Brevet FR3062677A1 — publié le 20180810

TURBOREACTEUR A DOUBLE FLUX COMPRENANT UN DISTRIBUTEUR PRECEDANT DEUX ETAGES DE TURBINES BASSE PRESSION QUI SONT VENTILES PAR DE L'AIR DE REFROIDISSEMENT DU DISTRIBUTEUR DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le refroidissement des pales d'une turbine basse pression à deux étages dans un turboréacteur à double flux. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Un turboréacteur à double flux comporte une manche d'entrée recevant l'air qui est aspiré par un compresseur basse pression pour ensuite être divisé en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Le flux primaire circule dans un espace appelé veine primaire qui s'étend entre une enveloppe interne délimitée par une succession d'éléments internes fixes et rotatifs, et extérieurement par une enveloppe intermédiaire entourant ces éléments. Les éléments internes fixes comprennent des redresseurs, distributeurs, et des viroles de carters intérieurs, et les éléments internes rotatifs comprennent des roues aubagées de rotor. L'enveloppe intermédiaire est délimitée successivement par différents carters comprenant notamment un carter de compresseur haute pression, un carter de veine primaire, un carter de turbine haute pression, et un carter d'échappement. Le flux secondaire circule dans un espace appelé veine secondaire qui s'étend radialement entre l'enveloppe intermédiaire et une enveloppe externe encore appelée carène du moteur, qui entoure cette enveloppe intermédiaire. Après avoir traversé le compresseur basse pression, ce flux secondaire est propulsé vers l'arrière pour directement générer une poussée en étant soufflé autour du flux primaire. 3062677 2 Après avoir traversé le compresseur basse pression, le flux primaire traverse un compresseur haute pression, pour atteindre ensuite une chambre de combustion. Après combustion, il est détendu dans une turbine haute pression liée en rotation avec le compresseur haute pression, puis dans une turbine basse pression liée en 5 rotation avec le compresseur basse pression, avant d'être expulsé vers l'arrière pour générer une poussée. Chaque turbine et chaque compresseur est formé d'étages comportant chacun un disque portant une série d'aubes rotatives régulièrement espacées autour d'un axe central longitudinal du moteur, suivie éventuellement d'un distributeur ou d'un 10 redresseur constitué d'une série d'aubes fixes. Un distributeur est interposé entre la turbine haute pression et la turbine basse pression, et les aubes de ce distributeur sont traversées par de l'air de refroidissement qui est prélevé à un étage intermédiaire du compresseur haute pression en étant amené par un conduit. 15 Après avoir traversé les aubes du distributeur, l'air transite dans une région centrale avant de passer dans un disque de turbine basse pression qui dirige cet air dans les aubes rotatives que ce disque porte pour les refroidir. Le but de l'invention est d'apporter une solution pour refroidir par air une turbine basse pression comportant deux étages. 20 EXPOSÉ DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet une turbine basse pression de turboréacteur comprenant une enveloppe intérieure entourée par une enveloppe intermédiaire pour délimiter conjointement une veine primaire : - cette turbine basse pression comprenant un distributeur suivi d'un 25 premier étage rotatif et d'un second étage rotatif ; - le distributeur comprenant des aubes fixes s'étendant radialement depuis l'enveloppe intermédiaire jusqu'à l'enveloppe intérieure, ces aubes fixes étant traversées par de l'air de refroidissement collecté au niveau d'un compresseur haute pression ; 3062677 3 - le premier étage rotatif comprenant un premier disque portant des premières aubes et le second étage rotatif comprenant un second disque portant des secondes aubes ; - le premier disque et le second disque étant portés conjointement par 5 un tourillon ; - les aubes du premier étage rotatif et les aubes du second étage rotatif étant ventilées respectivement par un premier flux et par un second flux issus l'un et l'autre d'un flux principal issu d'un compresseur haute pression, le second flux traversant une barrière formée par le premier disque et le tourillon portant ce premier disque, par 10 des trous correspondants formés dans cette barrière. Avec cet agencement, les aubes du distributeur, qui sont les plus exposées thermiquement, sont traversées par un flux principal dont le débit est le plus important, et ce même flux principal est subdivisé en deux flux ventilant le premier étage et le second étage rotatifs dont l'exposition thermique est moins importante. L'invention 15 permet ainsi de contrôler le débit de ventilation refroidissant le second étage rotatif et éventuellement de purges, grâce aux perçages présents dans la barrière formée par le tourillon et le premier disque. L'invention concerne également une turbine ainsi définie, dans laquelle le second disque comporte des trous de passage du second flux vers un espace situé en 20 aval du second disque pour alimenter une purge située en aval du second disque. L'invention concerne également une turbine ainsi définie, dans laquelle le premier disque est fixé à une bride du tourillon par des boulons comportant des vis percées dans le sens de leur longueur pour être traversées par le second flux, et dans laquelle le second disque comprend des trous de passage du second flux vers les aubes du 25 second étage rotatif. L'invention concerne également une turbine ainsi définie, comprenant un second distributeur interposé entre le premier étage rotatif et le second étage rotatif, et dans laquelle ce second distributeur comporte des aubes refroidies par un flux collecté au niveau d'un compresseur haute pression. 3062677 L'invention concerne également une turbine ainsi définie, dans laquelle le flux de refroidissement du second distributeur aboutit dans un espace interdisques situé entre le premier disque et le second disque pour alimenter deux purges situées respectivement en amont et en aval de ce second distributeur. L'invention concerne également une turbomachine comprenant une turbine ainsi définie. L'invention concerne également un turboréacteur comprenant une turbomachine ainsi définie. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 10 La figure 1 est une vue en demi-coupe d'une partie arrière d'un turboréacteur selon l'invention montrant sa turbine basse pression et son échappement ; La figure 2 est une vue en demi-coupe locale montrant un tourillon portant deux disques de turbines basse pression dans un turboréacteur selon une variante de l'invention. 15 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la figure 1, une partie arrière 1 d'un moteur selon l'invention située immédiatement en aval d'une turbine haute pression non représentée comprend une enveloppe intérieure 2 entourée par une enveloppe intermédiaire 3 qui délimitent 20 conjointement une veine primaire. Une enveloppe extérieure 5, encore appelée carter de veine secondaire ou carène du moteur délimite avec l'enveloppe intermédiaire 3 la veine secondaire de ce turboréacteur. L'enveloppe intérieure 2 est délimitée par une succession d'éléments internes rotatifs comprenant les plateformes des aubes de roues aubagées de rotor, et 25 par une succession d'éléments internes fixes qui comprennent des redresseurs, des distributeurs, et des viroles internes de carters. 3062677 5 L'enveloppe intermédiaire 3 est délimitée successivement le long du moteur par un carter de compresseur haute pression, par un carter de veine primaire, par un carter de turbine haute pression et par un carter d'échappement. Cette partie arrière comporte une turbine basse pression 4, comprenant 5 un premier distributeur 6 suivi d'un premier étage rotatif 7, suivi d'un second distributeur 8 qui est suivi d'un second étage rotatif 9. Le premier distributeur 6 est formé d'aubes fixes 11 orientées radialement et s'étendant chacune depuis l'enveloppe intérieure 2 jusqu'à l'enveloppe intermédiaire 3. De manière analogue, le second distributeur 8 est formé d'aubes fixes 10 repérées par 12. Le premier étage rotatif 7 comporte une série d'aubes 13 s'étendant radialement dans la veine primaire depuis l'enveloppe intérieure 2 jusqu'à l'enveloppe intermédiaire 3, ces aubes 13 étant portées par un premier disque rotatif 14 situé à l'intérieur de l'enveloppe intérieure 2. 15 De manière analogue, le second étage rotatif 9 comporte une série d'aubes 16 portées par un second disque rotatif 17 situé lui aussi dans l'enveloppe intérieure 2 en aval du premier disque 14. En aval de cette turbine basse pression est situé un carter d'échappement 19 comportant une virole interne et une virole externe ainsi que des bras 20 radiaux 18 solidarisant ces viroles l'une à l'autre. La virole externe délimite une portion de l'enveloppe intermédiaire 3, la virole interne délimite une portion de l'enveloppe interne, les bras radiaux traversant radialement la veine primaire. Ce carter d'échappement 19 porte dans sa région centrale un support de palier 21 situé à l'intérieur de l'enveloppe intérieure 2. 25 Ce support de palier 21 situé à l'intérieur de l'enveloppe intérieure 2, porte un tourillon basse pression 22, s'étendant également à l'intérieur de l'enveloppe intérieure, et auquel sont fixés le premier et le second disque de turbine basse pression 14, 17. Le premier disque 14 est rigidement solidarisé à une face amont d'une bride circonférentielle 23 du tourillon 22, et le second disque 17 est solidarisé à une face 3062677 6 aval de cette bride 23. Concrètement, cette fixation est assurée par des boulons 24 traversant chacun le premier disque 14 au niveau de sa périphérie interne, la bride 23 et le second disque 17 au niveau de sa périphérie interne. 5 Les pales fixes 11 du premier distributeur sont traversées radialement par un flux principal de ventilation Fp qui provient du compresseur haute pression en étant acheminé par une conduite terminée par un coude 26 dépassant extérieurement de l'enveloppe intermédiaire 3. Ce flux principal de ventilation Fp, traverse les aubes fixes 11 selon une 10 direction radiale centripète, depuis l'enveloppe intermédiaire 3 jusqu'à l'enveloppe intérieure 2 pour atteindre un espace interne E entouré par l'enveloppe intérieure 2, dans une région de cet espace interne E située en amont du premier disque 14. En traversant les aubes fixes 11, le flux Fp assure leur refroidissement en serpentant dans des conduites internes non représentées pour accroître la convection, et 15 en traversant la paroi de chaque aube fixe 11 par des micro perforations pour créer un film d'air externe. La part du flux Fp sortant de l'aube par les micro perforations est repérée par Fp'. Le flux Fp atteint l'espace interne E via un répartiteur 27 en s'y scindant en une portion se distribuant vers l'amont AM et une portion se distribuant vers l'aval AV 20 de cet espace E. Dans l'exemple des figures, cette séparation est relativement stricte, mais il s'agit d'un exemple de réalisation, cette séparation pouvant être plus diffuse. La portion du flux principal Fp distribuée en amont alimente principalement la turbine haute pression du moteur. La portion du flux principal Fp distribuée en aval devient un premier flux de ventilation f1 qui ventile les aubes rotatives 25 13 du premier étage 7, et un second flux de ventilation f2 qui ventile les aubes rotatives 16 du second étage 9. Les aubes fixes 12 du second distributeur 8 sont quant à elles refroidies par un autre flux de ventilation repéré par Fv, qui provient également du compresseur haute pression via la conduite terminée par le coude 26, le flux acheminé par cette 30 conduite se divisant pour constituer le flux Fp et le flux Fv lorsqu'il quitte le coude 26. 3062677 7 Ce flux Fv circule comme le flux principal Fp selon une direction radiale centripète, dans les aubes fixes 12, depuis l'enveloppe intermédiaire 3 jusqu'à l'enveloppe intérieure 2 pour refroidir ces aubes. Ce flux Fv traverse également l'enveloppe intérieure 2 pour ensuite contribuer au refroidissement de cette enveloppe 5 intérieure 2. En traversant les aubes fixes 12, le flux Fv assure leur refroidissement en serpentant dans des conduites internes non représentées pour accroître la convection, et en traversant chaque paroi d'aube fixe 12 par des micro perforations pour créer un film d'air externe. La part du flux Fv sortant de l'aube par les micro perforations est repérée 10 par Fv'. Comme visible sur la figure 1, le premier flux de ventilation fi chemine depuis une buse aval du répartiteur 27 pour atteindre un bord périphérique 28 du premier disque 14 qui porte les aubes 13 par leurs pieds 29. Le premier flux de ventilation fi s'engage ainsi dans des bouches d'admission des pieds 29 de manière à circuler ensuite 15 dans les pales pour les ventiler. De manière analogue, le second flux de ventilation f2 chemine depuis une buse amont du répartiteur 27 vers l'aval, en traversant des ouvertures ou perçages 31 correspondants du premier disque 14, de façon à atteindre des régions interdisques El, E2 et E3 de l'espace interne E qui sont situées entre le premier et le second disque 14, 20 17. Ce second flux de ventilation f2 atteint alors un bord périphérique 32 du second disque 17 qui porte les aubes 16 par leurs pieds 33 pour s'engager dans des bouches d'admission de ces pieds de manière à circuler ensuite dans les pales correspondantes afin de les refroidir. 25 Comme visible sur la figure 1, une part fi' du premier flux de ventilation fi est déviée pour alimenter une purge assurant que de l'air chaud de la veine primaire n'entre pas dans l'espace interne E au niveau du faible espacement situé à la jonction entre les pieds des pales fixes 11 et les pieds des pales rotatives 13. Ainsi, au niveau de cet espacement de jonction entre stator et rotor, l'air pressurisé du flux fi' est expulsé 3062677 8 radialement vers la veine primaire dont la pression est moindre, pour assurer qu'il n'y ait pas de circulation depuis la veine primaire vers l'espace interne E. De manière analogue, une part f2' du second flux de ventilation f2 est déviée pour constituer une autre purge où il est expulsé radialement, au niveau de la 5 jonction entre les pieds des aubes rotatives 16 et la virole intérieure du carter d'échappement 19 située en aval de ces aubes rotatives. La part f2' est déviée du flux f2 dans la région interdisques E3, et elle traverse le second disque 17 par des perçages 34 pour quitter cette région E3, avant de retraverser le second disque par d'autres perçages 35 situés en aval des perçages 34, pour atteindre ensuite la jonction entre les pieds des 10 aubes rotatives 16 et la virole intérieure du carter d'échappement 19 qui est en aval de ces aubes rotatives. Complémentairement, l'air du flux Fv ayant traversé les pales fixes 12 du second distributeur 8 est scindé dans les régions El et E2 en deux flux Fv" et Fv" constituant deux autres purges. Le flux Fv" alimente une purge correspondant à la 15 jonction entre les pieds des aubes rotatives 13 est les pieds des aubes fixes 12. Le flux Fvm qui transite par la région E2 alimente une purge correspondant à la jonction entre les pieds des aubes fixes 12 et les pieds des aubes rotatives 16. D'une manière générale, l'ensemble formé par le premier disque 14 et le tourillon 22 qui le porte constitue une barrière s'opposant au passage du second flux 20 de ventilation f2. Dans l'exemple de la figure 1, ce second flux de ventilation f2 transite depuis la région amont vers une région intermédiaire située entre les deux disque 14 et 17, par des trous 31 du premier disque, ce qui permet à ce second flux d'être amené dans les bouches d'admission des aubes 16 du second étage rotatif 9. 25 Dans la variante de la figure 2, le second flux de ventilation f2 atteint les pieds des aubes 16 du second étage rotatif 9 en traversant d'abord le tourillon 22 via les boulons 24 dont les vis sont percées dans le sens de leur longueur, et en traversant ensuite le second disque 17 par des trous correspondants 34. Plus particulièrement, en traversant les boulons 24, le second flux f2 30 traverse conjointement le premier disque 14, la bride 23 du tourillon, et le second disque 3062677 9 17, de sorte qu'il se trouve alors dans une région de l'espace interne E s'étendant au-delà du premier disque 14 et du second disque 17. Pour atteindre la région intermédiaire située entre les disques 14 et 17 afin d'alimenter en air de ventilation les aubes 16 du second étage rotatif, le flux f1 5 traverse des trous 34 correspondants du second disque 17. Dans l'exemple de la figure 1, le flux f2 traverse la barrière formée par le premier disque 14 et le tourillon 22 par des trous 31 formés dans le premier disque. D'une manière plus générale, de tels trous peuvent aussi être formés dans le tourillon 22 et éventuellement dans le second disque 17, voire dans l'ensemble. 10 Lorsque ces trous sont formés dans le disque, ils sont formés dans la partie du disque assurant la liaison mécanique avec le tourillon. Lorsqu'ils sont formés dans le tourillon ils sont situés au voisinage de la liaison avec le disque. Lorsque ces trous sont formés dans les vis percées, ils s'étendent à travers la liaison en tant que telle du disque avec le tourillon. 15 En ce qui concerne leur positionnement, ces trous sont formés dans une région de la barrière constituée par le tourillon et le disque qui est située radialement entre le rayon d'un bord interne du disque diminué de 20% et le rayon d'une extrémité radiale externe de la bride du tourillon augmentée de 20%. 20 REVENDICATIONS1. Turbine basse pression de turboréacteur (1) comprenant une enveloppe intérieure (2) entourée par une enveloppe intermédiaire (3) pour délimiter conjointement une veine primaire : - cette turbine basse pression (4) comprenant un distributeur (6) suivi d'un premier étage rotatif (7) et d'un second étage rotatif (9) ; - le distributeur (6) comprenant des aubes fixes (11) s'étendant radialement depuis l'enveloppe intermédiaire (3) jusqu'à l'enveloppe intérieure (2), ces aubes fixes (11) étant traversées par de l'air de refroidissement d'un flux principal (Fp) issu d'un compresseur haute pression ; - le premier étage rotatif (7) comprenant un premier disque (14) portant des premières aubes (13) et le second étage rotatif (9) comprenant un second disque (17) portant des secondes aubes (16) ; - le premier disque (14) et le second disque (17) étant portés conjointement par un tourillon (22) ; - les aubes (13) du premier étage rotatif (7) et les aubes (16) du second étage rotatif (9) étant ventilées respectivement par un premier flux (f1) et par un second flux (f2) issus l'un et l'autre du flux principal (Fp), le second flux (f2) traversant une barrière formée par le premier disque (14) et le tourillon (22) portant ce premier disque (14), par des trous correspondants (31, 24) formés dans cette barrière. 2. Turbine selon la revendication 1, dans laquelle le second disque (17) comporte des trous (34) de passage du second flux (f2) vers un espace situé en aval du second disque (17) pour alimenter une purge située en aval du second disque (17). 3. Turbine selon la revendication 1, dans laquelle le premier disque (14) est fixé à une bride (33) du tourillon (22) par des boulons (24) comportant des vis percées dans le sens de leur longueur pour être traversées par le second flux (f2), et dans laquelle 3062677 11 le second disque comprend des trous (34) de passage du second flux (f2) vers les aubes (16) du second étage rotatif (9). 4. Turbine selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant un second 5 distributeur (8) interposé entre le premier étage rotatif (7) et le second étage rotatif (9), et dans laquelle ce second distributeur (8) comporte des aubes (12) refroidies par un flux (Fv) issu d'un compresseur haute pression. 5. Turbine selon la revendication 4, dans laquelle le flux (Fv) de 10 refroidissement du second distributeur (8) aboutit dans un espace interdisques (El, E2) situé entre le premier disque (14) et le second disque (17) pour alimenter deux purges situées respectivement en amont et en aval de ce second distributeur (8). 6. Turbomachine comprenant une turbine selon l'une des 15 revendications précédentes. 7. Turboréacteur comprenant une turbomachine selon la revendication 6. 20