Brevet FR3010729A1 — publié le 20150320

TURBOMACHINE COMPRENANT UN SYSTEME DE PILOTAGE DE JEUX A DOUBLE ENTREE DE GAZ DESCRIPTION Le sujet de l'invention est une turbomachine équipée d'un dispositif de pilotage de jeux à double entrée de gaz. Les systèmes de ventilation, par lesquels du gaz est soufflé sur certaines portions de turbomachines, sont classiques. On peut chercher à rafraîchir simplement les portions en question, ou à régler leur dilatation thermique. Les dispositifs de ce dernier genre comprennent en général au moins une prise de gaz frais sous pression, originaire d'un étage amont des compresseurs, et une canalisation menant à une chambre de soufflage, donnant sur un carter de stator entourant des aubes de rotor tournant en lui. La canalisation se ramifie usuellement en arrivant à la chambre de soufflage, de manière à égaliser le rafraîchissement sur la circonférence du carter. Une vanne commande automatiquement le degré d'ouverture de la canalisation et le débit la parcourant, en fonction du degré de rafraîchissement qu'il est souhaitable d'apporter à chaque instant, selon le régime et l'altitude atteints par la turbomachine. On arrive ainsi à minimiser les jeux entre le carter et le bout des aubes du rotor, et donc les pertes de rendement dues à des fuites de gaz autour des aubes. Si ces procédés de réglage de jeux sont bien maîtrisés pendant les régimes de croisière de la turbomachine, des situations problématiques peuvent apparaître pendant les transitoires et notamment pendant les accélérations, où des forces centrifuges plus grandes agissent immédiatement sur les aubes avant que l'échauffement des gaz ne dilate davantage le carter. Il en résulte que les aubes se dilatent et se redressent rapidement, au point de risquer d'annuler les jeux avec le carter. Les dispositifs d'étanchéité prévus au bout des aubes (des joints à labyrinthe composés de léchettes circulaires et d'anneaux de matière abradable, dans le cas des turbomachines d'aéronef) entrent alors en frottement, ce qui entraîne une usure de cet abradable et un accroissement des jeux et une perte d'étanchéité par la suite pendant tous les régimes. L'objet de l'invention est de supprimer cette difficulté. Elle consiste à intégrer au dispositif de pilotage de jeux une canalisation supplémentaire, originaire d'une prise d'air chaud et commandée par une autre vanne. Il devient ainsi possible, par un réglage approprié des vannes, de souffler un débit d'air plus froid ou plus chaud que le carter selon les circonstances, de manière à pouvoir le dilater pendant les périodes transitoires et échapper aux frottements avec les aubes tournantes, tout en continuant à le rétreindre pendant les régimes de croisière. L'air chaud peut provenir d'une région aval des compresseurs, et notamment d'un étage aval du compresseur à haute pression, adjacent à la chambre de combustion. On peut remarquer que des prises d'air originaires de ces endroits existent afin de lutter contre le pompage de la turbomachine, phénomène se produisant également pendant les régimes transitoires. Elles sont commandées par des vannes qui s'ouvrent alors pour évacuer une partie du débit de gaz vers l'extérieur au moyen de longues canalisations, qui s'étendent jusqu'à l'extrémité aval de la machine ; cette partie du débit est perdue. Dans l'invention, l'air chaud soutiré contribue malgré tout indirectement au fonctionnement de la machine, puisqu'il permet d'éviter les usures des moyens d'étanchéité qui sont ensuite préjudiciables au rendement ; et les canalisations, qui doivent simplement mener à des raccordements au dispositif principal de réglage de jeux, sont beaucoup plus courtes. L'art antérieur ne suggère pas de commander occasionnellement un dispositif de pilotage de jeux par un gaz plus chaud que la partie du carter dont il faut ajuster le diamètre, en remplaçant temporairement l'ajustement à débit réglable de gaz frais par une irruption d'un gaz chaud à un débit quelconque. L'invention est pour résumer relative, sous un aspect général, à une turbomachine comprenant une veine d'écoulement de gaz, un compresseur et une turbine successivement situés sur la veine, un dispositif de pilotage de jeux entre un carter de stator, délimitant la veine à l'endroit de la turbine et des aubes de rotor tournant dans ledit carter, le dispositif de pilotage de jeux comprenant une prise de gaz frais sous pression et une canalisation menant de la prise de gaz frais à une chambre de soufflage donnant sur une face extérieure du carter, ainsi qu'une vanne commandée automatiquement de commande de degré d'ouverture de la canalisation, caractérisée en ce qu'elle comprend une seconde canalisation, menant d'une prise de gaz chaud sous pression originaire du compresseur à un raccordement à la canalisation du dispositif de pilotage de jeux, et une seconde vanne commandée automatiquement, disposée sur la seconde canalisation. L'invention permet donc d'insuffler presque immédiatement un grand débit de gaz chaud dans le dispositif de pilotage de jeux et sur le carter quand un régime transitoire commence, au lieu de le laisser se perdre dans l'atmosphère. Le carter se dilate beaucoup plus vite qu'avec l'apport de chaleur supplémentaire des gaz de la veine d'écoulement, ce qui réduit ou élimine l'usure de ses moyens d'étanchéité par le frottement des bouts d'aubes mobiles. La modification de soufflage peut être d'autant plus forte que le débit de gaz frais peut être arrêté complètement quand le débit de gaz chaud est donné, si la seconde vanne établit une commutation des écoulements. Le soufflage de gaz soit chaud soit froid pour commander des dilatations opposées du carter est une originalité essentielle de l'invention. La prise d'air chaud sous pression peut être située à une portion du compresseur qui est adjacente à une chambre de combustion du gaz de la veine ; et la prise de gaz froide peut être située à une portion en aval d'une soufflante d'une veine 2 0 secondaire, entourant ladite veine d'écoulement des gaz. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux Figures suivantes : - La Figure 1 représente une vue générale d'une turbomachine, équipée d'un dispositif conforme à l'invention ; et - la Figure 2 est un schéma du dispositif. 25 On se reporte à la Figure 1. Une turbomachine comprend une veine 1 primaire d'écoulement des gaz, le long de laquelle on trouve successivement un compresseur à basse pression 2, un compresseur à haute pression 3, une chambre de combustion 4, une turbine à haute pression 5 et une turbine à basse pression 6 ; elle comprend encore une veine secondaire 7 entourant la précédente, et une soufflante 8, 30 en amont du compresseur à basse pression 2, qui est responsable d'une circulation d'air dans la veine secondaire 7. La veine primaire 1 est limitée extérieurement par des carters de stator, parmi lesquels un carter 9 à l'endroit de la turbine à basse pression 6, et dont le diamètre doit être réglé de manière à ajuster les jeux entre lui et des aubes mobiles 10 tournant avec un rotor 11, au centre de la machine, et qui délimitent également la veine primaire 1. On procède par un système appelé LPTACC (Low Pressure Turbine Active Clearance Control), qui comprend successivement une écope froide 12 traversant un carter intermédiaire de stator 13, qui délimite la veine secondaire 7 par l'intérieur, une première canalisation 14, s'étendant dans une chambre 15 du stator, une bifurcation 16, des boîtiers de distribution 17 aux extrémités de la bifurcation 16, et des rampes 18 sortant des boîtiers de distribution 17 et s'étendant en arcs de cercle, à proximité du carter 9 ; les rampes 18 sont munies d'orifices de soufflage non représentés par lesquels l'air originaire de la veine secondaire 7 et sous pression, soutiré par l'écope froide 12 et ayant circulé à travers la première canalisation 14, la bifurcation 16 et les boîtiers 18, est projeté sur le carter 9 grâce à sa pression plus élevée. L'air de la veine secondaire 7 étant frais, le carter 9 est rétreint par ce soufflage. Une première vanne 19 est disposée sur la première canalisation 14, de manière à régler son ouverture par degrés en obéissant à un dispositif logique 20, d'après le régime du moteur, selon des fonctions concrètes connues. Il est conforme à l'invention d'ajouter une seconde canalisation 21, s'étendant depuis une écope chaude 22, débouchant dans la veine primaire 1 à l'endroit des compresseurs, et plus précisément du dernier étage du compresseur à haute pression 3, à côté de la chambre de combustion 4, jusqu'à un raccordement 23 à la première canalisation 14. De l'air chaud, originaire du compresseur à haute pression 3, est soutiré de l'écoulement par la seconde canalisation 21, et peut donc entrer dans la première canalisation 14, avant d'être soufflé sur le carter 9 en empruntant des rampes 18. Cet air étant plus chaud que l'environnement de la turbine à basse pression 6, il tend à dilater le carter 9. Une seconde vanne 24 est disposée sur la seconde canalisation 21, afin de l'ouvrir ou de la fermer ; elle est ici disposée sur le raccordement 23 et construite de manière à autoriser le passage soit de l'air originaire de l'écope froide 12, soit de l'air originaire de l'écope chaude 22. Un autre dispositif logique 25 commande la seconde vanne 24, de manière à autoriser l'écoulement originaire de l'écope chaude 22 pendant les transitoires d'accélération et de décélération et l'écoulement de l'air originaire de l'écope froide 12 pendant les régimes de croisière. Cette disposition permet donc de dilater le carter 9 pendant les régimes transitoires et de le rétreindre pendant les régimes de croisière, conformément à l'objectif qu'on s'était fixé. Le remplacement brutal de l'air frais par de l'air chaud pendant les transitoires, redevable à la commutation d'écoulements faite par la seconde vanne 24, à la température élevée atteinte par l'air de la veine primaire 1 avant même la chambre de combustion, et au débit élevé soutiré par l'écope froide 12 afin d'éviter le risque de pompage produit une dilatation à la fois importante et rapide du carter 9, est apte à dilater vite et fortement le carter 9 et donc à parer aux augmentations de rayons également importantes et rapides des aubes mobiles 10 pendant les régimes transitoires. On a représenté une seule écope froide 12, une seule première canalisation 14, une seule écope chaude 22 et une seule seconde canalisation 21. Le dispositif peut en réalité être multiplié autour de la turbomachine, chaque exemplaire étant affecté à un secteur angulaire de celle-ci. Comme tous les exemplaires seront identiques, le fonctionnement reste le même. REVENDICATIONS1) Turbomachine comprenant une veine (1) d'écoulement de gaz, un compresseur (3) et une turbine (6) successivement situés sur la veine, un dispositif de pilotage de jeux entre un carter de stator, délimitant la veine à l'endroit de la turbine et des aubes (10) de rotor tournant dans ledit carter de stator (9), le dispositif de pilotage de jeux comprenant une prise de gaz frais (12) sous pression et une première canalisation (14) menant de la prise de gaz frais à une installation de soufflage (17, 18) donnant sur une face extérieure du carter (9), ainsi qu'une première vanne (20) commandée automatiquement de commande de degré d'ouverture de la canalisation (21), caractérisée en ce qu'elle comprend une seconde canalisation, menant d'une prise de gaz chaud (22) sous pression originaire du compresseur à un raccordement (23) à la première canalisation, et une seconde vanne (24) commandée automatiquement, disposée sur la seconde canalisation. 2) Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la prise de gaz chaud sous pression est située à une portion du compresseur qui est adjacente à une chambre de combustion du gaz de la veine. 3) Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la prise de gaz froid est située à une portion en aval d'une soufflante d'une veine secondaire entourant ladite veine d'écoulement des gaz. 4) Turbomachine selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisée en ce que la seconde vanne (24) est une vanne de commutation d'écoulement située à un raccordement (23) de la seconde canalisation (21) à la première canalisation (14).25