Brevet FR3040428A1 — publié le 20170303

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention se situe dans le domaine du refroidissement d'un carter de turbine. La présente invention concerne plus précisément un dispositif de refroidissement par jets d'air du carter d'une turbine, de préférence basse pression, d'une turbomachine. L'invention concerne également une turbomachine équipée d'un tel dispositif. ETAT DE L'ART Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2 jointes, qui représentent l'état de la technique, la turbine basse pression d'une turbomachine est protégée par un carter C de forme générale évasée, sensiblement tronconique. Ce carter est refroidi en utilisant la technologie du refroidissement par impact. Le carter C est équipé d'un ou plusieurs boitier(s) B d'alimentation en air sous pression, raccordé à plusieurs rampes de refroidissement R. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures, le carter C est équipé de deux boitiers B, positionnés à environ 180° l'un de l'autre, (un seul étant visible sur la figure 2). En outre, chaque boitier B est équipé de cinq rampes R, avec deux tubes T par rampes, chaque tube s'étendant sur environ 90°. Comme représenté sur la vue de dessous du boitier B de la figure 4 jointe, les tubes T ainsi que le boitier B sont percés d'une série de petits orifices 0 débouchant au droit de la surface extérieure du carter. L'air sous pression transitant au travers de ces orifices 0 assure ainsi une ventilation par impact du carter C. Par ailleurs, et comme on peut le voir sur la figure 3 jointe et sur la figure 4, chaque tube T est raccordé au boitier B par l'intermédiaire d'une douille cylindrique D et chaque tube T est brasé dans la douille D. 3040428 2 Or, comme on peut le voir sur la figure 4, le boitier B ne présente pas d'orifices 0 à ses deux extrémités et les douilles D non plus. De chaque côté du boitier B, il existe donc une zone Z1, entre le dernier orifice 0 du boitier B et le premier orifice 0 du tube T, dans laquelle il n'y a pas d'orifices, donc pas 5 d'injection d'air et donc pas de refroidissement de la peau du carter située en regard. De plus, les tubes T ont sur la plus grande partie de leur longueur une forme incurvée qui épouse sensiblement la courbure du carter C. Toutefois, afin d'assurer un brasage correct du tube T dans la douille D, l'extrémité du tube 10 est rectiligne sur une zone Z2, (voir figure 3). En conséquence, l'entrefer entre le tube T de la rampe R et la peau (surface extérieure) du carter C n'est pas constant sur toute la circonférence du carter et surtout la rampe s'éloigne de la peau du carter, ce qui a un impact négatif sur le refroidissement. On constate ainsi que l'entrefer El 15 souhaité entre le tube et le carter peut prendre des valeurs de plus en plus élevées E2, voire E3, plus on se rapproche de la douille D. A titre d'exemple, pour un entrefer El de 3,5 mm, les valeurs de E2 et E3 peuvent atteindre respectivement 4.8 mm et 8,5 mm. Or, pour qu'un refroidissement par impact de jets d'air soit 20 efficace, il faut que cet entrefer soit non seulement constant mais également d'une faible valeur, déterminée par le cahier des charges du carter, (généralement de l'ordre de 2 mm à 3,5 mm). On observe donc à proximité de chaque boitier B, une absence de refroidissement du carter C sur deux zones Z1 d'une longueur de l'ordre de 25 25 mm, soit 50 mm et un mauvais refroidissement sur deux zones Z2 d'une longueur de l'ordre de 60 mm, soit 120 mm. Ces zones pas ou peu refroidies sont à multiplier par le nombre de boitiers B disposés autour du carter C, nombre qui dans certains modes de réalisation peut être de quatre. 30 PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a donc pour objectif de résoudre les inconvénients précités de l'état de la technique. L'invention a donc notamment pour objectif de fournir un dispositif de refroidissement par jets d'air du carter d'une turbine qui permette de refroidir 3040428 3 une partie de la surface extérieure (peau) dudit carter plus importante qu'avec les dispositifs de l'état de la technique. Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif qui assure un refroidissement uniforme du carter, c'est-à-dire qui assure un entrefer 5 le plus constant possible entre la rampe de refroidissement et la surface extérieure du carter. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de refroidissement par jets d'air du carter d'une turbine, de préférence basse pression, d'une turbomachine. 10 Conformément à l'invention, ce dispositif comprend - un boitier d'alimentation en air sous pression, - au moins une rampe de refroidissement comprenant deux tubes de refroidissement, chaque tube de refroidissement étant incurvé, disposé autour d'une partie du carter et à distance de 15 celui-ci, et étant muni d'orifices d'injection d'air débouchant vers le carter, - un raccord en T à trois voies pour chaque rampe de refroidissement, le pied du T correspondant à la voie d'entrée d'air, les deux branches du T correspondant aux voies de sortie 20 d'air, les deux branches du T définissant ensemble une zone tubulaire incurvée, munie sur toute sa longueur d'orifices d'injection d'air, la voie d'entrée d'air étant raccordée au boitier d'alimentation en air sous pression, l'une des extrémités de chaque tube étant raccordée aux voies de sortie 25 respectives, ce raccord en T étant disposé entre la face inférieure dudit boitier d'alimentation et la surface extérieure du carter, de façon que la concavité de sa zone tubulaire incurvée soit orientée vers la surface du carter, que cette zone tubulaire incurvée soit espacée du carter et que les orifices d'injection d'air de cette zone 30 débouchent en regard de la surface extérieure dudit carter. Grâce à ces caractéristiques de l'invention, et notamment au fait que la zone tubulaire incurvée du raccord en T comprend des orifices d'injection d'air sur toute sa longueur et que les tubes percés d'orifices d'injection d'air sont connectés directement au raccord en T, la majeure partie de la surface du carter 35 reçoit des jets d'air et est donc refroidie. Seule la zone où l'extrémité du tube de 3040428 4 refroidissement est raccordée à l'une des voies de sortie du raccord T, ne présente pas d'orifices d'injection d'air. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : 5 - l'entrefer entre la zone tubulaire incurvée du raccord en T et la surface extérieure du carter est constant ou sensiblement constant ; - l'entrefer entre la zone tubulaire incurvée du raccord en T et la surface extérieure du carter est égal ou sensiblement égal à l'entrefer entre le tube d'une rampe de refroidissement raccordé à ce même raccord en T et la 10 surface extérieure du carter ; - la valeur de l'entrefer entre la zone tubulaire incurvée du raccord en T et la surface extérieure du carter et/ou la valeur de l'entrefer entre le tube d'une rampe de refroidissement raccordé à ce même raccord en T et la surface extérieure du carter sont inférieures ou égales à 4 mm ; 15 - l'épaisseur des tubes des deux voies de sortie du raccord en T prise au niveau de leurs embouchures est plus mince que le reste du tube ; - la section de la voie d'entrée d'air du raccord en T est égale ou sensiblement égale à la somme des sections des deux voies de sortie d'air de ce même raccord en T ; 20 - le boitier d'alimentation en air sous pression est fixé à ses deux extrémités à la bride amont et à la bride aval du carter. L'invention concerne également une turbomachine comprenant une turbine, notamment basse pression entourée d'un carter et équipée du dispositif de refroidissement précité. 25 PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possible. 30 Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en perspective d'une partie d'un carter d'une turbine d'une turbomachine, équipé de rampes de refroidissement selon l'état de la technique, - la figure 2 est une vue en perspective d'un boitier d'alimentation 35 en air et des rampes de refroidissement selon l'état de la technique, 3040428 5 - la figure 3 est une vue en élévation d'un boitier d'alimentation en air et d'une partie des rampes de refroidissement selon l'état de la technique, - la figure 4 est une vue en perspective du dessous d'un boitier d'alimentation en air et d'une partie des rampes de refroidissement selon l'état 5 de la technique, - les figures 5 et 6 sont des vues en perspective, respectivement de face et de dessus du dispositif de refroidissement conforme à l'invention, - la figure 7 est une vue en perspective du raccord en T à trois voies et des deux tubes d'une rampe de refroidissement du dispositif conforme à 10 l'invention, - la figure 8 est une vue similaire à la figure 7 mais représentant également la surface extérieure du carter à refroidir, et - la figure 9 est une vue en coupe transversale d'une partie du carter à refroidir et du dispositif de refroidissement conforme à l'invention. 15 DESCRIPTION DETAILLEE Comme on peut le voir sur les figures 8 et 9, le dispositif de refroidissement conforme à l'invention permet de refroidir le carter 1 d'une 20 turbine. Ce carter 1 a une forme évasée, comprenant généralement plusieurs portions tronconiques successives. Il présente une extrémité amont 11 et une extrémité aval 12. Sa surface extérieure est référencée 13. Le dispositif de refroidissement 2 comprend un boîtier 3 d'alimentation en air sous pression, au moins une rampe de refroidissement 4 et 25 un raccord en T à trois voies 5 pour chaque rampe 4. Ce raccord 5 permet de raccorder les deux tubes 40 de chaque rampe 4 au boîtier d'alimentation 3, (voir figure 5). De préférence, le dispositif de refroidissement comprend plusieurs rampes 4, par exemple au nombre de cinq sur la figure 9, réparties autour du 30 carter 1. Comme décrit précédemment avec le dispositif de l'état de la technique, le carter 1 peut être équipé de deux dispositifs de refroidissement, avec par exemple deux boîtiers positionnés à environ 180° l'un de l'autre et dont les tubes des rampes de refroidissement s'étendent de chaque côté de ce boîtier, 35 sur environ 90°. Le carter peut également être équipé de quatre boîtiers de 3040428 6 refroidissement, les tubes des rampes de refroidissement s'étendant alors sur une surface angulaire moindre. Comme on peut le voir sur les figures 7 et 9, chaque tube 40 est percé d'une pluralité d'orifices 41 d'injection d'air. 5 Le boîtier 3 est relié à une source d'alimentation en air sous pression, non représentée sur les figures. Comme représenté sur la figure 9, ce boîtier 3 est disposé à l'extérieur de la surface extérieure 13 du carter 1 et à distance de celle-ci. Dans la variante de réalisation ici représentée, ce boîtier 3 est fixé au carter 1 à l'aide 10 d'une bride amont 31, elle-même solidaire de l'extrémité amont 11 du carter et à l'aide d'une bride aval 32, elle-même solidaire de l'extrémité aval 12 du carter 1. D'autres modes de fixation du boitier sont envisageables. Le boitier 3 comprend une face inférieure 33. Comme cela apparaît mieux sur les figures 5 à 7, le raccord en T 5 15 comprend trois voies, à savoir une voie d'entrée d'air 51, ménagée dans le pied du T et deux voies de sortie d'air 52, correspondant aux branches du T. Chaque tube 40 est incurvé, c'est-à-dire qu'il présente une forme en arc de cercle dont le rayon est légèrement supérieur à celui de la portion du carter en face de laquelle il est destiné à être positionné. Chaque tube 40 est 20 fixé à distance du carter 1. Pour chaque rampe de refroidissement 4, l'une des extrémités d'un tube 40 est raccordée à l'une des voies de sortie d'air 52. Plus précisément, cette extrémité est emmanchée dans l'embouchure 520 de la voie de sortie 52 et en est soudé ou brasée avec celle-ci. En conséquence, la section du tube 40 est 25 inférieure à la section de la voie de sortie d'air 52. La voie d'entrée d'air 51 du raccord en T 5 est raccordée au boîtier d'alimentation 3 et débouche à l'intérieur de celui-ci, en étant en communication de fluide avec ce dernier (voir figure 6). De façon avantageuse, la section de la voie d'entrée 51 est égale 30 ou sensiblement égale à la somme des sections des deux voies de sortie d'air 52 de ce même raccord en T, de façon à ne pas perturber l'écoulement du flux d'air. Les deux voies de sortie 52 du raccord en T 5 forment ensemble une zone tubulaire incurvée 53, munie sur toute sa longueur d'orifices 35 d'injection d'air 54. 3040428 7 La zone tubulaire 53 est incurvée, c'est-à-dire qu'elle présente une forme en arc de cercle dont le rayon est légèrement supérieur à celui de la portion du carter en face de laquelle elle est destinée à être positionnée. En outre, les orifices d'injection d'air 54 sont alignés entre eux et selon l'axe 5 longitudinal de la zone 53 et ils sont positionnés au niveau de la concavité de la zone tubulaire 53, (voir figure 7). Les tubes 40 sont fixés au raccord 5 de façon que leurs orifices 41 soient alignés avec les orifices 54. Les orifices d'injection d'air 54 étant disposés tout le long du 10 raccord en T 5 et les tubes 40 étant emmanchées directement dans le raccord en T 5, il n'existe plus de zones présentant une absence d'orifices d'injection d'air, comme tel était le cas avec le dispositif de l'état de la technique. Le raccord en T 5 est fixé sous la face inférieure 33 du boîtier 3 d'alimentation en air sous pression, de façon que la concavité de sa zone 15 tubulaire incurvée 53 soit orientée vers la surface du carter et à distance de celle-ci, de façon à épouser sensiblement la forme de ce carter. Les orifices d'injection 54 débouchent en regard du carter et permettent le refroidissement de celui-ci. La zone 53 est préférentiellement incurvée de façon que l'entrefer 20 E4 entre le raccord 5 et la surface extérieure 13 du carter 1 soit constant ou sensiblement constant, notamment pendant la fonctionnement de la turbine, c'est-à-dire à chaud. De préférence également, cet entrefer E4 est calculé pour être égal ou sensiblement égal à l'entrefer E5 existant entre un tube 40 et la surface 25 extérieure 13 du carter 1. De préférence, la valeur de ces entrefers E4 et E5 est comprise entre 2 mm et 4 mm, de préférence égale à 3,5 mm. De préférence, l'épaisseur du tube au niveau de l'embouchure 520 est amincie, de façon à éviter tout contact entre cette embouchure et la surface 30 extérieure du carter 1. Par ailleurs, en ajustant l'angle a qui existe entre le plan médian P1 coupant transversalement le raccord en T 5 et le plan P2 de l'embouchure 520 de l'orifice de sortie 52 et en agissant également sur la longueur L1 de la zone rectiligne de l'embouchure 520, il est possible d'ajuster au mieux l'entrefer E4 35 entre le raccord en T et la surface extérieure 13 du carter 1. 3040428 8 Comme on peut le voir sur la figure 9, lorsque le dispositif comprend plusieurs rampes de refroidissement 4, le rayon de la zone tubulaire incurvée 53 de chaque raccord en T 5 est adapté, de façon à épouser au mieux la forme de la portion du carter 1 devant laquelle il se trouve, le carter 1 5 présentant des rayons croissants de son extrémité amont 11 à son extrémité aval 12. REVENDICATIONS1. Dispositif (2) de refroidissement par jets d'air du carter d'une turbine, de préférence basse pression, d'une turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend : - un boitier (3) d'alimentation en air sous pression, - au moins une rampe de refroidissement (4) comprenant deux tubes de refroidissement (40), chaque tube de refroidissement (40) étant incurvé, disposé autour d'une partie du carter et à distance de celui-ci, et étant muni d'orifices d'injection d'air (41) débouchant vers le carter, - un raccord en T à trois voies (5) pour chaque rampe de refroidissement (4), le pied du T correspondant à la voie d'entrée d'air (51), les deux branches du T correspondant aux voies de sortie d'air (52), les deux branches du T définissant ensemble une zone tubulaire incurvée (53), munie sur toute sa longueur d'orifices d'injection d'air (54), la voie d'entrée d'air (51) étant raccordée au boitier d'alimentation en air sous pression (3), l'une des extrémités de chaque tube (40) étant raccordée aux voies de sortie respectives (52), ce raccord (5) en T étant disposé entre la face inférieure (33) dudit boitier 20 d'alimentation (3) et la surface extérieure du carter, de façon que la concavité de sa zone tubulaire incurvée (53) soit orientée vers la surface du carter, que cette zone tubulaire incurvée soit espacée du carter et que les orifices d'injection d'air (54) de cette zone (53) débouchent en regard de la surface extérieure dudit carter. 25 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrefer (E4) entre la zone tubulaire (53) incurvée du raccord en T et la surface extérieure du carter est constant ou sensiblement constant. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'entrefer (E4) entre la zone tubulaire incurvée (53) du raccord en T et la surface 30 extérieure du carter est égal ou sensiblement égal à l'entrefer (E5) entre le tube (40) d'une rampe de refroidissement raccordé à ce même raccord en T (5) et la surface extérieure du carter. 3040428 10 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur de l'entrefer (E4) entre la zone tubulaire incurvée (53) du raccord en T et la surface extérieure du carter et/ou la valeur de l'entrefer (E5) entre le tube (40) d'une rampe de refroidissement raccordé à ce 5 même raccord en T (5) et la surface extérieure du carter sont inférieures ou égales à 4 mm. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur des tubes des deux voies de sortie (52) du raccord en T prise au niveau de leurs embouchures (520) est plus mince que le 10 reste du tube. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section de la voie d'entrée d'air (51) du raccord en T est égale ou sensiblement égale à la somme des sections des deux voies de sortie d'air (52) de ce même raccord en T. 15 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boitier d'alimentation en air sous pression (3) est fixé à ses deux extrémités à une bride amont (31) et à une bride aval (32) du carter. 8. Turbomachine comprenant une turbine, notamment une turbine basse pression, entourée d'un carter (1), caractérisée en ce qu'elle 20 comprend un dispositif (2) de refroidissement par jets d'air dudit carter, selon l'une quelconque des revendications précédentes.