Brevet FR2948735A1 — publié le 20110204

Le domaine de la présente invention est celui des turbomachines et plus particulièrement des turboréacteurs ou turbomoteurs aéronautiques. Les turbomachines comprennent classiquement un ou plusieurs compresseurs, une chambre de combustion annulaire entourant un ou plusieurs arbres moteurs et une ou plusieurs turbines qui entraînent le ou les compresseurs par l'intermédiaire du ou des arbres moteurs. Les compresseurs utilisés peuvent être de deux types, des compresseurs axiaux dont la direction d'entrée et la direction de sortie de l'air à comprimer sont alignées avec l'axe de rotation du moteur, et des compresseurs centrifuges dont la direction d'entrée de l'air est alignée avec l'axe de rotation mais dont la direction de sortie est radiale, c'est-à-dire perpendiculaire à cet axe. Dans la suite de la description les termes axial ou radial se rapportent à l'axe de rotation de la turbomachine et les termes extérieur ou intérieur correspondent à un éloignement radial plus ou moins grand par rapport à cet axe. De même les termes axe ou direction quand ils se rapportent à la chambre de combustion désignent l'axe ou la direction de la figure issue de la section de la chambre par un demi-plan passant par l'axe de rotation de la turbomachine. La présente invention porte sur les turbomachines qui présentent un compresseur dont le dernier étage est centrifuge. Il est alors nécessaire de redresser le flux d'air sortant de ce compresseur centrifuge pour l'amener dans une direction proche de celle de l'entrée dans la chambre de combustion. Ce redressement est généralement effectué par l'intermédiaire d'un diffuseur annulaire qui est orienté radialement, dans l'axe de la sortie du compresseur centrifuge, et qui comporte un coude pour amener l'air dans une direction sensiblement orientée vers la chambre combustion. De façon courante sur ces turbomachines, la direction de la chambre de combustion est inclinée par rapport à la direction axiale du moteur, avec un sens d'écoulement en son sein qui est, soit dirigé vers l'avant du moteur (la chambre est dite inversée), soit vers l'arrière (la chambre est alors dite non inversée). La sortie du déflecteur est, dans le premier cas, généralement orientée dans l'axe du moteur et placée à l'extérieur, au dessus de la chambre de combustion ; dans le second cas, comme décrit dans la demande de brevet FR2920032, elle est orientée de façon sécante à l'axe du moteur. Pour des raisons de réalisation industrielle de la chambre de combustion il serait plus simple de choisir celle-ci avec un axe orienté selon l'axe du moteur car elle prendrait alors la forme générale d'un cylindre. Mais ce choix, sur une chambre de combustion non-inversée, éloigne radialement le point de sortie du déflecteur du point d'entrée de l'air dans la chambre. Il s'ensuit un risque d'augmentation des pertes de charge, selon le cheminement que l'on retient pour l'air entre la sortie du diffuseur et son entrée dans la chambre. Les concepteurs de turbomachines ont donc en général placé la chambre plus en aval et gardé un déflecteur avec un coude pas trop prononcé. Cette configuration a cependant pour inconvénient d'augmenter la longueur axiale de la machine et donc d'augmenter sa masse. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une forme de diffuseur pour turbomachine qui ne reproduise pas certains des inconvénients de l'art antérieur et, en particulier, qui permette de combiner une chambre orientée axialement avec un dernier étage de compresseur centrifuge, tout en occasionnant des pertes de charge acceptables. A cet effet, l'invention a pour objet un diffuseur d'air destiné à être positionné en sortie du dernier étage du compresseur d'une turbomachine, ledit dernier étage étant un compresseur centrifuge, ladite turbomachine étant munie d'une chambre de combustion annulaire, l'axe de ladite chambre étant disposé de façon sensiblement parallèle à l'axe de rotation du moteur, ledit diffuseur comprenant une première partie radial, une partie intermédiaire coudée formant un angle supérieur à 90° et une partie aval orientée vers la chambre de combustion caractérisé en ce que la partie aval comporte une partie annulaire coudée dont la concavité est opposée à celle de la partie intermédiaire coudée. Un tel diffuseur permet de ramener l'air, en sortie d'un compresseur centrifuge, dans l'axe de la turbomachine et donc d'alimenter une chambre de combustion axiale dans des conditions de pertes de charge minimales. Avantageusement le flux d'air en sortie de la partie annulaire coudée est orienté sensiblement dans l'axe de la chambre de combustion. L'alimentation de la chambre est alors optimal et les pertes de charge dues à un contournement de la chambre, éliminées. De façon préférentielle le coude de la partie intermédiaire coudée est sensiblement égal à 180°. Cette configuration permet de placer la chambre de combustion 10 le plus en amont possible et donc d'obtenir une longueur minimale pour l'ensemble de la turbomachine. Dans un mode de réalisation particulier la partie aval comporte une première partie annulaire s'étendant vers l'intérieur du moteur, ladite partie annulaire coudée formant une seconde partie annulaire positionnée 15 en extrémité de ladite première partie annulaire et la première partie annulaire se prolonge de façon à positionner la seconde partie annulaire radialement au niveau des injecteurs de la chambre de combustion. Avantageusement le diamètre de la partie aval augmente progressivement en allant de la partie intermédiaire coudée vers son 20 extrémité de sortie du flux d'air. L'invention concerne également une turbomachine aéronautique comprenant un compresseur dont le dernier étage est un compresseur centrifuge et une chambre de combustion dont l'axe est 25 disposé de façon sensiblement parallèle à l'axe de rotation de la turbomachine, qui est équipé d'un diffuseur tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au 30 cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en coupe d'une partie d'une 35 turbomachine comprenant un dernier étage de compresseur centrifuge et un diffuseur de l'art antérieur, associés à une chambre de combustion positionnée axialement; - la figure 2 est une vue en coupe de la même partie d'une turbomachine selon un mode de réalisation de l'invention; En se référant à la figure 1, on voit en coupe la moitié d'une turbomachine, pour sa partie comprise entre le dernier étage de son compresseur 1 et la chambre de combustion 2. Sur cette figure la chambre de combustion 2 a été orientée axialement, c'est-à-dire parallèlement à la direction de l'axe de rotation du moteur. Le compresseur est un compresseur centrifuge, c'est-à-dire qu'il absorbe de l'air, au niveau du bord d'attaque 3 de ses aubes, selon la direction axiale du moteur et qu'il le rejette, au niveau du bord de fuite 4 de ses aubes, après augmentation de la pression, dans une direction radiale. En sortie du compresseur 1 l'air comprimé est récupéré dans un diffuseur 5 dont la fonction est de redresser le flux pour l'amener dans une direction orientée vers la chambre de combustion 2. Le diffuseur présente une forme annulaire avec une première partie radiale 51 qui prolonge la sortie du compresseur, suivie d'un partie intermédiaire coudée 52 faisant subir au flux une rotation supérieure à 90° et se termine par une partie aval 53 qui oriente le flux d'air dans la direction recherchée. A l'intérieur du diffuseur, dans sa partie aval 53, sont implantées des aubes 54, réparties régulièrement sur la circonférence, qui orientent le flux dans la direction tangentielle souhaitée, qui est définie de façon à alimenter la chambre de combustion de manière optimale. Sur la figure 1, représentative de l'art antérieur pour ce qui concerne le compresseur et le diffuseur, la partie aval 53 du diffuseur est orientée obliquement, le coude de la partie intermédiaire coudée 52 étant d'environ 120°. Pour réduire la longueur axiale de la turbomachine la chambre de combustion n'a, ici, pas été déplacée vers l'arrière et la sortie du déflecteur n'est, en conséquence, pas orientée en direction du fond de chambre. L'air qui sort du diffuseur se divise en plusieurs courants, représentés par des flèches, qui, pour certains, vont vers l'extérieur de la chambre dans laquelle ils pénètrent par des trous de ventilation alors que l'essentiel du flux, contourne la chambre pour y pénétrer au niveau du fond de chambre 21 et des injecteurs 22. Ce contournement provoque un allongement de la trajectoire suivie par ce flux et génère des pertes de charge importantes. L'invention propose, comme décrit sur la figure 2, de modifier la forme du diffuseur 5 et notamment sa partie aval 53 pour amener l'air au niveau des injecteurs de la chambre de combustion et injecter celui-ci selon l'axe de la chambre. La partie intermédiaire 52 comporte ici un coude qui est proche de 180°, ramenant ainsi l'air d'une direction centrifuge vers une direction centripète. La partie aval 53 présente en conséquence une première partie annulaire 531, orientée sensiblement radialement, qui ramène l'air de l'extérieur du moteur vers l'axe central, et une seconde partie annulaire 532 qui redresse à nouveau le flux pour l'orienter dans l'axe de la chambre de combustion 2. La concavité de cette seconde partie annulaire est opposée à celle de la partie intermédiaire coudée 52. Comme représenté sur la figure 2 la partie radiale 51 s'étend radialement jusqu'au carter enveloppant la chambre de combustion, de la même façon que dans l'art antérieur. On améliore ainsi la stabilité aérodynamique du compresseur en ne redressant pas le flux d'air dès sa sortie au niveau du bord de fuite 4 des aubes. Le diffuseur présente par ailleurs une forme qui s'évase en allant de la partie intermédiaire coudée 52 vers sa partie aval 53. Cet évasement permet de régler le niveau du nombre de Mach de l'écoulement, en adéquation avec les besoins de la chambre de combustion On remarque que la longueur de la partie aval 53 est plus grande dans l'invention que dans l'art antérieur tel qu'il est représenté sur la figure 1, mais que la longueur du cheminement suivi par le flux d'air est in fine plus courte, du fait de la suppression du contournement de la chambre. Contrairement à ce qu'on pouvait craindre, on constate au final que les pertes de charge sont réduites par rapport à la configuration de l'art antérieur de la figure 1, et que leur niveau est analogue à celui que l'on rencontre habituellement, avec des chambres orientées axialement et non-inversées, lorsque le compresseur qui les alimente est un compresseur axial. L'invention ne présente donc pas les inconvénients redoutés initialement. Par ailleurs la partie aval 53 selon l'invention comporte, comme précédemment, des aubes 54 placées dans la première partie annulaire 531, dans le but d'orienter tangentiellement le flux d'air de manière optimale. Les aubes 54 peuvent être choisies avec une longueur plus grande que précédemment. L'invention apporte ainsi une meilleure efficacité contre les hétérogénéités tangentielles parasites du flux d'air en sortie de l'étage de compression, ce qui contribue également à la réduction des pertes de charges par rapport à celles constatées auparavant. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Diffuseur d'air destiné à être positionné en sortie du dernier étage du compresseur d'une turbomachine, ledit dernier étage étant un compresseur centrifuge, ladite turbomachine étant munie d'une chambre de combustion annulaire (2), l'axe de ladite chambre étant disposé de façon sensiblement parallèle à l'axe de rotation du moteur, ledit diffuseur (5) comprenant une première partie radiale (51), une partie intermédiaire coudée (52) formant un angle supérieur à 90° et une partie aval (53) orientée vers la chambre de combustion (2) caractérisé en ce que la partie aval (53) comporte une partie annulaire coudée (532) dont la concavité est opposée à celle de la partie intermédiaire coudée (52). 2. Diffuseur d'air selon la revendication 1 dans lequel le flux d'air en sortie de la partie annulaire coudée (532) est orienté sensiblement dans l'axe de la chambre de combustion (2). 3. Diffuseur d'air selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel le coude de la partie intermédiaire coudée (52) est sensiblement égal à 180°. 4. Diffuseur d'air selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel la partie aval (53) comporte une première partie annulaire (531) s'étendant vers l'intérieur du moteur, ladite partie annulaire coudée (532) formant une seconde partie annulaire positionnée en extrémité de la dite première partie annulaire et dans laquelle la première partie annulaire (531) se prolonge de façon à positionner la seconde partie annulaire radialement au niveau des injecteurs (22) de la chambre de combustion (2). 5. Diffuseur d'air selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel le diamètre de la partie aval (53) augmente progressivement en allant de la partie intermédiaire coudée (52) vers son extrémité de sortie du flux d'air. 6. Turbomachine aéronautique comprenant un compresseur dont le dernier étage est un compresseur centrifuge et une chambre de combustion dont l'axe est disposé de façon sensiblement parallèle à l'axe de rotation de la turbomachine, équipé d'un diffuseur selon l'une des revendications précédentes.