Brevet FR3093530A1 — publié le 20200911

Description Titre de l'invention : Turbomachine comportant un échangeur de chaleur formé dans une plateforme Domaine technique [0001] L'invention concerne une turbomachine, telle qu'une turbomachine d'aéronef comportant des moyens de refroidissement d'un composant situé à proximité d'un axe principal de la turbomachine. [0002] L'invention concerne plus particulièrement une turbomachine comportant des moyens de refroidissement d'un arbre rotatif basse pression et/ou de chambres de pressurisation d'huile de lubrification. Technique antérieure [0003] Une turbomachine classique possède un stator et un rotor qui sont guidés en rotation par des paliers. De plus, des pignons sont présents dans le corps de la turbomachine pour prélever de l'énergie mécanique à partir du rotor, afin d'alimenter des accessoires de la turbomachine, tels que des pompes, générateurs, par l'intermédiaire notamment d'un composant communément appelé Accessory Gear Box (AGB). [0004] Certaines turbomachines comportent aussi des réducteurs du type à trains épicy- cloïdaux qui proposent des rapports de réduction importants. [0005] Un film d'huile doit être envoyé sur ces composants de la turbomachine afin de les lubrifier et de les refroidir. Cette huile utilisée nécessite ensuite d'être refroidie. [0006] Selon un mode de réalisation connu, l'huile est refroidie par un échangeur de chaleur du type huile-carburant, dans laquelle le carburant sert de source froide. Ce mode de réalisation a l'avantage de réchauffer le cal-but-Luit qui est très froid lorsque la turbomachine est utilisée sur un aéronef volant en altitude. [0007] Cependant, la performance de tels échangeurs de chaleur diminue avec la tendance actuelle des turbomachines à limiter leur consommation en carburant, ce qui réduit le débit de carburant dans l'échangeur de chaleur. [0008] Un autre mode de refroidissement de l'huile est par l'intermédiaire d'un échangeur air-huile pour lequel la source froide est constituée par l'air s'écoulant dans la veine secondaire [0009] Pour permettre un tel échange de chaleur, il a été proposé de faire circuler l'huile dans une ou plusieurs plateformes de reconstitution de la veine secondaire, qui sont situées au niveau des extrémités radiales de chaque aube. [0010] Cependant, l'espace entre chaque plateforme et le compartiment inter veines est restreint et déjà occupé par de nombreux autres composants, ce qui rend le raccordement de l'échangeur de chaleur difficile à mettre en place, d'autant plus lorsque 2 l'échangeur de chaleur est formé par plusieurs plateformes. [0011] L'invention a pour but de proposer turbomachine comportant des moyens de refroi- dissement dont la mise en oeuvre est simplifiée Exposé de l'invention [0012] L'invention propose une turbomachine d'aéronef comportant une veine primaire d'écoulement d'air et une veine secondaire (l'écoulement d'air qui est située autour de la veine primaire, [0013] la veine secondaire comportant un redresseur comportant une pluralité d'aubes réparties autour d'un axe principal A de la turbomachine et qui comporte des plateformes inter-aubes dont chacune est située entre les extrémités radiales internes ou entre les extrémités radiales externes de deux aubes adjacentes, chaque plateforme comportant une paroi délimitant en partie la veine secondaire, [0014] et comportant un circuit de fluide, notamment de fluide de lubrification, qui alimente au moins un composant de la turbomachine, [0015] dans laquelle le circuit de fluide comporte un échangeur de chaleur réalisant un échange de chaleur entre ledit fluide et le flux d'air s'écoulant dans la veine secondaire, qui est formé par au moins une des platefortncs, au travers de laquelle dite au moins une plateforme le fluide s'écoule, [0016] la plateforme comportant une conduite présentant un port d'entrée du fluide et un port de sortie de fluide, [0017] caractérisée en cc que le circuit dc fluide comporte un distributeur associé à chaque port, de ladite au moins une plateforme avec le reste du circuit de fluide et dont chaque distributeur est décalé axialement par rapport à ladite plateforme selon l'axe principal A dans un sens ou dans l'autre. [0018] Chaque distributeur permet dc déporter une partie des composants du circuit de re- froidissement vers une position dans la turbomachine qui est plus facile d'accès. [0019] Dc préférence, l'échangeur de chaleur est formé par plusieurs plateformes qui sont réparties autour de l'axe principal A et en cc que chaque distributeur est relié à un même port, de toutes les plateformes format l'échangeur de chaleur. [0020] Dc préférence, chaque distributeur comporte un conduit cintré pour former un anneau centré sur l'axe principal A de la turbomachine et un raccord associé à chaque plateforme, reliant le conduit à un port, de la plateforme. [0021] De préférence, chaque plateforme comporte un premier port situé à une première extrémité axiale de la plateforme et un deuxième port situé à une deuxième extrémité axiale de la plateforme, et les disnibuteurs sont disposés axialement en vis-à-vis de chaque extrémité axiale de la plateforme. [0022] De préférence, les deux ports de la plateforme sont situés à une même extrémité 3 axiale de la plateforme, et les distributeurs sont disposés axialement en vis-à-vis de cette extrémité axiale de la plateforme. [0023] De préférence, le circuit de fluide comporte, dans le sens d'écoulement du fluide dans celui-ci : [0024] - un réservoir de fluide ; [0025] - un conduit d'alimentation dudit composant de la turbomachine s'étendant depuis le réservoir de fluide jusqu'au composant ; [0026] - ledit composant [0027] - un tronçon amont s'étendant depuis le composant jusqu'à l'échangeur de chaleur ; [0028] - un premier distributeur ; [0029] - ladite au moins une plateforme ; [0030] - un deuxième distributeur ; [0031] - un tronçon aval s'étendant depuis le deuxième distributeur jusqu'au réservoir de fluide. [0032] De préférence, ladite paroi de la plateforme comporte au moins une ailette en saillie s'étendant à l'intérieur de la veine secondaire. [0033] De préférence, ladite au moins une ailette s'étend principalement selon la direction de l'axe principal À. [0034] De préférence, ladite au moins une plateforme comporte une conduite dans laquelle le fluide s'écoule et qui est reliée aux deux ports. [0035] De préférence, la conduite est réalisée d'une seule pièce avec au moins une partie de la plateforme. [0036] De préférence, la conduite consiste en une cavité formée dans un corps de ladite au moins une plateforme et ladite paroi de la plateforme est rapportée sur le corps et délimite en partie la cavité. [0037] De préférence, la conduite consiste en un élément rapporté qui est fixé à la paroi de la plateforme. Brève description des dessins [0038] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : [0039] [fig.]] est une représentation schématique en section axiale d'une turbomachine d'aéronef comportant un circuit d'air pressurisé réalisé selon l'invention ; [0040] [fig.2] est un détail en perspective à plus grande échelle d'une partie du redresseur montrant l'implantation de plateformes inter aubes agencées au niveau du moyeu de la tur- homachine ; [0041] [fig.3] est un détail à plus grande échelle d'une plateforme représentée à la figure 2, comportant une conduite de circulation du flux d'air pressurisé ; [0042] [fig.4] est une vue montrant un mode de sol idarisation de la conduite à un corps de la plateforme ; [0043] [fig.5] est une représentation d'un autre mode de réalisation de la plateforme comportant une cavité et une plaque rapportée ; [0044] [fig.6] est une représentation schématique en perspective d'une plateforme comportant une conduite et des ailettes favorisant l'échange thermique ; [0045] [fig.7] est un détail d'une vue en coupe d'une partie de la turbomachine représentée à la figure 1, montrant la présence de distributeurs de part et d'autre des parois ; [0046] [fig.8] est un détail en perspective à plus grande échelle d'une partie du redresseur montrant l'implantation des distributeurs reliés aux conduites de deux plateformes. DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0047] On a représenté à la figure 1 une turbomachine 10 d'aéronef. [0048] La turbomachine 10 comporte, en s'éloignant de son axe principal A, un arbre basse pression 12, un arbre haute pression 14, une veine primaire 16 d'écoulement d'air, une veine secondaire 20 d'écoulement d'air, un compartiment inter-veine 18 séparant la veine primaire 16 et la veine secondaire 20 et une virole 22 de carter intermédiaire. [0049] Le compartiment inter-veine 18, aussi appelé "core compartiment", est délimité ra- dialement par une paroi radialement interne 24 délimitant l'extérieur de la veine primaire 16 et une paroi radialement externe 26 délimitant l'intérieur de la veine secondaire 20. La virole 22 comporte une paroi radialement interne 28 délimitant l'extérieur de la veine secondaire 20. [0050] La veine primaire 16 comporte, d'amont en aval, selon le sens d'écoulement d'air dans celle-ci, c'est-à-dire ici de gauche à droite en se reportant à la figure 1, un compresseur basse pression 30, un compresseur haute pression 32, une chambre de combustion 34, une turbine haute pression et une turbine basse pression (non représentées). [0051] La veine secondaire 20 comporte un redresseur 52 qui a pour but de rediriger le flux d'air s'écoulant dans la veine secondaire 20, afin que celui-ci ait un écoulement orienté axialement. [0052] Le redresseur 52 comporte une pluralité d'aubes 54 réparties régulièrement autour de l'axe principal A de la turbomachine 10 qui agissent sur le flux d'air circulant dans la veine secondaire 20 pour rediriger le flux d'air dans l'axe principal de la turbomachine 10. [0053] Chaque aube 54 s'étend principalement radialement par rapport à l'axe principal A et comporte une extrémité radiale de pied 56 radialement interne pour sa liaison avec le compartiment inter-veine 18 et une extrémité radiale de tête 58 radialement externe pour sa liaison avec la virole 22. [0054] La paroi radialement externe 26 du compartiment inter-veine 18 et la paroi ra- dialement 28 interne de la virole 22 comportent chacune zone de liaison (non représentée) au niveau de laquelle les aubes 54 sont reliées, qui est par exemple un bossage annulaire. [0055] Comme on peut le voir par exemple à la figure 2, des plateformes 80 sont disposées entre les pieds 56 des aubes 54 adjacentes. Chacune de ces plateformes 80 comporte une paroi 82 qui forme un secteur d'anneau coaxial à l'axe principal A. L'ensemble des parois 82 des plateformes 80 forme un anneau qui prolonge la paroi radialemcnt externe 26 du compartiment inter-veine 18, au niveau de la zone de liaison. [0056] Aussi, des plateformes (non représentées) similaires sont agencées entre les têtes 58 des aubes 54, chacune de ces plateformes comporte une paroi qui forme un secteur d'anneau coaxial à l'axe principal A, pour prolonger la paroi radialement interne 28 interne de la virole 22, au niveau de la zone de liaison. [0057] Ainsi, la paroi 82 de chaque plateforme 80 délimite en partie la veille secondaire 20. [0058] Chaque platefonne 80 comporte en outre des moyens pour sa solidarisation au com- partiment inter-veine 18 ou à la virole 22. De tels moyens de solidarisation sont par exemple des plots de fixation 89 montés sur une face interne 60 de la paroi 82 de la plateforme 80, comme on l'a représenté à la figure 4. [0059] La turbomachine 10 comporte en outre des circuits de fluide 40 de lubrification qui sont répartis à l'intérieur de celle-ci pour lubrifier plusieurs composants la turbomachine 10, comme par exemple pour lubrifier un palier de guidage de l'arbre basse pression 12 ou un réducteur de vitesse (non représenté) qui est agencé entre l'arbre basse pression 12 et la soufflante de la turbomachine. [0060] Le réducteur de vitesse permet de dissocier la vitesse de rotation de la soufflante avec celle de l'arbre basse pression 12 par lequel la soufflante est entraînée. Cela permet notamment de réduire la vitesse de rotation des pales de la soufflante par rapport à celle des compresseurs basse pression, et ainsi d'optimiser leurs efficacités respectives et donc d'améliorer le rendement de propulsion. Un tel réducteur est particulièrement avantageux dans le cas d'un turboréacteur à fort taux de dilution, c'est-à-dire pour lequel le rapport entre la quantité de flux d'air s'écoulant dans la veine secondaire 20. 6 [0061] Un taux de dilution élevé permet de réduire la consommation du moteur, mais conduit à des dimensions de soufflante élevées. La vitesse de rotation de la soufflante est alors limitée, et restreint d'autant celle du compresseur basse pression et de la turbine basse pression. [0062] Le composant 110 qui est lubrifié par le fluide est lui-même à une température élevée, ce qui réchauffe le fluide venant au contact de ce composant. [0063] Ainsi, le circuit de fluide comporte un échangeur de chaleur 44 qui est disposé en aval du composant 110 et qui a pour but de refroidir le fluide. [0064] Comme on peut le voir à titre d'exemple non limitatif à la figure 1, le circuit de fluide 40 destiné à la lubrification d'un composant 110 comporte, selon le sens d'écoulement du fluide de lubrification dans le circuit de fluide 40 : un réservoir de fluide 112, un conduit 114 d'alimentation dudit composant 110 de la turbomachine 10 s'étendant depuis le réservoir de fluide 112 jusqu'au composant 110, ledit composant 110, un tronçon amont 116 s'étendant depuis le composant 110 jusqu'à l'échangeur de chaleur 44 et un tronçon aval 118 s'étendant depuis l'échangeur de chaleur 44 jusqu'au réservoir de fluide 112. [0065] L'échangeur de chaleur 44 est du type air-huile et la source d'air froid est constituée par l'air circulant dans la veine secondaire 20. [0066] L'échangeur de chaleur 44 est ainsi situé au niveau de la veine secondaire 20, comme on le décrira par la suite. [0067] Comme on l'a dit plus haut, la source d'air froid de l'échangeur de chaleur 44 est constituée de l'air circulant dans la veine secondaire 20. [0068] Comme on peut le voir aux figures 3 à 5, l'échangeur de chaleur 44 est formé par au moins une plateforme 80, au travers de laquelle le fluide s'écoule, pour échanger de la chaleur avec l'air s'écoulant dans la veine secondaire 20. [0069] Selon un mode de réalisation, l'échangeur de chaleur 44 est formé par une seule plateforme 80. Selon un autre mode de réalisation, l'échangeur de chaleur est formé d'une pluralité de plateformes 80 qui sont réparties autour de l'axe principal A de la turbomachine. [0070] Quel que soit le mode de réalisation de l'échangeur de chaleur 44, qu'il comporte une seule plateforme 80 ou plusieurs plateformes 80, chaque plateforme 80 de l'échangeur de chaleur 44 comporte une conduite 84 qui est aménagée dans son volume intérieur. Cette conduite 84 est traversée par le flux de fluide et elle est en contact thermique avec la paroi 82 [0071] La paroi 82 de la plateforme 80 réalise alors un échange de chaleur entre le fluide et l'air s'écoulant dans la veine secondaire 20. [0072] Selon un premier mode de réalisation que l'on peut voir aux figures 3 et 4, la conduite 84 est de forme tubulaire et elle est agencée à l'intérieur de la plateforme 80 7 en formant un serpentin par exemple. [0073] Selon un premier aspect de ce premier mode de réalisation, et comme on peut le voir à la figure 4, la conduite 84 consiste en un élément rapporté à la paroi qui est solidarisée à la paroi 82 de la plateforme 80 par soudage et un échange de chaleur par contact est possible entre la conduite et la paroi 82. [0074] Selon ce premier aspect, la plateforme 80 est formée uniquement par la paroi 82 qui porte la conduite 84 sur sa face interne 60 opposée à la face 62 reconstituant la veine secondaire. Des moyens de conduction thermique tels qu'une pâte thermique peuvent être interposés entre la paroi 82 de la plateforme 80 et la conduite 84 pour favoriser l'échange de chaleur entre les deux éléments. [0075] Selon un deuxième aspect de ce premier mode de réalisation, et comme on peut le voir à la figure 3, la conduite 84 est réalisée en une seule pièce avec la paroi 82 de la plateforme 80. [0076] Pour cela, la plateforme 80 est formée lors de la réalisation de la plateforme 80. Par exemple, la plateforme 80 et la conduite 84 sont formées simultanément lors d'une opération de moulage ou de fabrication additive. [0077] Selon une variante de réalisation, la plateforme 80 est réalisée en une seule pièce, par moulage ou par fabrication additive et la conduite 84 est ensuite formée dans la plateforme 80 par enlèvement de matière, par exemple par usinage de la plateforme 80. [0078] Selon un deuxième mode de réalisation représenté à la figure 5, la conduite 84 comporte une cavité 86 formée dans la plateforme 80. Cette cavité 86 délimite un volume important permettant de faciliter les échanges de chaleur entre le flux de fluide et le flux d'air s'écoulant dans la veine secondaire. [0079] Selon un premier aspect de ce deuxième mode de réalisation, la platefonne 80 est réalisée en deux parties, et comporte un corps 88 sur lequel la paroi 82 est rapportée. [0080] La cavité 86 est réalisée dans le corps 88 de la plateforme 80. La cavité 86 est ouverte dans une face du corps 88 orientée radialement vers la veine secondaire 20 et l'ouverture formée est obturée par la paroi 82 de la plateforme 80, permettant de réaliser un contact thermique direct du flux de fluide avec la paroi 82. [0081] Selon un deuxième aspect de ce deuxième mode de réalisation, la plateforme 80 est réalisée en une seule pièce dans laquelle la cavité 86 est formée. De préférence, une telle plateforme 80 est réalisée par fabrication additive. [0082] On a représentée à la figure 6, une variante de réalisation dans laquelle la paroi 82 porte au moins une ailette 100 montée sur une face 102 de la paroi 82, cette face 102 étant au contact avec le flux d'air dans la veine secondaire 20. [0083] Ici, selon le mode de réalisation représenté, la paroi 82 porte deux ailettes 100. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à une paroi portant uniquement deux ailettes 100 et que la paroi 82 peut porter une seule ailette 100 ou plus de deux ailettes 100. 8 [0084] Aussi, dans le cas où l'échangeur de chaleur est constitué par plusieurs plateformes 80, les parois 82 des plateformes peuvent comporter des nombres différents d'ailettes 100. [0085] Chaque ailette 100 s'étend dans la veine secondaire 20, favorisant encore les échanges thermiques entre le flux de fluide et le flux d'air dans la veine secondaire 20. [0086] De préférence, chaque ailette 100 s'étend principalement selon la direction axiale de la plateforme 80, afin de limiter les perturbations dans le flux d'air dans la veine secondaire 20. [0087] Quel que soit le mode de réalisation de la conduite 84, la plateforme 80 comporte un port d'entrée 90 par lequel le flux de fluide pénètre dans la conduite 84 et un port de sortie 92 par lequel le flux de fluide refroidi sort de la conduite 84. [0088] Selon un premier mode de réalisation non représenté, les ports 90, 92 sont situés à une même extrémité axiale de la plateforme 80. [0089] Selon un deuxième mode de réalisation représenté aux figures, chacun du port d'entrée 90 et du port de sortie 92 est disposé au niveau de l'une de l'extrémité axiale amont 94 de la plateforme 80 ou de l'extrémité axiale aval 96 de la plateforme 80. [0090] Il sera compris qu'ici, l'extrémité axiale amont 94 de la plateforme 80 est l'extrémité axiale de la plateforme 80 située en amont de la plateforme 80 selon le sens d'écoulement du flux d'air dans la veine secondaire, c'est-à-dire l'extrémité axiale de gauche à la figure 1 et l'extrémité axiale aval 96 de la plateforme 80 est l'extrémité axiale de la plateforme 80 située en aval de la plateforme 80 selon le sens d'écoulement du flux d'air dans la veine secondaire, c'est-à-dire l'extrémité axiale de droite à la figure 1. [0091] Selon un premier exemple représenté par exemple à la figure 5, le port d'entrée 90 est situé au niveau de l'extrémité amont 94 de la plateforme 80 et le port de sortie 92 est situé au niveau de l'extrémité aval 96 de la plateforme 80. [0092] Selon un deuxième exemple, représenté à la figure 3, le port d'entrée 90 est situé au niveau de l'extrémité aval 96 de la plateforme 80 et le port de sortie 92 est situé au niveau de l'extrémité amont 94 de la plateforme 80. [0093] Selon ce deuxième exemple, le sens d'écoulement du flux de fluide dans la plateforme 80 est contraire au sens d'écoulement du flux d'air dans la veine secondaire L'échange de chaleur a alors un meilleur rendement. [0094] Comme on peut le voir aux figures 7 et 8, le circuit de fluide 40 comporte aussi un distributeur 104 qui est associé à chaque port 90, 92 de chaque plateforme 80 formant, au moins en partie, l'échangeur de chaleur 44. [0095] Selon le mode de réalisation pour lequel l'échangeur de chaleur 44 est composé de plusieurs plateformes 80, comme on peut le voir par exemple à la figure 8, un même distributeur 104 est associé à tous les ports d'entrée 90 des plateformes et un même dis- 9 tributcur 104 est associé à tous les ports de sortie 92. [0096] Chaque distributeur 104 est situé axialement en vis-à-vis et à distance de chaque port 90, 92 auquel il est associé. [0097] Ainsi, lorsque chaque port 90, 92 est agencé à l'une des deux extrémités axiales 94, 96 de chaque plateforme 80, un premier distributeur 104 est situé axialement en amont et axialement à distance de l'extrémité axiale amont 94 des plateformes 80 et un deuxième distributeur 104 est situé axialement en aval et axialement à distance de l'extrémité axiale aval 96 des plateformes 80. [0098] De même, selon le mode de réalisation non représenté selon lequel les ports 90, 92 sont agencés à une même extrémité axiale 94, 96 de chaque plateforme 80, par exemple à l'extrémité axiale amont 94 de la plateforme 80, les deux distributeurs 104 sont situés axialement en amont et axialement à distance de l'extrémité axiale amont 94 des plateformes 80 et ils sont en outre décalés axialement ou radialement l'un par rapport à l'autre. [0099] Selon un mode de réalisation préféré, chaque distributeur 104 comporte un conduit tubulaire 106, qui est cintré pour former un anneau centré sur l'axe principal A de la turbomachine. Le distributeur 104 comporte aussi une pluralité de raccords 108 dont chaque raccord 108 est associé à une plateforme 80 de l'échangeur de chaleur 44, qui relie le conduit 106 au port 90, 92 de la plateforme 80 qui est associé au distributeur 104. [0100] Ainsi, le circuit de fluide 40 comporte, en plus des composants qui ont été énoncés précédemment, un distributeur 104 tel que décrit précédemment qui est disposé entre le tronçon amont 116 et le port d'entrée 90 de chaque plateforme 80 de l'échangeur de chaleur 44 et l'autre distributeur 104 qui est disposé entre le port de sortie 92 de chaque plateforme 80 de l'échangeur de chaleur 44 et le tronçon aval 118 du circuit de fluide 40. [0101] Chaque distributeur 104 forme ainsi un distributeur permettant de relier chaque conduite 84 formée dans une plateforme 80 au tronçon amont 116 ou au tronçon aval 118 du circuit de fluide 40. [0102] Cela est particulièrement avantageux dans le cas d'un échangeur de chaleur 44 formé d'une pluralité de plateformes 80 réparties autour de l'axe principal A de la turbomachine 10. [0103] L'invention a été décrite en référence à un circuit de fluide 40 dans lequel une huile de lubrification d'au moins un composant 110 circule. [0104] 11 sera compris que le circuit 40 peut être traversé par tout autre fluide, notamment de le fluide destiné par exemple à la pressurisation d'enceintes d'huile de lubrification pour éviter que l'huile ne sorte de ces enceintes ou destiné au refroidissement d'un composant de la turbomachine tel que l'arbre basse pression par exemple. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3]