Brevet FR3062169A1 — publié le 20180727

CARTER DE MODULE DE TURBOMACHINE D'AERONEF, COMPRENANT UN CALODUC ASSOCIE A UN ANNEAU D'ETANCHEITE ENTOURANT UNE ROUE MOBILE AUBAGEE DU MODULE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines d'aéronef, et en particulier à celui des carters de turbine ou de compresseur. Elle vise en particulier la conception de ces carters, dans le but d'améliorer la gestion des jeux en bout des aubes prévues sur les roues mobiles entourées par ces carters. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE De façon connue, dans un compresseur ou une turbine de turbomachine d'aéronef, les jeux en sommet d'aubes de roues mobiles influent au premier ordre sur le rendement de la turbomachine. Ces jeux sont principalement la conséquence de phénomènes mécaniques et de phénomènes thermiques. Les phénomènes mécaniques sont diverses, comme la déformation du rotor soumis aux efforts centrifuges, ou encore les effets des pressions de veine sur le rotor et le stator. Les phénomènes thermiques résultent essentiellement du fait que dans un compresseur ou une turbine, les pièces constitutives du rotor et du stator présentent généralement des coefficients de dilatation thermique différents, et surtout une vitesse de déformation différente en raison d'un environnement distinct. En général, les pièces du stator sont plus ventilées et moins massiques, de sorte qu'elles réagissent plus rapidement que le disque d'une roue mobile dont l'inertie est principalement liée à la masse du pied de disque, souvent peu ventilée. 3062169 2 Ces différences entraînent un écart de temps de réponse thermique qui provoque dans certaines phases de fonctionnement une forte ouverture des jeux en fonctionnement, et donc une baisse de performance de la turbomachine. Pour répondre à cette problématique, il existe, notamment pour la 5 turbine, des solutions visant à réguler de manière active le jeu en sommet d'aubes, à l'aide de vannes du type LPTACC ou HPTACC. Néanmoins, ces vannes imposent des prélèvements d'air qui nuisent également aux performances globales du moteur. EXPOSÉ DE L'INVENTION Pour répondre au moins partiellement au problème ci-dessus relatif aux 10 réalisations de l'art antérieur, l'invention a tout d'abord pour objet un carter de module de turbomachine d'aéronef comprenant un carter extérieur de module ainsi qu'au moins un anneau d'étanchéité destiné à entourer une roue mobile aubagée du module et agencé radialement vers l'intérieur par rapport audit carter extérieur, le carter comprenant au moins un caloduc capillaire dont une première extrémité est fixée sur 15 l'anneau d'étanchéité, et dont une seconde extrémité opposée à la première est fixée sur un élément de carter agencé radialement vers l'extérieur par rapport à l'anneau. L'invention est remarquable en ce qu'elle met en oeuvre un caloduc au sein du carter, qui permet de modifier le temps de réponse thermique de l'anneau d'étanchéité, par extraction / accumulation de chaleur en direction / en provenance dudit 20 élément de carter portant la seconde extrémité du caloduc. Grâce à cet agencement, le temps de réponse thermique de l'anneau d'étanchéité, qui se comporte comme s'il était plus massique, se rapproche davantage du temps de réponse thermique de la roue mobile a ubagée. Du fait de cette réduction d'écart de temps de réponse thermique entre la roue mobile et l'anneau qui l'entoure, le jeu en sommet d'aubes évolue 25 avantageusement dans un intervalle de valeurs restreint durant le fonctionnement de la turbomachine, ce qui conduit à une augmentation des performances globales de celle-ci. A titre d'exemple, après une phase d'accélération, un anneau classique de l'art antérieur a tendance à se déformer plus rapidement que la roue mobile plus massique, avec pour conséquence un agrandissement du jeu en bout d'aubes et une 3062169 3 perte de rendement. Grâce à l'invention, le caloduc permet d'extraire la chaleur de l'anneau d'étanchéité épousé par le flux primaire chaud. La chaleur pompée est ensuite évacuée radialement vers l'extérieur dans une zone plus froide du carter, au niveau dudit élément de carter portant la seconde extrémité du caloduc, qui remplit dans ce cas une 5 fonction d'extrémité de condensation. L'invention permet ainsi d'augmenter les performances de la turbomachine, sans réaliser de prélèvement d'air spécifique. En effet, pour rappel, un caloduc est un système fermé / passif qui permet, en profitant des changements de phase d'un fluide caloporteur, de prélever de la chaleur à un endroit et de la redistribuer à un 10 autre endroit sans utiliser de pompe ou autre artifice mécanique. Le fonctionnement est tel qu'un liquide est enfermé dans un tube qui est habituellement composé de trois parties, à savoir l'évaporateur, le condenseur et la zone adiabatique. Au niveau de l'évaporateur, le liquide adopte sa forme gazeuse et se dirige vers le condenseur où il se reliquéfie. Le liquide est ensuite ramené vers l'évaporateur grâce au réseau capillaire qui 15 remplit le rôle de moteur du caloduc. Le liquide condensé retourne ainsi vers l'extrémité chaude, dite d'évaporation, par capillarité. Ainsi, avec un caloduc, la chaleur est transférée de la portion chaude à la portion froide par vaporisation de la phase liquide et condensation de la vapeur dans la partie froide du caloduc. L'invention prévoit par ailleurs la mise en oeuvre d'au moins l'une des 20 caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison. L'élément de carter, sur lequel est fixée la seconde extrémité du caloduc, est le carter extérieur ou des moyens de raccordement mécanique de l'anneau d'étanchéité au carter extérieur. L'élément de carter, sur lequel est fixée la seconde extrémité du 25 caloduc, est une bride de fixation boulonnée du carter, et/ou la première extrémité d'évaporation est soudée sur une surface externe de l'anneau d'étanchéité. Le caloduc comporte, entre sa première et sa seconde extrémité, une zone adiabatique fixée sur des moyens de raccordement mécanique de l'anneau d'étanchéité au carter extérieur. 3062169 4 Il est associé, à chaque anneau d'étanchéité, une pluralité de caloducs répartis circonférentiellement autour de l'anneau concerné, de manière à conférer une uniformité du profil thermique dans cette direction. De préférence, les caloducs prennent chacun la forme d'un tube, et ces 5 tubes peuvent être indépendants les uns des autres, ou agencées au sein d'une même paroi de caloducs, de forme annulaire. De préférence, chaque caloduc prend la forme d'un tube non-droit. Enfin, l'invention a aussi pour objet une turbomachine d'aéronef comme un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant un module équipé d'un carter tel 10 que décrit ci-dessus, le module étant une turbine ou un compresseur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi 15 lesquels ; - la figure 1 représente une vue schématique d'un turboréacteur selon l'invention, en coupe longitudinale ; - la figure 2 est une vue en demi-coupe longitudinale représentant une partie du compresseur haute pression de la turbomachine montrée sur la figure 20 précédente : - la figure 3 est une vue schématique détaillant l'un des caloducs équipant le compresseur de la figure précédente ; et - la figure 4 est une vue en demi-coupe longitudinale représentant une partie de la turbine haute pression de la turbomachine montrée sur la figure 1. 25 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS En référence tout d'abord à la figure 1, il est représenté une turbomachine 100 d'aéronef selon l'invention. Il s'agit ici d'un turboréacteur à double flux 3062169 5 et à double corps. Néanmoins, il pourrait s'agir d'une turbomachine d'un autre type, par exemple un turbopropulseur, sans sortir du cadre de l'invention. La turbomachine 100 présente un axe longitudinal 3 autour duquel s'étendent ses différents composants. Elle comprend, d'amont en aval selon une direction 5 principale 5 d'écoulement des gaz à travers cette turbomachine, une soufflante 2, un compresseur basse pression 4, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 8, une turbine haute pression 10 et une turbine basse pression 12. Ces éléments délimitent une veine primaire 14 traversée par un flux primaire 14', tandis qu'une veine secondaire 16 entoure la veine primaire en étant délimitée partiellement 10 par un carter de soufflante 18 et traversée par un flux d'air secondaire 16'. Dans la description qui va suivre, les termes « avant » et « arrière » sont considérés selon une direction 15 opposée à la direction principale 5 d'écoulement des gaz au sein du turboréacteur, et parallèle à l'axe 3. En revanche, les termes « amont » et « aval » sont considérés selon cette même direction principale d'écoulement 5. 15 En référence à présent à la figure 2, il est représenté le compresseur haute pression 6 du turboréacteur, qui constitue l'un des modules de la turbomachine sur lesquels l'invention peut être mise en oeuvre, au même titre par exemple que la turbine basse pression et la turbine haute pression. Le compresseur 6 comprend une succession d'étages formés par des 20 redresseurs fixes 20 et des roues mobiles aubagées 22, ces étages étant entourés par un carter de compresseur 26. Chaque roue 22 est monobloc, ou réalisée à partir d'un disque portant des aubes rapportées à sa périphérie. Le carter 26 comporte plusieurs pièces, notamment un carter extérieur 28 composé d'une ou plusieurs pièces annulaires qui se situent radialement le plus à l'extérieur. Il comporte également, associé à chaque roue 25 mobile 22, un anneau d'étanchéité 30 qui entoure cette roue en ne laissant qu'un faible jeu entre l'extrémité des aubes 32 et la surface intérieure de l'anneau, généralement du type abradable. L'anneau 30 est préférentiellement sectorisé, à savoir qu'il est formé à l'aide de plusieurs secteurs angulaires mis bout-à-bout. Aussi, dans la suite de la description, le terme « anneau » sera considéré comme un anneau complet, ou comme un secteur angulaire de ce dernier. 3062169 6 L'anneau d'étanchéité 30 se situe radialement vers l'intérieur par rapport au carter extérieur 28, en étant relié à ce dernier par des moyens de raccordement mécanique qui peuvent prendre différentes formes en fonction de l'anneau considéré. 5 Quoi qu'il en soit, l'une des particularités de l'invention réside dans l'association d'un caloduc capillaire 40 à au moins l'un des anneaux 30. De préférence, au moins l'un de ces anneaux 30 est en fait équipé d'une pluralité de caloducs 40 répartis circonférentiellement autour de cet anneau. Il s'agit de caloducs capillaires individuels se succédant selon la direction circonférentielle, ou bien d'une paroi annulaire intégrant 10 plusieurs caloducs liés les uns aux autres. Dans tous les cas, les caloducs sont préférentiellement sous forme de tubes, à caractère flexible, de manière à adopter une forme non-droite une fois implantés dans le carter 26. Les caloducs présentent ainsi des courbures, coudes ou pliures permettant d'épouser les courbures associées du carter correspondant. 15 Sur la figure 2, trois anneaux d'étanchéité 30 ont été représentés en étant équipés de tels caloducs capillaires 40. Parmi ces trois anneaux, celui le plus à gauche de cette figure comprend un caloduc 40 dont une première extrémité 76 est fixée sur la surface extérieure de l'anneau, en recouvrant celle-ci. La fixation s'effectue de préférence par une liaison soudée. A partir de cette première extrémité 76, le caloduc 20 présente une zone adiabatique 79 qui longe d'abord un organe de raccordement radial 42 qui relie l'anneau 30 au carter extérieur 28. Ensuite, cette zone adiabatique 79 longe intérieurement le carter extérieur 28 jusqu'à la seconde extrémité 78 du caloduc, qui est quant à elle fixée sur une bride de fixation boulonnée 44. Cette bride 44 est solidaire du carter extérieur 28, et fixée par des boulons 46 à une autre bride 48, qui porte l'une des 25 extrémités axiales du redresseur 30, dont l'autre extrémité coopère avec l'anneau 30 considéré. La seconde extrémité 78 est ainsi fixée par boulons, tandis que la zone adiabatique 79 est préférentiellement fixée par soudage sur l'organe de raccordement radial 42 et sur le carter extérieur 28. 3062169 7 Toujours parmi les trois anneaux de la figure 2, celui au centre comprend un caloduc 40 dont la première extrémité 76 est fixée sur la surface extérieure de l'anneau. A partir de cette première extrémité 76, le caloduc présente une zone adiabatique 79 qui longe un flasque de raccordement 50, ce dernier se terminant par une 5 bride de fixation boulonnée 52. C'est sur cette bride 52 qu'est fixée la seconde extrémité 78 du caloduc. Il est noté que la bride 52, située radialement vers l'extérieur par rapport à son anneau 30 associé, est elle-même portée par une bride de redresseur 56, ces deux brides étant agencées à distance et radialement vers l'intérieur par rapport au carter extérieur 28. 10 Enfin, pour le troisième anneau 30 le plus à droite, son caloduc 40 présente une première extrémité 76 fixée sur la surface extérieure de l'anneau, ainsi qu'une seconde extrémité 78 fixée sur la base d'une bride boulonnée 60 enserrée entre deux brides 62, 64 du carter extérieur 28. Entre ses deux extrémités, le caloduc présente une zone adiabatique 79 qui longe et qui est fixée sur un flasque 65 en forme de V ouvert 15 axialement vers l'amont, ce flasque étant de préférence réalisé d'une seule pièce avec l'anneau 30 et la bride boulonnée 60. Chacun des caloducs 40 présente une conception sensiblement identique. Celle du caloduc 40 associé à la bride 48 va à présent être décrite, en référence à la figure 3. 20 Tout d'abord, il est rappelé que le caloduc capillaire 40 est un dispositif de dissipation de chaleur à haute performance, qui permet avantageusement d'extraire la chaleur de l'anneau d'étanchéité 30 pour la transférer vers la bride boulonnée 48, ou inversement. Dans la suite de la description du caloduc, il va être présenté le cas où l'anneau 30 constitue une source chaude, et la bride 48 une source plus froide. 25 Néanmoins, lorsque le fonctionnement du moteur est tel que le différentiel de températures entre ces deux éléments est inversé, le cycle décrit ci-dessous s'opère alors de manière similaire, mais dans un sens inverse. Cette fonctionnalité est conférée par le caractère réversible des caloducs à conception dite « capillaire ». Le caloduc 40 permet donc d'évacuer de fortes densités de flux de 30 chaleur entre deux milieux de températures différentes, ici l'anneau 30 et la bride 3062169 8 boulonnée 48 située radialement vers l'extérieur, dans une zone de température inférieure mieux refroidie. Ce transfert d'énergie s'effectue par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur à l'état saturé, comme l'eau. Ce dernier, à l'état liquide, s'évapore au niveau 5 de la zone de chauffage, appelée évaporateur 77 et se terminant par l'extrémité d'évaporation 76 fixée sur l'anneau 30. La vapeur, ainsi formée, s'écoule à travers la zone adiabatique 79 pour se condenser dans la zone de refroidissement ou condenseur 80, se terminant par l'extrémité de condensation 78 fixée à la bride 48. Ainsi, en profitant des changements de phase du fluide caloporteur, le caloduc 40 permet de prélever de la 10 chaleur au niveau de l'anneau d'étanchéité 30, et de la redistribuer dans la bride boulonnée 48. Ces deux éléments forment alors un ensemble présentant une inertie thermique supérieure à celle du seul anneau 30. A titre d'exemple indicatif montré sur cette figure 3, le caloduc 74 est un tube flexible 81 dont les parois intérieures sont recouvertes d'un réseau capillaire 82 15 saturé de liquide, et d'un espace 84 rempli de la vapeur saturante de ce même liquide. Ainsi, au niveau de la source de chaleur formée par l'anneau 30, il y a évaporation du liquide présent dans le réseau capillaire 82. Du fait qu'il fasse plus froid au niveau de la source froide formée par la bride boulonnée 48, la vapeur se dirige vers lui et s'y condense. Le condensat revient ensuite vers l'anneau grâce au réseau capillaire 82, et le 20 cycle peut alors se répéter, sans maintenance ni apport d'énergie, d'où le caractère passif du système. Des aspects du comportement du jeu en sommet d'aubes de l'une des roues mobiles du compresseur haute pression vont à présent être décrits. Il va être évoqué différents régimes moteur, et plus particulièrement 25 une phase d'accélération et une phase de décélération. L'évolution du jeu en sommet d'aubes dans le compresseur selon l'invention sera comparée à l'évolution de ce même jeu dans un compresseur de l'art antérieur ne comprenant pas de caloducs. Pendant la phase d'accélération, le comportement des deux jeux est identique ou similaire. Cependant, dès le début de la phase de stabilisation, le 30 compresseur selon l'art antérieur présente un jeu en sommet d'aubes qui s'agrandit 3062169 9 fortement, pour former une variation qualifiée de « bosse thermique ». Cela s'explique par la différence de temps de réponse thermique entre l'anneau et la roue, cette dernière étant bien plus massique, notamment en raison du disque central de cette roue. En revanche, pendant cette même phase de stabilisation, le jeu au sein du compresseur 5 selon l'invention est contenu, grâce au transfert thermique opéré par les caloporteurs de l'anneau vers un élément de carter situé radialement vers l'extérieur. Durant la phase de décélération, les jeux se comportent de manière inverse, la bosse thermique étant en effet inversée par rapport à celle observée en accélération. Dans ce cas, il se créé une surconsommation de jeu en décélération, ce qui 10 peut induire une augmentation des usures de l'abradable, et de surcroît une ouverture de jeu sur les plages de régimes importantes pour la performance moteur, comme dans le cas du régime stabilisé de croisière par exemple. Dans l'invention, cette bosse thermique ne s'observe pas car l'élément de carter auquel est raccordée la seconde extrémité de caloduc remplit alors une fonction de source chaude, capable d'alimenter en chaleur 15 l'anneau plus froid, via le caloduc. Dans le cas de l'invention, l'absence des « bosses thermiques » implique que le jeu en sommet d'aubes évolue dans un intervalle de valeurs restreint. Par conséquent, outre le fait que le jeu est réduit en fonctionnement après une phase d'accélération, le jeu initial au décollage, ou jeu à froid, peut également être réduit. Il en 20 découle des gains conséquents en performances globales du turboréacteur. Enfin, la figure 4 montre un autre mode de réalisation dans lequel l'invention est implantée dans une turbine haute pression 10, chaque caloduc 40 présentant sa première extrémité 76 fixée sur la surface extérieure de l'anneau 30, et sa seconde extrémité 78 fixée sur un flasque 70 de fixation de l'anneau 30 sur le carter 25 extérieur 28 du carter de turbine 26. La zone adiabatique 71 longe également ce flasque 70, sur lequel elle est préférentiellement soudée. Dans le cas de l'application de l'invention à une turbine, il est noté que les caloducs pourraient être prévus en complément de solutions de pilotage actif des jeux du type LPTACC ou HPTACC, mettant en oeuvre un principe de pilotage des jeux par jets 30 d'air. Une telle solution hybride permettrait de réduire le débit d'air prélevé pour le 3062169 10 pilotage des jeux, et de gagner ainsi en performances globales. Dans ce cas, les caloducs permettraient de préférence de réduire les usures en phases transitoires, durant lesquelles les jeux sont plus faibles. Les systèmes du type HPTACC ou LPTACC garderaient alors leur fonction de réduction des jeux en phase de croisière, mais avec un débit d'air 5 réduit par rapport au système classique. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs. 10 REVENDICATIONS1. Carter (26) de module de turbomachine d'aéronef comprenant un carter extérieur de module (28) ainsi qu'au moins un anneau d'étanchéité (30) destiné à entourer une roue mobile aubagée (22) du module et agencé radialement vers l'intérieur par rapport audit carter extérieur (28), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un caloduc capillaire (40) dont une première extrémité (76) est fixée sur l'anneau d'étanchéité (30), et dont une seconde extrémité (78) opposée à la première est fixée sur un élément de carter (48, 52, 60, 70) agencé radialement vers l'extérieur par rapport à l'anneau (30). 2. Carter selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de carter, sur lequel est fixée la seconde extrémité (78) du caloduc, est le carter extérieur (28) ou des moyens de raccordement mécanique (48, 52, 60) de l'anneau d'étanchéité au carter extérieur. 3. Carter selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de carter, sur lequel est fixée la seconde extrémité (78) du caloduc, est une bride de fixation boulonnée (48, 52) du carter, et/ou en ce que la première extrémité (76) est soudée sur une surface externe de l'anneau d'étanchéité (30). 4. Carter selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le caloduc (40) comporte, entre sa première (76) et sa seconde extrémité (78), une zone adiabatique (79) fixée sur des moyens de raccordement mécanique (42, 50, 65) de l'anneau d'étanchéité (30) au carter extérieur (28). 5. Carter selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est associé, à chaque anneau d'étanchéité (30), une pluralité de caloducs capillaires (40) répartis circonférentiellement autour de l'anneau concerné. 3062169 12 6. Carter selon la revendication 5, caractérisé en ce que les caloducs (40) prennent chacun la forme d'un tube. 5 7. Carter selon la revendication 6, caractérisé en ce que les tubes (40) sont agencées au sein d'une même paroi de caloducs, de forme annulaire. 8. Carter selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque caloduc (40) prend la forme d'un tube non-droit. 10 9. Turbomachine d'aéronef (1) comprenant un module équipé d'un carter (26) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Turbomachine selon la revendication 9, caractérisée en ce que le 15 module est une turbine ou un compresseur.