INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Lorsque l’on remplit les fentes (non visibles sur les figures) du réceptacle 10 d’éléments conducteurs (non visibles sur les figures), une liaison électrique se créé entre les faces des cellules C 11 , C 21 , C 31 d’une même colonne, ainsi qu’avec les faces des cellules C 1 2 , C 2 2 , C 3 2 d’une colonne adjacente. Cela se traduit dans cet exemple par une mise en parallèle des cellules C 11 , C 21 , C 31 d’une même colonne, et d’une mise en série des cellules C 11 et C 1 2 (resp. C 2 1 et C 22, C 3 1 et C 32 ) de deux colonnes consécutives.
Dans une région inférieure des colonnes de cellules, l’élément obturateur 150 est ici sous forme d’une trappe composée d’au moins une pièce conductrice. L’élément obturateur 150 peut ainsi servir ici à la fois de paroi de fond au réceptacle 10 et à réaliser une connexion électrique. Par exemple cette pièce conductrice est prévue pour relier électriquement des rangées voisines d’amas conducteurs voir des amas conducteurs reliés à des colonnes de cellules distinctes voisines et juxtaposées.
L’élément obturateur 150 peut être mis en position ouverte par exemple en faisant pivoter la trappe autour d’une charnière, afin de libérer la sortie d’évacuation 51 et pouvoir libérer les disques conducteurs de la colonne ( ).
Certaines cellules électrochimiques disposent de leurs pôles négatif et positif sur une même face. Dans ce cas, on prend typiquement soin d’ajouter une pièce isolante, par exemple un film isolant ou une couche isolante, afin de ne pas court-circuiter les deux bornes d’une même cellule avec un même amas d’éléments conducteurs.
Procédé de désassemblage d’un assemblage membrane-électrodes d’une pile à combustible La présente invention concerne le domaine du recyclage des piles à combustible. Plus précisément, elle concerne un procédé de désassemblage d’un assemblage membrane-électrodes (connu sous l’acronyme « AME ») d’une pile à combustible à membrane d’échange de protons connue selon l’acronyme anglais PEMFC (« Proton Exchange Membrane Fuel Cell »).
Le principe de fonctionnement d’une pile PEMFC repose sur la conversion de l’énergie chimique en énergie électrique par réaction catalytique d’un combustible, généralement l’hydrogène, et d’un oxydant, généralement l’oxygène. La réaction catalytique est opérée dans une cellule. Une pile PEMFC comprend au moins une cellule.
Comme représenté en illustrant un exemple d’assemblage membrane-électrodes, chaque cellule comprend un assemblage membrane-électrodes 10 comportant une couche anodique 35 et une couche cathodique 38, séparées et portées par un électrolyte sous la forme d’une membrane d’échange de protons 40 généralement à base de polymère. Les couches anodique 35 et cathodique 38 comportent chacune un catalyseur et sont le lieu des réactions électrochimiques anodique et cathodique. L’assemblage membrane-électrodes comporte en outre de part et d’autre de la membrane des couches de diffusion de gaz (GDL pour « Gas Diffusion Layer » en langue anglaise) anodique 45 et cathodique 48 disposées respectivement du côté de la couche anodique 35 et de la couche cathodique 38 par rapport à la membrane. Les couches de diffusion de gaz anodique 45 et cathodique 48 collectent le courant électrique et permettent l’alimentation en gaz réactif, et l’élimination de l’eau et de la chaleur produites au sein de l’assemblage membrane-électrode. L’assemblage membrane-électrode peut en outre comporter un renfort et/ou un joint 30 afin d’assurer l’étanchéité de l’AME au combustible et à l’oxydant.
Plusieurs types d’AME sont connus.
L’assemblage membrane-électrode peut être de type « CCM », acronyme anglais de « Catalyst Coated Membrane ». Un AME de type CCM est obtenu par dépôt des couches anodique et cathodique de part et d’autre de la membrane d’échange de protons, les couches de diffusion de gaz étant ensuite disposées sur les couches anodique et cathodique.
Un autre assemblage membrane-électrode connu est de type « CCB », acronyme anglais de « Catalyst Coated Backing ». Un AME de type CCB est obtenu par dépôt d’une couche anodique ou d’une couche cathodique sur les couches de diffusion de gaz. Cet ensemble est appelé « GDE », acronyme anglais de « Gas Diffusion Electrode ». Une GDE anodique et une GDE cathodique sont ensuite appliquées de part et d’autre de la membrane d’échange de protons. Un pressage à chaud de l’AME est nécessaire pour assurer un assemblage efficace entre les couches de diffusion de gaz et la membrane.
De retour à la , la canalisation 270 comprend également, dans l’exemple représenté, une embase 320. Cette embase 320 est placée à l’extérieur de la virole externe 152. Elle est superposée à l’embase 296 de l’enveloppe périphérique 280 et est fixée, typiquement vissée, à la face externe 221 de la virole externe 152. Elle est interposée entre le conduit 272 et le raccord externe 274.
Cette embase 320 permet le maintien en place de la canalisation 270 relativement au carter inter-turbines 94.
La canalisation 270 est avantageusement formée d’une pièce. Elle est typiquement en métal, par exemple en nickel.
Grâce aux caractéristiques du mode de réalisation décrit ci-dessus, les risques de fuite d’huile conduisant à un embrasement du carter 94 sont réduits. L’étanchéité de la servitude 218 est en effet renforcée du fait de la présence de l’enveloppe périphérique 280. De plus, la servitude 218 s’adapte aux dilatations différentielles et aux déplacements différentiels rencontrés dans le carter 94, et les vibrations inhérentes à la turbomachine 12 en fonctionnement se transmettent moins facilement à la servitude 218, ce qui réduit les risques de rupture ou de fissuration conduisant à des fuites.
En outre, le montage de la servitude 218 est facilité. L’enveloppe périphérique 280 peut en effet être facilement insérée à travers les orifices traversants 222, 208 depuis l’extérieur vers l’intérieur grâce, notamment, aux différences de diamètres entre lesdits orifices 222, 208 et au diamètre réduit du tube 282. De plus, la canalisation 270 peut être facilement insérée dans l’enveloppe périphérique 280 du fait que seuls ses rebords 300, 302 se retrouvent en contact contre la paroi interne de ladite enveloppe 280, lesdits rebords 300, 302 permettant un coulissement de la canalisation 270 à l’intérieur de l’enveloppe 280 tout en assurant l’étanchéité.
On notera que, bien que l’invention ait été décrite en lien avec une turbomachine à double corps, elle n’est aucunement limitée à une telle turbomachine et s’étend à toute turbomachine, par exemple à simple ou triple corps. Lorsque la turbomachine est à simple corps, la description du carter inter-turbines 94 s’applique à un carter de sortie de turbine. Lorsque la turbomachine comprend plus de deux corps, le carter inter-turbines 94 est interposé entre deux turbines de l’ensemble turbine 96 immédiatement adjacentes, c’est-à-dire agencées l’une immédiatement à la suite de l’autre, sans autre turbine interposée entre elles. Ces turbines incluent une turbine amont et une turbine aval, la turbine amont étant constituée par la turbine haute pression 42, c’est-à-dire par la première turbine rencontrée par les gaz d’échappement en sortie de la chambre de combustion 24.
On notera également que, bien que l’invention ait été décrite en lien avec une servitude 218 destinée à la circulation d’une huile de lubrification, elle n’est aucunement limitée à une telle servitude et s’étend à toute servitude destinée à la circulation d’un fluide de lubrification, quelle que soit la nature dudit fluide de lubrification.
ENSEMBLE DE TUBOMACHINE MUNI D’UNE VIROLE MONOBLOC DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui des viroles de turbomachine telle qu’un turboréacteur pour aéronef.
La présente invention concerne plus particulièrement une virole à structure monobloc reliée à une rangée d’aubes fixes.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Classiquement, une virole de turbomachine est une pièce circulaire, de grand diamètre, montée à l’interface de nombreux composants d’une turbine ou d’un compresseur de turbomachine et qui doit satisfaire un grand nombre de fonctions liées à ces composants.
Tel que représenté à la , un ensemble de turbine ou de compresseur de turbomachine 10 selon l’état de la technique comprend : une virole annulaire 20 d’axe X délimitée selon un axe radial R perpendiculaire à l’axe X, par une surface inférieure 22 et une surface supérieure 24 et comprenant : une partie amont 210A circulaire comportant une pluralité d’interfaces de liaison 212A formant chacune une bride (seulement une interface de liaison 212A est visible à la figure 1), une partie aval 210B opposée axialement à la partie amont 210A et comportant une pluralité d’interfaces de liaison 212B formant chacune une bride (seulement une interface de liaison 212B est visible à la figure 1), et une pluralité de liaisons boulonnées 220, de type vis – boulon, chacune reliant l’une des interfaces de liaison 212A de la partie amont 210A avec l’une des interfaces de liaison 212B de la partie aval 210B de la virole annulaire 20 (seulement une liaison boulonnée 220 est visible à la figure 1), au moins une rangée d’aubes mobiles 40, chaque aube mobile 40 étant délimitée radialement par une extrémité inférieure 42 et une extrémité supérieure 44 en regard de la surface inférieure 22 de la partie amont 210A de la virole annulaire 20 et espacée radialement de manière à définir un jeu radial J entre la partie amont 210A de la virole annulaire 20 et l’aube mobile 40, et au moins une rangée d’aubes fixes 50, chaque aube fixe 50 étant délimitée radialement par une extrémité inférieure 52 et une extrémité supérieure 54 solidaire de la surface inférieure 22 de la partie aval 210B de la virole annulaire 20.
Un tel ensemble de turbomachine 10 présente un nombre important de pièces ce qui implique une masse relativement élevée et ce qui complexifie le bon positionnement des pièces les unes par rapport aux autres, notamment le positionnement des parties amont 210A et aval 210B de la virole annulaire 20 l’une par rapport à l’autre.
Un ensemble de turbomachine 10, tel que représenté à la , propose une solution à cette problématique en remplaçant la virole annulaire 20 en deux parties 210A, 210B par une virole annulaire 20 à structure monobloc réalisée en une seule pièce. Une telle modification de la géométrie de la virole annulaire 20 permet de supprimer les interfaces de liaison 212A, 212B des parties amont 210A et aval 210B de la virole annulaire 20 ainsi que les deux liaisons boulonnées 220. Cela entraîne une réduction du nombre total de pièces de l’ensemble de turbomachine 10 et donc un gain de masse important et une simplification du positionnement des pièces les unes par rapport aux autres. Une telle virole annulaire 20 monobloc est réalisée par un procédé de fabrication additive, appelé aussi impression 3D (3 dimensions), par exemple par fusion laser sur lit de poudre.
Cependant, il a été constaté que la virole annulaire 20 monobloc présente une rigidité moins importante pouvant provoquer une variation du jeu radial J entre la virole annulaire 20 et les aubes mobiles 40 lors du fonctionnement de la turbomachine ce qui impacte ses performances en diminuant son rendement.
Par conséquent, tel que représenté à la , un ensemble de turbomachine 10 muni d’une virole annulaire 20 monobloc requiert l’ajout d’une partie en relief 30 présentant une géométrie améliorant la rigidité tel que des nervures ou des formes triangulaires, agencée sur la surface supérieure 24 de la virole annulaire 20 pour augmenter la raideur de la virole annulaire 20. L’augmentation de la raideur de la virole permet de minimiser la variation du jeu radial J entre la virole annulaire monobloc 20 et l’aube mobile 40 lors du fonctionnement de la turbomachine. Néanmoins, l’ajout de la partie en relief 30 implique une augmentation de la masse de la virole annulaire 20 monobloc alors que l’objectif de l’utilisation d’une virole annulaire monobloc réalisée en une seule pièce est le gain de masse. Il existe donc un besoin d’optimisation du ratio de la raideur de la virole annulaire 20 sur la masse de la virole annulaire 20.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en modifiant la géométrie de la virole annulaire monobloc de sorte à augmenter le temps de réponse thermique de la virole annulaire monobloc tout en optimisant la réduction de la masse de l’ensemble de turbine ou de compresseur de turbomachine et en préservant les performances de la turbomachine.
La virole amont 174 présente des orifices traversant amont 210 débouchant dans l’espace intercalaire 206, en particulier dans la portion externe 207 de ce dernier, et dans une face amont 211 du corps 166 pour permettre la circulation d’un flux d’air destiné à l’alimentation de la purge (non représentée) de la turbine haute pression 42. La virole aval 176 présente également des orifices traversant aval 212 débouchant dans l’espace intercalaire 206, en particulier dans la portion externe 207 de ce dernier, et dans une face aval 213 du corps 166 pour permettre la circulation d’un flux d’air destiné à l’alimentation d’un injecteur 214 pour l’alimentation du rotor basse pression 74.
Dans l’exemple représenté, le moyeu 150 comprend également une virole interne 215 disposée en amont du support de palier 160. Cette virole interne 215 est annulaire et centrée sur l’axe X. La virole interne 215 présente une rainure annulaire 216 orientée axialement et dans laquelle est enchâssée la collerette 172.
Ici et dans la suite, on entend par « rainure orientée axialement » une rainure débouchante à l’une de ses extrémités axiales.
La virole externe 152 présente une forme annulaire de plus grand diamètre interne que le diamètre externe du moyeu 150. Il est coaxial au moyeu 150 et s'étend autour du moyeu 150 à distance de celui-ci.
La virole externe 152 comprend une paroi annulaire présentant une face interne 220 orientée vers l'axe X et une face externe 221 opposée à la face interne 220.
Comme visible sur les Figures 5 et 6, la virole externe 152 présente des orifices traversants 222, 223, radiaux, débouchant chacun dans les faces interne 220 et externe 221.
Ces orifices traversants 222, 223 comprennent au moins un orifice traversant primaire 222 ( ) pour le passage d’une servitude d’huile 218 destinée à la lubrification des paliers 104, 108 portés par le support de palier 160. Cet orifice traversant primaire 222 est aligné radialement avec le ou un des orifice(s) traversant(s) radial (radiaux) 209 ménagé dans la virole intermédiaire 179. Il présente un diamètre supérieur à celui dudit orifice traversant radial 209 avec lequel il est aligné.
Ici, les orifices traversants 222, 223 comprennent également au moins un orifice traversant secondaire 223 ( ) raccordé fluidiquement à une servitude d’air 219 pour le refroidissement de l’ensemble distributeur 142 et l’alimentation en air du moyeu 140 et du rotor basse pression 74 via l’injecteur 214.
De retour à la , chaque bras structural 154 s'étend radialement depuis la face externe 203 du moyeu 150 jusqu'à la face interne 220 de la virole externe 152.
Chaque bras 154 comprend une tête 224 en contact avec la face externe 203 du moyeu 150, un pied 225 en appui contre la face interne 220 de la virole externe 152, et une tige 226 s'étendant radialement depuis la tête 224 jusqu’au pied 225, ladite tige 226 s’étendant à travers l’ensemble distributeur 142.
La tête 224 est fixée au corps 166, ici au moyen d’un goujon 227. Elle est en particulier logée dans l’espace intercalaire 206, plus particulièrement dans sa portion externe 207, et en contact avec la virole amont 174 et la virole aval 176.
Le pied 225 est fixé à la virole externe 152, ici au moyen d’un pion de reprise d’effort 228 s’étendant à travers la virole externe 152 et engagé dans le pied 225. Ce pion 228 est maintenu en place par une plaquette 229A rapportée sur la face externe 222 de la virole externe 152 et fixée à la virole externe 152 par une vis 229B.
La tête 224 présente une extension axiale supérieure à celle de la tige 226. En d’autres termes, la tête 224 fait saillie par rapport à la tige 226 parallèlement à l’axe longitudinal X. La tête 224 déborde axialement par rapport à la tige 226 vers l’amont et vers l’aval.
Comme visible sur la , chaque bras 154 est plein.
De retour à la , l’ensemble distributeur 142 comprend une pluralité d’aubages 230 intercalés entre le moyeu 150 et la virole externe 152.
En référence à la , chaque aubage 230 comprend une plateforme intérieure 232, une plateforme extérieure 234 et une pale 236 s'étendant radialement entre les plateformes intérieure et extérieure 232, 234 et fixée à celles-ci. En variante (non représentée), plusieurs pales 236 s'étendent entre les plateformes intérieure et extérieure 232, 234 d'un même aubage 230.
Le premier palier 100 est typiquement un palier « de butée », c'est-à-dire qu'il est capable de transmettre les efforts axiaux exercés (vers l'aval) sur l'arbre basse pression 34 au carter d’entrée 90. Plus précisément, le premier palier 100 est capable de supporter à la fois des efforts radiaux et des efforts axiaux s'exerçant sur l'arbre basse pression 34. A cet effet, le premier palier 100 comprend par exemple une bague intérieure (non représentée) fixée sur l'arbre basse pression 34, une bague extérieure (non représentée) fixée sur le carter d’entrée 90 et des billes ou des rouleaux coniques (non représentés) disposés entre la bague intérieure et la bague extérieure.
Chacun des deuxième et troisième paliers 102, 104 est capable de supporter des efforts radiaux s'exerçant sur l'arbre basse pression 34 tout en autorisant un certain déplacement axial de l'arbre basse pression 34 par rapport au carter inter-compresseurs 92 et au carter inter-turbines 94. Cela signifie que les deuxième et troisième paliers 102, 104 ne transmettent aucun effort axial s'exerçant sur l'arbre basse pression 34 aux carters 92, 94. A cet effet, chacun des deuxième et troisième paliers 102, 104 est par exemple constitué d'un palier à rouleaux.
Les paliers haute pression 106, 108 comprennent, dans l’exemple représenté, un palier amont 10, disposé entre l'arbre haute pression 44 et le carter inter-compresseurs 92, à proximité de l'extrémité amont de l'arbre haute pression 44, et un palier aval 108, disposé entre l'arbre haute pression 44 et le carter inter-turbine 94, à proximité de l'extrémité aval de l'arbre haute pression 44.
Le palier amont 106 est ici un palier « de butée », c'est-à-dire qu'il est capable de transmettre les efforts axiaux exercés (vers l'aval) sur l'arbre haute pression 44 au carter inter-compresseurs 92. Plus précisément, le palier amont 106 est capable de supporter à la fois des efforts radiaux et des efforts axiaux s'exerçant sur l'arbre basse pression 44. A cet effet, le palier amont 106 comprend par exemple une bague intérieure (non représentée) fixée sur l'arbre haute pression 44, une bague extérieure (non représentée) fixée sur le carter inter-compresseurs 92 et des billes ou des rouleaux coniques (non représentés) disposés entre la bague intérieure et la bague extérieure.
Quant au palier aval 108, il est capable de supporter des efforts radiaux s'exerçant sur l'arbre haute pression 44 tout en autorisant un certain déplacement axial de l'arbre haute pression 44 par rapport au carter inter-turbines 94. Cela signifie que le palier aval 108 ne transmet aucun effort axial s'exerçant sur l'arbre haute pression 44. A cet effet, le palier aval 108 est par exemple constitué d'un palier à rouleaux.
En variante (non représentée), le troisième palier 104 et/ou le palier aval 108 est un palier « de butée ». Le cas échéant, le premier palier 100, respectivement le palier amont 106, autorise un certain déplacement axial de l'arbre basse pression 34, respectivement de l’arbre haute pression 44, par rapport au carter d’entrée 90.
Dans l’exemple représenté, le corps basse pression 20, le corps haute pression 22, la chambre de combustion 24, la tuyère d'échappement des gaz 26, le carter d’entrée 90, le carter inter-compresseurs 92 et le carter inter-turbines 94 sont logés dans une nacelle 110, et la turbomachine 12 comprend une soufflante 112 pour entraîner le flux d'air dans la veine de circulation interne 59 et dans une veine de circulation externe 114 entourant la nacelle 110. On distingue ainsi un flux d’air primaire A (chaud), constitué par la portion du flux d’air entraînée dans la veine de circulation interne 59, et un flux d’air secondaire B (froid), constitué par la portion du flux d’air entraînée dans la veine de circulation externe 114.
Cette soufflante 112 comprend un disque de soufflante 116 pourvu d'aubes de soufflante 118 à sa périphérie qui, lorsqu'elles sont mises en rotation, entraînent le flux d'air dans la veine de circulation interne 59 et dans la veine de circulation externe 114.
La veine de circulation externe 114 est ici définie entre la nacelle 110 et un carter de soufflante 120 entourant la soufflante 112. Le carter de soufflante 120 comprend un redresseur 122 constitué d'une série d'aubes fixes 124, disposées en aval des aubes 118 de la soufflante 112, à l’extérieur du carter moteur 110, et ayant pour fonction de redresser le flux d’air secondaire B.
La soufflante 112 est entraînée en rotation par la turbine basse pression 32, par l'intermédiaire de l'arbre basse pression 34.
Dans l’exemple représenté, cet entraînement est indirect, afin de permettre à la soufflante 112 de tourner à une vitesse inférieure à celle de la turbine basse pression 34. A cet effet, la turbomachine 12 comprend ici un arbre de soufflante 126 sur lequel le disque de soufflante 116 est monté fixe et un réducteur 128 couplant l'arbre de soufflante 126 à l'arbre basse pression 34. La soufflante 112 est ainsi entraînée en rotation par l'arbre basse pression 34 par l'intermédiaire du réducteur 128 et de l'arbre de soufflante 126.
Le réducteur 128 est fixé sur le carter d'entrée 90.
L'arbre de soufflante 126 est supporté par un palier amont d'arbre de soufflante 130 et un palier aval d'arbre de soufflante 132. Chaque palier 130, 132 est disposé entre l'arbre de soufflante 126 et le carter d'entrée 90. Le palier aval 132 est ici un palier « de butée », c'est-à-dire qu'il est capable de transmettre au carter d'entrée 90 les efforts axiaux exercés (vers l'amont) par la soufflante 112 sur l'arbre de soufflante 126.
La turbomachine 12 est une turbomachine à haute performance dans laquelle la température des gaz en sortie de la turbine haute pression 42 est élevée.
La turbomachine 12 est typiquement un turboréacteur à double flux, avantageusement à taux de dilution (en anglais « bypass ratio ») élevé, le taux de dilution étant défini comme le rapport entre le débit du flux secondaire B (froid) et le débit du flux primaire A (chaud).
En référence à la , le carter inter-turbines 94 comprend un ensemble structurel 140 pour la reprise des efforts radiaux (et, le cas échéant, axiaux) supportés par les paliers 104, 108. Il comprend également un ensemble distributeur 142 définissant une partie 144 ( ) de la veine de circulation de gaz 59.
L’ensemble structurel 140 comprend un moyeu 150, une virole externe 152, et un ensemble de bras structuraux 154 répartis autour de l’axe longitudinal X reliant le moyeu 150 à la virole externe 152.
Le moyeu 150 s'étend autour de l'axe longitudinal X.
En référence à la , le moyeu 150 comporte un support de palier 160 et deux enceintes de palier 162, 164. En variante (non représentée), le moyeu 150 comporte une unique enceinte de palier 162.
Chaque enceinte de palier 162, 164 est globalement annulaire et centrée sur l’axe longitudinal X.
Les enceintes de palier 162, 164 comprennent une enceinte de palier amont 162, laquelle constitue la bague extérieure du palier aval 108, et une enceinte de palier aval 164 constituant la bague extérieure du troisième palier 104.
Chaque enceinte de palier 162, 164 contient un produit lubrifiant, typiquement une huile, pour lubrifier le palier. Ce produit lubrifiant est pressurisé par recirculation d’un air de refroidissement passant au centre du rotor haute pression 84 (technique dite du « bore cooling »).