Brevet FR3156160A1 — publié le 20250606

L’invention concerne une turbomachine (1) comportant une turbine haute pression (6) et une turbine basse pression (7), la turbomachine étant équipée d’un réseau de distribution d’air sur le carter (18) de la turbine basse pression (7), la turbomachine comprenant un ou plusieurs conduits (22) d’air de refroidissement et un ou plusieurs conduits d’air chaud, ainsi qu’un sélecteur (30) permettant de choisir l’air alimentant le réseau de distribution (21). Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 3] Dispositif et procédé de régulation des jeux radiaux au niveau de la turbine basse pression Domaine technique de l’invention L’invention concerne un dispositif et un procédé de régulation des jeux au niveau de la turbine basse pression d’une turbomachine, en particulier les jeux radiaux entre les aubes de la turbine basse pression et un carter entourant ladite turbine basse pression. Etat de la technique antérieure La FIG. 1 représente une turbomachine 1 à double flux et à double corps. L’axe de la turbomachine est référencé X et correspond à l’axe de rotation des parties tournantes. La turbomachine 1 comporte, de l’amont vers l’aval dans le sens d’écoulement des gaz, une soufflante 2, un compresseur basse pression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7. L’air issu de la soufflante 2 est divisé en un flux primaire 8 s’écoulant dans une veine annulaire primaire 9, et un flux secondaire 10 s’écoulant dans une veine annulaire secondaire 11 entourant la veine annulaire primaire 9. Le compresseur basse pression 3, le compresseur haute pression 4, la chambre de combustion 5, la turbine haute pression 6 et la turbine basse pression 7 sont ménagées dans la veine primaire 9. Le rotor de la turbine haute pression 6 et le rotor du compresseur haute pression 4 sont couplés en rotation par l’intermédiaire d’un premier arbre 12 de manière à former un corps haute pression. Le rotor de la turbine basse pression 7 et le rotor du compresseur basse pression 3 sont couplés en rotation par l’intermédiaire d’un second arbre 13 de manière à former un corps basse pression, la soufflante 2 pouvant être reliée directement au rotor du compresseur basse pression 3 ou bien par l’intermédiaire d’un train d’engrenage épicycloïdal par exemple. Comme cela est mieux visible à la FIG. 2 , la turbine basse-pression 7 comporte en particulier différents étages successifs comportant des roues mobiles 14, ou rotor, et des parties fixes, encore appelées distributeurs 19 ou stator. La roue mobile comporte un disque 15 au niveau duquel sont montées des aubes 16. Les extrémités des aubes 16 sont entourées d’un anneau fixe 17 composé d’une partie en matériau abradable, ledit anneau 17 étant fixé sur le carter 18 de la turbine. Les distributeurs 19, situés en aval des roues mobiles 14, et les anneaux 17 sont montés sur le carter par l’intermédiaire de brides ou de crochets 20 s’étendant depuis la surface radialement interne du carter 18. Afin de garantir un rendement élevé de la turbomachine, il convient de maximiser le flux d’air traversant les roues mobiles 14 des différents étages, c’est-à-dire de limiter les fuites entre les extrémités radialement externes des aubes 16 et l’anneau 17 composé d’une partie en matériau abradable, facilement usinable par le sommet des aubes. Pour cela, il convient de contrôler le jeu (noté J sur une partie agrandie de la FIG. 2 ) au niveau de cette interface entre les aubes 16 et la surface interne 17.1 de l’anneau 17, ce jeu J étant fortement dépendant de la température du carter 18. Néanmoins, le flux d’air primaire issu de la chambre de combustion 5 présente une température très élevée et échauffe les parties situées en aval, telles que les parties fixes et mobiles de la turbine basse pression 7. Afin de maîtriser le jeu précité et d’éviter toute dégradation prématurée des différentes parties fixes et mobiles de la turbine basse pression 7, il est nécessaire de prévoir des dispositifs de refroidissement efficaces pouvant s’intégrer aisément dans l’environnement de la turbomachine. Un tel dispositif de refroidissement du carter 18 de turbine basse pression 7 comporte un réseau de distribution d’air 21 comprenant des boîtiers collecteurs s’étendant axialement et recevant un flux d’air et une pluralité de tubes débouchant dans un des boitiers collecteurs et s’étendant circonférentiellement autour d’une partie, ou la totalité, de la surface externe du carter 18. En fonctionnement de la turbomachine, un flux d’air froid est injecté dans le dispositif de refroidissement pour réguler la dilatation du carter 18 et ainsi maitriser le jeu J entre les extrémités radiales des aubes et le carter 18. Cependant, la turbomachine ne comprend pas de moyen de contrôle actif des jeux de la turbine basse pression lorsque la turbomachine, ou moteur, est en arrêt. A l’arrêt moteur, le stator 19 et le carter 18 ont tendance à se refroidir plus vite que le rotor 16, ce qui risque de réduire les jeux radiaux au niveau de la turbine basse pression, jusqu’au potentiel contact. Généralement, les jeux reviennent à leur position initiale après le refroidissement complet du moteur, soit environ après 6 heures. En conséquence, en cas de redémarrage avant ces 6 heures, la mise en rotation du moteur peut être bloquée par ces potentiels contacts. En outre, lorsque le moteur vient de terminer un cycle de fonctionnement et est encore à chaud et vient donc se mettre à l’arrêt, les temps de rétreint thermique de la partie rotor et de la partie stator diffèrent. Ainsi, si le moteur doit être ré-allumé alors que la position initiale des pièces n’est pas en place, un phénomène dit de « rotorlock » ou blocage du rotor, peut survenir où la partie rotor et la partie stator sont bloquées ou en partie bloquées l’une par rapport à l’autre. L’apparition de ce phénomène peut être préjudiciable pour une compagnie exploitant la turbomachine. Si le rotor est bloqué, alors il est préférable d’attendre des minutes voire des heures afin de pouvoir redémarrer. De plus, lors de la conception de la turbomachine, cette contrainte conduit à laisser un minimum de jeu radial alors que le but est d’éviter les fuites de flux d’air pour maximiser la performance de la turbine basse pression. Afin de pallier cette problématique, une phase de rodage spécifique a été mise au point, appelée « Warm Start » ou démarrage à chaud. C’est une procédure qui vise à user les jeux radiaux après avoir effectué un arrêt moteur de 45 minutes. Cette procédure est longue et couteuse, en plus d’être contraignante. De plus, si le stator se refroidit plus vite radialement en phase d’arrêt moteur que le rotor, c’est le cas aussi axialement. Un redémarrage à chaud peut donc conduire à des contacts rotor/stator qui peuvent amener à une rupture d’aube mobile dans les cas les plus extrêmes. L’invention vise à remédier à au moins un de ces inconvénients. A cet effet, l’invention proposer une turbomachine comprenant : une veine primaire traversée par un flux primaire et comprenant : un compresseur haute-pression ; une chambre de combustion ; une turbine haute-pression ; et une turbine basse-pression comprenant une roue mobile comportant une rangée annulaire d’aubes et un carter annulaire comprenant une surface interne en regard des aubes, un jeu radial étant défini entre l’extrémité des aubes et la surface interne ; et un dispositif de régulation du jeu radial comprenant : au moins un premier conduit de prélèvement d’air dans la veine primaire en amont de la chambre de combustion ; au moins un second conduit de prélèvement d’air dans la veine primaire en aval du compresseur haute-pression ; un réseau de distribution d’air configuré pour amener l’air radialement extérieurement au carter annulaire ; un sélecteur configuré pour sélectionner le ou les premier(s) conduit(s) et/ou alternativement sélectionner le ou les second(s) conduit(s) pour alimenter le réseau de distribution. Par ce système, il est possible de réguler la température du carter et ainsi obtenir un jeu radial désiré et/ou suffisant pour éviter tout blocage lors d’un redémarrage à chaud. Le ou les premier(s) conduit(s) permet(tent) de prélever un air froid alors que le ou les second(s) conduit(s) permet(tent) de prélever un air chaud. Il est ainsi possible, notamment en mixant les deux sources d’air et en contrôlant le débit de chaque source, d’obtenir une température désirée. Alternativement ou en complément, des cycles de sélection d’une source ou de l’autre source permettent d’aboutir à une température désirée dans le réseau de distribution. Selon un autre aspect, l’au moins un premier conduit prélève l’air en amont du compresseur haute pression. Par exemple, ce conduit de prélèvement d’air de refroidissement peut déboucher au niveau de la veine annulaire primaire au niveau d’un compresseur basse pression. Cet air de refroidissement permet par exemple d’alimenter le système de distribution d’air lorsque la turbomachine est en fonction pour refroidir le carter de la turbine basse pression. Cet air de refroidissement est également disponible pour réguler le jeu radial des turbines lors du fonctionnement ou lors de l’arrêt de la turbomachine. Selon un autre aspect, l’au moins un second conduit prélève l’air en aval de la chambre de combustion et en amont de la turbine basse-pression. Selon un autre aspect, la turbomachine comprend des moyens de mesure de la pression de prélèvement à l’endroit où l’au moins un premier conduit et où l’au moins un second conduit prélèvent l’air, et des moyens de mesure de la pression de distribution dans le réseau de distribution. Selon un autre aspect, la turbomachine comprend un organe de ventilation agencé dans l’au moins un premier conduit et/ou dans l’au moins un second conduit, et configuré pour activement propulser l’air dans le conduit respectif lorsque la pression de distribution est supérieure à la pression de prélèvement. La commande de l’organe de ventilation peut être conditionnée par le fait que la différence de pression soit inférieure à un seuil : par exemple, si la pression de distribution est inférieure à la pression de prélèvement mais que la différence est inférieure à un seuil donné, l’organe de ventilation peut être rendu actif pour garantir l’écoulement de l’air. L’organe de ventilation peut être un ventilateur commandé par un calculateur, en particulier en fonction de la température du carter et/ou des aubes de la turbine basse pression. L’organe de ventilation peut être configuré pour augmenter la pression de l’air prélevé dans la partie amont. Selon un autre aspect, le ou les conduit(s) de prélèvement d’air comprend(nent) un organe d’obturation, l’organe d’obturation étant permutable entre une position « ouverte » autorisant un prélèvement d’air, et une position « fermée » interdisant le prélèvement d’air. Avantageusement, l’organe d’obturation peut assurer des positions intermédiaires, régulant (limitant) le débit passant dans les conduits. Selon un autre aspect, la turbomachine comprend un calculateur apte à détecter une phase d’arrêt de ladite turbomachine et commander l’organe d’obturation et/ou le sélecteur et/ou l’organe de ventilation. Selon un autre aspect, le calculateur est relié à des moyens de mesure de la température du carter de ladite turbine basse pression. Ainsi, le débit ou la pression d’air prélevé en amont de la turbine basse pression peut être régulé par le calculateur, en agissant sur le sélecteur et/ou sur l’ouverture de l’organe d’obturation et/ou sur l’actionnement de l’organe de ventilation, par exemple en fonction de la température du carter. L’invention porte également sur un procédé de mise en œuvre d’une turbomachine telle que décrite ci-dessus, le procédé comprenant la régulation, alors que la turbomachine est arrêtée, du jeu radial entre les extrémités d’aubes de la turbine basse-pression et le carter annulaire par le contrôle du sélecteur afin de sélectionner la source d’air pour alimenter le réseau de distribution avec un air à température souhaitée. Par « état de fonctionnement », il convient de comprendre que les rotors de la turbomachine sont en mouvement. Par « état d’arrêt », il convient de comprendre que les rotors sont immobiles. Selon un autre aspect, le procédé comprend l’activation d’un organe de ventilation dans le ou les conduits pour garantir un écoulement d’air du prélèvement vers le réseau de distribution. A l’arrêt de la turbomachine, le sélecteur et/ou les organes de ventilation et/ou les obturateurs peuvent être contrôlés pour obtenir un jeu radial cible. Ce jeu peut être obtenu par la régulation de la température du carter. La température peut être détectée ou estimée empiriquement, les courbes de refroidissement de chacun des éléments de la turbomachine pouvant être connues par expérimentations. Brève description des figures FIG. 1 représente une vue en coupe axiale d’une turbomachine à double flux de l’art antérieur, FIG. 2 représente une vue en coupe axiale d’une partie de la turbomachine de l’art antérieur, illustrant notamment la turbine basse pression, FIG. 3 représente une vue en coupe axiale d’une turbomachine. Description détaillée de l’invention Les figures 1 et 2 ont été discutées ci-dessus. En référence à la FIG. 3 , la turbomachine 1 est équipée d’un système de distribution d’air afin de maintenir la température du carter 18 et de réduire son refroidissement par rapport au refroidissement des aubes 16 de la roue mobile, en particulier lorsque la turbomachine est à l’arrêt. Le système de distribution comprend un ou plusieurs conduit(s) de prélèvement de refroidissement d’air 22 reliant fluidiquement la veine annulaire secondaire 11 au réseau de distribution 21. Lorsque la turbomachine 1 est en fonctionnement, l’air est prélevé depuis le flux d’air primaire 9, en particulier circulant au niveau du compresseur basse pression 3 et est acheminé vers le réseau de distribution 21. L’air prélevé depuis le flux d’air primaire 9 circule dans les tubes entourant le carter 18. Cet air est injecté sur la surface externe du carter 18 par des orifices ménagés dans les tubes et dirigés vers le carter 18. Ainsi, lorsque la température des roues mobiles et des distributeurs augmente, ce qui réduit les jeux radiaux entre le carter 18 et les aubes des roues mobiles et des distributeurs, le réseau de distribution 21 permet de réguler la dilatation du carter 18 et ainsi maitriser le jeu entre les extrémités radiales des aubes et le carter 18. Le conduit 22 comprend aussi un organe de ventilation 26 permettant d’extraire de l’air depuis la veine de compresseur basse pression 3 et de le diriger vers le réseau de distribution 21, en particulier lorsque la différence de pression entre le prélèvement au niveau du compresseur basse pression 3 et le réseau distribution d’air 21 est inférieure à un seuil. Le seuil peut correspondre à la différence de pression entre la partie amont et le système de distribution d’air qui réduit ou ne permet plus le prélèvement d’air depuis la partie amont vers le système de distribution d’air. A l’arrêt de la turbomachine 1, le stator 19 a tendance à se refroidir plus vite que le rotor 16, ce qui risque de réduire les jeux radiaux au niveau de la turbine basse pression, jusqu’au potentiel contact. Afin de réguler les jeux radiaux et éviter le blocage de la turbine basse pression 7, la turbomachine est configurée pour envoyer de l’air chaud de manière contrôlée afin de garder le carter 18 en température. Ceci permet de conserver les jeux de non-contact et les jeux radiaux en arrêt moteur inchangés durant toute la phase d’arrêt moteur. Pour cela, la turbomachine comprend un conduit de prélèvement de réchauffement d’air 24 prélevant l’air dans la veine primaire 9 au niveau de la turbine haute pression 6. Un sélecteur 30 peut être contrôlé pour sélectionner le flux d’air (froid ou chaud, provenant de la conduite 22 ou de la conduite 24) destiné à alimenter le réseau de distribution 21. Le sélecteur 30 est ici schématiquement représenté comme un collecteur interposé entre les conduites 22, 24 et le réseau distribution 21. D’autres conceptions sont possibles. Les conduites 22, 24 forment des entrées du sélecteur 30 et une ou plusieurs sorties du sélecteur 30 alimentent le réseau de distribution 21. Le sélecteur 30 peut être constitué d’un ensemble de vannes ou de limiteurs de débit, contrôlés par un calculateur. Le calculateur peut commander le sélecteur pour qu’une ou plusieurs conduites 22, et/ou pour qu’une ou plusieurs conduites 24 délivrent de l’air au réseau de distribution 21. Selon la température et la pression, mesurée ou estimée empiriquement, au niveau du prélèvement de l’air, et au niveau du carter, le calculateur peut commander des débits et des fermetures/ouvertures de conduites. Le contrôle peut être dynamique dans le temps. Des cycles d’ouvertures ou de fermetures du sélecteur ou des obturateurs peuvent être prévus. Pour une conception de turbomachine donnée, il est possible de connaître par expérimentation la loi de refroidissement de chacun des éléments de la turbomachine et il n’est donc pas indispensable de lier le contrôle du sélecteur 30 à une mesure dynamique des températures pour obtenir une valeur cible de température d’air dans le réseau de distribution. Outre le sélecteur 30, le système de distribution peut comprendre un organe d’obturation 23 du conduit de prélèvement de réchauffement d’air 24, tel une valve. L’organe d’obturation 23 peut présenter une position « ouverte » dans laquelle l’organe d’obturation 23 autorise la circulation d’air entre la turbine haute pression 6 et le sélecteur ou le réseau de distribution 21. L’organe d’obturation 23 peut présenter une position « fermée » dans laquelle l’air est interdit de circuler dans le conduit de prélèvement de réchauffement d’air 24. L’obturateur 23 peut également assumer des positions intermédiaires dans lesquelles un flux est permis mais limité. Dans une variante non illustrée, le sélecteur 30 est remplacé par un ensemble d’obturateurs 23 agencés sur chacun des conduits 22, 24 et coordonnés pour délivrer un flux d’air à une température cible au réseau de distribution 21. Un organe de ventilation 25 peut également être agencé au niveau du conduit de prélèvement de réchauffement d’air permettant d’extraire de l’air depuis la veine annulaire primaire 9 au niveau de la turbine haute pression 6 et de le diriger vers le dispositif de refroidissement 21, en particulier lorsque la différence de pression entre au niveau de la turbine haute pression 6 et le système de distribution d’air 21 est inférieur à un seuil. Le calculateur contrôlant le sélecteur 30 peut également être configuré pour commander l’organe de ventilation 25 et/ou l’organe d’obturation 23. En particulier, le calculateur est apte à détecter une phase d’arrêt de la turbomachine 1. Le calculateur commande alors le passage de l’organe d’obturation 23 à la position « ouverte » et l’activation éventuelle de l’organe de ventilation 25. Ainsi, en phase d’arrêt de la turbomachine, l’air relativement chaud, autour de la turbine haute pression 6 permet de réguler les jeux J entre les extrémités radiales des aubes et le carter 18. Le calculateur peut être relié à des moyens de mesure de la température du carter 18 de la turbine basse pression 7. Le débit, ou la pression, d’air prélevé au niveau de la turbine haute pression 6 peut être régulé par le calculateur, en agissant sur l’ouverture de l’organe d’obturation 23, en fonction de la température du carter 18. En outre, lorsque le calculateur détecte une phase de fonctionnement de la turbomachine 1, il peut être configuré pour commander le passage de l’organe d’obturation 23 à la position « fermée ». L’air sous pression et relativement froid au niveau de la veine annulaire primaire est prélevé, dans le conduit de prélèvement de refroidissement d’air 22, par différence de pression et alimente le réseau de distribution 21. En particulier l’air peut être prélevé au niveau du compresseur basse pression 3. L’air prélevé depuis le compresseur basse pression 3 permet d’accélérer la cinétique de refroidissement d du carter 18. Turbomachine (1) comprenant : une veine primaire (3, 4, 5, 6, 7) traversée par un flux primaire (8) et comprenant : un compresseur haute-pression (4) ; une chambre de combustion (5) ; une turbine haute-pression (6) ; et une turbine basse-pression (7) comprenant une roue mobile (14) comportant une rangée annulaire d’aubes (16) et un carter annulaire (18) comprenant une surface interne (17.1) en regard des aubes (16), un jeu radial (J) étant défini entre l’extrémité des aubes (16) et la surface interne (17.1) ; et un dispositif de régulation du jeu radial comprenant : au moins un premier conduit (22) de prélèvement d’air dans la veine primaire en amont de la chambre de combustion (5) ; au moins un second conduit (24) de prélèvement d’air dans la veine primaire en aval du compresseur haute-pression (4) ; un réseau de distribution d’air (21) configuré pour amener l’air radialement extérieurement au carter annulaire ; un sélecteur (30) configuré pour sélectionner le ou les premier(s) conduit(s) (22) et/ou alternativement sélectionner le ou les second(s) conduit(s) (24) pour alimenter le réseau de distribution (21). Turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle l’au moins un premier conduit prélève l’air en amont du compresseur haute pression (4). Turbomachine selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l’au moins un second conduit prélève l’air en aval de la chambre de combustion (5) et en amont de la turbine basse-pression (7). Turbomachine selon l’une des revendications précédentes, comprenant des moyens de mesure de la pression de prélèvement à l’endroit où l’au moins un premier conduit (22) et où l’au moins un second conduit (24) prélèvent l’air, et des moyens de mesure de la pression de distribution dans le réseau de distribution (21). Turbomachine selon la revendication précédente, comprenant un organe de ventilation (25, 26) agencé dans l’au moins un premier conduit (22) et/ou dans l’au moins un second conduit (24), et configuré pour activement propulser l’air dans le conduit respectif (22, 24) lorsque la pression de distribution est supérieure à la pression de prélèvement. Turbomachine (1) selon la revendication précédente, dans laquelle le ou les conduit(s) de prélèvement d’air (22,24) comprend(nent) un organe d’obturation (23), l’organe d’obturation étant permutable entre une position « ouverte » autorisant un prélèvement d’air, et une position « fermée » interdisant le prélèvement d’air. Turbomachine (1) selon la revendication précédente, comprenant un calculateur apte à détecter une phase d’arrêt de ladite turbomachine (1) et commander l’organe d’obturation (23) et/ou le sélecteur (30) et/ou l’organe de ventilation (25, 26). Turbomachine (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le calculateur est relié à des moyens de mesure de la température du carter (18) de ladite turbine basse pression (7). Procédé de mise en œuvre d’une turbomachine selon l’une des revendications précédentes, le procédé comprenant la régulation, alors que la turbomachine (1) est arrêtée, du jeu radial (J) entre les extrémités d’aubes (16) de la turbine basse-pression (7) et le carter annulaire (18) par le contrôle du sélecteur afin de sélectionner la source d’air pour alimenter le réseau de distribution (21) avec un air à température souhaitée. Procédé selon la revendication 9, comprenant l’activation d’un organe de ventilation (25, 26) dans le ou les conduits (22, 24) pour garantir un écoulement d’air du prélèvement vers le réseau de distribution (21).