Brevet FR3097008A1 — publié le 20201211

Description Titre de l'invention : Dispositif de refroidissement par jets d'air d'un carter de turbine et turbomachine comportant un tel dispositif Domaine technique [0001] L'invention concerne un dispositif de refroidissement par jets d'air du carter d'une turbine basse pression, par exemple d'une turbomachine. L'invention concerne également une turbomachine, équipée d'un tel dispositif de refroidissement. [0002] L'invention trouve des applications dans le domaine de l'aéronautique et, en par- ticulier, dans le domaine du refroidissement d'un carter de turbine pour aéronef. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION [0003] Dans le domaine de l'aéronautique, le stator de la turbine basse pression d'une tur- bomachine est constitué principalement d'un carter qui doit être refroidi. Une des techniques de refroidissement utilise la technologie du refroidissement par impact. Pour mettre en oeuvre cette technologie, le carter est équipé d'un ou plusieurs boitier(s) d'alimentation en air sous pression, chacun de ces boîtiers étant raccordé à des rampes de refroidissement qui entourent le carter et distribuent l'air de refroidissement sur toute la périphérie du carter. [0004] La figure 1 représente une vue en coupe longitudinale partielle d'une turbomachine 100. Cette turbomachine 100 comporte une turbine 110, entourée d'un carter 120 refroidi par un dispositif de refroidissement 130. [0005] La figure 2 représente une vue en perspective partielle d'un dispositif 130 de refroi- dissement par jets d'air du carter 120, selon l'art antérieur, vue sur laquelle la turbine n'est pas représentée par mesure de simplification. La figure 3 représente une vue en perspective d'une partie du dispositif de refroidissement 130 de la figure 2. Ce dispositif de refroidissement 130 comporte classiquement une ou plusieurs rampes de refroidissement 131 connectée(s) à au moins un boîtier 132 de répartition de l'air. Dans l'exemple de la figure 2, deux rampes de refroidissement 131 sont représentées, qui sont connectées chacune entre deux boîtiers 132 de répartition de l'air, positionnés à environ 1800 l'un de l'autre. Chaque rampe de refroidissement 131 comporte plusieurs tubes s'étendant parallèlement les uns aux autres autour du carter 120 sur environ 90°. Chaque tube de chaque rampe de refroidissement 131 est percé dune série de trous débouchant au droit de la surface extérieure du carter 120. L'air sous pression transitant au travers de ces trous assure une ventilation par impact du carter 120. 100061 Chaque boîtier 132 de répartition de l'air comporte un compartiment d'entrée d'air 133 connecté aux canalisations extérieures 150 dans lesquelles circule de l'air permettant le refroidissement de différentes parties de la turbomachine. Le com- 2 partiment d'entrée d'air 133 assure le transfert de l'air de refroidissement entre les canalisations extérieures 150 et le boîtier 132 de répartition de l'air. Comme représenté sur la figure 4, le boîtier 132 de répartition d'air comporte, en outre, une enceinte 134 fermée par des premier et second flancs 135, 136 sur lesquelles sont connectées les rampes de refroidissement 131. En plus de la rampe de refroidissement 131, le premier flanc 135 reçoit le compartiment d'entrée d'air 133. De façon traditionnelle, le premier flanc 135 est équipé d'un orifice longitudinal 137 dans lequel est monté un anneau de maintien 138 prévu pour maintenir le compartiment d'entrée d'air 133 dans le premier flanc 135. Cet anneau de maintien 138, logé entre le contour de l'orifice longitudinal 137 et le compartiment d'entrée d'air 133, est brasé d'une part au premier flanc et d'autre part au compartiment d'entrée d'air 133 afin de relier rigidement et de manière étanche ledit premier flanc 135 et ledit compartiment d'entrée d'air 133. [0007] Du fait de sa forme complexe (visible sur l'agrandissement de la figure 4), l'anneau de maintien 138 est classiquement fabriqué en centre d'usinage, avec un procédé d'usinage de haute précision qui a pour conséquence un coût de fabrication relativement élevé. En outre, compte tenu de la grande rigidité de l'anneau de maintien 138, celle-ci peut engendrer des difficultés lors de l'assemblage (jeux de brasage, passage au four) avec le flanc 135 et le compartiment d'entrée d'air 133, de par la disparité de rigidité entre ces composants. Résumé de l'invention [0008] Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus du coût de fabrication et de la rigidité de l'anneau de maintien du compartiment d'entrée d'air sur le premier flan du boîtier de répartition d'air, le demandeur propose un boîtier de répartition d'air dans lequel le compartiment d'entrée d'air est directement fixé sur le premier flanc dudit boîtier de répartition d'air par l'intermédiaire d'un bord tombé. [0009] Selon un premier aspect, l'invention concerne un dispositif de refroidissement par jets d'air d'un carter de turbine basse pression comportant au moins une rampe de sortie d'air disposée autour du carter à refroidir et au moins un boîtier de répartition d'air, ledit boîtier de répartition d'air comportant : un compartiment d'entrée d'air adapté pour conduire de l'air de refroidissement prélevé dans des canalisations vers la rampe de sortie d'air, une enceinte, un premier flanc dans lequel débouche le compartiment d'entrée d'air, et un second flanc, le premier et le second flancs comportant des orifices de sortie d'air destinés à recevoir la rampe de sortie d'air, [0010] caractérisé par le fait que le premier flanc comprend un orifice longitudinal dont la circonférence comporte un premier bord tombé configuré pour recevoir le com- 3 partiment d'entrée d'air et fixé par brasage avec ledit compartiment d'entrée d'air. [0011] Grâce à l'invention, les coûts de fabrication du dispositif de refroidissement du carter sont diminués puisque le dispositif nécessite un composant de moins que le dispositif de l'art antérieur et que son assemblage est simplifié. Cc dispositif de refroidissement permet aussi un gain de masse et une réduction de la perte de charge. [0012] Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, le dispositif de refroidissement de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : le premier bord tombé est réalisé par emboutissage d'une zone périphérique de l'orifice longitudinal ; le premier flanc est une pièce emboutie comportant un second bord tombé s'étendant sur la totalité de la périphérie dudit premier flanc et configure pour être inséré latéralement dans l'enceinte ; les premier et second bords tombés sont emboutis suivant des directions opposées, perpendiculaires à une surface du premier flanc contenant les orifices de sortie d'air ; une pluralité de douilles sont montées chacune autour d'un orifice de sortie d'air du premier et/ou second flanc et assurent le maintien de la rampe de sortie d'air sur ledit premier et/ou second flanc ; le second flanc est fixé par brasage avec l'enceinte et chaque douille est fixée par brasage avec un des flancs et la rampe de sortie d'air ; le compartiment d'entrée d'air comporte une paroi supérieure et une paroi inférieure assemblées pour former un compartiment de forme sensiblement conique ; le boîtier de répartition de l'air comporte des pattes de fixation adaptées pour fixer ledit boîtier sur le carter. [0013] Selon un autre aspect, l'invention concerne une turbomachine comprenant une turbine basse pression entourée d'un carter et comportant un dispositif de refroidissement du carter tel que défini ci-dessus. Brève description des dessins [0014] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, illustrée par les figures dans lesquelles [0015] [fig.1] La figure 1, déjà décrite, représente une vue en coupe partielle d'une tur- bomachine abritant un dispositif de refroidissement du carter selon l'art antérieur ; [0016] [fig.2] La figure 2, déjà décrite, représente une vue en perspective partielle d'un dispositif de refroidissement selon l'art antérieur monté autour d'un carter ; 100171 Ifie.31 La figure 3, déjà décrite, représente une vue en perspective partielle du dispositif de refroidissement de la figure 2 ; [0018] [fig.4] La figure 4, déjà décrite, représente une vue en perspective du boîtier de ré- partition du dispositif de refroidissement des figures 2 et 3 ; [0019] [fig.5] La figure 5 représente une vue en perspective du boîtier de répartition du dispositif de refroidissement selon l'invention ; [0020] [fig.6] La figure 6 représente une vue en perspective agrandie de la zone de connexion du compartiment d'entrée d'air sur le premier flanc du boîtier de répartition de la figure 5 ; [0021] [fig.7] La figure 7 représente une vue en perspective du premier flanc du boîtier de répartition du dispositif de refroidissement selon l'invention ; [0022] [fig.8] La figure 8 représente une vue en perspective agrandie d'une partie du premier flanc destinée à recevoir le compartiment d'entrée d'air ; [0023] [fig.9] La figure 9 représente une vue en coupe des premier et second bords tombés du premier flanc du boîtier de répartition de la figure 5 ; et [0024] [fig.10] La figure 10 représente schématiquement une comparaison entre la zone de connexion du compartiment d'entrée d'air et du premier flanc dans le cas de l'invention et dans le cas de l'art antérieur. Description des modes de réalisation [0025] Un exemple de réalisation d'un dispositif de refroidissement par jets d'air d'un carter de turbine basse pression, est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Cet exemple illustre les caractéristiques et avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple. [0026] Sur les figures, présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention, les éléments identiques sont repérés par des références identiques. Pour des questions de lisibilité des figures, les échelles de taille entre éléments représentés ne sont pas respectées. [0027] La figure 5 représente schématiquement une vue en perspective d'une partie du dispositif de refroidissement selon 11' invention. La figure 6 représente schématiquement une vue agrandie, selon une autre perspective, de ce même dispositif de refroidissement. Ce dispositif de refroidissement 130 comporte, comme décrit dans l'arrière-plan technologique, au moins une rampe de sortie d'air 131 - appelée également rampe de refroidissement - connectée à au moins un boîtier 132 de répartition de l'air. Dans l'exemple de la figure 5, seule une partie d'une première rampe de refroidissement 131a et une partie d'une seconde rampe de refroidissement 131b sont représentées, chacune de ces rampes de refroidissement 131a et 131b étant connectée entre un premier boîtier 132 de répartition de l'air (représenté sur la figure 5) et un second boîtier de répartition de l'air (non visible sur la figure 5) positionné à environ 180' dudit premier boîtier 132 de répartition de l'air. Dans la suite de la description, un seul des deux boîtiers 132 de répartition de l'air du dispositif de refroidissement 130 sera décrit, étant entendu que les deux boîtiers sont identiques. [0028] Le boîtier 132 de répartition de l'air - appelé aussi simplement boîtier -comporte un compartiment d'entrée d'air 133 connecté aux canalisations extérieures de la turbomachine, dans lesquelles circule de l'air permettant le refroidissement de différentes parties de ladite turbomachine. Le compartiment d'entrée d'air 133 assure le transfert de l'air de refroidissement depuis les canalisations extérieures jusqu'à l'intérieur du boîtier 132 de répartition de l'air et aux rampes de refroidissement 131a, 131b. [0029] Le boîtier 132 de répartition d'air comporte, en outre, une enceinte 134 fermée par des premier et second flancs 135, 136. L'enceinte 134 peut avoir une section de forme variable comme, par exemple, de forme rectangulaire, ovale, ovoïde ou une forme spécifique comme celle du flanc 135 représentée sur la figure 7. Chacun des premier et second flancs 135, 136 ont une surface dont la forme est similaire à la forme de la section de l'enceinte 134 de sorte que chaque flanc 135, 136 est conçu pour s'emboîter dans une des deux faces latérales, ouvertes, de l'enceinte 134. [0030] Afin de permettre la fixation du boîtier 132 de répartition de l'air sur le carter, ledit boîtier 132 comporte, montées sur l'enceinte 134, des pattes de fixation 144. Ces pattes de fixations peuvent être fixées par tout moyen connu (soudure, colle, etc.) sur la surface extérieure de l'enceinte 134 du boîtier 132 de répartition de l'air, d'une part, et sur le carter, d'autre part. [0031] Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, chaque rampe de refroi- dissement 131a, 131b comporte plusieurs tubes 143, par exemple cinq ou huit, s'étendant parallèlement les uns aux autres le long d'une demi-circonférence du carter. Chaque tube 143 de chaque rampe de refroidissement 131a, 13 lb est percé d'une pluralité de trous débouchant au droit de la surface extérieure du carter pour assurer une ventilation par impact dudit carter. Chaque tube 143 est connecté, par une première extrémité, au premier flanc 135 d'un des boîtiers de répartition de l'air et, par une seconde extrémité, au second flanc 136 de l'autre des boîtiers de répartition de l'air. Bien entendu, si le dispositif de refroidissement 130 ne comporte qu'un seul boîtier 132 de répartition de l'air, la première extrémité des tubes 143 est connectée au premier flanc 135 du boîtier 132 de répartition de l'air et la seconde extrémité des tubes 143 est connectée au second flanc 136 du même boîtier 132 de répartition de l'air. Par ailleurs, si le dispositif de refroidissement 130 comporte plus de deux boîtiers 132 de répartition de l'air, par exemple n boîtiers, alors n rampes de refroidissement 131 seront connectées chacune entre deux des n boîtiers de répartition de l'air. [0032] Ainsi, dans l'exemple de la figure 5, le premier flanc 135 du boîtier 132 de ré- 6 partition de l'air est adapté pour recevoir chacun des tubes 143 de la première rampe de refroidissement 131a. Le premier flanc 135 est adapté, en outre, pour recevoir le compartiment d'entrée d'air 133. Le second flanc 136 du boîtier 132 de répartition de l'air est adapté pour recevoir chacun des tubes 143 de la seconde rampe de refroidissement 131b. Pour cela, comme représenté sur les figures 5 et 7, chacun des premier et second flancs 135, 136 comporte autant d'orifices de sortie d'air, ou orifices circulaires, qu'il y a de tubes 143 dans la rampe de refroidissement 131a, 131b et chaque tube 143 est raccordé dans un des orifices circulaires du flanc par l'intermédiaire d'une douille cylindrique 139. Pour être maintenu connecté avec le boîtier 132 de répartition de l'air, chaque tube 143 est brasé dans une des douilles 139 et chaque douille 139 est brasée dans un des orifices circulaires du flanc 135, 136. [0033] Le premier flanc 135 est également muni d'un orifice longitudinal 137 adapté pour recevoir le compartiment d'entrée d'air 133. Ce compartiment d'entrée d'air 133 comporte une embouchure 133a débouchant dans l'enceinte 134 et un goulot 13311 par lequel ledit compartiment d'entrée d'air est connecté à la canalisation extérieure. L'orifice longitudinal 137 du premier flanc 135 a une forme adaptée à la forme extérieure de l'embouchure 133a de sorte que ladite embouchure 133a puisse s'emboîter directement dans l'orifice longitudinal 137. [0034] Comme représenté sur les figures 7 et 8, l'orifice longitudinal 137 comporte, sur toute sa circonférence, un premier bord tombé 140 configure pour emboîter l'embouchure 133a du compartiment d'entrée d'air 133. Ce premier boni tombé 140 est réalisé par emboutissage, par exemple à froid, du premier flanc 135. Le premier bord tombé 140 est une zone en circonférence de l'orifice longitudinal 137, courbée de sorte à former un angle sensiblement perpendiculaire par rapport à la surface du premier flanc 135. Ce premier bord tombé 140 s'étend longitudinalement sur toute la périphérie de l'orifice longitudinal 137 et latéralement sur une largeur prédéfinie, suffisante pour permettre le brasage du compartiment d'entrée d'air 133 sur le premier flanc 135. Cette largeur est définie, par exemple, en fonction de la procédure de brasage choisie. Elle peut être, par exemple, de l'ordre de 3mm [0035] Le premier bord tombé 140 est adapté pour être brasé avec l'embouchure 133a du compartiment d'entrée d'air 133. Dans certains modes de réalisation du dispositif de refroidissement, le compartiment d'entrée d'air 133 est formé de deux parois, chacune en forme sensiblement de demi-cônes, qui sont soudées ensemble pour former une sorte d'entonnoir inversé permettant de conduire l'air provenant des canalisations extérieures vers les rampes de refroidissement 131a, 131b. Qu'il soit réalisé d'une seule pièce ou constitué de deux parois soudées, le compartiment d'entrée d'air 133 est brasé directement sur le premier bord tombé 140 du premier flanc 135. Le fait de braser ledit compartiment d'entrée d' ah- 133 directement sur le premier bord tombé 140 permet de 7 diminuer les coûts de fabrication du dispositif de refroidissement, et donc de la turbomachine, de plusieurs centaines d'euros. Ce brasage permet en outre de simplifier le raccordement du compartiment d'entrée d'air 133 sur le flanc du boîtier 132 de ré- partition de de diminuer le nombre d'opérations de brasage (brasage à deux endroits seulement, au lieu de trois dans le dispositif de refroidissement de l'art antérieur) et donc le coût de main d'oeuvre. Cela permet également de gagner en masse (la masse du bord tombé étant inférieure à la masse d'un anneau de maintien). [0036] Comme représenté sur les figures 7, 8 et 9, le premier flanc 135 comporte un second bord tombé 141 qui s'étend sur toute la périphérie dudit premier flanc. Ce second bord tombé 141 est une zone en périphérie du premier flanc 135, courbée suivant une direction opposée à celle du premier bord tombé 140, de sorte à former un angle sensiblement perpendiculaire à la surface du premier flanc, suivant une direction opposée à la direction du premier bord tombé. Cc second bord tombé 141 est adapté pour permettre le brasage dudit second bord tombé 141 sur l'enceinte 134 du boîtier 132 de répartition de l'air. [0037] Le premier flanc 135, avec ses deux bords tombés 140, 141, présente une section sensiblement en forme de Z. comme montré sur la partie A de la figure 10. Cette forme du premier flanc 135 permet un montage et une fixation par brasage dudit premier flanc 135 entre l'enceinte 134 et le compartiment d'entrée d'air 133, comme montré sur la figure 9. Cette forme permet, en outre, une réduction de la perte de charge. En effet, comme montré sur la partie B de la figure 10, dans le dispositif de refroidissement de l'art antérieur, la présence de l'anneau de maintien 138 entre le premier flanc 135 et le compartiment d'entrée d'air 133 génère un rayon aérodynamique complexe et anguleux qui a pour effet d'entraver l'écoulement de l'air (schématisé par la flèche) entre le compartiment d'entrée d'air 133 et l'enceinte 134. Au contraire, dans le dispositif de refroidissement correspondant au mode de réalisation de l'invention représenté sur la partie A de la figure 10, la brasure 142 déposée entre le premier flanc 135 et le compartiment d'entrée d'air 133 et/ou entre le premier flanc 135 et l'enceinte 134 permet d'atténuer les angles dans le rayon aérodynamique et donc d'améliorer l'écoulement de l'air (schématisé par la flèche) entre le compartiment d'entrée d'air 133 et l'enceinte 134, ce qui réduit la perte de charge. [0038] Bien que décrit à travers un certain nombre d'exemples, variantes et modes de réa- lisation, le dispositif de refroidissement selon l'invention comprend divers variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme du métier, étant entendu que ces variantes, modifications et perfectionnements font partie de la poilée de l'invention. 8 [Revendication 1] REVENDICATIONSDispositif de refroidissement par jets d'air (130) d'un carter de turbine basse pression comportant au moins une rampe de sortie d'air (131) disposée autour du carter à refroidir et au moins un boîtier de répartition d'air (132), ledit boîtier de répartition d'air comportant : - un compartiment d'entrée d'air (133) adapté pour conduire de Pair de refroidissement prélevé dans des canalisations (150) vers la rampe de sortie d'air, - une enceinte (134), - un premier flanc (135) dans lequel débouche le compartiment d'entrée d'air (133), et un second flanc (136), le premier et le second flancs comportant des orifices de sortie d'air destinés à recevoir la rampe de sortie d'air, [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] caractérisé cn ce que le premier flanc comprend un orifice longitudinal (137) dont la circonférence comporte un premier bord tombé (140) configure pour recevoir le compartiment d'entrée d'air (133) et fixé par brasage avec ledit compartiment d'entrée d'air. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier bord tombé (140) est réalisé par emboutissage d'une zone périphérique de l'orifice longitudinal (137). Dispositif de refroidissement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en cc que le premier flanc (135) est une pièce emboutie comportant un second bord tombé (141) s'étendant sur la totalité de la périphérie dudit premier flanc et configure pour être inséré latéralement dans l'enceinte (134). Dispositif de refroidissement selon la revendication 3, caractérisé en ce que les premier et second bords tombés (140, 141) sont emboutis suivant des directions opposées, perpendiculaires à une surface du premier flanc (135) contenant les orifices de sortie d'air. Dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de douilles (139) montées chacune autour d'un orifice de sortie d'air du premier et/ou second flanc et assurant le maintien de la rampe de sortie d'air (131) sur ledit premier et/ou second flanc (135, 136). 9 [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] Dispositif de refroidissement scion les revendications 3 et 5, caractérisé en ce que le second flanc (136) est fixé par brasage avec l'enceinte (134) et chaque douille (139) est fixée par brasage avec un des flancs (135, 136) et la rampe de sortie d'air (131). Dispositif de refroidissement scion l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le compartiment d'entrée d'air (133) comporte une paroi supérieure et une paroi inférieure assemblées pour former un compartiment de forme sensiblement conique. Dispositif de refroidissement scion l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le boîtier de répartition de l'air (132) comporte des pattes de fixation (144) adaptées pour fixer ledit boîtier sur le carter. Turbomachine comprenant une turbine basse pression entourée d'un carter, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de refroidissement du carter selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.