Brevet FR3101103A1 — publié le 20210326

Architecture améliorée de carter tournant de turbine contrarotative Turbine contrarotative (C) de turbomachine (10) s’étendant autour d’un axe de rotation (X) et comprenant un rotor interne ayant un tambour interne (50a) sur lequel est fixé une pluralité de roues mobiles internes (22) comprenant chacune des aubes mobiles internes et étant supportées en rotation par un premier arbre (26), un rotor externe ayant un tambour externe (50b) sur lequel est fixé une pluralité de roues mobiles externes (20) comprenant chacune des aubes mobiles internes et étant supportées en rotation par un deuxième arbre (24) coaxial au premier arbre (26), le rotor externe comprenant une roue mobile aval (60) ayant une pluralité d’aubes mobiles avals (61) s’étendant chacune entre une virole externe (62), fixée au tambour externe en aval de celui-ci, et une virole interne (63) fixée au deuxième arbre (24), au moins une des extrémités radiales des aubes mobiles avals (61) étant fixée à la virole interne (63) ou à la virole externe (62) au moyen d’une liaison articulée (70). Figure pour l’abrégé : Fig. 3. architecture améliorée de carter tournant de turbine contrarotative Le présent exposé concerne le domaine des turbomachines. Plus précisément, le présent exposé concerne une turbine contrarotative de turbomachine, et une turbomachine comprenant une telle turbine. Une turbomachine d’aéronef comprend généralement, d’amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression. Le rotor du compresseur basse pression est entraîné par le rotor de la turbine basse pression, et le rotor du compresseur haute pression est entraîné par le rotor de la turbine haute pression. Afin d’améliorer le rendement du moteur, les turbomachines d’aéronef peuvent être équipées d’une turbine contrarotative, à la place de la turbine basse pression. La turbine contrarotative comprend un rotor interne, dit rotor rapide, relié à un premier arbre de turbine, et configuré pour tourner dans un premier sens de rotation, et un rotor externe, dit rotor lent, relié à un second arbre de turbine, et configuré pour tourner coaxialement au rotor interne et dans un deuxième sens de rotation, opposé au premier sens de rotation. Les aubes du premier rotor sont intercalées avec les aubes du deuxième rotor selon la direction axiale. Les aubes du rotor interne sont fixées à un disque, ou tambour interne solidaire du premier arbre de turbine et tournant dans le premier sens de rotation, et les aubes du rotor externe sont fixées à un disque, ou tambour externe solidaire du deuxième arbre de turbine et tournant dans le deuxième sens de rotation. De manière connue, la liaison entre le tambour externe du rotor externe, et le deuxième arbre de turbine, est réalisée par l’intermédiaire d’un carter tournant fixé au tambour externe en aval de celui-ci. Plus précisément, le carter tournant comprend une virole radialement externe fixée au tambour externe axialement en aval de celui-ci, et une virole radialement interne solidaire du deuxième arbre de turbine, notamment par l’intermédiaire d’un arbre de support arrière s’étendant entre la virole interne et le deuxième arbre de turbine. Des aubes s’étendent radialement entre la virole interne et la virole externe, et permettent de maintenir ces dernières solidaires l’une de l’autre, la rotation de l’une entrainant la rotation de l’autre. Ainsi, lorsque les aubes du rotor externe sont entrainées en rotation dans le deuxième sens de rotation, la rotation du tambour externe entraine la rotation de la virole externe. Ce mouvement de rotation est transmis à la virole interne par l’intermédiaire des aubes du carter tournant, et permet enfin la rotation du deuxième arbre de turbine. Les viroles interne et externe, et les aubes s’étendant entre celles-ci, forment une seule et même pièce, le carter tournant étant ainsi fabriqué de manière monobloc. Du fait de cette configuration, la mise en rotation de la virole externe génère un couple important dans les aubes du carter tournant, transmettant l’énergie de rotation à la virole interne. De fortes contraintes de cisaillement sont générées dans ces aubes, en particulier aux extrémités de celles-ci. De plus, des gradients thermiques dans les aubes se traduisent par d’importantes contraintes thermomécaniques. Ces différentes contraintes nuisent à la fiabilité et à la durée de vie des aubes du carter tournant, et par extension de la turbine. Il existe donc un besoin pour une architecture de turbine contrarotative permettant de palier au moins en partie les inconvénients ci-dessus. Le présent exposé concerne une turbine contrarotative de turbomachine s’étendant autour d’un axe de rotation et comprenant : - un rotor interne configuré pour tourner autour de l’axe de rotation, et comprenant un tambour interne sur lequel est fixé une pluralité de roues mobiles internes comprenant chacune des aubes mobiles internes et étant supportées en rotation par un premier arbre, - un rotor externe configuré pour tourner autour de l’axe de rotation dans un sens opposé au sens de rotation du rotor interne, et comprenant un tambour externe sur lequel est fixé une pluralité de roues mobiles externes comprenant chacune des aubes mobiles externes et étant supportées en rotation par un deuxième arbre coaxial au premier arbre, le rotor externe comprenant une roue mobile aval ayant une pluralité d’aubes mobiles avals s’étendant chacune entre une virole externe, fixée au tambour externe en aval de celui-ci, et une virole interne fixée au deuxième arbre, au moins une des extrémités radiales des aubes mobiles avals étant fixée à la virole interne ou à la virole externe au moyen d’une liaison articulée. Dans le présent exposé, les termes « interne » et « externe », et les termes « intérieur » et « extérieur » et leurs dérivés sont considérés selon la direction radiale de la turbine. De même, les termes « amont » et « aval » sont considérés selon le sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine, le long de l’axe de rotation. Le premier et le deuxième arbre peuvent être tubulaires, et sont coaxiaux, en s’entendant le long de l’axe de rotation. Les roues mobiles internes du rotor interne sont intercalées, selon la direction axiale, avec les roues mobiles externes du rotor externe. La roue mobile aval forme un carter tournant fixé au tambour externe en aval de ce dernier, et tournant en même temps que ce dernier. La roue mobile aval permet de faire la liaison entre le tambour externe et le deuxième arbre et de ainsi de transmettre le couple des roues mobiles externes au deuxième arbre. Contrairement au carter tournant selon l’état de la technique, formé d’une façon monobloc, au moins une des viroles interne et externe de la roue mobile aval est distincte du reste de la roue mobile aval. Plus précisément, l’extrémité radialement externe ou interne des aubes mobiles avals est fixée de manière mobile, au moyen d’une liaison articulée, à la virole externe ou interne. De préférence, toutes les aubes mobiles avals sont fixées de manière articulée à la virole à son extrémité radialement externe ou interne. Ainsi, un mouvement de rotation de la virole externe, par exemple, n’entraîne pas immédiatement un mouvement des aubes mobiles avals. Plus précisément, un mouvement de rotation de la virole externe entraîne une rotation relative des aubes mobiles avals par rapport à ladite virole externe. Lorsque la virole externe poursuit son mouvement de rotation, les aubes mobiles avals sont alors également entraînées en rotation par la virole externe, non par une force tangente à la roue mobile aval comme sur les pièces monoblocs, mais par une force de traction dirigée selon la direction longitudinale de chaque aube. Les liaisons articulées entre au moins une extrémité des aubes avals et l’une des viroles interne ou externe permet ainsi limiter les forces de cisaillement dans lesdites aubes, engendrées par le couple de la virole. Cela permet également de limiter les contraintes thermomécaniques, dans la mesure où les aubes sont libres de se dilater thermiquement, ne donnant ainsi lieu qu’à un décalage angulaire des deux viroles. Cette configuration de la roue mobile aval, en particulier les liaisons articulées, permettent ainsi d’améliorer la fiabilité et à la durée de vie des aubes mobiles avals, et par extension de la turbine. Dans certains modes de réalisation, chacune des extrémités radialement internes et externes des aubes mobiles avals est respectivement fixée à la virole interne et à la virole externe au moyen de la liaison articulée. En d’autres termes, les aubes mobiles avals sont des pièces distinctes de la virole interne et de la virole externe, et peuvent pivoter par rapport aux viroles interne et externe. Selon cette configuration, la mise en rotation de la virole externe entraîne, par traction, les aubes mobiles avals. Ces dernières entraînent elles-mêmes la virole interne en rotation, par cette même force de traction. Les contraintes de cisaillement sont ainsi diminuées, voire supprimées, aux deux extrémités de chaque aube mobile aval. Le couple des roues mobiles externes peut ainsi être transmis à la virole externe, puis à la virole interne et au deuxième arbre par l’intermédiaire des aubes mobiles avals, non plus par une force de cisaillement, mais par un effort de traction dans la direction axiale de ces aubes, plus favorable à la tenue mécanique de celles-ci. Dans certains modes de réalisation, la liaison articulée est une liaison configurée pour pouvoir pivoter sensiblement parallèlement à l’axe de rotation. Par « pivoter sensiblement parallèlement à l’axe de rotation », on comprend que l’axe autour duquel pivote la liaison articulée est sensiblement parallèle à l’axe de rotation de la turbine. La liaison articulée peut notamment être une liaison pivot d’axe parallèle à l’axe de rotation. Ainsi, lorsque les deux extrémités des aubes sont fixées à une virole, chaque aube peut pivoter par rapport à la virole externe autour d’une première liaison pivot, et par rapport à la virole interne autour d’une deuxième liaison pivot. L’axe des première et deuxième liaisons pivots étant sensiblement parallèle à l’axe de rotation des première et deuxième viroles, le couple engendré par la rotation de chacune d’elles n’est pas transmis sous forme de contraintes de cisaillement dans les aubes, mais entraîne la rotation relative de ces aubes par rapport aux viroles. Dans certains modes de réalisation, une surface de contact entre les extrémités radialement internes et externes des aubes mobiles avals et les viroles internes et externes respectivement, est une surface courbe de manière à permettre un glissement relatif des aubes mobiles avals vis-à-vis des viroles interne et externe. Ainsi, un mouvement de la virole externe, par exemple, autour de l’axe de rotation, entraîne un glissement relatif des aubes par rapport aux viroles selon cette surface courbe. Dans certains modes de réalisation, les viroles interne et externe comprennent une pluralité d’alvéoles de logement d’aube, et les extrémités radialement internes et externes des aubes mobiles avals comprenant chacune un pied ayant une forme courbe complémentaire de la forme des alvéoles de logement d’aube, et étant logés dans lesdites alvéoles de logement d’aube. Dans certains modes de réalisation, dans une section perpendiculaire à l’axe de rotation, les parois des pieds des aubes mobiles avals en contact avec la paroi interne de l’alvéole de logement d’aube, présentent une forme d’arc de cercle. Cette forme permet de faciliter le glissement relatif des deux surfaces entre elles, en cas de mouvement de rotation de l’une ou l’autre des pièces. Dans certains modes de réalisation, les aubes mobiles avals sont montées sous pré-contrainte entre la virole interne et la virole externe. On entend par « pré-contrainte », une contrainte de traction de chaque aube, selon leur axe longitudinal principal, entre les viroles interne et externe. En d’autres termes, les aubes mobiles avals présentent une longueur sensiblement inférieure à une distance nominale entre une alvéole de la virole interne et une alvéole de la virole externe radialement en vis-à-vis l’une de l’autre. Une telle pré-contrainte peut être obtenue, par exemple, en chauffant l’aube avant son insertion dans les alvéoles, de manière à adopter une longueur sensiblement supérieure à cette distance nominale. Cette pré-contrainte permet à l’assemblage de ne pas présenter de jeux à l’arrêt du moteur. Dans certains modes de réalisation, la liaison articulée est une liaison rotule. Dans certains modes de réalisation, chaque aube mobile aval s’étend selon une direction longitudinale entre son extrémité radialement interne et son extrémité radialement externe, la direction longitudinale étant inclinée par rapport à un axe reliant l’axe de rotation à l’alvéole de logement d’aube dans laquelle l’aube mobile aval est montée. Ainsi, une dilatation des aubes mobiles avals selon leur direction longitudinale entraîne un décalage angulaire de la virole externe et/ou interne, limitant ainsi les contraintes thermomécaniques aux extrémités des aubes. Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant la turbine contrarotative selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents. L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : La figure 1 représente une vue générale illustrant le principe de fonctionnement d'une turbomachine à soufflantes contrarotatives, La figure 2 représente schématiquement une roue mobile aval selon le présent exposé, dans une section perpendiculaire à l’axe de rotation de la turbomachine, La figure 3 représente une vue partielle et détaillée de la roue mobile aval de la figure 2, La figure 4 représente une vue détaillée d’une liaison entre une virole interne et une aube de la roue mobile aval de la figure 3. Turbine contrarotative (C) de turbomachine (10) s’étendant autour d’un axe de rotation (X) et comprenant : - un rotor interne configuré pour tourner autour de l’axe de rotation (X), et comprenant un tambour interne (50a) sur lequel est fixé une pluralité de roues mobiles internes (22) comprenant chacune des aubes mobiles internes et étant supportées en rotation par un premier arbre (26), - un rotor externe configuré pour tourner autour de l’axe de rotation (X) dans un sens opposé au sens de rotation du rotor interne, et comprenant un tambour externe (50b) sur lequel est fixé une pluralité de roues mobiles externes (20) comprenant chacune des aubes mobiles externes et étant supportées en rotation par un deuxième arbre (24) coaxial au premier arbre (26), le rotor externe comprenant une roue mobile aval (60) ayant une pluralité d’aubes mobiles avals (61) s’étendant chacune entre une virole externe (62), fixée au tambour externe (50b) en aval de celui-ci, et une virole interne (63) fixée au deuxième arbre (24), au moins une des extrémités radiales des aubes mobiles avals (61) étant fixée à la virole interne (63) ou à la virole externe (62) au moyen d’une liaison articulée (70). Turbine (C) selon la revendication 1, dans laquelle chacune des extrémités radialement internes et externes des aubes mobiles avals (61) est respectivement fixée à la virole interne (63) et à la virole externe (62) au moyen de la liaison articulée (70). Turbine (C) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la liaison articulée (70) est une liaison configurée pour pouvoir pivoter sensiblement parallèlement à l’axe de rotation (X). Turbine (C) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la liaison articulée (70) est une liaison rotule. Turbine (C) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans laquelle une surface de contact entre les extrémités radialement internes et externes des aubes mobiles avals (61) et les viroles interne (63) et externe (62) respectivement, est une surface courbe de manière à permettre un glissement relatif des aubes mobiles avals (61) vis-à-vis des viroles interne (63) et externe (62). Turbine (C) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans laquelle les viroles interne (63) et externe (62) comprennent une pluralité d’alvéoles (622, 632) de logement d’aube, et les extrémités radialement internes et externes des aubes mobiles avals (61) comprenant chacune un pied (610) ayant une forme courbe complémentaire de la forme des alvéoles (622, 632) de logement d’aube, et étant logés dans lesdites alvéoles de logement d’aube. Turbine (C) selon la revendication 6, dans laquelle, dans une section perpendiculaire à l’axe de rotation (X), les parois (611) des pieds (610) des aubes mobiles avals (61) en contact avec les parois internes (632b) des alvéoles de logement d’aube, présentent une forme d’arc de cercle. Turbine (C) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle les aubes mobiles avals (61) sont montées sous pré-contrainte entre la virole interne (63) et la virole externe (62). Turbine (C) selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans chaque aube mobile aval (61) s’étend selon une direction longitudinale entre son extrémité radialement interne et son extrémité radialement externe, la direction longitudinale étant inclinée par rapport à un axe reliant l’axe de rotation (X) à l’alvéole de logement d’aube dans laquelle l’aube mobile aval (61) est montée. Turbomachine (10) comprenant la turbine contrarotative (C) selon l’une quelconque des revendications précédentes.