Brevet FR3016660A1 — publié le 20150724

Domaine de l'invention L'invention concerne un carter de turbomachine, notamment un carter d'échappement de turbomachine. 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 tuyère d'éjection. Le carter comprend un moyeu, une virole externe et une pluralité de bras structurels disposés de manière circonférentielle entre le moyeu et la virole externe. Afin de fixer le carter d'échappement à un support de la turbomachine, il est connu de la demande de brevet FR 2975131, de prévoir des points d'attache nommés chapes en saillie sur la virole externe, dont les oreilles s'étendent radialement et qui présentent des alésages pour la réception de bielles 103 de fixation (Figure 1). Les efforts de traction et de compression induits par les bielles de fixation sur les chapes induisent des moments de fléchissement qui peuvent endommager la virole ainsi que les bras du carter. Ceci résulte du désaxage entre les alésages des chapes et la fibre neutre de la virole. FR 2975131 propose de créer une dépression dans la virole afin de rapprocher les alésages des chapes avec la fibre neutre de la virole. Toutefois, cette solution est moins efficace si la virole présente une épaisseur fine, ce qui est souhaitable pour réduire la masse du carter. Une autre solution, illustrée en Figure 1, consiste à créer des bossages 100 pour abaisser les chapes 101 et les rapprocher de la fibre neutre de la virole. Toutefois, ces bossages ont un impact aérodynamique négatif sur l'écoulement dans la veine, qui est accru lorsque les bras structurels sont courts. En outre, dans les solutions de l'art antérieur, il est difficile d'usiner les chapes, car celles-ci sont disposées à proximité de la virole extérieure, ce qui implique que les outils d'usinage rencontrent des obstacles. Présentation de l'invention Afin de pallier les inconvénients de l'art antérieur, l'invention propose un carter de turbomachine, comprenant un moyeu, une virole extérieure, et des chapes en saillie sur la virole extérieure, pour la fixation du carter, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un raidisseur s'étendant entre des couples de chapes en regard l'une de l'autre. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : les extrémités du raidisseur sont solidaires des chapes ; les extrémités du raidisseur sont fixées aux chapes par l'intermédiaire d'éléments de fixation; le raidisseur présente une partie centrale, et des bras latéraux s'étendant en saillie de la partie centrale ; le raidisseur présente une forme générale de H ; les bras latéraux présentent une section plus large en leur centre qu'à leurs extrémités ; les bras latéraux présentent une section moins large en leur centre qu'à leurs extrémités ; les bras latéraux présentent une section de largeur sensiblement constante ; ledit carter est un carter d'échappement de turbomachine et comprend une pluralité de bras structurels disposés de manière circonférentielle entre le moyeu et la virole extérieure, les chapes étant disposées dans le prolongement des bras structurels. L'invention concerne également une turbomachine comprenant un carter tel que décrit précédemment, des bielles de fixation fixées d'une part aux chapes du carter par l'intermédiaire d'éléments de fixation, et d'autre part à un support de la turbomachine, le raidisseur étant configuré pour reprendre des efforts appliqués par les éléments de fixation sur le carter. 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 carter d'échappement selon l'art antérieur, comprenant des bossages dans l'espace entre le moyeu et la virole extérieure ; - la Figure 2 est une représentation d'un carter selon un mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 3 est une représentation de couples de chapes en saillie sur la virole, et d'un raidisseur distinct des chapes ; - la Figure 4 représente une liaison entre le raidisseur et les chapes par une pièce de fixation, conformément au mode de réalisation de la Figure 3; - la Figure 5 est une représentation d'un mode de réalisation dans lequel le raidisseur est solidaire des chapes ; - la Figure 6 est une représentation d'un mode de réalisation possible pour la forme du raidisseur ; - la Figure 7 est une représentation en vue de côté du mode de réalisation de la Figure 6 ; - la Figure 8 est une représentation d'un autre mode de réalisation possible pour la forme du raidisseur ; - la Figure 9 est une représentation en vue de côté du mode de réalisation de la Figure 8 ; - la Figure 10 est une représentation d'un autre mode de réalisation possible pour la forme du raidisseur ; - la Figure 11 est une représentation en vue de côté du mode de réalisation de la Figure 10 ; - la Figure 12 est une représentation d'un carter lié à un support de turbomachine par des éléments de fixation ; - la Figure 13 est une représentation d'une zone située en amont de bossages dans un carter selon l'art antérieur. Description détaillée On a représenté en Figure 2 un mode de réalisation d'un carter 1 de turbomachine selon l'invention. Il s'agit par exemple d'un carter d'échappement de turbomachine. Le carter 1 comprend un moyeu 2 et une virole 3 extérieure. La virole 3 extérieure est par exemple de forme générale cylindrique de révolution, ou polygonale. Elle présente une bride 35 de fixation comprenant une pluralité de perçages, pour la fixation à un autre carter. Dans le cas d'un carter d'échappement, le carter 1 comprend en outre une pluralité de bras 14 structurels. Ces derniers, qui peuvent notamment être radiaux ou tangentiels, sont disposés de manière circonférentielle et lient le moyeu 2 et la virole 3 extérieure. On entend par radial l'axe radial de la turbomachine, qui s'étend radialement par rapport à l'axe longitudinal de la turbomachine, l'axe longitudinal étant l'axe d'écoulement du flux primaire de la turbomachine, d'amont en aval. 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 14 structurels définissent des ouvertures d'échappement, dans lesquelles circule le flux de la turbomachine (veine). Le carter 1 comprend en outre des chapes 11 en saillie sur la virole 3 extérieure, pour la fixation du carter, et en particulier, pour la réception d'éléments 8 de fixation, eux-mêmes reliés à des bielles 9 (figure 12) de fixation du carter 1 à un support 32 (figure 12) de la turbomachine. Les chapes 11 présentent des oreilles 30 orientées radialement par rapport à la virole 3 extérieure. Les oreilles 30 présentent des alésages 31 pour la réception des éléments 8 de fixation, comme par exemple des axes. Une extrémité 33 (Figure 12) des bielles 9 de fixation est reçue et fixée (par exemple par l'intermédiaire des éléments 8 de fixation) entre un couple de chapes 11 en regard l'une de l'autre, l'autre extrémité 34 (Figure 12) étant fixée au support 32 de la turbomachine. Le carter 1 comprend en outre au moins un raidisseur 10 s'étendant entre des couples de chapes 11 en regard l'une de l'autre. Selon une réalisation possible, les chapes 11 sont disposées deux à deux en regard l'une de l'autre, et côte à côte. Dans le cas d'un carter 1 d'échappement comprenant une pluralité de bras 14 structurels disposés de manière circonférentielle entre le moyeu 2 et la virole 3 extérieure, les chapes 11 sont avantageusement disposées dans le prolongement radial des bras 14 structurels. Le raidisseur 10 s'étend entre deux couples de chapes 11, chaque couple comprenant deux chapes en regard l'une de l'autre. Dans l'exemple illustré en Figure 2, le carter 1 comprend six chapes sur la circonférence de la virole 3 extérieure, et trois raidisseurs 10, chaque raidisseur 10 s'étendant entre deux couples adjacents de chapes 11. Ce nombre et cette disposition ne sont toutefois pas limitatifs. Le raidisseur 10 s'étend dans la direction principale des bielles 9 de fixation, de sorte à reprendre des efforts appliqués par les bielles 9 de fixation sur le carter 1. Ceci permet d'empêcher l'application de moments de fléchissement sur le carter 1. En l'espèce, les raidisseurs 10 s'étendent principalement selon une direction sensiblement tangentielle à la virole 3 extérieure. Les extrémités 12 du raidisseur 10 sont quant à elles alignées avec les alésages 31 des chapes 11 en regard. En Figure 12, on a représenté un carter 1 d'échappement fixé à un support 32 d'une turbomachine. Comme on peut le voir, les bielles 9 de fixation sont fixées d'une part aux chapes 11 du carter 1 et d'autre part au support 32. Compte tenu de l'accrochage du carter 1, la sollicitation en flambage des bras 14 structurels est relativement faible, mais cet accrochage induit des moments de fléchissements importants sur la virole 3 et le sommet des bras 14, qui sont repris par les raidisseurs 10. Selon un mode de réalisation, les extrémités 12 du raidisseur 10 sont solidaires des chapes 11. Le raidisseur 10 peut être obtenu par différents procédés de 10 fabrication, comme par exemple par emboutissage, forgeage, ou fonderie et rendu solidaire des chapes 11 par fonderie ou soudage. Dans ce cas, les efforts imposés par les bielles 9 de fixation sont repris par les chapes 11 renforcées par les raidisseurs 10 par l'intermédiaire des éléments 8 de fixation, ce qui évite les sollicitations mécaniques de la 15 virole 3, et, le cas échéant, des bras 14 structurels. Selon un exemple possible, le carter 1 comprend plusieurs secteurs indépendants, issus de fonderie, dont la solidarisation permet d'obtenir le carter 1. Chaque secteur comprend une portion de bras, une portion de virole, et, le cas échéant, un ou plusieurs couples de chapes en saillie. 20 Selon cet exemple, une partie de raidisseur 10 est rendue solidaire de chaque couple de chapes 11 de chaque secteur, dès la fabrication. Lors de l'assemblage des secteurs du carter 1, les parties de raidisseur 10 sont alors solidarisées, par exemple par soudage. En pratique, une partie centrale est en général rapportée et soudée 25 aux parties de raidisseur 10 solidaires de chaque couple de chapes de chaque secteur, afin de faciliter la fabrication et l'alignement des parties de raidisseur 10 entre elles. Selon un autre mode de réalisation, le raidisseur 10 est rapporté et fixé sur les couples de chapes 11. Les chapes 11 et le raidisseur 10 sont 30 donc dans ce cas deux pièces distinctes. A cet effet, les extrémités 12 du raidisseur 10 sont fixées aux chapes 11 par l'intermédiaire des éléments 8 de fixation, comme des axes, qui sont communs aux raidisseurs 10 et aux bielles 9. Dans ce mode de réalisation, les efforts appliqués par les éléments 8 de fixation sont répartis entre les chapes 11 et les raidisseurs 10. L'invention permet de simplifier la fabrication du carter. En effet, dans l'art antérieur, les chapes 11 ont une position radiale basse, proche de la virole 3 externe, ce qui rend complexe la mise au point du moule de fonderie au niveau des empochements, l'usinage des chapes, et, en particulier, le passage des outils pour la fabrication des alésages des chapes, en raison de la proximité de la virole 3 externe. Grâce à l'invention, les chapes 11 peuvent être en saillie sur la virole 3 externe, et il n'est plus nécessaire d'aligner les chapes 11 avec la fibre neutre de la virole. Les raidisseurs 10, éventuellement en coopération avec les chapes 11, permettent de reprendre le moment de fléchissement induit par le désalignement des alésages 31 des chapes 11 avec la fibre neutre de la virole 3. Par conséquent, l'accès aux chapes 11 est amélioré, et l'usinage des chapes 11 est donc simplifié. La forme du raidisseur 10 est étudiée pour répondre à différentes sollicitations. Il est avantageux que le raidisseur 10 puisse être fabriqué à coût réduit et présenter une masse réduite, tout en assurant la tenue mécanique requise. En particulier, le raidisseur 10 est conçu pour présenter une tenue au flambage, au pire égale, au mieux supérieure à celle de la virole 3, afin de préserver celle-ci en sollicitations extrêmes. Comme illustré sur les Figures 5 à 11, le raidisseur 10 peut notamment présenter : une partie 18 centrale, et des bras 19 latéraux s'étendant en saillie de la partie 18 centrale, et dont les extrémités sont liées (par solidarisation ou par des pièces de fixation) aux chapes 11. Les bras 19 latéraux s'étendent en général au-delà de la partie 18 centrale selon une direction tangentielle à la virole 3. Le raidisseur 10 peut notamment présenter une forme générale de H en vue de dessus. Dans l'exemple des Figures 6 et 7, les bras 19 latéraux présentent une section 25 moins large en leur centre qu'à leurs extrémités. Ainsi, les bras 19 s'affinent de leurs extrémités connectées aux chapes 11 vers leur centre connecté à la partie 18 centrale du raidisseur 10. En outre, la section 25 centrale des bras 19 latéraux présente, sur ces figures, un profil externe concave. Dans l'exemple des Figures 8 et 9, les bras 19 latéraux présentent une section 25 plus large en leur centre qu'à leurs extrémités. Ainsi, les bras 19 s'affinent de leur centre connecté à la partie 18 centrale du raidisseur 10 vers leurs extrémités connectées aux chapes 11. En outre, la section 25 centrale des bras 19 latéraux présente, sur ces figures, un profil externe convexe. Dans l'exemple des Figures 10 et 11, les bras 19 latéraux présentent une section 26 de largeur sensiblement constante. Ces modes de réalisation ne sont que des exemples, et d'autres 20 formes sont envisageables afin d'optimiser le dimensionnement en tenue mécanique et la rationalisation du mode d'industrialisation. L'art antérieur décrivait un carter comportant des empochements, qui sont supprimés par l'objet de l'invention. La suppression de ces obstacles à l'écoulement du flux améliore les 25 performances de la turbomachine. De plus, la fabrication du carter est améliorée. Les chapes, qui sont éloignées de la circonférence externe de la virole 3, peuvent être usinées de manière simple et efficace, les outils d'usinage ne rencontrant pas d'obstacles à leur passage. 30 Par ailleurs, l'invention permet d'augmenter la durée de vie de zones du carter. Dans l'art antérieur, la zone en amont des empochements est en limitation de durée de vie. La suppression des empochements permet de s'affranchir de cette limitation. En effet, la zone 29 (Figure 13) située dans l'art antérieur en amont (selon le sens d'écoulement du flux dans le carter) des empochements 100, sur la circonférence externe du moyeu 3, qui présente une durée de vie limitée, n'existe plus grâce à l'invention, en raison de la suppression des empochements. Enfin, les coûts sont réduits, et le bilan massique est satisfaisant par rapport aux solutions de l'art antérieur. REVENDICATIONS1. Carter (1) de turbomachine, comprenant : un moyeu (2), une virole (3) extérieure, et des chapes (11) en saillie sur la virole (3) extérieure, pour la fixation du carter (1), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un raidisseur (10) s'étendant entre des couples de chapes (11) en regard l'une de l'autre. 2. Carter (1) selon la revendication 1, dans lequel les extrémités (12) du raidisseur (10) sont solidaires des chapes (11). 3. Carter (1) selon la revendication 1, dans lequel les extrémités (12) du raidisseur (10) sont fixées aux chapes (11) par l'intermédiaire d'éléments (8) de fixation. 4. Carter (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le raidisseur (10) présente : une partie (18) centrale, et des bras (19) latéraux s'étendant en saillie de la partie (18) centrale. 5. Carter (1) selon la revendication 4, dans lequel le raidisseur (10) présente 25 une forme générale de H. 6. Carter (1) selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel les bras (19) latéraux présentent une section (25) plus large en leur centre qu'à leurs extrémités. 7. Carter (1) selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel les bras (19) latéraux présentent une section (25) moins large en leur centre qu'à leurs extrémités. 8. Carter (1) selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel les bras (19) latéraux présentent une section (26) de largeur sensiblement constante. 9. Carter (1) selon l'une des revendications 1 à 8, ledit carter (1) étant un carter d'échappement de turbomachine et comprenant une pluralité de bras 10 (14) structurels disposés de manière circonférentielle entre le moyeu (2) et la virole (3) extérieure, les chapes (11) étant disposées dans le prolongement des bras (14) structurels. 10. Turbomachine comprenant : 15 un carter (1) selon l'une des revendications 1 à 9, des bielles (9) de fixation fixés d'une part aux chapes (11) du carter (1) par l'intermédiaire d'éléments (8) de fixation, et d'autre part à un support (32) de la turbomachine, le raidisseur (10) étant configuré pour reprendre des efforts appliqués 20 par les bielles (9) de fixation sur le carter (1). 25