Brevet FR3047777A1 — publié le 20170818

Carter annulaire de turbomachine DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un carter de turbomachine en particulier d'aéronef, ce carter comportant des orifices de prélèvement d'air. ETAT DE L'ART Une turbomachine d'aéronef comprend classiquement un moteur ou générateur de gaz comportant d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz dans la turbomachine, au moins un compresseur, une chambre de combustion, et au moins une turbine. Le moteur est alimenté en air par une manche d'entrée d'air et une tuyère permet d'évacuer les gaz de combustion sortant de la turbine du moteur. Dans le cas d'une turbomachine à double corps, son moteur comprend un compresseur et une turbine basse pression (BP) dont les rotors sont reliés ensemble par un arbre BP et forment avec cet arbre un corps BP, et un compresseur et une turbine haute pression (HP) dont les rotors sont reliés ensemble par un arbre HP et forment avec cet arbre un corps HP. Il est connu de prélever de l'air du moteur, par exemple sur le compresseur HP, pour répondre à différents besoins : - la pressurisation d'enceintes de lubrification de paliers, - l'alimentation d'un système de conditionnement d'air de l'aéronef (ECS) en particulier pour la pressurisation de la cabine, - la décharge d'air par des vannes de décharge (HBV) pour l'opérabilité du compresseur, - l'antigivrage de parties froides de la turbomachine, - le refroidissement d'éléments de la turbomachine, etc. Tous ces prélèvements sont bien souvent issus d'un même plan de prélèvement moteur, un plan de prélèvement moteur étant un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la turbomachine qui est l'axe de rotation des corps BP et HP. Cela est encore plus vrai quand le 3047777 2 moteur ne possède qu'un seul compresseur. Plus il y a de prélèvements d'air sur un plan et plus l'encombrement du système de prélèvement est important. Ce phénomène est amplifié sur des moteurs de petite taille. L'air prélevé dans un plan alimente le plus souvent une cavité 5 annulaire qui est en général définie par un carter annulaire. Le carter comprend sur sa surface externe des bossages de fixation de tubes de prélèvement d'air. Ces bossages comportent des orifices en communication fluidique avec lesdits moyens de prélèvement. L'air prélevé passe de la cavité vers les tubes en passant par les orifices du carter. 10 Chaque besoin de prélèvement d'air nécessite plusieurs tubes de prélèvement et chaque tube de prélèvement nécessite un bossage sur le carter car le bossage permet d'avoir une surface plane de carter sur laquelle on vient fixer le tube de prélèvement à l'aide de vis par exemple. Le nombre de tubes et les sections des orifices sont définis par des 15 spécialistes en accord avec des spécifications de l'aéronef, et en particulier du système ECS de conditionnement d'air cabine, de vannes de décharge pour l'opérabilité du compresseur et des pressurisations d'enceintes du moteur. En fonction des besoins, on prélève à des pressions différentes et on 20 évite de tout prélever sur le dernier étage de compresseur car plus l'air a été compressé, plus ce prélèvement a une influence négative sur les performances du moteur. Pour des raisons de coût, de charge liée à la pression et de fuite associée, il est préférable d'avoir des orifices de section circulaire. 25 Cependant, avec la technique actuelle, ceci n'est pas possible. Pour intégrer tous les prélèvements nécessaires à ce carter, il est en effet nécessaire de prévoir sur le carter des orifices de section oblongue. En effet, le manque de place pour ces orifices sur le carter oblige à ovaliser ces orifices pour avoir les sections de passage d'air correspondantes aux 30 spécifications des autres organes du moteur et de l'avion. Ce manque de place peut résulter de la présence d'une virole reliée au carter, cette virole 3047777 3 s'étendant radialement vers l'intérieur depuis la surface interne du carter pour délimiter des cavités annulaires respectivement amont et aval, par référence à l'écoulement des gaz dans le moteur. L'invention propose une solution simple, efficace et économique à ce 5 problème. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose à cet effet un carter annulaire de turbomachine, comprenant une paroi de révolution autour d'un axe et présentant une surface annulaire radialement interne et une surface annulaire radialement 10 externe, ladite paroi comportant sur sa surface externe des bossages de fixation de moyens de prélèvement d'air, lesdits bossages comportant des orifices radiaux traversants débouchant sur ladite surface interne et destinés à être en communication fluidique avec lesdits moyens de prélèvement, ladite paroi étant reliée à une virole annulaire qui s'étend 15 radialement vers l'intérieur depuis ladite surface interne, et à distance d'extrémités longitudinales de la paroi, caractérisé en ce que ladite virole a une forme non axisymétrique et est reliée à ladite paroi par une ligne de liaison non circulaire et qui sépare deux zones annulaires de ladite paroi sur lesquelles sont répartis lesdits bossages. 20 La forme particulière de la virole et en particulier de sa ligne de liaison à la paroi permet d'optimiser l'espace disponible pour les orifices de passage d'air qui peuvent ainsi avoir plus facilement une section circulaire que dans la technique antérieure. Le carter selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des 25 caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - ladite ligne de liaison a une forme générale d'onde s'étendant autour dudit axe, - ladite ligne de liaison a une forme générale d'onde sinusoïdale, carrée, 30 rectangulaire, trapézoïdale ou en dents de scie, 3047777 4 - chacune desdites zones présente des portions de plus grande largeur ou dimension axiale et des portions de plus petite largeur ou dimension axiale, et dans lequel lesdits bossages sont répartis sur les ou des portions de plus grande largeur desdites zones, 5 - les orifices situés dans les portions de plus grande largeur d'au moins une des zones peuvent avoir un diamètre supérieur ou égal à la largeur des portions de plus petite largeur de cette zone, - ladite ligne de liaison comprend une série annulaire de premières portions de ligne s'étendant dans un premier plan transversal, et une série annulaire 10 de deuxièmes portions de ligne s'étendant dans un second plan transversal à distance axiale dudit premier plan, - chaque orifice a une section de forme circulaire, - ladite paroi est reliée à une ou chacune de ses extrémités axiales à une bride annulaire de fixation, 15 - ladite virole comprend une extrémité radialement interne de forme générale circulaire, et par exemple reliée à une bride annulaire de fixation, et - la virole est formée d'une seule pièce avec le carter ce qui permet de supprimer le problème de tolérances au montage entre ces éléments. 20 La présente invention concerne encore une turbomachine, comportant au moins un carter tel que décrit ci-dessus. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la 25 description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique partielle d'une turbomachine selon la technique antérieure, - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un carter de 30 turbomachine selon la technique antérieure, 3047777 5 - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un carter de turbomachine selon l'invention, - la figure 4 est une demi-vue schématique partielle d'une turbomachine selon l'invention, 5 - la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un carter de turbomachine selon l'invention, et - les figures 6a à 6d sont des vues correspondant à la figure 3 et représentant des variantes de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE 10 On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent la technique antérieure à la présente invention. La figure 1 montre une partie de turbomachine 10. De façon classique, une turbomachine comprend un générateur de gaz comportant, d'amont en aval, au moins un compresseur, une chambre annulaire de 15 combustion et au moins une turbine. La figure 1 montre des carters de la turbomachine qui s'étendent autour d'un compresseur axialo-centrifuge. Un premier carter annulaire 12 s'étend autour d'étages axiaux 14 du compresseur, et un second carter annulaire 16 s'étend autour d'un rouet centrifuge 18 du compresseur ainsi 20 que d'un ensemble diffuseur-redresseur 20 monté en sortie du rouet centrifuge et destiné à alimenter la chambre de combustion 22. Les carters 12, 16 sont en général fixés ensemble au moyen de brides annulaires 24. La turbomachine 10 comprend des moyens de prélèvement d'air 25 dans le compresseur, par exemple aux points ou plans C1, C2, C3 et C4. Les prélèvements d'air ont lieu à différents niveaux de pression. Les prélèvements pour l'air à pressions les moins élevées sont effectués au droit des disques aubagés : la pression étant peu élevée sur les premiers disques, à l'amont, au plan de prélèvement C1, puis augmentant vers les 30 disques aubagés suivants disposés plus à l'aval au plan de prélèvement C2. Et les prélèvements pour l'air aux pressions les plus élevées sont 3047777 6 effectués au niveau du rouet centrifuge, la pression la plus élevés étant à grand rayon au plan de prélèvement C4 alors que la pression à petit rayon au plan de prélèvement C3 est légèrement moins élevée. L'air prélevé est acheminé radialement vers l'extérieur, par référence à l'axe longitudinal A 5 de la turbomachine, par des orifices 26 traversants prévus sur les carters 12, 16. L'air prélevé alimente des cavités annulaires 28 définies par les carters 12, 16 et traverse les orifices 26 pour être ensuite acheminé vers l'extérieur par des tubes 29 fixés sur le carter et qui ne sont pas tous 10 représentés dans le dessin. Ces tubes 29 sont fixés sur des bossages 30 des carters 12, 16 dans lesquels sont formés les orifices 26, ces bossages 30 comportant des trous 32 taraudés de réception de vis de fixation des tubes (figure 2). Alternativement, d'autres systèmes de fixation sont possibles comme des rivets ou des clips. 15 Comme cela est visible en figure 2, le carter 12 comprend plusieurs orifices 26 présentant des tailles et surtout des sections différentes. Bien qu'une section circulaire des orifices soit préférée pour les raisons évoquées dans ce qui précède, il n'est pas possible de prévoir uniquement des orifices de section circulaire avec la technique antérieure, en particulier 20 pour les orifices de plus grande section de passage tels que ceux désignés par la référence 26'. Ce problème est dû à la présence d'une virole 34 reliée au carter 12. Cette virole 34 est située radialement à l'intérieur du carter 12 et a une forme générale tronconique dont l'extrémité radialement externe est reliée 25 à la surface radialement interne du carter 12. Du fait de la présence de cette virole, qui est reliée au carter par une ligne 36 s'étendant autour de l'axe A qui est parfaitement circulaire (elle est représentée en traits pointillés en figure 2), l'extension axiale des orifices 26' est limitée et ces derniers doivent donc adopter une forme non circulaire pour respecter les 30 contraintes en termes de section de passage de ces orifices. 3047777 7 La présente invention permet de remédier à ce problème grâce à une virole non axisymétrique au contraire de la technique antérieure. Les figures 3 à 5 montrent un premier mode de réalisation de l'invention. 5 Le carter 112 selon l'invention a une forme annulaire et comprend une paroi de révolution autour de l'axe A. La paroi présente une surface annulaire radialement interne 112a et une surface annulaire radialement externe 112b. Elle comporte sur sa surface externe des bossages 130 de fixation de moyens de prélèvement d'air, tels que des tubes. 10 Les bossages 130 comportent des orifices radiaux 126, 126' traversants débouchant sur la surface interne 112a et destinés à être en communication fluidique avec les moyens de prélèvement. La paroi est reliée à une virole annulaire 134 qui s'étend radialement vers l'intérieur depuis la surface interne 112a, et à distance des extrémités 15 longitudinales de la paroi, qui peuvent chacune être équipées d'une bride annulaire de fixation 124. Selon l'invention, la virole 134 est reliée à la paroi du carter par une ligne de liaison 136 qui a une forme non circulaire et de préférence une forme générale d'onde, qui s'étend autour de l'axe A. Dans l'exemple 20 représenté aux figures 3 à 5, cette ligne a une forme d'onde trapézoïdale. La ligne de liaison 136 sépare la paroi du carter en deux zones annulaires, respectivement amont Z1 et aval Z2. Chacune des zones Z1, Z2 comprend une série d'orifices 126, 126' ayant chacun en section une forme sensiblement circulaire. Les orifices 25 126 de la zone Z1 sont ici disposés en quinconce avec les orifices de la série Z2. Chaque zone Z1, Z2 présente des portions 138 de plus grande largeur ou dimension axiale et des portions 140 de plus petite largeur ou dimension axiale. Dans les zones Z1, Z2, les orifices sont situés dans les 30 portions 138 pour optimiser leur extension axiale. Comme on le voit dans 3047777 8 les dessins, le diamètre des orifices 126, 126' peut être supérieur ou égal à la largeur des portions 140 de la zone considérée. Les portions 138 et les orifices 126, 126' sont ici régulièrement répartis autour de l'axe A. En variante, cette répartition pourrait ne pas être 5 régulière. La ligne de liaison 136 comprend une série annulaire de premières portions 136a de ligne s'étendant dans un premier plan transversal P1, et une série annulaire de deuxièmes portions 136b de ligne s'étendant dans un second plan transversal P2 à distance axiale du premier plan P1. Les 10 portions 136a, 136b sont reliées entre elles par des portions 136c inclinées par rapport à l'axe A. On comprend que l'extrémité radialement externe de la virole 134 a une forme particulière imposée par celle de la ligne de liaison 136. Son extrémité radialement interne a par contre une forme parfaitement circulaire 15 et peut comprendre ou être reliée à une bride annulaire de fixation par exemple. Avantageusement, cette extrémité radialement interne est située au niveau de la périphérie externe de la veine du compresseur 14, comme cela est visible en figure 4. Autrement dit, la virole 134 s'étend de la paroi du carter jusqu'à la périphérie externe de la veine de compresseur. 20 La figure 5 permet de mieux apprécier la forme non axisymétrique de la virole 134. La virole comprend une série de premières parois 134a similaires et inclinées d'un premier angle déterminé par rapport à l'axe A, et une série de secondes parois 134b similaires et inclinées d'un second angle déterminée par rapport à l'axe A. Les bords circonférentiels des 25 parois 134a sont reliés aux bords circonférentiels des parois 134b par des parois de raccordement 134c. La forme externe de la virole 134 est complexe et limite le recours à un assemblage car on souhaite qu'il n'y ait pas de fuite entre les deux zones annulaires situées respectivement en amont/avant et en aval/arrière 30 de la virole. Les tolérances sur ce type de forme sont en effet difficilement paramétrables. On cherche donc à réaliser une pièce unique comprenant la 3047777 9 paroi 134 et la paroi externe du carter pour éviter les fuites. Cette pièce peut être réalisée par fonderie. Les trois autres extrémités du carter, à savoir les extrémités amont et aval de la paroi externe du carter et l'extrémité radialement interne de plus petit diamètre de la paroi 134, sont 5 toutes généralement circulaires et peuvent facilement réaliser un assemblage exempt de fuite avec les autres carters. L'extrémité radialement interne de la virole 134 est préférentiellement d'un diamètre différent de l'extrémité amont de la paroi externe du carter pour pouvoir enfiler axialement les éléments du 10 compresseur à l'intérieur de la pièce comprenant la paroi externe et la virole. Dans cette réalisation, l'extrémité interne de la virole est à diamètre inférieur du diamètre de l'extrémité amont du carter pour pouvoir enfiler les éléments du compresseur par l'amont. Dans une variante non représentée, l'extrémité interne de la virole peut être à diamètre supérieur du diamètre 15 de l'extrémité amont du carter pour pouvoir enfiler les éléments du compresseur par l'aval. Dans les variantes de réalisation des figures 6a à 6d, les lignes de liaison ont respectivement une forme générale d'onde sinusoïdale, carrée, rectangulaire, et en dents de scie. Dans encore une autre variante non 20 représentée, la forme de la ligne de liaison pourrait ne pas être régulière. Cette forme peut être imposée par les positions et les tailles des orifices du carter. 25 REVENDICATIONS1. Carter annulaire (112) de turbomachine, comprenant une paroi de révolution autour d'un axe (A) et présentant une surface annulaire radialement interne (112a) et une surface annulaire radialement externe (112b), ladite paroi comportant sur sa surface externe des bossages (130) de fixation de moyens de prélèvement d'air, lesdits bossages comportant des orifices radiaux (126, 126') traversants débouchant sur ladite surface interne et destinés à être en communication fluidique avec lesdits moyens de prélèvement, ladite paroi étant reliée à une virole annulaire (134) qui s'étend radialement vers l'intérieur depuis ladite surface interne, et à distance d'extrémités longitudinales de la paroi, caractérisé en ce que ladite virole a une forme non axisymétrique et est reliée à ladite paroi par une ligne de liaison (136) non circulaire et qui sépare deux zones annulaires (Z1, Z2) de ladite paroi sur lesquelles sont répartis lesdits bossages. 2. Carter (112) selon la revendication 1, dans lequel ladite ligne de liaison (136) a une forme générale d'onde s'étendant autour dudit axe. 3. Carter (112) selon la revendication précédente, dans lequel ladite ligne de liaison (136) a une forme générale d'onde sinusoïdale, carrée, rectangulaire, trapézoïdale ou en dents de scie. 4. Carter (112) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chacune desdites zones (Z1, Z2) présente des portions (138) de plus grande largeur ou dimension axiale et des portions (140) de plus petite largeur ou dimension axiale, et dans lequel lesdits bossages (130) sont répartis sur les ou des portions de plus grande largeur desdites zones. 5. Carter (112) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite ligne de liaison (136) comprend une série annulaire de premières portions de ligne (136a) s'étendant dans un premier plan transversal (P1), et une série annulaire de deuxièmes portions de ligne (136b) s'étendant dans un second plan transversal (P2) à distance axiale dudit premier plan. 3047777 11 6. Carter (112) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque orifice (126, 126') a une section de forme circulaire. 7. Carter (112) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite paroi est reliée à une ou chacune de ses extrémités axiales à une 5 bride annulaire de fixation (124). 8. Carter (112) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite virole (134) comprend une extrémité radialement interne de forme générale circulaire, et par exemple reliée à une bride annulaire de fixation. 9. Turbomachine d'aéronef, comportant au moins un carter (112) selon 10 l'une des revendications précédentes.