Brevet FR3042817A1 — publié le 20170428

Turbomachine à double corps DOMAINE TECHNIQUE La présente invention a pour objet une turbomachine à double corps, du type comprenant une turbine basse pression et une turbine haute pression. Elle concerne en particulier un turbopropulseur à double corps. La turbomachine selon l'invention permet le refroidissement d'un carter de turbine basse pression et d'un carter de turbine haute pression. ETAT DE L'ART Un turbopropulseur comprend classiquement : - une entrée d'air, permettant d'alimenter en air une veine du moteur; - des compresseurs, en général un compresseur basse pression et un compresseur haute pression : ils fournissent la quantité d'air maximale qui peut être chauffée dans l'espace de la chambre de combustion. Chaque compresseur est constitué de la même façon. Il est composé de disques mobiles avec des aubes appelées rotors, et de disques d'aubes fixes appelées stators. En tournant, les aubes du rotor aspirent l'air amené via l'entrée d'air, le flux ainsi créé étant stabilisé à l'aide des aubes du stator. Les fonctions des compresseurs sont nombreuses, ils permettent le refroidissement des parties les plus chaudes du moteur, l'alimentation en carburant de la chambre à combustion, la pressurisation de joints d'étanchéité ; - une chambre annulaire de combustion, lorsque l'air comprimé arrive dans la chambre de combustion, le carburant est injecté puis brûlé. La quantité de carburant ajoutée dépend de la quantité d'air qui arrive dans la chambre. Le mélange air/carburant s'enflamme, la chaleur créée produit une forte dilatation du mélange, ce qui aboutit à une grande force de poussée ; - des turbines ; en général une turbine haute pression et une turbine basse pression, dans lesquelles a lieu une détente des gaz de combustion ; 3042817 2 - une tuyère d'échappement des gaz de combustion, et - une hélice reliée à la turbine. Elle est placée à l'avant de l'entrée d'air et fournit la principale poussée. Un turbopropulseur à double corps comprend un corps basse 5 pression et un corps haute pression. Le corps basse pression entraîne l'hélice par l'intermédiaire d'un arbre basse pression. Le corps haute pression comprend un compresseur haute pression et une turbine haute pression dont les rotors sont liés ensemble par un arbre haute pression. L'air qui pénètre dans le moteur est comprimé dans le compresseur haute 10 pression avant d'alimenter la chambre de combustion où il est mélangé à du carburant puis brûlé avant d'être injecté dans la turbine haute pression puis la turbine basse pression. Il est ensuite évacué par une tuyère d'éjection des gaz d'échappement. Dans ce type de propulseur, il est connu de prélever de l'air dans 15 une zone amont (les termes amont et aval faisant référence au sens d'écoulement des gaz dans le turbopropulseur) du turbopropulseur pour ventiler la nacelle du turbopropulseur, qui s'étend autour du moteur. Des moyens de guidage d'air peuvent être avantageusement disposés à proximité du carter de la turbine basse pression de façon à accélérer le 20 débit d'air frais à proximité du carter et ainsi favoriser son refroidissement. Une difficulté rencontrée est liée au rayonnement du carter de la turbine haute pression. De par sa chaleur, ce carter émet une forte puissance par rayonnement à l'intérieur de la nacelle. A certains points de fonctionnement, cette puissance émise peut causer des problèmes de 25 tenue thermique du capot de la nacelle. On pourrait envisager de prolonger les moyens de guidage d'air entourant le carter de la turbine basse pression jusqu'à la turbine haute pression, de manière à entourer le carter de la turbine haute pression, mais cette solution aurait pour inconvénient de limiter la ventilation de la nacelle en aval de la turbine haute pression, du 30 fait de la formation d'un cône de captation d'air au niveau de l'extrémité amont des moyens de guidage d'air. 3042817 3 La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, en proposant une turbomachine à double corps, en particulier un turbopropulseur à double corps, dans laquelle on refroidit efficacement le carter de turbine basse pression et le carter de turbine haute pression, tout 5 en ventilant de manière optimisée la nacelle de la turbomachine. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention a ainsi pour objet une turbomachine à double corps, comportant un moteur qui est entouré par une nacelle et qui comprend une 10 turbine haute pression et une turbine basse pression, ladite turbomachine comprenant des moyens d'alimentation en air d'un compartiment situé entre la nacelle et le moteur, des moyens d'évacuation de cet air, et des moyens de guidage d'air s'étendant au moins en partie autour d'au moins un carter du moteur et définissant au moins un passage annulaire d'air de 15 refroidissement du carter depuis le compartiment jusqu'aux moyens d'évacuation. Dans la turbomachine selon l'invention, lesdits moyens de guidage d'air comprennent une première partie annulaire s'étendant autour d'un carter de turbine haute pression, une deuxième partie annulaire s'étendant 20 autour d'un carter de turbine basse pression, et des moyens de passage d'air disposés entre la première partie et la deuxième partie et permettant un passage d'air depuis le compartiment vers le passage annulaire d'air de la deuxième partie. Ainsi, avantageusement, la première partie des moyens de guidage 25 d'air définit un passage d'air à proximité du carter de turbine haute pression, ce qui permet de refroidir le carter de turbine haute pression. Les moyens de passage d'air permettent la formation d'un deuxième cône de captation d'air, en aval du premier cône de captation associé à l'extrémité amont de la première partie des moyens de guidage d'air. Ce cône de 30 captation supplémentaire, qui affaiblit le premier cône de captation, permet 3042817 4 d'élargir la zone de ventilation du compartiment, en ventilant la zone située entre les deux cônes. La première et la deuxième partie des moyens de guidage sont avantageusement distinctes et entièrement séparées l'une de l'autre par les 5 moyens de passage d'air. On obtient ainsi une excellente ventilation du compartiment. L'extrémité amont de ladite première partie et/ou de ladite deuxième partie des moyens de guidage d'air peut être configurée pour améliorer le guidage de l'air. L'extrémité amont de ladite première partie et/ou de ladite 10 deuxième partie peut ainsi avoir en section une forme de type « lemniscate de Bernoulli » (une forme sensiblement en C sur les figures), dont l'ouverture est orientée vers l'aval. Les moyens d'alimentation en air peuvent être distincts d'une entrée d'air d'alimentation d'une veine principale du moteur. 15 Pour régler le rapport entre le débit d'air capté dans la première partie des moyens de guidage et le débit d'air capté dans la deuxième partie des moyens de guidage, la turbomachine peut comprendre des moyens de réglage de l'espacement radial entre la première partie des moyens de guidage d'air et le carter de turbine haute pression et/ou de 20 l'espacement radial entre la deuxième partie des moyens de guidage d'air et le carter de turbine basse pression. Pour régler le rapport entre le débit d'air capté dans la première partie des moyens de guidage et le débit d'air capté dans la deuxième partie des moyens de guidage, la turbomachine peut également 25 comprendre des moyens de réglage de l'espacement longitudinal entre l'extrémité aval de la première partie des moyens de guidage d'air et l'extrémité amont de la deuxième partie des moyens de guidage d'air. La turbomachine peut également comprendre, dans une partie aval de la première partie des moyens de guidage d'air, au moins un volet 30 pivotant permettant de régler au niveau du volet l'espacement radial entre ladite première partie et le carter de turbine haute pression. 3042817 5 La turbomachine peut être un turbopropulseur. L'invention a enfin pour objet un procédé de refroidissement d'un carter de turbine d'une turbomachine à double corps décrite ci-dessus. Le procédé selon l'invention comprend un guidage d'air vers la 5 première partie des moyens de guidage d'air, et un guidage d'air vers la deuxième partie des moyens de guidage d'air via les moyens de passage d'air. Le procédé peut comprendre une étape de réglage de l'espacement radial entre la première partie des moyens de guidage d'air et le carter de 10 turbine haute pression et/ou de l'espacement radial entre la deuxième partie des moyens de guidage d'air et le carter de turbine basse pression. Le procédé peut comprendre une étape de réglage de l'espacement longitudinal entre l'extrémité aval de la première partie des moyens de guidage d'air et l'extrémité amont de la deuxième partie des moyens de 15 guidage d'air. Le procédé peut comprendre une étape de réglage, dans une partie aval de la première partie des moyens de guidage d'air, de l'espacement radial entre ladite première partie et le carter de turbine haute pression, notamment à l'aide d'au moins un volet pivotant. 20 DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins 25 annexés dans lesquels : - les figures 1 et 2 sont des vues schématiques en coupe longitudinale d'une turbomachine, - la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une turbomachine selon l'invention, 30 - la figure 4 est une vue de détail de la turbomachine de la figure 3, conformément à un premier mode de réalisation, et 3042817 6 - la figure 5 est une vue de détail de la turbomachine de la figure 3, conformément à un deuxième mode de réalisation, DESCRIPTION DETAILLEE 5 Tel qu'illustré à la figure 1, un turbopropulseur 1 comporte, de manière connue, une nacelle 2 à l'intérieur de laquelle est disposé un moteur comportant une veine moteur 3 d'écoulement de gaz, d'amont en aval. La veine moteur 3 est alimentée en air Al au niveau d'une zone d'entrée d'air 4. Le moteur comprend, d'amont en aval, un compresseur 10 haute pression, une chambre annulaire de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. La turbine basse pression entraîne un arbre basse pression qui entraîne en rotation une hélice 5 par l'intermédiaire d'une boîte de vitesse. Les gaz G sortent de la veine moteur 3 via une tuyère au niveau d'une zone d'éjection 6. Pour simplifier, 15 les différents éléments du moteur n'ont pas été représentés. Afin de refroidir l'espace intérieur situé entre la nacelle 2 et le moteur, appelé compartiment nacelle 7, de l'air A2 est prélevé en amont du turbopropulseur 1, par exemple via une ou plusieurs ouvertures 13 d'entrée d'air, appelées écopes d'entrée d'air. De l'air A2 va ainsi ventiler le 20 compartiment nacelle 7 avant de sortir du turbopropulseur 1 au niveau de la tuyère. Pour refroidir une zone 8 de turbine basse pression, un canal annulaire de guidage d'air 9, concentrique à un carter 31 de turbine basse pression, est disposé à proximité du carter 31 de turbine basse pression. 25 Le canal 9 permet de guider et d'accélérer l'air A2 à la surface du carter 31 de turbine basse pression pour favoriser son refroidissement. Le canal 9 se prolonge longitudinalement jusqu'à la zone d'éjection 6. L'extrémité amont du canal 9 est classiquement recourbée vers l'extérieur, et a en section une forme en C dont l'ouverture est orientée vers l'aval (figure 2). 30 De par sa chaleur, un carter 32 de turbine haute pression, situé en amont du carter 31 de turbine basse pression, émet une forte puissance 3042817 7 par rayonnement à l'intérieur de la nacelle 2. A certains points de fonctionnement, cette puissance émise peut causer des problèmes de tenue thermique du capot de la nacelle 2. Tel qu'illustré à la figure 2, sur laquelle les éléments identiques à ceux de la figure 1 portent les mêmes 5 références, on pourrait envisager de prolonger le canal 9 de guidage d'air entourant le carter 31 de turbine basse pression jusqu'au carter 32 de turbine haute pression, de manière à entourer le carter 32 de turbine haute pression. Cette solution aurait toutefois pour inconvénient de limiter la ventilation de la nacelle 2 en aval de la turbine haute pression, du fait de la 10 formation d'un cône de captation d'air Cl au niveau de l'extrémité longitudinale amont du canal 9. Une zone 71 du compartiment nacelle 7 située en aval du cône Cl serait ainsi une zone non ventilée. Pour remédier à cet inconvénient, et tel qu'illustré à la figure 3, le turbopropulseur 1 comprend un canal de guidage d'air 9 dans lequel une 15 ou plusieurs zones de passages d'air 9b sont disposées entre une partie 9a du canal située autour de la turbine haute pression 10 et une partie 9c du canal située autour de la turbine basse pression 11. La turbine haute pression 10 est située en aval de la chambre de combustion 12. Ainsi, la captation de l'air dans le canal 9 se fait dans deux plans distincts au lieu 20 d'un seul comme c'était le cas dans le turbopropulseur de l'état de la technique. Il en résulte la formation de deux cônes de captation d'air, un cône Cl depuis l'extrémité amont du canal 9 et un cône C2 depuis la zone de passage d'air 9b. Du fait de la présence du cône de captation d'air C2, la zone 71 du compartiment nacelle 7 située entre les deux cônes Cl et C2 25 est ainsi une zone partiellement ventilée. La deuxième captation d'air en aval de la première captation d'air permet donc de ventiler une plus grande partie du compartiment nacelle 7, tandis que la partie 9a du canal située en amont permet d'une part de limiter le rayonnement du carter 32 de turbine haute pression et d'autre part d'accélérer une partie du flux d'air à son 30 voisinage et donc d'y améliorer ses échanges thermiques. 3042817 8 Le canal 9 comprend avantageusement une première partie 9a entourant au moins en partie, de préférence entièrement, le carter 32 de turbine haute pression, et délimitant un passage annulaire d'air P1, ainsi qu'une deuxième partie 9c entourant au moins en partie, de préférence 5 entièrement, le carter 31 de turbine basse pression, et délimitant un passage annulaire d'air P2, se prolongeant jusqu'à la sortie du turbopropulseur 1. La première partie 9a et la deuxième partie 9c sont avantageusement distinctes et à distance l'une de l'autre. La première partie 9a et la deuxième partie 9c peuvent ainsi être 10 complètement séparées, la zone de passage d'air 9b formant une ouverture annulaire dans le canal 9. En variante, la zone de passage d'air 9b peut comprendre au moins une rangée annulaire d'ouvertures formées radialement dans le canal 9 entre la première partie 9a, située autour du carter 32 de turbine haute pression et la deuxième partie 9c, 15 située autour du carter 31 de turbine basse pression. Deux modes de réalisation (figures 4 et 5) d'un réglage du canal de guidage d'air 9, permettant de régler le rapport entre le débit d'air D1 capté dans la première partie 9a et le débit d'air D2 capté dans la deuxième partie 9c, vont maintenant être décrits. L'air se répartit à partir d'un débit 20 total D entre le débit D1 et le débit D2. Dans un premier mode de réalisation, on adapte la hauteur des parties 9a, 9c du canal 9. La hauteur est la distance radiale entre le carter de turbine 31, 32 et la partie du canal entourant ledit carter de turbine. Ainsi, la hauteur h désigne la hauteur de la première partie 9a, tandis que 25 la hauteur H désigne la hauteur de la deuxième partie 9c (figure 4). En choisissant une faible hauteur h pour la première partie 9a, on limite son débit D1 et on augmente donc le rapport D2/D1, favorisant ainsi la ventilation du compartiment nacelle 7 dans sa partie aval 71. A l'inverse, en augmentant la hauteur h, on réduit le rapport D2/D1 et on privilégie la 30 ventilation du carter 32 de turbine haute pression. Alternativement ou en combinaison, le réglage de la distance longitudinale d entre l'extrémité aval 3042817 9 de la première partie 9a et l'extrémité amont de la deuxième partie 9c est également un moyen pour régler le rapport de débit D2/D1. Dans un deuxième mode de réalisation, qui peut se combiner au premier mode de réalisation, on ajoute à l'extrémité aval de la première 5 partie 9a un ou plusieurs volets de guidage d'air 9a1 (figure 5). Chaque volet 9a1 est monté pivotant à une extrémité aval de la première partie 9a et permet de régler la section de passage d'air h' en aval de la première partie 9a. Ce mode de réalisation permet avantageusement d'adapter le rapport de débit D1/D2 au point de fonctionnement de la turbomachine. 10 REVENDICATIONS1. Turbomachine (1) à double corps, comportant un moteur qui est entouré par une nacelle (2) et qui comprend une turbine haute pression (10) et une turbine basse pression (11), ladite turbomachine (1) comprenant des moyens (13) d'alimentation en air d'un compartiment (7) situé entre la nacelle (2) et le moteur, des moyens (6) d'évacuation de cet air, et des moyens de guidage d'air (9) s'étendant au moins en partie autour d'au moins un carter (31, 32) du moteur et définissant au moins un passage annulaire d'air (P1, P2) de refroidissement du carter (31, 32) depuis le compartiment (7) jusqu'aux moyens d'évacuation (6), caractérisée en ce que lesdits moyens de guidage d'air (9) comprennent une première partie annulaire (9a) s'étendant autour d'un carter (32) de turbine haute pression, une deuxième partie annulaire (9c) s'étendant autour d'un carter (31) de turbine basse pression, et des moyens de passage d'air (9b) disposés entre la première partie (9a) et la deuxième partie (9c) et permettant un passage d'air depuis le compartiment (7) vers le passage annulaire d'air (P2) de la deuxième partie (9c). 2. Turbomachine (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première (9a) et la deuxième partie (9c) des moyens de guidage d'air sont distinctes et entièrement séparées l'une de l'autre par les moyens de passage d'air (9b). 3. Turbomachine (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'extrémité amont de ladite première partie (9a) et/ou de ladite deuxième partie (9c) des moyens de guidage d'air (9) est configurée pour améliorer le guidage de l'air. 4. Turbomachine (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'extrémité amont de ladite première partie (9a) et/ou de ladite deuxième partie (9c) a en section une forme sensiblement en C dont l'ouverture est orientée vers l'aval. 3042817 11 5. Turbomachine (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens (13) d'alimentation en air sont distincts d'une entrée d'air d'alimentation d'une veine principale du moteur. 6. Turbomachine (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée 5 en ce qu'elle comprend des moyens de réglage de l'espacement radial (h) entre la première partie (9a) des moyens de guidage d'air (9a) et le carter (32) de turbine haute pression (10) et/ou de l'espacement radial (H) entre la deuxième partie (9c) des moyens de guidage d'air (9) et le carter (31) de turbine basse pression (11). 10 7. Turbomachine (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de réglage de l'espacement longitudinal (d) entre l'extrémité aval de la première partie (9a) des moyens de guidage d'air (9) et l'extrémité amont de la deuxième partie (9c) des moyens de guidage d'air (9). 15 8. Turbomachine (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend, dans une partie aval de la première partie (9a) des moyens de guidage d'air (9), au moins un volet pivotant (9a1) permettant de régler au niveau du volet (9a1) l'espacement radial (h') entre ladite première partie (9a) et le carter (32) de turbine haute 20 pression (10). 9. Turbomachine (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la turbomachine est un turbopropulseur (1). 10. Procédé de refroidissement d'un carter (31, 32) de turbine d'une turbomachine (1) à double corps selon la revendication 1, caractérisé en 25 ce qu'il comprend un guidage d'air vers la première partie (9a) des moyens de guidage d'air (9), et un guidage d'air vers la deuxième partie (9c) des moyens de guidage d'air (9) via les moyens de passage d'air (9b). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend 30 une étape de réglage de l'espacement radial (h) entre la première partie (9a) des moyens de guidage d'air (9) et le carter (32) de turbine 3042 81 7 12 haute pression (10) et/ou de l'espacement radial (H) entre la deuxième partie (9c) des moyens de guidage d'air (9) et le carter (31) de turbine basse pression (11). 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il 5 comprend une étape de réglage de l'espacement longitudinal (d) entre l'extrémité aval de la première partie (9a) des moyens de guidage d'air (9) et l'extrémité amont de la deuxième partie (9c) des moyens de guidage d'air (9). 13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce 10 qu'il comprend une étape de réglage, dans une partie aval de la première partie (9a) des moyens de guidage d'air (9), de l'espacement radial (h') entre ladite première partie (9a) et le carter (32) de turbine haute pression (10).