Brevet FR3153847A1 — publié le 20250411

Dispositif de refroidissement (40) d’un carter annulaire (46) d’axe longitudinal X de turbomachine, comportant un boitier collecteur (42) et une rampe de refroidissement (52) s’étendant circonférentiellement autour de l’axe longitudinal X, la rampe (52) étant reliée au boitier (42) de manière à ce qu’un volume interne du boitier (42) communique fluidiquement avec un volume interne de la rampe (52) laquelle comporte des orifices d’éjection (57) qui débouchent radialement vers l’intérieur en direction du carter (46), caractérisé en ce que : - le boitier (42) comprend une face radialement interne (42b) qui présente une ouverture (50) destinée à être agencée en vis-à-vis radial du carter (46), l’ouverture (50) permettant la communication fluidique entre le volume interne du boitier (42) et le volume interne de la rampe (52). Figure de l’abrégé : Figure 4A DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT D’UN CARTER DE TURBOMACHINE Le présent document concerne un dispositif de refroidissement d’un carter d’une turbomachine d’aéronef, telle par exemple qu’une turbomachine à double flux. 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. Dans ce qui suit, les termes axial et radial sont définis par rapport à l’axe X. 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 ménagés 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 axialement successifs comportant des roues mobiles 14 et des distributeurs 19 formés par des couronnes d’aubes fixes. 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 en matériau abradable, ledit anneau 17 étant fixé sur le carter 18 de la turbine. Les distributeurs 19 sont situés en aval des roues mobiles 14. Les distributeurs 19 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 limiter le flux d’air ne traversant pas 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 en matériau abradable. Pour cela, il convient de contrôler le jeu au niveau de cette interface, ce jeu étant dépendant de la température du carter 18, et notamment des zones dudit carter 18 comportant les crochets ou brides 20 supportant l’anneau 17. Le flux d’air primaire issu de la chambre de combustion 5 présente une température élevée et échauffe les parties situées en aval, telles que les parties fixes et mobiles de la turbine 6, 7. Afin de maîtriser le jeu précité et d’éviter toute dégradation prématurée des différentes parties fixes et mobiles de la turbine, il est nécessaire de prévoir des moyens de refroidissement efficaces pouvant s’intégrer aisément dans l’environnement de la turbomachine. La demande de brevet FR 3 050 228, au nom de la Demanderesse, concerne une partie d’un dispositif de refroidissement D d’un carter C de turbine basse pression qui est représenté à la FIG. 3 et qui comporte un boitier collecteur B s’étendant axialement. De l'air de refroidissement pressurisé provenant du flux secondaire est acheminé d’une partie de la turbomachine en aval de la soufflante au boitier collecteur B par l’intermédiaire d’un conduit d’alimentation s’étendant longitudinalement et étant raccordé à une ouverture d’alimentation O du boitier collecteur B. Le dispositif comporte de plus des tubes T s’étendant circonférentiellement de part et d’autre du boitier collecteur B, depuis des faces latérales du boitier collecteur B. Une rampe R comporte deux desdits tubes T formés par des canalisations courbes de section circulaire, chaque tube T s’étendant circonférentiellement autour du carter par exemple selon un angle de 360°. Chaque tube T comporte une entrée d’air débouchant dans le canal du boitier collecteur B et une extrémité distale fermée. Chaque tube T comporte en outre une paroi cylindrique pourvue d’orifices d’éjection d’air tournés vers le carter C, de sorte que de l’air de refroidissement puisse pénétrer dans le boitier collecteur B puis dans les tubes T avant de déboucher par les orifices en regard du carter C, de manière à le refroidir. On parle notamment de refroidissement par impact puisque l’air vient impacter le carter C. Il a été constaté que les zones du carter situées en regard du boitier B présentent un refroidissement plus fort que le reste de la circonférence du carter C. En effet, l’air de refroidissement sortant du boitier par sa face interne impacte le carter mais n’est pas aussi bien évacué que l’air d’impact sortant des tubes. Ainsi, le boitier crée une obstruction partielle qui empêche l’air de refroidissement après impact de s’écouler radialement vers l’extérieur, soit hors du dispositif de refroidissement. Ce confinement local engendre une hétérogénéité de refroidissement sur la circonférence du carter et des usures prématurées du carter qui réduisent la durée de vie des différentes parties fixes et mobiles de la turbine basse pression du fait d’une difficulté sur le contrôle des jeux en sommets d’aubes. Résumé À cet effet, le présent document concerne un dispositif de refroidissement d’un carter annulaire d’axe longitudinal X de turbomachine, comportant un boitier collecteur et une rampe de refroidissement s’étendant circonférentiellement autour de l’axe longitudinal, la rampe étant reliée au boitier de manière à ce qu’un volume interne du boitier communique fluidiquement avec un volume interne de la rampe laquelle comporte des orifices d’éjection qui débouchent radialement vers l’intérieur en direction du carter, caractérisé en ce que le boitier comprend une face radialement interne qui présente une ouverture destinée à être agencée en vis-à-vis radial du carter, l’ouverture permettant la communication fluidique entre le volume interne du boitier et le volume interne de la rampe. Les termes axial, radial, annulaire et circonférentiel sont définis par rapport à l’axe longitudinal de turbomachine. En fonctionnement, le dispositif de refroidissement permet à de l’air de refroidissement dans le volume interne du boitier collecteur de s’écouler à travers l’ouverture pour arriver dans le volume interne de la rampe. Cet air de refroidissement est ensuite éjecté hors du volume interne de la rampe à travers les orifices d’éjection qui débouchent radialement vers l’intérieur en direction du carter. L’air de refroidissement impacte circonférentiellement de manière uniforme le carter ce qui permet de mieux contrôler sa température. Il est ainsi possible de mieux contrôler les contraintes thermiques subies par le carter ce qui conduit à une augmentation de sa durée de vie. En positionnant l’ouverture du boitier sur une de ses faces radialement internes, on évite une hétérogénéité de la circulation d’air autour du carter. La rampe peut être agencée radialement entre le carter et l’ouverture du boitier. Dit autrement, l’intégralité de la rampe peut être agencée radialement à l’intérieur d’un cercle tangent à la surface radialement interne du boitier. Dans une telle configuration, l’ouverture du boitier collecteur est située radialement à l’extérieur par rapport à la rampe avec laquelle elle autorise une communication fluidique. L’entrefer entre l’ouverture du boitier et le carter peut être supérieure à l’entrefer entre la rampe correspondante et le carter. Par entrefer entre un premier élément et un second élément, on entend la distance radiale par rapport à l’axe longitudinal séparant lesdits deux éléments. L’entrefer entre la rampe et le carter est compris comme l’entrefer entre un orifice d’éjection de ladite rampe et une surface radialement externe du carter. L’entrefer entre l’ouverture du boitier collecteur et le carter peut être compris entre 2mm et 10mm. L’entrefer entre la rampe et le carter peut être compris entre 2mm et 10mm. Une telle configuration du dispositif de refroidissement permet à de l’air de refroidissement de sortir d’abord des orifices d’éjection débouchant radialement vers le carter puis, après impact sur le carter, d’être évacué radialement vers l’extérieur, hors du dispositif de refroidissement. Plus particulièrement, cette configuration permet une évacuation de l’air de refroidissement ayant impacté le carter et étant situé dans un espace situé radialement entre le boitier et le carter. La rampe peut comprendre deux branches s’étendant circonférentiellement de façon opposée de part et d’autre du boitier. Les branches peuvent être des tubes cylindriques. Les branches peuvent s’étendre circonférentiellement autour de l’axe longitudinal, selon un angle compris entre 45° et 360°, et également entre 90° et 180°. Les branches d’une même rampe peuvent s’étendre de sorte que les deux branches prises ensemble s’étendent sur la totalité de la circonférence du carter. Autrement dit, la rampe peut être une rampe annulaire s’étendant autour de l’axe longitudinal. Dans cet exemple particulier, la rampe pourrait s’étendre sur 360° et de cette manière, le refroidissement appliqué sur le carter est homogène sur l’ensemble du carter (i.e. sur sa circonférence totale) : on évite ainsi une usure prématurée de l’ensemble du carter et améliore sa durée de vie. Le dispositif peut comprendre au moins un raccordement à trois conduites, dont une première conduite est raccordée à une première branche de la rampe, une seconde conduite est raccordée à une seconde branche de la rampe et une troisième conduite est raccordée à l’ouverture. Dans cette réalisation, une seule ouverture du boitier est associée fluidiquement à une rampe, la liaison fluidique entre le boitier de la rampe étant alors assurée par le raccordement à trois conduites. En outre, cela permet de limiter l’encombrement du dispositif : une unique ouverture est nécessaire pour assurer la liaison fluidique pour deux branches d’une rampe. Évidemment, il serait encore possible d’avoir une première ouverture associée à une première branche de la rampe correspondante et une seconde ouverture distincte de la première ouverture, ladite seconde ouverture étant associée à une seconde branche de la rampe correspondante. Dans ce cas, deux ouvertures assurent la liaison fluidique pour deux branches d’une même rampe. Le raccordement pourrait être une pièce rapportée de sorte que la première rampe et la seconde rampe soient assemblées de manière indifférente à la première conduite ou la seconde conduite. Le raccordement peut présenter une section radiale en forme générale de T. Le raccordement peut présenter une section radiale en forme générale de V dont le sommet est orienté radialement vers l’extérieur. Le raccordement permet au boitier collecteur de fournir de l’air de refroidissement aux branches de la rampe avec une perte de charge réduite. En effet, on diminue les pertes de charge dues à la géométrie du raccordement par lequel l’air de refroidissement s’écoule : la section radiale en forme générale de V assure une transition progressive de la direction d’écoulement de l’air de refroidissement, d’une direction radiale à une direction circonférentielle (tangentielle). Le raccordement peut présenter une symétrie par rapport à un plan comprenant l’axe longitudinal de la turbomachine X et l’axe de l’ouverture du boitier. Une telle symétrie permet de répartir uniformément dans chaque branche de l’air de refroidissement. En effet, l’écoulement de l’air de refroidissement traversant une ouverture du boitier s’écoule dans la première conduite du raccordement et est divisé en un premier et un second écoulement circulant dans la première et la seconde branches respectivement, de sorte que le premier et le second écoulements ont des débits identiques. Le fait de répartir uniformément dans chaque branche de l’air de refroidissement améliore l’homogénéité du refroidissement du carter. Le dispositif de refroidissement peut comprendre une pluralité de rampes de refroidissement. La face radialement interne peut présenter une pluralité d’ouvertures chacune destinée à être agencée en vis-à-vis radial du carter. Le dispositif peut comprendre une pluralité de raccordements à trois conduites, chaque rampe étant associée à une ouverture et un raccordement correspondants. La pluralité d’ouvertures peut être agencée le long de l’axe longitudinal X. De cette manière, on refroidit le carter sur sa surface externe en regard des orifices d’éjection de la pluralité de rampes de refroidissement. Le refroidissement est amélioré, car le refroidissement circonférentiel d’une seule rampe de refroidissement est répété le long de l’axe longitudinal par la pluralité de rampes de refroidissement. Le présent document concerne également un ensemble de turbomachine comportant un carter annulaire de turbomachine et un dispositif de refroidissement du type précité, monté sur ledit carter et entourant ledit carter. Le présent document concerne également une turbine, telle qu’une turbine basse pression, comprenant l’ensemble de turbomachine du type précité. De cette manière, en fonctionnement, le refroidissement uniforme du carter annulaire par le dispositif de refroidissement permet de réduire les jeux radiaux entre des aubes de la turbine et une surface radialement interne du carter et d’améliorer la performance du moteur. Le présent document concerne également une turbomachine comportant au moins une turbine du type précité. La turbomachine peut être une turbomachine d’aéronef. Ledit aéronef peut être un avion ou un aéronef à voilure tournante. La turbomachine peut être un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : - FIG. 1 est une vue en coupe axiale d’un turboréacteur à double flux de l’art antérieur, - FIG. 2 est une vue en coupe axiale d’une partie du turboréacteur de l’art antérieur, illustrant notamment la turbine basse pression, - FIG. 3 est une vue en perspective d’une partie du dispositif de refroidissement de l’art antérieur, - FIG. 4 est une vue en perspective d’une partie du dispositif de refroidissement selon un mode de réalisation du présent document, - FIG. 4 est une vue en coupe axiale du mode de réalisation de la FIG. 4 , - FIG. 4 est une vue en perspective du mode de réalisation de la FIG. 4 , et - FIG. 5 est une vue de détail d’une partie du dispositif de refroidissement selon un mode de réalisation du présent document. Les figures 4A, 4B et 4C représentent une partie d’un dispositif de refroidissement d’un carter de turbomachine selon une forme de réalisation du présent document. Le dispositif de refroidissement 40 comporte un boitier collecteur 42 s’étendant suivant l’axe longitudinal X de la turbomachine 1, creux et délimitant un volume interne 44. L’axe X fait référence à l’axe longitudinal de la turbomachine de la FIG. 1 . Un axe X’ parallèle à l’axe X de la turbomachine est illustré sur les figures. Les axes X et X’ sont compris dans un même plan radial. Le boitier collecteur 42 comprend une face supérieure 42a (radialement externe par rapport à l’axe longitudinal X), une face inférieure 42b (radialement interne par rapport à l’axe longitudinal X) épousant la forme du carter 46 et deux faces latérales 42c, 42d, les faces latérales 42c, 42d réalisant une liaison entre les extrémités circonférentielles des faces supérieure 42a et inférieure 42b. Les extrémités amont et aval du boitier 42 sont reliées à des pattes 43a, 43b de fixation du boitier 42 à un stator de la turbomachine. La face supérieure 42a comporte une première portion 42a-1 oblique par rapport à l’axe longitudinal X dont une extrémité aval est reliée à une seconde portion 42a-2 parallèle à l’axe longitudinal X, les deux portions formant un angle α l’une par rapport à l’autre. La première portion 42a-1 de la face supérieure 42a du boitier collecteur 42 présente un orifice d’alimentation 48 apte à recevoir de l’air de refroidissement pressurisé provenant de l’amont de la turbomachine 1. Comme décrit dans la technique antérieure, cette alimentation en air de refroidissement peut, par exemple, être réalisée par un conduit, non illustré, s’étendant longitudinalement depuis l’orifice d’alimentation 48 du boitier collecteur 42 et débouchant dans une partie de la turbomachine en aval de la soufflante 2, par exemple dans le flux secondaire 10 s’écoulant dans la partie de la turbomachine en aval de la soufflante 2. Le boitier collecteur 42 comporte en outre une pluralité d’ouvertures 50 distribuées le long de l’axe longitudinal X sur la face radialement interne du boitier 42, laquelle est donc agencée en vis-à-vis radial du carter 46. Cette pluralité d’ouvertures 50 est raccordée à une pluralité de rampes 52 par une pluralité de raccordements 58 de sorte que chaque ouverture 50 est associée à une rampe 52 et un raccordement 58 pour former un triplet. La pluralité de rampes 52 est agencée radialement entre l’ouverture 50 du boitier collecteur 42 et le carter 46, ainsi un entrefer E1 entre une ouverture 50 du boitier collecteur 42 et le carter 46 est supérieur à un entrefer E2 entre la rampe associée 52 du triplet et le carter 46. Chaque rampe 52 comprend une première et une seconde branches 52a, 52b s’étendant circonférentiellement de part et d’autre du boitier collecteur 42 autour du carter 46, ainsi que des orifices d’éjection 57 distribués le long des branches 52a, 52b et agencés en vis-à-vis radial du carter 46. Chaque raccordement 58 comprend trois conduites comme cela est représenté en particulier sur la FIG. 5 . Une première conduite 58a et une seconde conduite 58b sont raccordées, d’une part, à la première et seconde branches 52a, 52b respectivement, et, d’autre part, à une troisième conduite 58c du raccordement 58. La troisième conduite 58c est raccordée, d’une part, à l’ouverture du boitier collecteur 42 par une extrémité radialement externe 58c-1 et, d’autre part, à la première et seconde conduites 58a, 58b par une extrémité radialement interne 58c-2. En fonctionnement, le flux d’air de refroidissement arrive dans le volume interne du boitier collecteur 42 par l’orifice d’approvisionnement 48 (flèche 61a), puis s’écoule à travers la pluralité d’ouvertures 50 et leur raccordement 58 associé (flèche 61b). Arrivé à l’extrémité radialement interne 58a-1 de la première conduite 58a du raccordement 58, le flux d’air de refroidissement est divisé en deux flux, un premier flux (flèche 61c) s’écoulant dans le volume interne de la première branche 52a et un second flux, (flèche 61d) s’écoulant dans le volume interne de la seconde branche 52b. Le premier et le second flux circulent alors circonférentiellement dans les branches 52a, 52b et sont éjectés à travers les orifices d’éjection 57, l’air de refroidissement impacte alors le carter 46. L’air de refroidissement après impact est alors évacué et s’évacue radialement vers l’extérieur (flèche 61e) à travers des espacements 62 entre les rampes 52 circonférentiellement adjacentes. Dans le volume 64 situé radialement entre la face radialement interne 42b du boitier collecteur 42 et le carter 46, l’air de refroidissement après impact peut alors être évacué sans être confiné par l’encombrement créé par le boitier collecteur 42. Il est maintenant fait référence à la FIG. 5 qui illustre un mode de réalisation d’une zone de raccordement. Dans cet exemple particulier, le raccordement 58 est symétrique par rapport à un plan P comprenant l’axe longitudinal X de la turbomachine et un axe Y de l’ouverture 50 associée, ledit axe Y de l’ouverture 50 étant un axe radial (orthogonal à l’axe longitudinal X). La seconde et la troisième conduites 58b, 58c sont donc symétriques par rapport à ce plan P et forment un renfoncement 66 orienté radialement vers l’extérieur. Le renfoncement 66 est compris dans le plan de symétrie P. Le raccordement 58 présente donc une section radiale en forme générale de V dont la pointe 68 est orientée radialement vers l’extérieur en direction de l’ouverture 50 du boitier collecteur 42. En opération, le flux d’air de refroidissement 60 traverse l’ouverture 50 et s’écoule radialement vers l’intérieur à travers l’extrémité radialement externe 58a-2 de la première conduite 58a du raccordement 58. Ce flux d’air de refroidissement 60 se déplace ensuite à travers la première conduite 58a et est divisé en un premier et un second flux 60a, 60b s’écoulant vers les volumes internes de la première et seconde branches 52a, 52b respectivement. Cette division est effectuée par une pointe 67 du volume interne du raccordement 58, ladite pointe 67 étant une contreforme du renfoncement 66. La symétrie du raccordement 58 par rapport au plan P permet de distribuer uniformément l’air de refroidissement dans la première et seconde branches 52a, 52b de la rampe 52 associée (flèches 61c, 61d respectivement). Dispositif de refroidissement (40) d’un carter annulaire (46) d’axe longitudinal X de turbomachine, comportant un boitier collecteur (42) et une rampe (52) de refroidissement s’étendant circonférentiellement autour de l’axe longitudinal X, la rampe (52) étant reliée au boitier (42) de manière à ce qu’un volume interne du boitier (42) communique fluidiquement avec un volume interne de la rampe (52), la rampe (52) comportant des orifices d’éjection (57) qui débouchent radialement vers l’intérieur en direction d’une face radialement externe du carter (46), caractérisé en ce que le boitier (42) comprend une face radialement interne (42b) qui présente une ouverture (50) destinée à être agencée en vis-à-vis radial de la face radialement externe du carter (46), l’ouverture (50) permettant la communication fluidique entre le volume interne du boitier (42) et le volume interne de la rampe (52). Dispositif de refroidissement (40) selon la revendication précédente, dans lequel la rampe (52) est destinée à être agencée radialement entre la face radialement externe du carter (46) et l’ouverture (50) du boitier (42). Dispositif de refroidissement (40) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la rampe (52) comprend une première et une deuxième branches (52a, 52b) s’étendant circonférentiellement de façon opposée, de part et d’autre du boitier (42). Dispositif de refroidissement (40) selon la revendication précédente, comprenant un raccordement (58) à trois conduites (58a, 58b, 58c), dont une première conduite (58a) est raccordée à la première branche (52a) de la rampe (52), une seconde conduite (58b) est raccordée à la seconde branche (52b) de la rampe (52) et une troisième conduite (58c) est raccordée à l’ouverture (50). Dispositif de refroidissement (40) selon la revendication précédente, dans lequel le raccordement (58) présente une section radiale en forme générale de V dont le sommet est orienté radialement vers l’extérieur. Dispositif de refroidissement (40) selon la revendication précédente, dans lequel le raccordement (58) présente une symétrie par rapport à un plan P comprenant l’axe longitudinal de la turbomachine X et une direction passant par l’axe Y de l’ouverture (50) du boitier (42). Dispositif de refroidissement (40) selon la revendication 4, comprenant une pluralité de rampes de refroidissement (52), la face radialement interne (42b) du boitier (42) présentant une pluralité d’ouvertures (50) chacune destinée à être agencée en vis-à-vis radial de la surface radialement externe du carter (46), le dispositif (40) comprenant une pluralité de raccordements (58) à trois conduites (58a, 58b, 58c), chaque rampe (52) étant associée à une ouverture (50) et un raccordement (58) correspondants. Dispositif de refroidissement (40) selon la revendication précédente, dans lequel la pluralité d’ouvertures (50) est agencée le long de l’axe longitudinal X. Ensemble de turbomachine comportant un carter annulaire (46) de turbomachine et un dispositif de refroidissement (40) selon l’une des revendications précédentes, monté sur ledit carter (46) et entourant ledit carter. Turbine, telle qu’une turbine basse pression (7), comprenant l’ensemble de turbomachine selon la revendication précédente. Turbomachine comportant au moins une turbine (7) selon la revendication précédente.