Brevet FR3011035A1 — publié le 20150327

Domaine de l'invention L'invention concerne un carter d'échappement de turbomachine, comprenant un dispositif d'évacuation de fluide, en particulier d'huile. L'invention concerne également une turbomachine comprenant un tel carter 5 d'échappement. Présentation de l'Art Antérieur Le carter d'échappement est une pièce structurale d'une turbomachine classiquement disposée en sortie d'une turbine, avant la 10 tuyère d'éjection. Le carter comprend un moyeu, une couronne externe et une pluralité de bras structurels disposés de manière circonférentielle entre le moyeu et la couronne externe. Afin de lubrifier des parties de la turbomachine, comme par exemple 15 les paliers, de l'huile est introduite dans la turbomachine et circule vers les pièces à lubrifier. Au niveau du carter d'échappement, de l'huile à tendance à s'accumuler. Or, l'accumulation d'huile est prohibée, car cette accumulation 20 constitue un risque d'incendie dans la turbomachine. Dans l'art antérieur, il a été proposé d'évacuer l'huile du carter d'échappement par l'intermédiaire d'un ou plusieurs tubes d'évacuation. Ce type de solution est peu flexible car elle nécessite l'ajout de pièces supplémentaires. 25 En outre, elle n'est pas applicable à des carters d'échappement présentant une configuration plus complexe et qui présentent un espace disponible réduit. Présentation de l'invention 30 L'invention propose un carter d'échappement de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend un moyeu, une couronne externe, une pluralité de bras structurels disposés de manière circonférentielle entre le moyeu et la couronne externe, un raidisseur s'étendant sur au moins une partie de la circonférence interne du moyeu, le moyeu comprenant au moins un trou d'évacuation, et le raidisseur comprenant au moins une encoche d'évacuation, afin de permettre l'évacuation d'un fluide du carter. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : un becquet s'étendant à partir du moyeu, le becquet comprenant au moins un autre trou d'évacuation, pour évacuer le fluide du carter ; le raidisseur est une nervure s'étendant sur la circonférence interne du moyeu ; le trou d'évacuation du moyeu et l'encoche d'évacuation du raidisseur sont disposés en vis-à-vis l'un de l'autre, afin d'évacuer le fluide à travers l'encoche puis à travers le trou d'évacuation ; le trou d'évacuation du moyeu et l'encoche d'évacuation du raidisseur sont disposés à un angle azimutal compris entre 5Heures et 7Heures dans le plan du carter ; le trou d'évacuation du becquet est disposé à un angle azimutal compris entre 5Heures et 7Heures dans le plan du carter ; le trou d'évacuation du moyeu, l'encoche d'évacuation et le trou d'évacuation du becquet sont disposés à un angle azimutal sensiblement égal à 6Heures dans le plan du carter ; le carter comprend une cavité aval de rétention de fluide située en partie aval du carter, le trou d'évacuation du moyeu et l'encoche d'évacuation du raidisseur permettant l'évacuation du fluide de cette cavité aval ; le carter comprend une cavité amont de rétention de fluide située en partie amont du carter, le trou d'évacuation du becquet permettant l'évacuation du fluide de cette cavité amont.30 L'invention concerne également une turbomachine comprenant une turbine et un carter d'échappement tel que décrit précédemment en sortie de la turbine. L'invention offre une solution efficace pour évacuer l'huile d'un carter d'échappement, en particulier d'un carter de d'échappement comprenant un moyen complexe équipé de raidisseurs et/ou de becquets, et présentant un design optimisé permettant d'accroître sa durée de vie (durée de vie prédite en fatigue olygocyclique). Bien que la configuration d'un tel carter engendre la création de barrières à l'écoulement de l'huile, comme des cavités de rétention, l'invention permet d'évacuer cette huile de manière simple et efficace. En outre, l'invention offre une solution qui ne nécessite pas l'intégration de pièces additionnelles. En particulier, le dispositif d'évacuation de l'huile peut être obtenu lors de la fabrication du carter. Enfin, l'invention permet d'évacuer l'huile sans impacter la durée de vie du carter et le renforcement du raidisseur. Présentation des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une représentation d'un mode de réalisation de la partie haute d'une portion de turbomachine (angle azimutal de 12Heures) comprenant un carter d'échappement selon l'invention ; - la Figure 2 est une représentation tridimensionnelle en vue de l'amont vers l'aval d'un mode de réalisation d'un carter d'échappement selon l'invention ; - la Figure 3 est une représentation tridimensionnelle de la zone A de la Figure 2 (raidisseur et moyeu); - la Figure 4 est une représentation tridimensionnelle de la zone B de la Figure 2 (becquet); - la Figure 5 est une représentation de la partie basse du carter (angle azimutal de 6H), avec des zones représentant des cavités de rétention de fluide ; - la Figure 6 est une représentation d'un angle azimutal en référence à un cadran horaire, dans le plan du carter. Description détaillée On a représenté en Figure 1 une portion de turbomachine comprenant un carter 1 d'échappement. Le carter d'échappement 1 est détaillé en Figure 2 et suivantes. Le carter 1 d'échappement est en général disposé en sortie d'une turbine 25, le plus souvent la turbine basse-pression, et avant la tuyère d'éjection (non représentée). On rappelle que l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement du flux gazeux dans la turbomachine. Le sens du flux gazeux d'amont en aval dans la turbomachine est représenté par la flèche F de la Figure 1. Le carter 1 d'échappement est classiquement désigné par l'expression anglo-saxonne « Turbine Rear Frame » par l'homme du métier. II s'agit d'une pièce structurale, qui sert notamment à maintenir la structure de la turbomachine. Le carter 1 d'échappement comprend un moyeu 2, qui prend la forme d'une couronne interne du carter 1. Le carter 1 d'échappement comprend en outre une couronne 3 externe, également appelée virole. Entre le moyeu 2 et la couronne 3 externe sont disposés une pluralité de bras 10 structurels. Ces bras structurels, qui peuvent notamment être radiaux ou tangentiels, sont disposés de manière circonférentielle et lient le moyeu 2 et la couronne 3 externe. On entend par radial l'axe radial de la turbomachine, qui s'étend radialement par rapport à l'axe longitudinal de la turbomachine (qui est l'axe d'écoulement du flux primaire de la turbomachine, d'amont en aval). 301 103 5 5 On entend par bras tangentiel un bras disposé sensiblement tangentiellement par rapport au moyeu 2, c'est-à-dire avec une inclinaison prononcée par rapport à un bras purement radial. Les espaces entre les bras 10 structurels définissent des ouvertures 5 d'échappement, dans lesquelles circule le flux de la turbomachine (veine). Afin de renforcer le moyeu 2, celui présente, sur sa circonférence interne, au moins un raidisseur 11. Ce raidisseur 11 s'étend sur tout ou partie de la circonférence interne du moyeu 2. Il s'agit en général d'une nervure radiale s'étendant intérieurement à partir de la circonférence interne du moyeu 2. 10 Comme mentionné précédemment, il est nécessaire de disposer d'un dispositif ou aménagement permettant d'évacuer un fluide susceptible de s'accumuler dans le carter, qui est typiquement de l'huile. A cet effet, le moyeu 2 comprend au moins un trou 15 d'évacuation, et le raidisseur 11 comprend au moins une encoche 16 d'évacuation, afin 15 d'évacuer le fluide du carter 1. Le trou 15 est par exemple circulaire et d'axe disposé sensiblement radialement. L'encoche 16 permet de conserver une portion de raidisseur 11 à cet endroit, afin de conserver la fonction de renforcement du moyeu 2, tout en assurant une évacuation du fluide. Comme illustré en Figure 5, le carter 1 comprend une cavité 20 aval 20 de rétention de fluide située en partie aval du carter 1. Cette cavité 20 résulte notamment de la présence du raidisseur 11, qui empêche un écoulement du fluide en dehors du carter 1. La pente du moyeu 2 à ce niveau peut également constituer une barrière à l'écoulement du fluide. On note que la Figure 5 illustre la partie inférieure du moyeu et du 25 carter 1, c'est-à-dire la partie située dans un angle azimutal aux alentours de 6 H (voir en Figure 5). On rappelle que l'angle dans le plan du carter 1 peut être défini par référence à un cadran horaire (angle azimutal (I), représenté en Figure 6 dans le plan du carter 1). Le fluide peut donc s'évacuer de la cavité 20 aval de rétention en 30 passant à travers l'encoche 16 d'évacuation, ce qui permet de franchir le raidisseur 11, puis en dehors du carter 1 à travers le trou 15 d'évacuation situé dans le moyeu 2. Selon une réalisation possible, le trou 15 d'évacuation et l'encoche 16 d'évacuation sont placés en vis-à-vis l'un l'autre. Cette juxtaposition permet de faciliter l'évacuation. Il est possible de mettre en place une pluralité d'encoches 16 d'évacuation et une pluralité de trous 15 d'évacuation. Toutefois, une unique encoche et un unique trou sont suffisants pour permettre l'évacuation du fluide. En outre, le fait de minimiser le nombre de trous et d'encoches permet de réduire l'impact de la solution sur la tenue mécanique du carter 1 et d'améliorer sa durée de vie. Selon un mode de réalisation, le carter 1 comprend également un becquet 12 s'étendant à partir du moyeu 2. Le becquet 12 est une extension circonférentielle en saillie axiale à partir du moyeu 2, orientée vers l'amont du carter 1. Le becquet 12 permet notamment d'empêcher des pertes de flux depuis la turbine 25 précédant le carter 1 dans la turbomachine dans le sens du flux d'amont en aval. Le becquet 12 comprend au moins un trou 18 d'évacuation, pour évacuer le fluide du carter 1. Comme représenté en Figure 5, la zone du becquet 12 présente une pente qui a tendance à empêcher l'écoulement de l'huile en dehors du carter 1. En outre, une pièce 30 de fixation du carter 1, dénommée virgule de fixation en raison de sa forme, empêche le bon écoulement de l'huile en dehors du carter 1. Ainsi, le carter 1 présente une cavité 21 amont de rétention de fluide située en partie amont du carter 1. La présence du trou 18 d'évacuation du becquet 12 permet l'évacuation du fluide de cette cavité 21 amont. La position des trous d'évacuation et de l'encoche d'évacuation permet d'optimiser l'évacuation du fluide. Selon une réalisation possible, le trou 15 d'évacuation et l'encoche 16 d'évacuation sont disposés à un angle azimutal compris entre 5Heures et 7Heures dans le plan du carter 1. De même, le trou 18 d'évacuation du 301 103 5 7 becquet 12 est disposé à un angle azimutal compris entre 5Heures et 7Heures dans le plan du carter 1. Cette zone (angle azimutal compris entre 5Heures et 7Heures) correspond à la partie basse du carter 1, vers laquelle l'huile a tendance à 5 se déplacer en raison de la gravité. Selon une réalisation possible, le trou 15 d'évacuation du moyeu 2, l'encoche 16 d'évacuation et le trou 18 d'évacuation du becquet 12 sont disposés à un angle azimutal sensiblement égal à 6Heures dans le plan du carter 1. 10 Le trou 15 d'évacuation du moyeu, l'encoche 16 d'évacuation et le trou 18 d'évacuation du becquet 12 peuvent être soit usinés dans le moyeu 2, soit intégrés au moyeu 2 dès la fabrication du moyeu 2 par fonderie. Dans ce dernier cas, aucune étape d'usinage n'est requise. Alternativement, il est possible de pratiquer les trous et l'encoche après la 15 fabrication du moyeu 2. L'absence de rajout de pièces supplémentaires facilite donc la mise en place de l'invention sur le carter 1. En outre, l'invention permet d'assurer une évacuation du fluide pour le carter 1, de manière simple et efficace, bien que celui-ci, de par sa 20 complexité et son design, présente une pluralité de barrières à l'écoulement. Enfin, la durée de vie et la tenue mécanique du carter, qui sont cruciaux pour cette pièce, ne sont pas impactés. 25 REVENDICATIONS1. Carter (1) d'échappement de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend : un moyeu (2), une couronne (3) externe ; une pluralité de bras (10) structurels disposés de manière circonférentielle entre le moyeu (2) et la couronne (3) externe ; un raidisseur (11) s'étendant sur au moins une partie de la circonférence interne du moyeu (2), le moyeu (2) comprenant au moins un trou (15) d'évacuation, et le raidisseur (11) comprenant au moins une encoche (16) d'évacuation, afin de permettre l'évacuation d'un fluide du carter (1). 2. Carter (1) selon la revendication 1, comprenant en outre un becquet (12) s'étendant à partir du moyeu (2), le becquet (12) comprenant au moins un trou (18) d'évacuation, pour évacuer le fluide du carter (1). 3. Carter (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le raidisseur (11) est une nervure s'étendant sur la circonférence interne du moyeu (2). 4. Carter (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le trou (15) d'évacuation du moyeu (2) et l'encoche (16) d'évacuation du raidisseur (11) sont disposés en vis-à-vis l'un de l'autre, afin d'évacuer le fluide à travers l'encoche (16) puis à travers le trou (15) d'évacuation. 5. Carter (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le trou (15) d'évacuation du moyeu (2) et l'encoche (16) d'évacuation du raidisseur (11) 30 sont disposés à un angle azimutal compris entre 5Heures et 7Heures dans le plan du carter (1). 301 103 5 9 6. Carter (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le trou (18) d'évacuation du becquet (12) est disposé à un angle azimutal compris entre 5Heures et 7Heures dans le plan du carter (1). 5 7. Carter (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le trou (15) d'évacuation du moyeu (2), l'encoche (16) d'évacuation et le trou (18) d'évacuation du becquet (12) sont disposés à un angle azimutal sensiblement égal à 6Heures dans le plan du carter (1). 10 8. Carter (1) selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant une cavité (20) aval de rétention de fluide située en partie aval du carter (1), le trou (15) d'évacuation du moyeu (2) et l'encoche (16) d'évacuation du raidisseur (11) permettant l'évacuation du fluide de cette cavité (20) aval. 15 9. Carter (1) selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant une cavité (21) amont de rétention de fluide située en partie amont du carter (1), le trou (18) d'évacuation du becquet (12) permettant l'évacuation du fluide de cette cavité (21) amont. 20 10. Turbomachine comprenant une turbine (25) et un carter (1) d'échappement en sortie de la turbine (25), ledit carter (1) étant conforme à l'objet des revendications 1 à 9. 25