une vitesse axiale optimale. Le redresseur 3 est ici une pièce mécanique indépendante assemblée au diffuseur 1 par boulonnage. Le diffuseur 1 alimente en air sous pression la chambre de combustion 205. Le diffuseur comporte une virole externe 101 reliée à un carter extérieur 4 de la chambre de combustion 205 par l'intermédiaire d'une tôle annulaire 112, et une virole interne 102 reliée à une virole intérieure 5 de la chambre de combustion 205 et à un carter intérieur 6 de turbine par l'intermédiaire d'une tôle annulaire 111. Les viroles externe 101 et interne 102 ont un diamètre croissant de l'amont vers l'aval de la turbomachine et forment ainsi deux cônes coaxiaux divergents. Les tôles annulaires intérieure 111 et extérieure 112 du diffuseur 1 comportent à leurs extrémités respectivement des brides d'attachement 109 et 107 permettant la liaison avec les pièces adjacentes. Les brides d'attachement 109 et 107 sont raccordées respectivement à la virole intérieure 102 et à la virole extérieure 101. Le diffuseur 1 peut en outre comporter une virole annulaire intermédiaire 103 intercalée entre les viroles externe 101 et interne 102 afin de faciliter la diffusion du flux d'air primaire Fp dans la chambre de combustion. La chambre de combustion 205 est montée entre le carter extérieur 4 et un carter intérieur constitué par la tôle annulaire 111 du diffuseur 1 et le carter intérieur 6 de turbine. En sortie de la chambre de combustion 205, le flux de gaz chauds est dévié par un distributeur 2 qui convertit la vitesse axiale du flux primaire Fp en vitesse tangentielle afin d'entraîner les roues de turbine 9 situées en aval du distributeur 2. La figure 3 est une vue isométrique complète et en détail d'un diffuseur selon l'invention, qui comporte une pluralité de bras 104 répartis circonférentiellement et ayant chacun un axe longitudinal 105. Les bras 104 relient la virole extérieure 101, la virole intermédiaire 103 et la virole intérieure 102. Chaque bras 104 comporte une extrémité intérieure 120 et une extrémité extérieure 121. L'axe 105 du bras 104 forme un angle a non nul avec un axe radial R passant par un point du bras, par exemple par son extrémité 120. En fonctionnement, les bras 104 se dilatent et leur longueur augmente, créant un mouvement de rotation entre les viroles externe 101 et interne 102. Cette rotation et le couple provoqués par la dilatation des bras 104 dépendent de la valeur de l'angle a. Cet angle est compris entre 5 et 30°, 30° étant la valeur maximale permettant de réaliser le diffuseur, notamment par fonderie. La figure 4 représente une vue schématique partielle en perspective d'un ensemble diffuseur et distributeur dans lequel le distributeur 2 de la turbine est relié au diffuseur 1 par l'intermédiaire du carter intérieur de turbine 6. Le flux de gaz chauds sortant de la chambre de combustion 205 applique au distributeur 2 une force F2. Selon l'orientation des aubes 20 du distributeur 2, F2 engendre un couple de rotation dans le sens horaire ou anti-horaire. Dans l'exemple de la figure 4, qui est une vue où le diffuseur 1 est placé au premier plan, la force F2 engendre un couple C2 dans le sens horaire, faisant tourner le carter intérieur de turbine dans le sens horaire. Les bras 104 du diffuseur 1 sont inclinés par rapport à des axes radiaux de telle façon que la force FI engendrée par la dilatation thermique des bras radiaux du diffuseur engendre un couple de rotation Cl de sens anti-horaire. L'angle d'inclinaison a est choisi pour engendrer un couple Cl dans la virole intérieure 102 de sens contraire et d'une valeur proche de ou égale à celle du couple C2 engendré par le distributeur 2. Un diffuseur 1 comportant des bras 104 inclinés par rapport à des axes radiaux selon l'invention possède deux avantages : Le choix de l'orientation des bras 104 et de la valeur de l'angle a permet de compenser les efforts engendrés par le distributeur 2 relié au diffuseur sans augmenter la masse des pièces. La géométrie du diffuseur ainsi définie est compatible avec l'obtention dudit diffuseur 1 par fonderie. En effet, pour éviter une déformation des viroles intérieure 102 et extérieure 101 lors du refroidissement, il est nécessaire d'incliner les bras radiaux. REVENDICATIONS1. Diffuseur d'alimentation en air d'une chambre de combustion de turbomachine, comportant des viroles annulaires intérieure (102) et extérieure (101) et une pluralité de bras (104) reliant lesdites viroles annulaires (101, 102), caractérisé en ce que l'axe (105) de chaque bras (104) forme un angle (a) non nul avec un axe radial (R) passant par un point du bras. 2. Diffuseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle (a) est compris entre 5 et 30°. 3. Diffuseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une virole intermédiaire (103) située entre les viroles intérieure (102) et extérieure (101) et reliée aux bras (104). 4. Diffuseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est réalisé par fonderie. 5. Turbomachine comportant un diffuseur selon l'une des revendications 1 à 4 6. Turbomachine selon la revendication 5, comportant un distributeur (2) de turbine haute-pression relié au diffuseur par l'intermédiaire d'un carter intérieur de turbine (6), caractérisé en ce que l'orientation de chaque bras par rapport à un axe radial est choisie pour engendrer un couple (Cl) dans la virole intérieure (102) de sens contraire à un couple (C2) engendré par le distributeur (2).25