Brevet FR3093128A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention : Carter de turbomachine Domaine technique [0001] La présente invention concerne des turbomachines, notamment des turbomoteurs aé- ronautiques, et plus particulièrement un carter d'échappement de turbomachine d'aéronef. Technique antérieure [0002] Un carter d'échappement de turbomachine comprend généralement un moyeu intérieur et une virole extérieure s'étendant autour du moyeu. La virole est confieurée pour définir avec le moyeu une veine annulaire d'écoulement d'un flux dc gaz et est reliée rigidement au moyeu par des bras sensiblement radiaux par rapport à un axe longitudinal de la turbomachine. Par référence à l'écoulement des gaz dans la turbomachine, un carter d'échappement est monté en aval d'une turbine et le flux de gaz qui traverse le carter d'échappement est donc le flux de gaz d'échappement sortant de la turbine. [0003] Une turbomachine peut comprendre d'autres carters similaires tels qu'un carter inter- médiaire ou un carter interturbine plus connu sous sa désignation anglaise TVF pour « Turbine Vanc Prame », ou encore un TCF désignant en anglais un « Turbine Center Framc ». Un carter intermédiaire est intercalé entre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression de la turbomachine, et est donc traversé par un flux de gaz sortant du compresseur basse pression et destiné à alimenter le compresseur haute pression. [0004] Le fonctionnement d'une turbomachine conventionnelle implique notamment le passage de câbles électriques et la circulation dc divers fluides à travers la turbomachine. A titre d'exemple, ces fluides peuvent être de fair, de l'huile, ou de l'air huilé. Afin d'acheminer ces fluides, il est connu de disposer des canalisations dans la structure même de la turbomachine. Certaines de ces canalisations, appelées tubes de servitude, doivent relier des parties radialement externes de la turbomachine à des parties radialement internes, et ainsi traverser les flux d'air primaires et secondaires. [0005] Il est connu de faire passer des éléments de servitudes tels que les tubes de servitudes au sein de bras creux de carter tels que les bras creux d'un carter d'échappement tel qu'un carter d'échappement structural comme un TVF, ou encore un carter d'échappenement non structural comme un TRV (redresseur aval de turbine, ou « Turbine Rear Vane » selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée), ou d'un TCF (carter inter turbines, ou « Turbine Center Frame » selon la terminologie anglo-saxonne généralement utilisée). 2 [0006] Les bras creux du carter d'échappement permettent ainsi le passage d'éléments de servitudes, tels que les tubes de servitude, sans perturber l'écoulement du flux à l'intérieur de la veine grâce à leur cavité interne. [0007] De manière générale, chacun des éléments de servitudes permet de relier au moins un premier équipement situé radialement à l'intérieur de la veine à au moins un deuxième équipement situé radialement à l'extérieur de la veine du carter. [0008] Sur la figure 1 est illustré un exemple d'une partie d'un carter d'échappement 1 d'une turbomachine comprenant un élément de servitudes sous la forme d'un tube 2 disposé à l'intérieur d'une cavité longitudinale 3 pourvue à l'intérieur d'un bras 4 creux reliant un moyeu interne 5 à une virole externe 6 du carter d'échappement 1. Le tube 2 est généralement introduit au sein de la cavité longitudinale 3 de bras 4 creux au niveau de la jonction entre le bras 4 creux et la virole externe 6. Le tube 2 est ensuite glissé à l'intérieur de la cavité 3 jusqu'à s'y étendre totalement. Le tube 2 présente deux extrémités 8 et 9 qui peuvent être fixées respectivement au moyeu interne 5 et à la virole externe 6 afin de solidariser le tube 2 au moyeu interne 5 et à la virole externe 6. Les extrémités 8 et 9 de tube sont ensuite assemblés à des tubes compris dans des circuits hydrauliques ou d'air disposés dans des parties radialement externes ou internes, de sorte à assurer une communication fluidique entre des parties radialement externes de la turbomachine et des parties radialement internes. [0009] Comme cela est illustré sur la figure 1, généralement, sur la majorité de la longueur du tube 2, la surface externe du tube n'est pas en contact avec la paroi de cavité longitudinale 3. Le tube 2 ainsi disposé est donc libre de vibrer. [0010] Or, le tube 2 présente des fréquences propres de vibration. Le tube 2 vibre le plus violemment lorsqu'il est excité à ces fréquences. Ceci induit une fatigue rapide pouvant aller jusqu'à une rupture. Ces fréquences dépendent de la longueur du tube 2, mais aussi du matériau qui le constitue, de son épaisseur, ou de sa température entre autres. Plus le tube 2 est long, plus la fréquence propre la plus faible est basse, et proche des fréquences de rotation des corps basse et haute pression de la turbomachine. Ces vibrations entraînent des problèmes de robustesse et de sécurité au sein des turbomachines. Ceci est particulièrement vrai dans le cas de moteurs de grande taille. [0011] Sur les moteurs de forte puissance, un élément de servitudes tel que le tube 2 comporte en général un corps longitudinal définissant un axe d'allongement et au moins un amortisseur de calage à l'intérieur de la cavité, cet amortisseur permettant notamment d'éviter que l'élément de servitudes ne rentre en résonnance, et ainsi ne se dégrade, lorsqu'il est soumis aux différentes sollicitations vibratoires générées par la turbomachine en fonctionnement. [0012] Différents amortisseurs existent dans l'état de la technique. [0013] 11 est connu par exemple d'utiliser deux amortisseurs montés tête-bêche se présentant 3 chacun sous la forme d'une lame courbée, flexible, et délimitée latéralement par des flancs. Chaque lame comprend, d'une part, une portion fixée au corps de l'élément, et d'autre part, une portion libre. Chaque lame est positionnée à plat sur l'élément de servitudes, elle s'étend le long d'un axe transversal perpendiculaire à l'axe d'allongement de l'élément et est configure° pour se déformer dans un plan perpendiculaire à l'axe d'allongement. [0014] L'élément de servitudes est configure pour être monté dans la cavité dans une direction sensiblement parallèle à l'axe d'allongement de l'élément. Lors de son montage, les portions libres sont contraintes de sorte que ces dernières exercent chacune sur une paroi délimitant la cavité un effort de rappel nécessaire pour que les amortisseurs puissent pleinement assurer leur fonction. [0015] Le montage/démontage de l'élément de servitudes présente quelques difficultés. [0016] Premièrement, lors dc l'introduction de l'élément de servitudes dans la cavité, les arêtes vives présentes sur les flancs des amortisseurs rentrent en contact avec la paroi de la cavité et ainsi s'opposent à son introduction. L'opérateur se trouve alors dans l'obligation d'opérer par un mouvement de va et vient et/ou de forcer de manière excessive au risque de détériorer les amortisseurs et/ou la paroi dc la cavité, et au détriment de la productivité. Le montage est d'autant plus critique du fait que les portions libres exercent chacune un effort de rappel sur la paroi de la cavité. [0017] Deuxièmement, à la suite du montage et des difficultés rencontrées mentionnées ci- dessus, il s'avère généralement impossible de démonter l'élément de servitudes pour effectuer par exemple une opération de maintenance sans détériorer considérablement les amortisseurs et/ou la paroi de la cavité. [0018] Des raidisseurs à retour élastique sont connus du document FR 3 064 302 et du document FR 3 050 229. Ils sont utilisés pour que les modes propres des éléments de servitudes sur lesquels ils sont montés ne soient pas dans la plage de fonctionnement de la turbomachine. Ces raidisseurs présentent des inconvénients similaires aux amortisseurs notamment par rapport à la sensibilité de la compression des raidisseurs lors du montage. En effet, la compression excessive de ces derniers lors du montage peut conduire à leur détérioration et donc à l'absence de contact entre les raidisseurs et la paroi, les rendant ainsi inefficaces. [0019] Il est également connu du document EP 0 342 087 un bras de carter comprenant un passage pour un tube d'huile, le tube d'huile comprenant un rétreint autour duquel est disposé un clip afin d'amortir les vibrations survenant sur le tube en fonctionnement. [0020] Il est aussi connu du document FR 3 061 928 une pale de distributeur comportant un mât de soutien fixé au carter et maintenu à l'intérieur de la pale par un manchon pour minimiser les efforts opérant sur le mût. Exposé de l'invention [0021] L'invention vise à pallier les inconvénients ci-dessus et à passer outre les difficultés mentionnées ci-dessus en proposant un carter de turbomachine permettant (l'assurer l'appui des raidisseurs ou amortisseurs des éléments de servitudes sur la paroi intérieure de ses bras creux de manière certaine et sans sensibilité à la procédure de montage, et plus particulièrement en évitant toute compression des raidisseurs de l'élément de servitudes lors du montage. [0022] Un objet de l'invention propose un carter de turbomachine, le carter ayant la forme d'une couronne définissant une direction axiale et une direction radiale et comportant une virole intérieure, une virole extérieure s'étendant autour et à distance de la virole intérieure, et des bras creux reliant la virole extérieure à la virole intérieure et destinés chacun à recevoir un élément de servitudes tubulaire, chaque bras creux définissant un logement interne reliant un premier orifice de passage traversant la virole intérieure dans la direction radiale à un second orifice de passage traversant la virole extérieure dans la direction radiale, et comportant une paroi interne délimitant le logement interne. [0023] Selon une caractéristique générale de l'invention, chaque bras comprend au moins un bossage sur ladite paroi interne du bras s'étendant en saillie de la paroi interne vers le logement interne et définissant un étranglement du logement interne dans un plan de coupe orthogonal à la direction dans laquelle s'étend le bras, ledit au moins un bossage étant destiné à coopérer avec l'élément de servitudes tubulaire. [0024] Ledit au moins un bossage constitue Punique moyen d'appui de l'élément de servitude tubulaire situé dans le logement du bras radialement entre le premier et le second orifice de passage. [0025] De préférence, l'étranglement présente dans ledit plan de coupe une section de passage inférieure à la section dudit second orifice de passage. [0026] L'aménagement intérieur des bras avec un bossage permet, premièrement, de raidir le maintien de l'élément de servitudes au sein du bras et de limiter ainsi les risques de résonnance. [0027] L'aménagement intérieur des bras avec un bossage permet, deuxièmement, de prévoir des raidisseurs sur les tubes de servitudes plus courts et donc plus raides et ainsi plus efficaces dans leur rôle de raidisseurs dynamiques que les raidisseurs connus dans l'état de la technique, car la distance entre le tube et le bras est réduite localement et l'opérateur n'a pas à déformer lui-même les raidisseurs, les raidisseurs se déformant sans assistance lors du montage du tube le long de son axe. [0028] Enfin, l'aménagement intérieur des bras avec un bossage permet, troisièmement, d'éviter toute plastification des raidisseurs lors de leur compression au montage. En effet, l'opérateur n'ayant pas besoin de comprimer et plastifier les raidisseurs au montage, leur largeur peut aisément être dimensionnée. [0029] En outre, avoir une section du logement interne au niveau du bossage plus petite que la section du bras creux à l'orifice par lequel est introduit l'élément de servitudes dans le bras lors de son installation permet d'éviter toute manipulation, telle qu'une compression, des raidisseurs lors du montage de l'élément de servitudes dans le bras. [0030] Selon un premier aspect du carter, ledit au moins un bossage de chaque bras peut être réalisé dans le même matériau que le bras auquel il est associé. [0031] Le bras et ledit au moins un bossage peuvent être réalisés en métal ou en Inconel 718® par exemple. [0032] Selon un deuxième aspect du carter, chaque bras peut comprendre un bossage s'étendant sur au moins la moitié du périmètre de ladite paroi interne du logement interne dans ledit plan de coupe orthogonal à la direction dans laquelle s'étend le bras, ou au moins une paire de bossages disposés en regard l'un de l'autre, pour réduire les dimensions de la section du passage de l'étranglement au moins dans une direction. [0033] Selon un troisième aspect du carter, ledit au moins un bossage de chaque bras peut s'étendre, dans la direction dans laquelle s'étend le bras entre la virole interne et la virole externe, sur une hauteur comprise entre 5 et 10 mm afin de constituer une zone d'appui efficace pour les amortisseurs ou les raidisseurs de l'élément de servitudes. [0034] Dans un quatrième aspect du carter, ledit au moins un bossage de chaque bras peut s'étendre, dans une direction orthogonale à la paroi interne du bras, sur une épaisseur comprise entre 1 et 10 min [0035] Dans un cinquième aspect du carter, ledit au moins un bossage de chaque bras peut être réalisé en une seule pièce avec le bras auquel il est associé. [0036] Dans un sixième aspect du carter, ledit au moins un bossage de chaque bras peut former, dans un plan de section comprenant la direction axiale et la direction radiale, un étranglement du logement interne de forme trapézoïdale isocèle avec la base la plus grande disposée entre la base la plus petite et le second orifice de passage. [0037] Une telle forme de bossage permet une compression des raidisseurs ou des amor- tisseurs de l'élément de servitudes plus aisée lors de son emmanchement dans le bras et de son sen-age avec des vis en son sommet par exemple. [0038] Dans une variante, les bords entre la grande base et la petite base peuvent être des congés ne présentant pas une surface plane. [0039] Lorsque ledit au moins un bossage est réalisé en une seule pièce avec le bras, son usinage permet de compenser les défauts de fonderie des bras et des bossages et ainsi d'assurer la qualité du contact entre les raidisseurs de l'élément de servitudes et le bras. [0040] Dans un septième aspect du carter, ledit carter est un carter d'échappement d'une turbine de turbomachine. 6 100411 L'invention a également pour objet, une turbine comprenant un carter tel que défini ci-dessus. [0042] L'invention a également pour objet, turbomachine comprenant une turbine de tur- bomachine telle que définie ci-dessus. [0043] L'invention a aussi pour autre objet, un aéronef comprenant au moins une tur- bomachine tel que défini ci-dessus. Brève description des dessins [0044] [fig.11 La figure 1 déjà présentée, illustre un exemple d'une partie d'un carter d'échappement d'une turbomachine comprenant élément de servitudes. [0045] [fig.21 La figure 2 est une première vue en coupe selon un premier plan de coupe d'un cartcr d'une turbomachine selon un mode de réalisation de l'invention. [0046] [fig.31 La figure 3 présente une seconde vue cn coupe selon un second plan de coupe du carter d'échappement de la figure 1. [0047] [fig.41 La figure 4 représente une vue en coupe d'un bras du carter d'échappement selon un premier mode de réalisation. [0048] [fig.51 La figure 5 présente un zoom de la figure 4 au niveau du bossage du bras. [0049] [fig.61 La figure 6 présente une vue schématique cn coupe du bras du carter d'échappement de la figure 4. [0050] [fig.71 La figure 7 présente une vue schématique cn coupe du bras du carter d'échappement selon un second mode de réalisation dc l'invention. Description des modes de réalisation 100511 Sur la figure 2 est représenté une première vue en coupe selon un premier plan de coupe 11-11 d'un carter 10 d'une turbomachine 11 à double flux, le carter 10 comprenant un carter d'échappement 12 situé entre une turbine basse pression 13 et une tuyère 14 d'éjection des gaz de combustion issus de la turbine 13. 100521 La turbomachine 11 définie une direction axiale DA correspondant à l'axe de ré- volution X de la turbomachine 11 et l'axe de rotation de la turbine basse pression 13, et une direction radiale DR. Le premier plan de coupe 11-11 de la turbomachine 11 sur la figure 2 comprend la direction axiale DA et la direction radiale DR. 100531 Dans tout le présent texte, les termes « intérieur » et « extérieur » ou « interne » et « 7 externe » sont utilisés en référence à la position ou l'orientation dans la direction radiale DR par rapport à l'axe de révolution X de la turbomachine 11. [0054] Sur la figure 3 est représenté une seconde vue en coupe selon un second plan de coupe du carter 10 de la turbomachine de la figure 2. Le second plan de coupe est orthogonal à la direction axiale DA et comprend la direction radiale DR. Le second plan de coupe HI-III se situe dans l'espace libre entre la turbine basse pression 13 et le carter d'échappement 12. [0055] Comme cela est représenté sur les figures 2 et 3, le carter d'échappement 12 comprend une virole intérieure 15 et une virole extérieure 16 s'étendant autour et à distance de la virole intérieure 15. La virole extérieure 16 est configurée pour définir avec la virole intérieure 15 une veine 17 annulaire d'écoulement d'un flux de gaz de combustion F. Le carter d'échappement 12 comprend en outre des bras 18 reliant rigidement la virole extérieure 16 à la virole intérieure 15. Les bras 18 s'étendent principalement dans la direction radiale DR par rapport à l'axe de révolution X de la turbomachine 11. [0056] Le mode de réalisation illustré n'est en rien limitatif, la turbomachine 11 peut comprendre d'autres carters présentant une structure similaire, et ainsi le carter d'échappement 12 pourrait être par exemple un carter intermédiaire situé entre un compresseur basse pression et un compresseur haute pression (non visible sur la figure 2). [0057] Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 2 et 3, le carter d'échappement 12 comprend une pluralité de bras 18 tubulaires creux permettant chacun le passage d'un élément de servitudes 21. [0058] Le passage des éléments de servitudes 21 dans les bras 18 présente notamment l'avantage de ne pas perturber l'écoulement du flux de gaz F à l'intérieur de la veine 17, c'est-à-dire d'éviter les pertes de charge. Un élément de servitudes 21 relie au moins un premier équipement situé radialement à l'intérieur de la veine 17 à au moins un deuxième équipement situé radialement à l'extérieur de la veine 17. Un tel élément 21 peut comprendre par exemple peut être un ou plusieurs conduits d'air et/ou un ou plusieurs conduits d'huile et/ou un ou plusieurs câbles électriques, etc. [0059] Sur la figure 4 est illustré une vue en coupe d'un bras 18 du carter d'échappement 12 selon un premier mode de réalisation. [0060] Le bras 18 présente une longueur dans une direction sensiblement radiale DR, une largeur clans la direction axiale DA et une épaisseur dans une direction ch-conférentielle DC. La longueur du bras est supérieure à la largeur du bras qui est supérieure à son épaisseur. Le bras 18 présente ainsi une forme d'aube creuse, l'aube s'étendant principalement dans un plan comprenant la direction radiale DR et la direction axiale DA et présentant une épaisseur selon la direction circonférentielle DC. [0061] Le bras 18 tubulaire comprend une cavité 180 s'étendant sensiblement radialement 8 entre la virole intérieure 15 et la virole extérieure 16. La cavité 180 est délimitée par une paroi interne 182 du bras 18. La cavité 180 débouche à la fois sur la virole intérieure 15 via un premier orifice de passage 150 et sur la virole extérieure 16 via un second orifice de passage 160. La paroi interne 182 comprend deux parties 1 82a, 18211 s'étendant en regard l'une de l'autre. [0062] Comme cela est illustré sur la figure 4 ainsi que sur la figure 5 qui est un zoom d'une portion du bras 18 de la figure 4, chaque bras 18 comprend deux bossages 185 disposés en regard l'un de l'autre et séparés par un espace libre s'étendant selon la direction circonférentielle DC. Un premier bossage 185a est réalisé sur la première partie de paroi interne 182a tandis que le second bossage 18511 est réalisé sur la seconde partie de paroi interne 18211. Les deux bossages 185a et 185b sont réalisés au milieu du bras 18, à savoir à mi-distance entre la virole interne 15 et la virole externe 16. [0063] Sur la figure 6 est illustré une vue schématique en coupe du bras du carter d'échappement de la figure 4. Comme cela est illustré sur les figures 4 et 6, dans une direction orthogonale aux plans dans lesquels s'étendent les deux bossages 185a et 1 85h. autrement dit dans une direction orthogonale à deux plans parallèles tangents ou confondus avec les deux parties de parois 182a et 182b du bras 18, les deux bossages 185a et 185b définissent un passage de dimension plus petite que la dimension dans la même direction du passage formé par le second orifice de passage 160 de la virole externe 16. [0064] Les deux bossages 185a et 185b forment ainsi un étranglement 188 de la cavité 180 au milieu du bras 18 permet d'assurer le contact entre un raidisseur 210 d'un élément de servitudes 21 et la paroi interne 182 du bras 18 à au moins une hauteur du bras 18, celle des bossages 185a et 185b. La distance entre l'élément de servitudes 21 et la paroi interne 182 étant réduite à cette hauteur grâce aux bossages des raidisseurs 210 prévus sur les éléments de servitudes 21 peuvent être plus courts que dans l'état de la technique et ainsi plus raides ce qui permet d'améliorer leur efficacité dans leur rôle de raidisseur dynamique. [0065] Dans une variante, les deux bossages 185a et 185b pourraient être formés par un même bossage réalisées sur tout le périmètre de la paroi interne 182. [0066] Sur la figure 7 est représentée une vue schématique en coupe du bras 18 du carter d'échappement 12 selon un second mode de réalisation de l'invention. [0067] Dans le second mode de réalisation illustré sur la figure 7, les deux bossages 1850a et 1850b de chaque bras 18 forment, dans un plan de section comprenant la direction axiale DA et la direction radiale DR, un étranglement 1880 de la cavité 180 de forme trapézoïdale isocèle avec la base la plus grande disposée entre la base la plus petite et le second orifice de passage. Autrement dit, la base la plus grande est disposée radialement à l'extérieur de la base la plus petite pour faciliter l'insertion du bras à partir 9 de l'extérieur. [0068] Comme cela est illustré sur la figure 7, chaque bossage 1850a et 1850bprésente une forme globalement triangulaire dans un plan de coupe orthogonal à la direction axiale DA, et plus particulièrement la forme d'un triangle rectangle, avec l'un des côtés formant un angle droit avec la paroi interne 182, une première extrémité de son hypoténuse 1852 orientée vers l'étranglement 1880, c'est-à-dire vers l'élément de servitudes 21, et la seconde extrémité opposée de l'hypoténuse qui forme une pointe est orientée radialement vers l'extérieur de l'étranglement 1880 et vers le second orifice de passage 160 réalisé dans la virole externe 16. [0069] La pente de la forme triangulaire du bossage 1850 permet une compression des rai- disseurs 210 de l'élément dc servitudes 21 plus aisée lors dc son emmanchement dans le bras et de compenser les défauts de fonderie des bras 18 et des bossages 1850a et 185011 et ainsi d'assurer la qualité du contact entre les raidisseurs 210 dc l'élément de servitudes 21 et le bras 18. [0070] L'invention fournit ainsi un carter de turbomachine permettant d'assurer l'appui des raidisseurs ou amortisseurs des éléments de servitudes sur la paroi intérieure de ses bras creux de manière certaine tout en facilitant le montage, et plus particulièrement en évitant tout endommagement par compression des raidisseurs de l'élément de servitudes lors du montage. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]