Brevet FR3106376A1 — publié le 20210723

L'invention concerne une sous ensemble (10) de turbomachine comportant - un carter structurel (18) consistant en un élément de révolution présentant un axe principal A qui est réalisé en un matériau ayant un premier coefficient de dilatation ; - un cône d'éjection (12) coaxial à l'axe principal A, qui délimite une veine (14) d'écoulement de gaz de combustion, qui est réalisé en un matériau ayant un deuxième coefficient de dilatation différent du premier coefficient de dilatation ; - une pièce intermédiaire (20) réalisée en un matériau déformable élastiquement, qui comporte une première portion (22) qui est fixée au carter structurel (18) et une deuxième portion (24) qui est fixée au cône d'éjection (12), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un insert (40) réalisé en un matériau ayant une meilleure conductivité thermique que le matériau constitutif du cône d'éjection (12), qui est apte à venir en contact avec les gaz de combustion et qui est en contact thermique avec la deuxième portion de la pièce intermédiaire (20). Figure pour l’abrégé : Figure 1 SOUS ENSEMBLE DE TURBOMACHINE COMPORTANT UN INSERT CONDUCTEUR THERMIQUE L'invention concerne un sous ensemble de turbomachine qui est conçu pour limiter les effets résultants des différences entre les coefficients de dilatation des composants de ce sous ensemble et résultant de différentes montées en température de ces composants. Dans une turbomachine d'aéronef, la tuyère d'éjection comporte un cône d'éjection des gaz, communément appelé "plug", qui est soumis à un échauffement important par la température élevée des gaz. Ce cône d'éjection est supporté par un carter structurel de la turbomachine. Le cône d'éjection et le carter structurel sont réalisés en deux matériaux distincts, présentant des coefficients de dilatation différents. Par exemple, le carter structurel est réalisé en un alliage d'acier à base de nickel et le cône d'éjection est réalisé en composite à matrice céramique (CMC) oxyde, pour supporter les hautes températures des gaz d'échappement. Ces deux matériaux présentent des coefficients de dilatation différents. Par exemple, la valeur du coefficient de dilatation du matériau constitutif du carter structurel est environ double de celle du coefficient de dilatation du matériau constitutif du cône d'éjection. Ainsi, lorsque la turbomachine fonctionne à un régime établi, dit de croisière, la différence des coefficients de dilatation se traduit par une différence importante de dimensions entre les deux composants. Pour compenser cette différence de dimensions, le cône d'éjection est monté sur le carter structurel par l'intermédiaire d'une pièce intermédiaire réalisée en un matériau souple. Cette pièce intermédiaire se déforme progressivement au fur et à mesure que le cône d'éjection et le carter structurel se dilatent ou se contractent selon leurs coefficients différents. Le cône d'éjection comporte une face externe qui délimite une veine d'écoulement des gaz chauds et une face interne qui délimite une cavité qui est à une température limitée. Lorsque la turbomachine fonctionne à régime établi depuis un certain temps, la pièce intermédiaire a été chauffée par le carter structurel et le cône d'éjection par conduction directe. Par contre, lors d'une phase d'accélération, notamment lors du décollage, la température du carter structurel et du cône d'éjection augmente rapidement, tandis que la température de la pièce intermédiaire n'augmente que lentement. Ce phénomène est accentué par le fait que le matériau du cône d'éjection possède une conductivité thermique relativement faible. Ainsi, au niveau de la liaison entre le cône d'éjection et la pièce intermédiaire, le contact thermique entre les deux éléments a pour résultat qu'une zone du cône d'éjection a une température moindre que le reste du cône d'éjection. Cette zone froide du cône d'éjection crée localement un gradient de température dans le cône d'éjection, qui a ainsi des variations de dilatation à proximité de cette liaison. Cela peut créer des contraintes internes dans le cône d'éjection, nuisant ainsi à son intégrité mécanique. L'invention a pour but de proposer un sous ensemble de turbomachine permettant de limiter la création d'une telle zone froide, pour garantir une dilatation homogène au sein du cône d'éjection. L'invention propose un sous ensemble de turbomachine comportant - un carter structurel consistant en un élément de révolution présentant un axe principal A qui est réalisé en un matériau ayant un premier coefficient de dilatation ; - un cône d'éjection coaxial à l'axe principal A, qui délimite une veine d'écoulement de gaz de combustion, qui est réalisé en un matériau ayant un deuxième coefficient de dilatation différent du premier coefficient de dilatation ; - une pièce intermédiaire réalisée en un matériau déformable élastiquement, qui comporte une première portion qui est fixée au carter structurel et une deuxième portion qui est fixée au cône d'éjection, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un insert réalisé en un matériau ayant une meilleure conductivité thermique que le matériau constitutif du cône d'éjection, qui est apte à venir en contact avec les gaz de combustion et qui est en contact thermique avec la deuxième portion de la pièce intermédiaire. L'insert permet de transférer plus de chaleur à la pièce intermédiaire, celle-ci s'échauffe ainsi plus rapidement, ce qui permet de limiter la création de zone froide dans le cône d'éjection. De préférence, l'insert est reçu dans un orifice complémentaire formé dans le cône d'éjection. De préférence, le sous ensemble qui comporte un boulon de fixation de la deuxième portion du carter structurel au cône d'éjection comportant une vis dont la tête coopère avec le cône d'éjection et comportant un écrou qui est en appui contre la deuxième portion de la pièce intermédiaire, et l'insert est coaxial à un axe principal B de la vis et comporte une première face d'extrémité axiale qui est en contact direct avec la deuxième portion de la pièce intermédiaire. De préférence, l'insert est de forme tronconique coaxial à l'axe principal B de la vis. De préférence, l'insert comporte une deuxième face d'extrémité axiale apte à être en contact direct avec les gaz de combustion, qui est de superficie supérieure à la première face d'extrémité axiale de l'insert. De préférence, le cône d'éjection comporte une première face qui délimite la veine et une deuxième face opposée à la première face, et la deuxième portion de la pièce intermédiaire est en contact avec la deuxième face du cône d'éjection et avec ladite première face d'extrémité axiale de l'insert. De préférence, l'insert comporte une face conique interne contre laquelle la tête de la vis est en appui selon l'axe principal B de la vis. De préférence, l'insert est réalisé en argent ou en cuivre est une représentation schématique en éclaté d'un sous ensemble comportant un insert de conduction de chaleur selon l'invention. est une section à plus grande échelle du sous ensemble représenté à la figure 1, montrant l'insert de conduction de chaleur. est une représentation schématique en perspective de l'insert représenté à la figure 2. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE L’INVENTION On a représenté à la figure 1 un sous ensemble 10 d'une turbomachine qui est situé au niveau de la tuyère (non représentée) d'éjection des gaz de combustion issus de la chambre de combustion, et qui ont déjà coopéré avec la ou les turbines de la turbomachine. La tuyère comporte un cône d'éjection 12 coaxial à un axe principal A de la turbomachine, et qui délimite la partie interne d'une veine 14 annulaire de circulation du flux de gaz de combustion. Le cône d'éjection 12 délimite aussi un espace interne 16 isolé du flux de gaz de combustion. Le cône d'éjection 12 consiste en une paroi mince, formée en un ou plusieurs segments, qui s'étend autour de l'axe principal A. Une première face 36 du cône d'éjection 12 fait face à la veine 14, une deuxième face 38 du cône d'éjection 12 fait face à l'espace interne 16. Ce cône d'éjection 12 est soumis à la température élevée des gaz de combustion, température qui peut atteindre plus de 700°C. Pour supporter une telle température, le cône d'éjection 12 est réalisé en matériau céramique, de préférence, mais non limitativement, en composites à matrice céramique (CMC) oxyde. Le cône d'éjection 12 est relié à un carter structurel 18 qui est solidaire d'une structure fixe de la turbomachine. Le carter structurel 18 est réalisé en un alliage d'acier à base de nickel. Les deux matériaux constitutifs du cône d'éjection 12 et du carter structurel 18 présentent des coefficients de dilatation différents. A titre d'exemple non limitatif, le coefficient de dilatation du matériau constitutif du carter structurel 18 est sensiblement le double du coefficient de dilatation du matériau constitutif du cône d'éjection 12. Ainsi, entre un moment pour lequel la turbomachine ne fonctionne pas (température de 20°C) et un moment de fonctionnement à régime établi pour lequel la température des deux composants est d'environ 600°C, la différence entre la dilatation du carter structurel 18 et la dilatation du cône d'éjection 12 est relativement importante. Pour compenser cette différence de dilatations du carter structurel 18 et du cône d'éjection 12, qui créerait des contraintes internes à l'un ou l'autre du carter structurel 18 et du cône d'éjection 12, le cône d'éjection 12 est fixé au carter structurel 18 par l'intermédiaire d'une pièce intermédiaire 20 élastique. La pièce intermédiaire 20 est apte à se déformer lors des dilatations respectives du carter structurel 18 et du cône d'éjection 12, permettant ainsi de compenser la différence de coefficients de dilatation. La pièce intermédiaire 20 comporte une première portion 22 qui est de forme annulaire coaxiale à l'axe principal A et qui est fixée au carter structurel 18 et comporte une pluralité de deuxièmes portions 24 s'étendent axialement depuis la première portion 22 et qui sont fixées au cône d'éjection 12. De préférence, chaque deuxième portion 24 de la pièce intermédiaire est directement en contact avec la deuxième face 38 du cône d'éjection 12. L'assemblage de chaque portion 22, 24 de la pièce intermédiaire 20 avec le cône d'éjection 12 ou avec le carter structurel 18 est réalisé par boulonnage, c’est-à-dire par l'intermédiaire d'un ensemble d'une vis 26 et d'un écrou 28 qui serrent ensemble la portion 22, 24 de la pièce intermédiaire, respectivement avec le cône d'éjection 12 ou avec le carter structurel 18. Ici, en se référant à la figure 2, la tête 30 d'une première vis 26 coopère avec la première portion 22 de la pièce intermédiaire 20 et l'écrou 28 associé coopère avec une bride 32 du carter structurel 18. Aussi, la tête 30 de la deuxième vis 26 coopère avec le cône d'éjection 12 et l'écrou 28 associé coopère avec la deuxième portion 24 de la pièce intermédiaire. Par ailleurs, la tête 30 de chaque vis 26 est conique et est reçue dans une fraisure 34 formée dans la première portion 22 de la pièce intermédiaire 20 ou dans le cône d'éjection 12. Lors d'une augmentation rapide de la température des gaz de combustion dans la veine 14, par exemple lors d'une accélération de la turbomachine, le cône d'éjection 12 et le carter structurel 18 s'échauffent rapidement car ils sont en contact avec les gaz de combustion. Par contre la pièce intermédiaire 20 étant isolée de ces gaz de combustion, ne s'échauffe pas aussi rapidement. La pièce intermédiaire 20 constitue alors une source froide qui est directement en contact avec le cône d'éjection 12. Pour que la pièce intermédiaire 20, et plus particulièrement ses deuxièmes portions 24, ne refroidisse pas localement le cône d'éjection 12. Le sous ensemble 10 comporte un insert 40 associé à chaque deuxième portion 24, qui est porté par le cône d'éjection 12 et qui est en contact direct avec la deuxième portion 24 de la pièce intermédiaire 20 qui lui est associée. L'insert 40 est en contact direct avec les gaz de combustion, il est donc amené à s'échauffer de la même manière que le cône d'éjection 12. L'insert 40 est réalisé en un matériau conducteur thermique. Il est ainsi apte à conduite de la chaleur provenant des gaz de combustion vers la deuxième portion 24 de la pièce intermédiaire 20. De préférence, le matériau constitutif de l'insert 40 possède une conductivité thermique supérieure à la conductivité thermique du matériau constitutif du cône d'éjection 12. A titre d'exemple non limitatif, l'insert 40 est réalisé en argent ou en cuivre, ou un alliage basé sur l'un de ces matériaux. A 800°C, la Conductivité Thermique (W.m-1.K-1) de l'argent est de environ 400, celle du cuivre est de 325 et celle du matériau constitutif du cône d'éjection (composite à matrice céramique (CMC) oxyde) est de environ 7. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à l'utilisation de ces matériaux et que l'insert peut être réalisé en un autre matériau. La température de la deuxième portion 24 de la pièce intermédiaire 20 peut ainsi augmenter rapidement, sensiblement aussi rapidement que le cône d'éjection 12. La pièce intermédiaire 20 ne refroidit donc plus le cône d'éjection au niveau d'une zone de contact commune, permettant ainsi au cône d'éjection 12 d'avoir une température uniforme sur sensiblement toute sa superficie. Ici, l'insert 40 est à la fois en contact avec le cône d'éjection 12 et avec la deuxième portion 24 de la pièce intermédiaire 20. La liaison de l'insert 40 avec le cône d'éjection 12 et avec la deuxième portion 24 de la pièce intermédiaire 20 est réalisée par l'intermédiaire de la deuxième vis 26 et l'écrou 28 qui lui est associé. L'insert 40 consiste en un élément de forme tronconique qui est coaxial à un axe principal B de la deuxième vis 26 et qui est ouvert vers la veine 14, c’est-à-dire qui est convergent en direction de l'axe principal A du sous ensemble 10. Comme on peut le voir à la figure 3, l'insert 40 comporte une face périphérique externe 42, une face d'extrémité axiale interne 44, une face d'extrémité axiale externe 46 et une face conique interne 48. L'insert 40 est reçu dans un orifice 50 formé dans le cône d'éjection 12, qui est de forme conique complémentaire à la forme de la face périphérique externe 42 de l'insert 40. La face conique interne 48 forme une fraisure dans l'insert 40, sur laquelle la tête 30 de la deuxième vis 26 s'appuie axialement. La face d'extrémité axiale interne 44 est en contact direct avec la deuxième portion 24 de la pièce intermédiaire 20 pour réaliser le transfert de chaleur par conduction thermique. La face d'extrémité axiale externe 46 est de préférence située en affleurement avec la première face 36 du cône d'éjection 12. Ainsi, la présence de l'insert 40 ne perturbe pas le flux de gaz de combustion dans la veine 14 le long du cône d'éjection 12. Aussi, c'est cette face d'extrémité axiale externe 46 de l'insert 40 qui est apte à être en contact direct avec les gaz de combustion, pour prélever la chaleur destinée à être transférée à la deuxième portion 24 de la pièce intermédiaire. L'insert 40 étant conique, la superficie de la face d'extrémité axiale externe 46 de l'insert 40 est sensiblement supérieure à celle de la face d'extrémité axiale interne 44 de l'insert 40, favorisant ainsi l'échauffement de l'insert 40, pour avoir un réchauffement de la deuxième portion 24 de la pièce intermédiaire 20 le plus efficace possible. Sous ensemble (10) de turbomachine comportant - un carter structurel (18) consistant en un élément de révolution présentant un axe principal A qui est réalisé en un matériau ayant un premier coefficient de dilatation ; - un cône d'éjection (12) coaxial à l'axe principal A, qui délimite une veine (14) d'écoulement de gaz de combustion, qui est réalisé en un matériau ayant un deuxième coefficient de dilatation différent du premier coefficient de dilatation ; - une pièce intermédiaire (20) réalisée en un matériau déformable élastiquement, qui comporte une première portion (22) qui est fixée au carter structurel (18) et une deuxième portion (24) qui est fixée au cône d'éjection (12), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un insert (40) réalisé en un matériau ayant une meilleure conductivité thermique que le matériau constitutif du cône d'éjection (12), qui est apte à venir en contact avec les gaz de combustion et qui est en contact thermique avec la deuxième portion de la pièce intermédiaire (20). Sous ensemble (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'insert (40) est reçu dans un orifice (50) complémentaire formé dans le cône d'éjection (12). Sous ensemble (10) selon la revendication 1 ou 2, qui comporte un boulon de fixation de la deuxième portion du carter structurel au cône d'éjection (12) comportant une vis (26) dont la tête (30) coopère avec le cône d'éjection (12) et comportant un écrou (28) qui est en appui contre la deuxième portion (24) de la pièce intermédiaire (20), caractérisé en ce que l'insert (40) est coaxial à un axe principal (B) de la vis (26) et comporte une première face d'extrémité axiale (44) qui est en contact direct avec la deuxième portion (24) de la pièce intermédiaire (20). Sous ensemble (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'insert (40) est de forme tronconique coaxial à l'axe principal B de la vis (26). Sous ensemble (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'insert (40) comporte une deuxième face d'extrémité axiale (46) apte à être en contact direct avec les gaz de combustion, qui est de superficie supérieure à la première face d'extrémité axiale (44) de l'insert (40). Sous ensemble (10) selon la revendication précédente, dans lequel le cône d'éjection (12) comporte une première face (36) qui délimite la veine (14) et une deuxième face (38) opposée à la première face (36), caractérisé en ce que la deuxième portion (24) de la pièce intermédiaire (20) est en contact avec la deuxième face (38) du cône d'éjection (12) et avec ladite première face d'extrémité axiale (44) de l'insert (40). Sous ensemble (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'insert (40) comporte une face conique interne (48) contre laquelle la tête (30) de la vis (26) est en appui selon l'axe principal B de la vis (26). Sous ensemble (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'insert (40) est réalisé en argent ou en cuivre.