Brevet FR3021742A1 — publié le 20151204

VEINE INSTRUMENTEE DE TURBOMACHINE L'invention se rapporte à une veine annulaire de circulation d'air traversée par une tige instrumentée, cette veine se situant de manière générale dans une turbomachine. Classiquement, un turboréacteur à double flux 10, comme l'illustre la figure 1, est constitué d'une turbine à gaz 12 d'axe 14 entrainant une soufflante 16 carénée, ou fan, celle-ci étant généralement placée à l'amont (AM) du moteur. La masse d'air aspirée par le moteur est divisée en un flux d'air primaire (flèche A), qui circule dans la turbine à gaz ou corps primaire, et un flux d'air secondaire (flèche B), qui est issu de la soufflante 16 et qui entoure le corps primaire, les flux d'air primaire et secondaire étant concentriques. D'une manière bien connue, le flux d'air primaire (flèche A) est généralement compressé par un premier compresseur 18, dit basse pression (BP) ou booster, dont l'arbre BP est relié à l'arbre de la soufflante 14 et entrainé en rotation par l'arbre d'une turbine basse pression en aval (non représenté), puis dans un second compresseur aval 20 (AV), dit haute pression (HP), dont l'arbre HP est entrainé en rotation par l'arbre d'une turbine haute pression agencée en sortie d'une chambre de combustion et en amont de la turbine basse pression (non représentées). Dans un tel turboréacteur à double corps, on désigne habituellement par carter intermédiaire 22 un carter dont le moyeu est agencé entre un carter 24 du compresseur basse pression 18 et un carter 26 du 25 compresseur haute pression 20. Le carter intermédiaire 22 comprend une paroi annulaire interne 28 délimitant extérieurement la veine annulaire 18 d'écoulement du flux d'air primaire, une paroi annulaire intermédiaire 30 délimitant intérieurement la veine annulaire 33 d'écoulement du flux d'air secondaire, et une paroi 30 externe 35 délimitant extérieurement la veine annulaire 33 d'écoulement du flux d'air secondaire. 3021742 2 Par ailleurs, un tel turboréacteur est généralement équipé de dispositifs dénommés vannes de décharge 32 ou VBV (pour Variable Bleed Valve, en anglais), qui permettent de renvoyer une partie du flux d'air primaire, en sortie du compresseur BP 18, dans le canal annulaire 33 du 5 flux d'air secondaire. Cette décharge a pour effet, en faisant baisser la pression en aval du compresseur BP 18, d'abaisser le point de fonctionnement de celui-ci et de réduire les risques de pompage du compresseur 18, 20 consistant en une inversion brutale de l'écoulement du flux de gaz chauds de la chambre de combustion, pouvant endommager le 10 compresseur 18, 20. De plus, en cas de pénétration accidentelle d'eau, notamment sous forme de pluie ou de grêle, ou encore de débris divers, qui sont susceptibles de nuire au fonctionnement du turboréacteur, ces vannes permettent de récupérer cette eau ou ces débris et de les éjecter en dehors de la veine primaire alimentant en air la chambre de combustion. 15 Ainsi, les vannes de décharge 32 sont formées dans la virole annulaire interne 28 du moyeu du carter intermédiaire 22 et communiquent avec un espace compris entre la virole annulaire interne 28 et la virole intermédiaire 30 du carter intermédiaire 22. Pour permettre la décharge d'air, le moyeu du carter intermédiaire 20 22 comprend un flasque transversal aval 34 agencé en amont du compresseur haute pression 20 du turboréacteur et reliant mutuellement les extrémités aval des viroles annulaires interne 28 et intermédiaire 30. Le flasque aval 34 comporte une pluralité de premières ouvertures 36 réparties autour de l'axe 14 du turboréacteur 10 et communiquant chacune en amont avec l'intérieur du moyeu et en aval avec un conduit 38 dont l'extrémité aval débouche au niveau d'une virole 40 ajourée par des secondes ouvertures, en aval d'une virole annulaire externe 42 formée dans le prolongement aval de la paroi annulaire intermédiaire 30 du carter intermédiaire 22. Comme représenté sur la figure 1, le moyeu du carter intermédiaire 22 porte des aubes de stator 44 s'étendant entre la paroi intermédiaire 30 3021742 3 et la paroi externe 35 du carter intermédiaire 22. Les aubes de stator 44, encore appelées OGV, sont destinées à redresser le flux d'air secondaire issu de la soufflante amont 16. Dans le cadre du développement de la turbomachine, il est 5 nécessaire de mesurer et vérifier ses performances. On cherche notamment à mesurer les paramètres d'écoulement du flux dans la veine secondaire, tels que sa vitesse, sa pression, sa température. A cette fin, il a été déterminé qu'il est préférable de disposer les capteurs de mesure à certaines localisations précises de la veine secondaire. L'une de ces 10 localisations se situe en aval des aubes de stator 44 du carter intermédiaire 22, selon un plan d'inclinaison particulier par rapport à l'axe de la turbomachine passant par la virole ajourée 40. Cette localisation permet de mesurer efficacement les performances du couple soufflante 16 et aubes 44 de redressement. Afin d'effectuer des mesures exhaustives du flux à 15 cette localisation, on désire agencer plusieurs capteurs à des hauteurs différentes de la veine secondaire, toujours selon ce plan. Ces capteurs, même s'ils sont intégrés de manière intrusive, ne doivent pas influencer le fonctionnement normal de la turbomachine, et doivent pouvoir résister à leur environnement lors des tests effectués, ces derniers couvrant en 20 général l'ensemble des plages de fonctionnement possibles de la turbomachine. On pourra notamment observer lors de ces tests des variations de température, de pression, de positionnement relatif des pièces à causes des différents jeux de montage et des dilatations différentielles. 25 La présente invention apporte une solution simple, efficace et économique d'intégration d'instruments de mesure du flux à travers la veine précitée. A cette fin, elle propose une veine annulaire d'écoulement d'air d'une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, traversée 30 par une tige instrumentée comportant des moyens de mesure de caractéristiques d'un flux pouvant parcourir la veine, ladite tige s'étendant 3021742 4 entre une paroi annulaire externe et une paroi annulaire interne de la veine, caractérisée en ce que des moyens de liaison externes fixent une extrémité externe de la tige instrumentée à la paroi externe rigidement dans toutes les directions, et en ce que des moyens de liaison internes fixent une 5 extrémité interne de la tige instrumentée à la paroi interne rigidement dans la direction circonférentielle et avec un degré de liberté en déplacement dans les directions radiale et axiale. Grâce à l'invention, il est possible de positionner des capteurs sur toute la longueur de la tige, et donc sur toute la hauteur de la veine, ce qui 10 permet de mesurer exhaustivement l'écoulement du flux sur le plan prédéfini. La tige pourra par exemple comprendre un conduit de passage de câbles débouchant à travers la paroi externe de la veine, afin de relier les capteurs de la tige à des dispositifs extérieurs de collecte d'informations. Grâce aux degrés de liberté dans les directions axiale et 15 radiale, laissées à l'extrémité interne de la tige par rapport à la paroi interne de la veine, la tige ne subira pas de contraintes structurelles en cas de dilation différentielle de la paroi interne de la veine par rapport à la paroi externe, ou en cas de déplacement relatif de ces deux parois en fonctionnement autorisé par les différents jeux de montage de l'ensemble. 20 Avantageusement, les moyens de liaison internes comprennent un sabot fixé rigidement à la paroi interne, et fixé rigidement à l'extrémité interne de la tige instrumentée dans la direction circonférentiellement, et avec un degré de liberté en déplacement dans les directions radiale et axiale. 25 Préférentiellement, le sabot et l'extrémité interne de la tige instrumentée sont engagés l'un avec l'autre, au moins un orifice traversant circonférentiellement étant formé sur l'extrémité interne de la tige instrumentée et étant aligné avec au moins un orifice traversant du sabot, un organe de verrouillage étant engagé à travers les orifices précités du 30 sabot et de l'extrémité interne de la tige instrumentée. Le sabot et l'extrémité interne de la tige sont ainsi solidarisés entre eux. 3021742 5 L'ajustement entre le sabot et la tige instrumentée peut être de type glissant, et de type H7/g6 de préférence. Ainsi, il est autorisé un déplacement relatif entre le sabot et l'extrémité interne de la tige. Selon une caractéristique notable, la section de l'au moins un orifice 5 du sabot est incluse strictement dans la section de l'au moins un orifice de l'extrémité interne de la tige, ou inversement. Ainsi, l'organe de verrouillage, qui est logiquement adapté en taille aux orifices les plus petits du sabot ou de l'extrémité interne de la tige, pourra se déplacer librement au sein des autres orifices de tailles plus grandes, ce qui autorise un 10 déplacement relatif du sabot et de l'extrémité interne de la tige dans le plan perpendiculaires à l'axe des orifices. Préférentiellement, ledit au moins un orifice du sabot ou de l'extrémité interne de la tige est de forme oblongue allongée en alignement avec la tige instrumentée. De cette manière, on autorise un mouvement 15 relatif plus important dans la direction d'allongement de la tige. L'organe de verrouillage engagé à travers les orifices du sabot et de l'extrémité interne de la tige les trous est de préférence un boulon autobloquant, configuré de manière à éviter le serrage du sabot avec la tige instrumentée. 20 Avantageusement, le sabot est fixé rigidement à une première virole formant la paroi interne de la veine, ladite virole étant agencée en aval d'une rangée annulaire d'aubes fixes s'étendant à travers la veine et en amont d'une seconde virole ajourée de de décharge d'air, et dans laquelle l'extrémité externe de la tige est fixée par rapport à la paroi externe en aval 25 de ladite rangée d'aubes. La virole ajourée où débouche le conduit de décharge d'air n'est en effet pas adaptée pour supporter la tige instrumentée dans ce type de configuration. De plus, le sabot comprend de préférence une partie aval agencée axialement en regard de la seconde virole ajourée et radialement à 30 distance de cette dernière, le sabot étant fixé à l'extrémité interne de la tige au niveau de cette partie aval. Cela permet à la tige d'être reliée à la paroi 3021742 6 interne de la veine tout en respectant le plan de mesure qui passe par la virole où débouche le conduit de décharge d'air, dans la configuration définie ci-dessus. Afin de respecter le plan de mesure, l'extrémité interne de la tige 5 instrumentée pourra être située en amont par rapport à l'extrémité externe de la tige instrumentée. Une cale pourra être montée entre l'extrémité externe de la tige instrumentée et la paroi externe de la veine. L'invention concerne aussi une turbomachine, telle qu'un 10 turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant une veine annulaire telle que décrite précédemment. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : 15 la figure 1, déjà décrite, est une demi-vue schématique en coupe axiale d'un turboréacteur d'aéronef d'un type connu ; la figure 2 est une demi-vue d'une veine conforme à l'invention, pouvant être adaptée dans le turboréacteur illustré à la figure 1 ; les figures 3 et 4 sont des vues complémentaires de la liaison entre le 20 sabot et l'extrémité interne de la tige instrumentée selon l'invention ; les figures 5 et 6 sont des vues complémentaires de la liaison entre l'extrémité externe de la tige instrumentée et la paroi externe de la veine selon l'invention ; la figure 7 est un agrandissement de la figure 2 dans la zone du sabot. 25 La figure 2 correspond à l'intégration de l'invention dans une turbomachine du type représenté à la figure 1. On retrouve donc une veine secondaire 33, traversée radialement par une pluralité d'aubes OGV 44 d'un carter intermédiaire 22. Forment la limite interne de la veine, respectivement d'amont en aval, la paroi intermédiaire 30 du carter 30 intermédiaire, une première virole 42, et une seconde virole ajourée 40 où 3021742 7 débouchent des conduits de décharge de la veine primaire 18 de la turbomachine. Forment la limite externe de la veine 33, d'amont en aval, la paroi externe 35 du carter intermédiaire 22, un échangeur de chaleur air/huile 46, 5 et un carter externe 48 de la turbomachine. Il est proposé d'agencer une tige instrumentée 50 à travers la veine 33 décrite ci-dessus, afin d'effectuer les mesures de flux désirées. La tige rigide 50 est de type longitudinale, et porte sur son bord amont des buses 52 dont les ouvertures sont orientées face au flux secondaire B. Les buses 10 52 sont reliées à des câbles 54 parcourant un conduit formé au sein de la tige 50, et débouchant à l'extérieur de la veine 33, afin de pouvoir relier les câbles 54 à des dispositifs (non représentés) de collecte et de traitement des informations mesurées. La tige instrumentée 50 s'étend entre la paroi interne 30 et la paroi 15 externe 35 de la veine. La tige 50 est inclinée d'amont vers l'aval entre respectivement son extrémité interne 56 et son extrémité externe 58. Cette inclinaison suit le plan optimal de mesure du flux à la localisation choisie. L'extrémité externe 58 de la tige 50 est coudée vers l'amont et l'extérieur, et est fixée au carter externe 48 de la turbomachine, en aval de l'échangeur 20 air/huile 46, par l'intermédiaire d'une cale 60. L'extrémité interne 56 de la tige instrumentée 50 est reliée à un sabot 62, qui est lui-même relié à la première virole 42 de la paroi interne de la veine, située axialement entre la paroi intermédiaire 30 du carter intermédiaire 22 et la virole ajourée 40 comprenant les ouvertures des conduits de décharge de la veine primaire. 25 Les figures 3 et 4 décrivent plus en détail le sabot 62 et son mode de liaison avec l'extrémité interne 56 de la tige instrumentée 50. Le sabot comprend un socle amont 64 percé radialement pour le passage d'une vis 66 de fixation à la virole 42 précitée de la paroi interne de la veine 33. Un léger jeu est formé entre la vis 66 précitée et l'orifice 68 du socle 64 afin de 30 pouvoir compenser les dispersions dimensionnelles axiales et circonférentielles de la veine lors du montage de l'ensemble décrit. Le socle 3021742 8 64 est relié à l'aval à un manche 70 orienté vers l'aval et l'extérieur. Le manche 70 est percé circonférentiellement, le perçage formant un orifice 72 de forme oblongue dont la direction d'extension longue est orientée suivant l'orientation de la tige. 5 A l'extrémité interne 56 de la tige instrumentée 50 est formé un logement 74 conçu pour accueillir le manche 70 du sabot 62. Deux parois ou doigts 76, 78 délimitent circonférentiellement le manche 70 de part et d'autre et son percées chacune circonférentiellement, de manière à former des orifices 80, 82 des parois alignés avec l'orifice 72 oblong du manche. 10 Les orifices 80, 82 du logement 74 de la tige sont circulaires et de sections incluses dans l'orifice oblong 72 du manche 70. Un boulon 84, de diamètre correspondant aux orifices 80, 82 du logement 74, est inséré et verrouillé à travers l'ensemble des orifices 72, 80, 82 précités. L'ajustement entre le manche 70 du sabot 62 et le logement 74 de la 15 tige 50 est de type glissant, et de préférence de type H7/g6. Le boulon 84 est autobloquant, et le serrage du boulon 84 est effectué de manière à éviter de déformer les parois 76, 78 du logement 74 et de les contraindre sur le manche 70. Il est ainsi permis au manche 70 de glisser axialement et radialement dans le logement 74 dans les limites du déplacement possible 20 du boulon 84 dans le trou oblong 72 du manche, tout en bloquant le tige 50 par rapport au sabot 62 en direction circonférentielle. Cela évite notamment la mise en vibration de la tige 50 lors des mesures, et permet la dilatation longitudinale de la tige lors des essais. On formera de préférence un jeu minimum de 2 mm tout autour du 25 boulon 84 dans le trou oblong 72 du manche 70, afin de compenser les dispersions dimensionnelles axiales et radiales de fabrication des pièces constitutives de la veine lors du montage de l'ensemble décrit. En référence aux figures 5 et 6, on voit que l'extrémité externe 58 de la tige instrumentée 50 est fixée au carter externe 48 de la turbomachine 30 par l'intermédiaire d'une cale 60. Grâce à cette cale 60, il est possible de former la tige 50 avec une longueur facilitant son montage dans la veine. 3021742 9 La cale 60 coopère avec la face d'extrémité externe de la tige 50 et la face interne du carter externe 48. La cale comporte des trous traversants 86, 88 alignés avec des trous (non visibles) du carter externe 48 et des trous 86', 88' formés sur des brides à l'extrémité externe 58 de la tige, ces brides 5 étant latérales et s'étendant en direction circonférentielle. Il est ainsi possible d'insérer des vis ou des boulons 86", 88" dans l'ensemble des trous alignés afin de verrouiller l'extrémité externe de la tige 50 de manière rigide sur le carter externe 48. La figure 7 permet de mieux comprendre le positionnement relatif du 10 sabot 62 et de la paroi interne de la veine 33. La seconde virole ajourée 40 possède une structure et une résistance mécanique qui ne permet pas d'y fixer la tige instrumentée 50. Le plan optimal de mesure du flux de la veine passe pourtant par cette virole 42. Le sabot 62 permet donc par des moyens déportés axialement de fixation respectivement avec la tige 50 et 15 la paroi interne de la veine, de conserver la tige 50 dans le plan de mesure optimal cité ci-dessus, tout en utilisant comme support de fixation à la paroi interne de la veine, la première virole 42 située juste en aval du carter intermédiaire 22, qui répond quant à elle aux contraintes structurelles nécessaires pour supporter la tige 50 lors des essais. 20 Par ailleurs, alors que le socle 64 du sabot 62 est en contact direct par sa surface interne avec la première virole 42 située juste en aval du carter intermédiaire 22, afin d'y assurer un appui sûr et une bonne fixation relative, la partie aval du socle 64 n'est en revanche pas en contact avec la seconde virole ajourée 40, la surface interne du socle 64 comprenant un 25 ressaut aval et étant donc renfoncée vers l'extérieur à ce niveau. Ainsi, il est assuré que le sabot 62 n'exerce aucun appui sur la seconde virole ajourée 40. Bien que la description soit ici faite en relation avec une veine annulaire du type de celles que l'on peut trouver dans une turbomachine, 30 on voit bien que l'invention s'applique aussi, comme il parait évident pour l'homme du métier, à n'importe quelle veine délimitée transversalement par 3021742 10 deux parois, ou par exemple par une seule paroi annulaire, et à l'intérieur de laquelle on agencera la tige instrumentée comme il est décrit précédemment. REVENDICATIONS1. Veine annulaire (33) d'écoulement d'air d'une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, pourvue d'une tige instrumentée (50) qui la traverse et qui comporte des moyens de mesure de caractéristiques d'un flux pouvant parcourir la veine, ladite tige s'étendant entre une paroi annulaire externe (48) et une paroi annulaire interne (42) de la veine, caractérisée en ce que des moyens de liaison externes (60, 86) fixent une extrémité externe (58) de la tige instrumentée à la paroi externe rigidement dans toutes les directions, et des moyens de liaison internes (62) fixent une extrémité interne (56) de la tige instrumentée à la paroi interne, rigidement dans la direction circonférentielle de la veine et avec un degré de liberté en déplacement dans les directions radiale et axiale de la veine. 2. Veine selon la revendication 1, dans laquelle les moyens de liaison internes comprennent un sabot (62) fixé rigidement à la paroi interne (42), et fixé rigidement à l'extrémité interne (56) de la tige instrumentée (50) dans la direction circonférentielle, et avec un degré de liberté en déplacement dans les directions radiale et axiale. 3. Veine selon la revendication 2, dans laquelle le sabot (62) et l'extrémité interne (56) de la tige instrumentée (50) sont engagés l'un avec l'autre, au moins un orifice traversant (80, 82) étant formé sur l'extrémité interne de la tige instrumentée et étant aligné dans la direction circonférentielle avec au moins un orifice traversant (72) du sabot (62), un organe de verrouillage (84) étant engagé à travers les orifices précités du sabot et de l'extrémité interne de la tige instrumentée. 4. Veine selon la revendication 3, dans laquelle la section de l'au moins un orifice (72) du sabot (62) est incluse strictement dans la section de l'au moins un orifice de l'extrémité interne (56) de la tige (50), ou inversement. 5. Veine selon la revendication 4, dans laquelle ledit au moins un orifice du sabot (62) ou de l'extrémité interne (56) de la tige (50) est de forme oblongue allongée en alignement avec la tige instrumentée. 6. Veine selon l'une des revendications 3 à 5, dans laquelle l'organe de verrouillage (84) engagé à travers les orifices du sabot et de l'extrémité interne de la tige est un boulon autobloquant, configuré de manière à éviter le serrage du sabot (62) avec la tige instrumentée (50). 7. Veine selon l'une des revendications 2 à 6, dans laquelle le sabot (62) est fixé rigidement à une première virole (42) formant la paroi interne de la veine (33), ladite virole étant agencée en aval d'une rangée annulaire d'aubes fixes s'étendant à travers la veine et en amont d'une seconde virole (40) ajourée de de décharge d'air, et dans laquelle l'extrémité externe (58) de la tige (50) est fixée par rapport à la paroi externe en aval de ladite rangée d'aubes fixes. 8. Veine selon la revendication 7, dans laquelle le sabot (62) comprend une partie aval (70) agencée axialement en regard de la seconde virole ajourée (40) et radialement à distance de cette dernière, le sabot étant fixé à l'extrémité interne (56) de la tige (50) au niveau de cette partie aval. 9. Veine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'extrémité interne (56) de la tige instrumentée (50) est située en amont par rapport à l'extrémité externe (58) de la tige instrumentée. 10. Veine selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle une cale (60) est montée entre l'extrémité externe (58) de la tige instrumentée (50) et la paroi externe de la veine. 11. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, caractérisée en ce qu'elle comprend une veine selon l'une des revendications précédentes.