Brevet FR3002972A1 — publié le 20140912

DISPOSITIF DE VENTILATION D'UN CARTER DE STATOR D'UNE TURBOMACHINE COMPRENANT UN AJUSTEMENT EN DIRECTION AXIALE DESCRIPTION Le sujet de l'invention présente est un dispositif de ventilation d'un carter de stator d'une turbomachine, comprenant un ajustement axial de la ventilation. Des dispositifs de ventilation se retrouvent dans les turbomachines de l'aéronautique, afin de souffler du gaz frais (normalement de l'air sous pression, soutiré d'un autre endroit de la machine) sur certaines parties du carter de stator, notamment les turbines, qui sont soumises à la chaleur de l'écoulement des gaz chauds en aval de la chambre de combustion. Un premier but essentiel du soufflage est de rafraîchir le carter de stator et de le protéger d'échauffements excessifs. Un autre but, obtenu en réglant le rafraîchissement du stator et sa dilatation thermique, est de régler le jeu qu'il fait avec le rotor et d'optimiser le rendement de la machine, en limitant les fuites. Un autre but encore est d'uniformiser les déplacements des crochets de support des distributeurs (étages circulaires d'aubes fixes) appartenant au carter de stator, afin de limiter les basculements dus aux dilatations thermiques de ces distributeurs et de maintenir donc la concentricité entre les distributeurs et l'axe de la machine. Les dispositifs de ventilation comprennent typiquement un réseau ramifié de conduits comprenant au moins un conduit d'amenée de gaz originaire de l'endroit où le gaz de ventilation est soutiré, qui prélève ce gaz de l'écoulement principal et s'étend en direction axiale de la machine. Le conduit d'amenée débouche dans au moins un boîtier de distribution auquel se raccordent d'autres conduits appelés rampes et s'étendant en arcs de cercle dans des sections transversales successives du stator. Les rampes sont munies d'orifices, soufflant le gaz frais dans des chambres du stator situées derrière la paroi du stator délimitant la veine de circulation des gaz chauds et réglant donc la température et la dilatation thermique de cette paroi. Une vanne de réglage d'ouverture, commandée automatiquement selon le régime de la machine, est disposée sur le conduit d'amenée pour ajuster le débit de gaz de ventilation qui le parcourt et ainsi l'intensité de la ventilation. On se reportera aux documents US 5 586 860, 5 915 919, 5 964 575, 6 149 074, 6 666 645 et 6 896 038 pour prendre connaissance plus en détail de plusieurs conceptions de dispositifs de ventilation. Les buts énoncés ci-dessus de limitation de l'échauffement du stator, limitation des jeux avec le rotor et limitation du basculement des distributeurs d'aubes fixes sont donc corrélés entre eux, puisqu'ils dépendent tous de cette ventilation, mais ils ne coïncident pas et peuvent devenir contradictoires à certains régimes du moteur. C'est ainsi qu'aux fonctionnements de décollage et d'ascension de l'aéronef propulsé par la turbomachine, une ventilation importante est réalisée afin de protéger le stator des surchauffes en général élevées ; mais certaines zones, notamment le dernier étage de la turbine à basse pression, restent relativement fraîches et se dilatent donc peu, de sorte que le rafraîchissement important auquel elles sont aussi exposées, a pour effet de diminuer à l'excès le jeu qu'elles font avec le rotor et même de le faire disparaître. Les extrémités des aubes mobiles du rotor pénètrent alors dans les garnitures d'abradable garnissant le carter de stator autour de ces aubes et les usent prématurément. Il en résulte des pertes de rendement, qu'on observe pendant le régime de croisière de la machine, quand la température de ces zones est devenue stable, mais que l'usure de l' abradable laisse subsister un jeu permanent avec le rotor, malgré une ventilation optimisée ailleurs. Un objet de l'invention est de s'affranchir de cet inconvénient et de disposer d'une meilleure qualité de réglage de la ventilation du carter de stator. Sous une forme générale, l'invention concerne un dispositif de ventilation d'un carter de stator d'une turbomachine comprenant un réseau ramifié de conduits, le réseau comprenant au moins un conduit d'amenée d'un gaz de ventilation en surpression, au moins un boîtier auquel mène le conduit d'amenée, et des rampes se raccordant au boîtier et s'étendant en arcs de cercle dans une direction angulaire du stator en se succédant dans une direction axiale du stator, caractérisé en ce que certaines au moins des rampes sont munies de vannes commandées indépendamment en permettant différents états d'ouverture desdites rampes. La vanne unique de réglage de débit de ventilation, disposée sur le conduit d'amenée, est remplacée par une multitude de vannes, occupant les rampes (ou éventuellement certaines d'entre elles) des sections transversales successives du carter de stator, afin de régler la ventilation et donc la température et les dilatations thermiques de chacune de ces sections transversales séparément, grâce à une commande indépendante des vannes. L'invention sera maintenant décrite plus en détail en liaison aux figures suivantes, qui en illustrent une réalisation possible : - la figure 1 illustre une turbomachine connue et l'emplacement possible de l'invention ; - les figures 2 et 3 illustrent un dispositif de ventilation antérieur ; et - les figures 4 et 5 illustrent une réalisation de l'invention. Une turbomachine d'avion connue est représentée à la figure 1 et comprend un rotor 1 tournant dans l'axe de la machine et entouré par un stator 2; une veine 12 d'écoulement des gaz 12 s'étend entre eux, et l'écoulement parcourt successivement un compresseur à basse pression 3, un compresseur à haute pression 4, une chambre de combustion 13, une turbine à haute pression 5 et une turbine à basse pression 6. Le dispositif de ventilation dont il sera question ici a pour origine un point de prélèvement 14, qui est une écope située dans une veine secondaire 30 périphérique en aval des compresseurs, et il s'étend dans la structure du stator 2, vers l'aval, jusqu'à la turbine à basse pression 6. Cette dernière comprend des étages de distributeurs 8 (aubes fixes) fixés à un carter de stator 7 et alternant avec des étages d'aubes mobiles 9, fixées au rotor 1, en direction axiale de la machine. Le carter de stator 7, qui délimite la veine 12 d'écoulement des gaz chauds, est muni d'anneaux d'abradable 10 devant le bord extérieur des aubes mobiles 9. Les jeux entre les différentes pièces du rotor 1 et du stator 2, et notamment entre les aubes mobiles 9 et l'abradable 10, sont réglés par le dispositif de ventilation, en réglant le débit soutiré de l'écoulement au point de prélèvement et soufflé dans des chambres 11, donnant sur le carter de stator 7, derrière la veine 12 d'écoulement des gaz. Les figures 2 et 3 représentent un dispositif traditionnel de ventilation. Il comprend un conduit 21 d'amenée du débit d'air de soufflage, originaire d'une entrée d'air 22 située au point de prélèvement 14 et s'étendant essentiellement dans l'axe X de la turbomachine. Il est muni d'une vanne 23 de réglage du débit pouvant prendre divers états de fermeture, de manière à ajuster, de manière continue et progressive, le débit d'air parcourant le conduit 21, en fonction des régimes de la machine et de ses circonstances de fonctionnement, au moyen d'une programmation antérieure et immuable, définie par des essais préliminaires. Le dispositif de commande, embarqué dans l'avion, est connu et non représenté. Le débit d'écoulement autorisé par la vanne 23 détermine la puissance calorifique du rafraîchissement, et l'importance de la contraction thermique du stator 2 qui en résulte. Le conduit d'amenée 21 finit sur une bifurcation 24, composée de deux branches dont chacune mène à un boîtier 25 respectif. Des rampes 26 s'embranchent sur les boîtiers 25, chacune comprenant deux portions 26a et 26b, ou 26c et 26d, s'étendant dans des sens opposés, en direction angulaire du stator 2, sur un quart de tour hors d'un boîtier 25 respectif. Les boîtiers 25 sont diamétralement opposés, et les rampes 26 des deux boîtiers 25 sont distribuées sur les mêmes sections transversales de la turbomachine, de sorte que leurs portions 26a, 26b, 26c et 26d forment des cercles presque continus. Les rampes 26 traversent le boîtier 25 en comprenant chacune deux portions 26a, 26b, ou 26c, 26d s'étendant chacune hors du boîtier 25 dans deux sens angulaires opposés, et les vannes sont disposées dans le boîtier 25 à une ouverture 28 centrale des rampes. L'ouverture 28 ménagée au centre de chacune des rampes 26 et donnant dans le boîtier 25 associé permet au contenu gazeux de celui-ci d'entrer dans la rampe 26 et de parcourir l'une ou l'autre de ses portions 26a, 26b ou 26c, 26d avant de la quitter par des orifices de soufflage. Une réalisation de l'invention est représentée à la figure 4. Le conduit d'amenée 21 est libre, la vanne 23 étant absente, mais des vannes 27 équipent chacune des rampes 26. Elles se trouvent dans les boîtiers 25, et sont placées sur les ouvertures 28. Les paires de vannes (27a et 27b à la figure 5), situées dans les boîtiers 25 opposés et présentes dans une même section transversale de la machine, sont commandées de la même façon (au même degré d'ouverture), afin d'uniformiser la ventilation autour de chacune de ces sections transversales, mais la ventilation peut être effectuée, selon une caractéristique essentielle de l'invention, à une intensité particulière pour chacune des sections transversales munies de rampes 26. Les vannes 27 sont commandées de manière centralisée par un système logique embarqué dans l'avion selon le régime de la machine, l'altitude et des essais préliminaires, comme dans l'art connu. Les vannes 27 peuvent équiper toutes les rampes 26, ou éventuellement certaines d'entre elles seulement, sans sortir de l'invention. REVENDICATIONS1) Dispositif de ventilation d'un carter (7) de stator (2) d'une turbomachine comprenant un réseau ramifié de conduits, le réseau comprenant au moins un conduit d'amenée d'un gaz de ventilation en surpression, au moins un boîtier (25) auquel mène le conduit d'amenée, et des rampes (26) se raccordant au boîtier et s'étendant en arcs de cercle dans une direction angulaire du stator en se succédant dans une direction axiale du stator, caractérisé en ce que certaines au moins des rampes sont munies de vannes (27) commandées indépendamment en permettant différents états d'ouverture desdites rampes. 2) Dispositif de ventilation d'un carter de stator suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les rampes (26) traversent le boîtier (25) en comprenant chacune deux portions (26a, b, c, d) s'étendant chacune hors du boîtier dans deux sens angulaires opposés, et les vannes sont disposées dans le boîtier (25), à une ouverture (28) centrale des rampes. 3) Dispositif de ventilation d'un carter de stator suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux boîtiers (25) opposés, et les vannes (27a, 27b) sont disposées par paires dans des sections transversales respectives de la machine, et les portions (26a, b, c, d) des rampes s'étendent chacune sur près d'un quart de cercle. 4) Dispositif de ventilation d'un carter de stator suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacune des rampes comporte une desdites vannes.