Brevet FR2967206A1 — publié le 20120511

' DISTRIBUTEUR POUR TURBOMOTEUR DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un distributeur pour turbomoteur. La présente invention concerne également un turbomoteur comportant un tel distributeur. L'invention concerne tout particulièrement le cas où le distributeur est un distributeur basse pression. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR La présente invention concerne des distributeurs basses pressions pour 10 turbomoteur. Un turbomoteur comporte généralement une chambre de combustion dans laquelle le carburant est brûlé. En sortie de cette chambre à combustion, le turbomoteur comporte généralement un distributeur haute pression qui permet de redresser un écoulement en direction d'une turbine haute pression, un distributeur basse pression 15 qui permet de redresser un écoulement en direction d'une turbine basse pression. La turbine haute pression entraine en rotation un premier rotor. La turbine basse pression entraine en rotation un deuxième rotor. Le distributeur basse pression assure généralement trois fonctions : - II permet tout d'abord de redresser le flux primaire pour alimenter les aubes de 20 la turbine basse pression; - Il permet en outre de supporter le carter intérieur et ses injecteurs d'air. En effet, le carter intérieur et ses injecteurs d'air est fixé à un carter de turbine par l'intermédiaire du distributeur basse pression ; - Il permet également d'alimenter les injecteurs d'air en air de ventilation. 25 Actuellement, les distributeurs basse pression sont réalisés dans des alliages métalliques, ce qui nécessite de les refroidir. Pour cela, les distributeurs basse pression sont généralement traversés par un fluide de ventilation qui est ensuite dirigé vers les injecteurs d'air pour les refroidir. Le débit d'air qui traverse le distributeur basse pression est donc généralement important puisqu'il doit permettre ' de refroidir à la fois le distributeur basse pression et les injecteurs d'air. Or, le débit d'air de ventilation nuit aux performances du moteur puisqu'il ne créé pas de puissance mécanique dans le moteur. En outre, les distributeurs basse pression actuels sont des pièces massives, de sorte qu'ils alourdissent les turbomoteurs. Plus généralement, il est avantageux pour améliorer les performances des turbomoteurs de disposer de distributeurs qui n'ont pas besoin (ou très peu) d'être refroidis et qui présentent une masse réduite. Pour cela, l'emploi de composite à matrice céramique pour réaliser les distributeurs est avantageux. Toutefois, l'intégration des composites à matrices céramiques est difficile dans les distributeurs basse pression puisque ces matériaux ne supportent que de très faibles contraintes et qu'ils se dilatent moins que les pièces métalliques qui les entourent. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un distributeur dont la masse est diminuée, qui nécessite peu ou pas de refroidissement et qui présente une résistance mécanique améliorée, grâce à l'emploi de matériaux composites à matrice céramique. Pour ce faire, est proposé selon un premier aspect de l'invention, un distributeur 20 pour turbomoteur comportant : o Une virole extérieure métallique ; o Un carter intérieur métallique, o un carénage en matériau composite à matrice céramique disposé entre la virole extérieure et le carter intérieur; 25 o un tube métallique qui traverse le carénage, le tube métallique comportant une première extrémité solidaire de la virole extérieure et une deuxième extrémité solidaire du carter intérieur, le tube métallique étant apte à être traversé par un fluide de ventilation. ' Ainsi, comme les distributeurs de l'art antérieur, le distributeur selon l'invention permet d'assurer les trois fonctions suivantes : - une fonction aérodynamique de redressement d'un flux primaire; - une fonction de ventilation puisqu'elle permet d'alimenter le carter intérieur avec un fluide de ventilation ; - une fonction structurale puisqu'elle permet d'arrimer le carter intérieur à un carter de turbine. Toutefois, au contraire des distributeurs de l'art antérieur, ces trois fonctions ne sont pas assurées par une seule et même pièce, mais elles sont découplées et assurées par des pièces différentes, qui sont réalisées dans des matériaux différents, chaque matériau étant adapté à la fonction que la pièce doit accomplir. Ainsi, le carénage, en matériau composite à matrice céramique (CMC), permet d'assurer la fonction aérodynamique de redressement du flux primaire. Le fait de réaliser le carénage dans un matériau composite à matrice métallique permet de réaliser un gain de poids. La fonction structurale de support du carter intérieur est assurée par la virole extérieure et par le tube métallique, qui permettent d'arrimer le carter intérieur à un carter de turbine sans solliciter le carénage. Ainsi, les distributeurs selon l'invention sont plus légers que les distributeurs de l'art antérieur, tout en étant aptes à supporter les mêmes efforts mécaniques que les distributeurs de l'art antérieur. En outre, la fonction de ventilation est assurée par le tube métallique, ce qui est rendu possible par le fait que le carénage en matériau composite à matrice céramique n'a plus besoin d'être ventilé au contraire des carénages métalliques de l'art antérieur. Le tube métallique permet donc d'alimenter les injecteurs d'air du carter intérieur en fluide de refroidissement. En outre, le tube métallique permet de protéger les injecteurs d'air du carter intérieur puisque même si le carénage se mettait à criquer, l'air chaud du flux primaire qui circule normalement à l'extérieur du carénage ne pourrait pas se mélanger au fluide de refroidissement qui est injecté dans les injecteurs d'air du carter intérieur par l'intermédiaire du tube métallique et par conséquent, les injecteurs d'air ne seraient pas endommagés. 2967206 4 ' Le distributeur peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-dessous prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Selon un mode de réalisation, le distributeur comporte en outre des moyens de 5 ressort disposés entre le carter intérieur et le carénage. Ces moyens de ressort permettent de plaquer le carénage contre la virole extérieure de façon à ce que le carénage, qui est en composite à matrice céramique (CMC), travaille toujours en compression et jamais en traction, afin de ne pas le fragiliser. Ainsi, même si le carénage en matériau composite à matrice céramique et 10 l'ensemble métallique formé par la virole extérieure et le tube métallique présentent des coefficients de dilatation thermique différents, les dilatations différentielles entre le carénage et l'ensemble métallique seront absorbées par les moyens de ressort. Le contact entre le carénage et la virole extérieure sera donc toujours assuré. Avantageusement, les moyens de ressort plaquent le carénage contre la virole 15 extérieure. Les moyens de ressort peuvent être réalisés en alliage métalliques, tels que l'Inconel 718 (marque déposée) par exemple qui présente la composition suivante : Ni Cr Fe Mo Nb Co Mn Cu AI Ti Si C S P B Pourcentage 50,0 17,0 qsp 2,80 4,75 1,0 0,35 0,30 0,20- 0,65 0,35 0,08 0,015 0,015 0,006 massique _ - 100 - - max max max 0,80 1,15 max max max max max 55,0 21,0 % 3,30 5,50 Selon un mode de réalisation, la virole extérieure est ajourée, ce qui permet de 20 réduire la masse du distributeur. Selon un mode de réalisation, la première extrémité du tube métallique est fixée à la virole extérieure grâce à un écrou de fixation. Toutefois, on pourrait également envisager de fixer la première extrémité du tube métallique à la virole extérieure par d'autres moyens de fixation mécaniques comme 25 par soudure par exemple. Selon un mode de réalisation, la deuxième extrémité du tube est fixée au carter intérieur grâce à un écrou de fixation. ' Toutefois, on pourrait également envisager de fixer la deuxième extrémité du tube métallique au carter intérieur par d'autres moyens de fixation mécaniques comme par soudure par exemple. Selon un mode de réalisation, la virole extérieure est pourvue d'au moins un crochet. Ce crochet permet d'arrimer le distributeur à un carter de turbine. Ainsi, le carter intérieur est solidarisé au carter de turbine par l'intermédiaire de l'ensemble formé par le tube métallique et de la virole extérieure qui présente une masse réduite, mais qui est suffisamment résistant pour réaliser le couplage mécanique entre le carter de turbine et le carter intérieur. Les parties métalliques du 'distributeur sont de préférence réalisées dans un alliage nickel-chrome. L'alliage nickel-chrome présente de préférence la composition suivante : Ni Cr Fe Mo Nb Co Mn Cu Al Ti Si C S P B Pourcentage 50,0 17,0 qsp 2,80 4,75 1,0 0,35 0,30 0,20- 0,65 0,35 0,08 0,015 0,015 0,006 massique _ - 100 - - max max max 0,80 1,15 max max max max max 55,0 21,0 % 3,30 5,50 Cet alliage nickel-chrome est désigné sous le nom commercial « Inconel 718 (marque déposée)». Toutefois, on peut également envisager de réaliser la virole extérieure, le carter intérieur et le tube métallique dans des matériaux différents les uns des autres. 20 Avantageusement, le distributeur est un distributeur basse pression. Un deuxième aspect de l'invention concerne un turbomoteur comportant une distributeur selon le premier aspect de l'invention. Selon un mode de réalisation, le turbomoteur comporte en outre un injecteur de fluide apte à injecter un fluide de ventilation dans la première extrémité du tube. 25 BREVES DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :15 - La figure 1, une vue en coupe d'une aube selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 2, une vue en perspective du distributeur de la figure 1. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de références identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION Les figures 1 et 2 représentent un distributeur selon un mode de réalisation de l'invention. Le distributeur 1 forme dans ce cas un distributeur basse pression. Le distributeur 1 10 comporte un carénage 2 qui présente un profil aérodynamique permettant de redresser un flux primaire 3 qui la longe. Le carénage 2 peut par exemple comporter plusieurs compartiments 4 disposés entre une première virole 9 et une deuxième virole 10. Chaque compartiment 4 15 comporte de préférence un bord d'attaque 5, un bord de fuite 6, une première paroi latérale 7 appelée paroi « extrados » et une deuxième paroi latérale -8 appelée paroi « intrados ». Chaque compartiment 4 forme de préférence une coque creuse. Chaque compartiment 4 est réalisé en matériau composite à matrice céramique. La 20 première virole 9 et la deuxième virole 10 sont également réalisées en matériau composite à matrice céramique. Le distributeur 1 comporte également une virole extérieure 11 en matériau métallique. La virole extérieure 11 est de préférence ajourée de sorte qu'elle 25 comporte plusieurs ouvertures 12 qui permettent d'alléger le poids de la virole extérieure 11. La virole extérieure 11 épouse de préférence au moins localement la forme de la première virole 9. La virole extérieure 9 peut également comporter un crochet 13. Le crochet 13 s'étend de préférence le long de la circonférence de la virole extérieure 11. Le crochet 13 est de préférence disposé sur une des bordures 30 de la virole extérieure 13. Le distributeur 1 comporte également un carter intérieur 14. Le carter intérieur 14 est métallique. Le carénage 2 est situé entre la virole extérieure 9 et le carter intérieur 14. Le distributeur 1 comporte également un tube métallique 15 dans chaque compartiment 4 du carénage 2. Plus précisément, chaque tube métallique 15 traverse le compartiment 4 dans lequel il se trouve. 10 Chaque compartiment 4 comporte un premier orifice 16 réalisé dans la première virole 9 et un deuxième orifice 17 réalisé dans la deuxième virole 10. Chaque tube métallique 15 comporte une première extrémité 18 qui débouche du premier orifice 16 et une deuxième extrémité 19 qui débouche du deuxième orifice 1s 17. La première extrémité 18 de chaque tube métallique 15 est solidaire de la virole extérieure 11. La deuxième extrémité 19 de chaque tube métallique 15 est solidaire du carter intérieur 14. La première extrémité 18 de chaque tube métallique 15 est de préférence reliée à la virole extérieure 11 par l'intermédiaire de moyens élastiques 20 qui permettent de tolérer des différences de dilatations thermiques. 2s La première extrémité 18 de chaque tube métallique 15 peut également être reliée à la virole extérieure 11 par l'intermédiaire d'un système vis-écrou ou par une soudure. La deuxième extrémité 19 de chaque tube métallique 15 est insérée dans un orifice 21 du carter intérieur 14. Cet orifice 21 débouche de préférence dans un conduit qui 30 alimente au moins un injecteur d'air du carter intérieur 14 en fluide de ventilation 24. Le fluide de ventilation est de préférence de l'air. s 20 La deuxième extrémité 19 de chaque tube métallique 15 est solidarisée au carter intérieur 14. Pour cela, la deuxième extrémité 19 de chaque tube métallique 15 peut par exemple être fixée au carter intérieur 14 par l'intermédiaire d'un système vis-écrou. On peut également envisager de fixer la deuxième extrémité 19 de chaque tube métallique 15 au carter intérieur 14 grâce à une soudure. Le carénage 2 présente de préférence une symétrie de révolution autour d'un axe de 10 référence 23. La virole extérieure 11 présente de préférence une symétrie de révolution autour de l'axe de référence 23. 15 Le carter intérieur 14 présente de préférence une symétrie de révolution autour de l'axe de référence 23. Chaque tube métallique 15 s'étend de préférence radialement par rapport à l'axe de référence 23. Chaque compartiment 4 s'étend de préférence radialement par rapport à l'axe de référence 23. La première virole 9 présente de préférence une forme sensiblement tronconique par 25 rapport à l'axe de référence 23. La deuxième virole 10 présente de préférence une forme sensiblement tronconique par rapport à l'axe de référence 23. 30 L'ensemble métallique formé par la virole extérieure 11, le carter intérieur 14 et les tubes métalliques 15 forme de préférence un ensemble rigide qui présente un premier coefficient de dilatation thermique. Le carénage 2, qui présente un coefficient de dilatation thermique différent de celui de l'ensemble métallique, est monté souple 20 à l'intérieur de cet ensemble métallique de sorte qu'il peut se dilater différemment de l'ensemble métallique. L'ensemble métallique permet de supporter les efforts structuraux. Le carénage 2 ne 5 supporte pas les efforts structuraux mais il permet de redresser un flux primaire qui le longe. Le crochet 13 de la virole extérieure 11 permet d'arrimer le distributeur 1 à un carter de turbine de sorte que le carter intérieur 14 est solidarisé à ce carter de turbine par 10 l'intermédiaire de la virole extérieure 11 et des tubes métalliques 15, sans que le carénage 2, en matériau composite à matrice céramique, ne soit sollicité. En outre, le distributeur 1 peut également comporter des moyens de ressort 22 disposés entre le carénage 2 et le carter intérieur 14. Plus précisément, ces moyens 15 de ressort sont de préférence disposés entre le carter intérieur 14 et la deuxième virole 10. Ces moyens de ressort permettent de plaquer le carénage 2 contre la virole extérieur 9 de sorte que le carénage 2 ne travaille jamais en traction, quelles que soient les dilatations thermiques respectives du carénage 2 et des parties métalliques 15, 11, 14 de l'distributeur. 20 Les moyens de ressort 22 permettent donc d'absorber les dilatations différentielles entre les parties métalliques d'une part et le carénage en matériau composite à matrice céramique de sorte que le contact entre ces pièces est toujours assuré. 25 Les moyens de ressort 22 peuvent être réalisés en alliage métallique, tel que l'Inconel 718 (marque déposée). Les moyens de ressort 22 comportent de préférence deux lames métalliques 22a et 22b qui présentent chacune une forme en accordéon de façon à pouvoir se déformer 30 radialement. Les moyens de ressort 22 présentent de préférence une symétrie de révolution autour de l'axe de référence 23. Les parties métalliques du distributeur, c'est-à-dire les tubes métalliques 15, la virole extérieure 11 et le carter intérieur 14 sont de préférence réalisés dans un alliage nickel-chrome, qui présente de préférence la composition suivante : Ni Cr Fe Mo Nb Co Mn Cu AI Ti Si C S P B Pourcentage 50,0 17,0 qsp 2,80 4,75 1,0 0,35 0,30 0,20- 0,65 0,35 0,08 0,015 0,015 0,006 massique _ _ 100 - - max max max 0,80 1,15 max max max max max 55,0 21,0 % 3,30 5,50 Cet alliage nickel-chrome est désigné sous le nom commercial Inconel 718 (marque déposée). Le distributeur 1 constitue de préférence un distributeur basse pression d'un turbomoteur. Le turbomoteur comporte de préférence des moyens d'injection d'un 10 fluide de ventilation 24 dans la première extrémité 18 de chaque tube métallique 15. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Les moyens de fixation utilisés entre la première extrémité du tube métallique et la virole extérieure d'une part et entre la deuxième extrémité du 15 tube métallique et le carter intérieur peuvent par exemple être différents de ceux décrits en référence aux figures. Par ailleurs, d'autres matériaux pourraient être choisis pour les parties métalliques et pour le carénage en matériau composite à matrice céramique. En outre, les aubes selon l'invention pourraient également être utilisées pour réaliser 20 des distributeurs haute pression.5 REVENDICATIONS1. Distributeur (1) pour turbomoteur comportant : o Une virole extérieure (11) métallique ; o Un carter intérieur (14) métallique, o un carénage (2) en matériau composite à matrice céramique disposé entre la virole extérieure (11) et le carter intérieur (14); o un tube métallique (15) qui traverse le carénage (2), le tube métallique (15) comportant une première extrémité (18) solidaire de la virole extérieure (11) et une deuxième extrémité (19) solidaire du carter intérieur (14), le tube métallique (15) étant apte à être traversé par un fluide de ventilation. 2. Distributeur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'elle comporte des moyens de ressort (22) disposés entre le carter intérieur (14) et le carénage (2). 3. Distributeur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de ressort (22) plaquent le carénage (2) contre la virole extérieure (11). 4. Distributeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la virole extérieure (11) est ajourée. 5. Distributeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première extrémité (18) du tube métallique (15) est fixée à la virole extérieure (11) par l'intermédiaire de moyens élastiques (20).30 6. Distributeur selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première extrémité (18) du tube métallique (15) est fixée à la virole extérieure (11) grâce à un écrou de fixation. 7. Distributeur selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième extrémité (19) du tube métallique est fixée au carter intérieur (14) grâce à un écrou de fixation. 8. Distributeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la virole extérieure (11) est pourvue d'au moins un crochet. 9. Turbomoteur comportant un distributeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10.Turbomoteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un injecteur de fluide apte à injecter un fluide dans la première extrémité du tube. 20