EP4511567A1

EP4511567A1 - Échangeur de chaleur air-huile comprenant des couloirs pariétaux divergents

Info

Publication number: EP4511567A1
Application number: EP23719785.0A
Authority: EP
Inventors: Rémy Henri Pierre PRINCIVALLE
Original assignee: Safran Aero Boosters SA
Current assignee: Safran Aero Boosters SA
Priority date: 2022-04-20
Filing date: 2023-04-20
Publication date: 2025-02-26
Also published as: EP4511569A1; CN119053776A; CN119053775A; WO2023203122A1; BE1030462B1; WO2023203121A1; EP4511568A1; BE1030462A1; WO2023203118A1; CN119053777A

Abstract

L'invention concerne un échangeur (40) de chaleur air/huile disposé dans une veine (16). L'échangeur (40) comprend des couloirs pariétaux internes (60) et/ou des couloirs pariétaux externes (62) et des couloirs centraux (64), la hauteur radiale (H60, H62) des couloirs pariétaux internes et/ou externes augmentant de l'entrée (40.1) de l'échangeur (40) à sa sortie (40.2).

Description

ÉCHANGEUR DE CHALEUR AIR-HUILE COMPRENANT DES COULOIRS PARIÉTAUX DIVERGENTS

L’invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur de turbomachine. Plus précisément, l’invention propose un échangeur de chaleur air/huile de turbomachine.

Art antérieur

Dans une turbomachine (turboréacteur), il est généralement nécessaire de refroidir l’huile du circuit de lubrification. L’air froid étant abondant lors d’un vol, un ou plusieurs échangeur(s) de chaleur sont généralement disposés dans la turbomachine pour refroidir l’huile au moyen d’un flux d’air.

Les documents EP 3 674 531 A1 et EP 3 696 389 A1 décrivent des échangeurs air/huile pour aéronefs. Ces échangeurs comprennent des couloirs intérieurs parcourus par l’air et des cloisons dont certaines sont creuses pour être parcourues par l’huile. Ces échangeurs ont une forme générale visant à faciliter l’écoulement du flux d’air autour et dans l’échangeur.

En effet, outre sa fonction de refroidissement de l’huile, le flux d’air qui traverse l’échangeur a également pour fonction de générer une poussée pour l’aéronef et il est donc important de limiter les pertes dues au frottement de ce flux sur/dans l’échangeur.

S’il est tentant de prévoir de grandes surfaces d’échange de chaleur (pour augmenter l’efficacité de l’échange), de grandes surfaces d’échange de chaleur créent autant de frottement avec l’air, ce qui vient diminuer la poussée, ou nécessite plus d’énergie (et de consommation) pour obtenir une poussée donnée.

Les frottements de surface étant proportionnels au carré de la vitesse, il est aussi possible de chercher à limiter les frottements en ralentissant le flux d’air. Les contraintes d’encombrement des échangeurs font que le taux de ralentissement est limité : pour diminuer les pertes dues au frottement, on est tenté de diminuer fortement la vitesse mais au-delà d’un certain taux de ralentissement, la perte de pression du flux devient supérieure à ce que le ralentissement permettrait de gagner sur les frottements.

Il y a donc un point de fonctionnement optimal, pour une vitesse qui n’est ni trop faible (pertes de pression dues à la décélération), ni trop élevée (pertes de pression dues aux frottements).

Cet optimum est illustré sur la : la perte de pression est illustrée en fonction de la vitesse du flux, la perte étant la somme de la perte (courbe décroissante en trait plein) due à la décélération et de la perte (courbe croissante en pointillés) due aux frottements.

Ces courbes représentent la vue globale sur le flux en entier mais la vitesse du flux et la pression totale du flux n’est pas homogène sur toute la hauteur radiale du flux.

La illustre ces variations : en pointillés est illustrée la variation de la vitesse axiale et en trait continu la variation de pression totale ; l’axe des ordonnées représente la hauteur radiale.

La vitesse et la pression totale du flux varient mais sont surtout notablement inférieures au voisinage des parois radialement interne et externe qui délimitent le flux d’air. Puisque le débit dans chaque couloir de l’échangeur est proportionnel à la différence entre la pression totale en entrée de l’échangeur et la pression statique en sortie de l’échangeur, et que la pression statique en sortie de l’échangeur est homogène (condition limite), le débit dans les couloirs radialement à l’intérieur ou à l’extérieur est bien plus faible que le débit dans les couloirs au milieu de la veine d’air.

Ainsi, dans les échangeurs connus, le débit global du flux va essentiellement se diriger au centre de l’échangeur et les couloirs radialement intérieur et extérieur recevront peu de débit d’air et seront donc peu efficace en échange de chaleur.

Partant du constat fait ci-dessus par les inventeurs de la présente invention, une marge d’amélioration est mise en évidence pour la conception des échangeurs. Ainsi, la présente invention vise à proposer un échangeur de chaleur qui optimise le compromis entre pertes aérodynamiques et efficacité de l’échange thermique.

L’invention a pour objet un échangeur de chaleur air/huile comprenant une paroi radialement interne, une paroi radialement externe, et des cloisons dont certaines sont creuses et parcourues par l’huile, les cloisons et les parois délimitant des couloirs parmi lesquels des couloirs pariétaux délimités par les parois et les cloisons attenantes, et des couloirs centraux à distance des parois et délimités uniquement par les cloisons, les couloirs permettant au flux d’air de traverser l’échangeur, remarquable en ce que la hauteur radiale des couloirs pariétaux augmente de façon monotone de l’entrée de l’échangeur à sa sortie.

Cette conception joue en particulier sur l’aspect d’augmentation du débit des couloirs pariétaux et donc de l’homogénéité des vitesses en entrée de l’échangeur.

Selon un mode avantageux de l’invention, à l’entrée de l’échangeur, les couloirs pariétaux internes et/ou externes ont une hauteur radiale inférieure à la hauteur radiale des couloirs centraux, et préférentiellement la hauteur des couloirs pariétaux internes et/ou externes y est moitié moindre que celle des couloirs centraux.

Une telle réduction permet d’aspirer la couche limite (au niveau des parois en entrée de l’échangeur) avec les couloirs pariétaux. Cela augmente la vitesse en entrée de l’échangeur au niveau des couloirs pariétaux et rend donc le champ des vitesses d’entrée plus homogène.

Selon un mode avantageux de l’invention, à la sortie de l’échangeur, les couloirs pariétaux internes et/ou externes ont une hauteur radiale supérieure à la hauteur radiale des couloirs centraux, et préférentiellement la hauteur des couloirs pariétaux internes et/ou externes y est environ le double de celle des couloirs centraux.

Selon un mode avantageux de l’invention, sur une portion radialement centrale de l’échangeur, certaines cloisons concentriques ou perpendiculaires à un rayon de la turbomachine ont une extrémité amont disposée en aval de l’entrée de l’échangeur, préférentiellement éloignée de l’entrée de l’échangeur d’une distance d’au moins 20% de la longueur de l’échangeur.

Ceci permet en particulier de réduire les frottements dès l’entrée de l’échangeur (en comparaison d’un échangeur avec toutes les cloisons qui s’étendent de son entrée à sa sortie). Comme l’augmentation de la section des couloirs et/ou de l’échangeur visant à réduire la vitesse du flux et donc les frottements n’est pas effective dès l’entrée de l’échangeur, cette technique de retrait des extrémités amont est avantageuse : elle fait disparaître certaines zones de frottement pour qu’un gain en frottement soit obtenu sur toute la longueur de l’échangeur.

Selon un mode avantageux de l’invention, dans la portion radialement centrale et selon une direction radiale, une cloison sur deux a une extrémité amont coïncidant avec l’entrée de l’échangeur, et une cloison sur deux a une extrémité amont en aval de l’entrée de l’échangeur.

Ce ratio d’une cloison sur deux est un bon compromis pour à la fois réduire les frottements et conserver une surface d’échange de chaleur importante. Cela permet également de stabiliser le ralentissement dans cette première zone en entrée de l’échangeur. Accessoirement, le ratio d’un sur deux évite de pénaliser la tenue structurelle de l’échangeur.

Selon un mode avantageux de l’invention, la portion radialement centrale s’étend sur une hauteur d’environ deux tiers de la hauteur de l’échangeur en son entrée. En dehors de cette zone centrale, les cloisons s’étendent toutes depuis l’entrée de l’échangeur.

Selon un mode avantageux de l’invention, dans une portion aval de l’échangeur, la paroi radialement interne est concave et se rapproche de la paroi radialement externe. Cette concavité permet une accélération locale qui engendre une diminution de la pression statique en sortie et augmente ainsi le débit dans le couloir pariétal interne. Alternativement ou en complément, une concavité du même type peut être prévue sur la paroi radialement externe.

Selon un mode avantageux de l’invention, la hauteur de l’échangeur augmente depuis son entrée jusqu’à une hauteur maximale à environ deux tiers de la longueur de l’échangeur puis diminue. Cette divergence progressive permet de globalement ralentir le flux d’air pour améliorer l’échange de chaleur.

Selon un mode avantageux de l’invention, la longueur de l’échangeur est environ le triple de sa hauteur maximale.

Selon un mode avantageux de l’invention, l’échangeur comprend un plan d’entrée et un plan de sortie qui forment entre eux un angle compris entre 5 et 15°. Les plans d’entrée et de sortie sont définis par les extrémités amont et aval des cloisons. Lorsque certaines cloisons sont en retrait de l’entrée, le plan d’entrée est défini par les cloisons formées le plus en amont.

Selon un mode avantageux de l’invention, des cloisons parmi les cloisons creuses ou pleines sont planes et agencées radialement.

Selon un mode avantageux de l’invention, des cloisons parmi les cloisons creuses ou pleines sont courbes et concentriques, ou sont planes et perpendiculaires à un rayon respectif de la turbomachine.

L’invention porte également sur un échangeur de chaleur air/huile comprenant une paroi radialement interne, une paroi radialement externe, et des cloisons dont certaines sont creuses et parcourues par l’huile, les cloisons et les parois délimitant des couloirs parmi lesquels des couloirs pariétaux délimités par les parois et les cloisons attenantes, et des couloirs centraux à distance des parois et délimités uniquement par les cloisons, les couloirs permettant au flux d’air de traverser l’échangeur, remarquable en ce qu’à l’entrée de l’échangeur, les couloirs pariétaux internes et/ou les couloirs pariétaux externes ont une hauteur radiale inférieure à la hauteur radiale des couloirs centraux, et préférentiellement la hauteur des couloirs pariétaux internes et/ou externes y est moitié moindre que celle des couloirs centraux.

Les différents détails des modes de réalisation avantageux exposés ci-dessus s’appliquent également à cet échangeur-ci.

L’invention porte également sur un échangeur de chaleur air/huile comprenant une paroi radialement interne, une paroi radialement externe, et des cloisons dont certaines sont creuses et parcourues par l’huile, les cloisons et les parois délimitant des couloirs parmi lesquels des couloirs pariétaux délimités par les parois et les cloisons attenantes, et des couloirs centraux à distance des parois et délimités uniquement par les cloisons, les couloirs permettant au flux d’air de traverser l’échangeur, remarquable en ce sur une portion radialement centrale de l’échangeur, certaines cloisons concentriques ou perpendiculaires à un rayon de la turbomachine ont une extrémité amont disposée en aval de l’entrée de l’échangeur, préférentiellement éloignée de l’entrée de l’échangeur d’une distance d’au moins 20% de la longueur de l’échangeur.

L’invention porte enfin sur une turbomachine comprenant une veine d’air dans laquelle est agencée un échangeur de chaleur air/huile, remarquable en ce que l’échangeur est conforme à l’un des modes de réalisation exposés ci-dessus, et un rotor est agencé en amont de ou dans la veine d’air, en amont de l’échangeur.

Selon un mode avantageux de l’invention, un redresseur est agencé en aval du rotor et en amont de l’échangeur, éventuellement positionné dans la veine d’air.

Selon un mode avantageux de l’invention, directement en aval de l’échangeur, la hauteur de la veine d’air diminue sur une distance d’au moins 30% de la longueur de l’échangeur. Cette concavité ou convergence au-delà de l’échangeur permet de réaccélérer le flux d’air après son passage dans l’échangeur.

Selon un mode avantageux de l’invention, le flux d’air a une direction principale qui est inclinée d’un angle d’environ 20° avec l’axe de la turbomachine. Cela permet notamment de démultiplier les effets de divergence des couloirs sans augmenter leur hauteur (puisque l’éloignement de l’axe va influer sur la largeur circonférentielle des couloirs).

Avantages additionnels

De manière générale, chacun des détails des modes de réalisation décrits ci-dessus agit localement sur un mécanisme (pression, vitesse, débit, amont, aval, etc.). Chacun des détails peut être considéré seul ou combiné à l’un ou plusieurs des autres détails. Ils visent tous, à différents degrés, à obtenir un échange de chaleur efficace sans entraver la poussée générée par le flux d’air.

En effet, l’invention permet d’augmenter l’échange de chaleur tout en limitant les pertes de charge de l’écoulement d’air. Dans le contexte d’un refroidisseur d’huile de turboréacteur, cette solution devient particulièrement pertinente puisque la source froide est à très basse température en plus d’être disponible en grande quantité.

Certains détails jouent sur l’augmentation du débit dans les couloirs pariétaux ou sur l’augmentation de la décélération du diffuseur en amont de l’échangeur, en augmentant, via la géométrie de l’échangeur, la vitesse d’entrée à la paroi.

D’autres jouent sur la diffusion interne à l’échangeur qui augmente l’échange thermique en limitant les pertes de frottement.

L’invention permet également de répartir de manière plus uniforme le débit dans les différents couloirs d’échange thermique sur la hauteur de l’échangeur ; de ralentir au maximum la vitesse du flux d’air dans les couloirs ; et/ou de limiter les surfaces de frottement dans les zones de plus fortes vitesses (la courbe en trait plein de la est décalée vers la gauche et le point de pertes minimum est décalé vers la gauche et vers le bas).

L’invention est également structurellement rigide, simple et compacte, fiable, et commode d’entretien.

Description des dessins

La représente un graphique de pertes de pression en fonction de la vitesse ;

La illustre le profil de vitesses et de pressions sur la hauteur radiale ;

La représente une turbomachine selon l’invention ;

Les figures 4 et 5 illustrent deux motifs possibles pour l’échangeur ;

La montre une vue en coupe longitudinale de l’échangeur.

Dans la description qui va suivre, les termes « interne » et « externe » renvoient à un positionnement par rapport à l’axe de rotation d’une turbomachine axiale. La direction axiale correspond à la direction le long de l’axe de rotation de la turbomachine. La direction radiale est perpendiculaire à l’axe de rotation. L’amont et l’aval sont en référence au sens d’écoulement principal du flux dans la turbomachine.

Les figures 1 et 2 sont discutées plus haut.

La illustre un exemple d’une turbomachine 2 selon l’invention. Une hélice 4 solidaire d’un moyeu 6 tourne autour d’un axe longitudinal 14.

La turbomachine 2 évolue dans un flux d’air F dont le mouvement relatif à la turbomachine 2 est généré par la rotation de l’hélice 4 et l’avancement de l’aéronef sur laquelle la turbomachine 2 est montée.

Le flux d’air F est séparé par un premier bec de séparation 8 en un flux d’air radialement interne F’ et un flux d’air radialement externe F2, dit flux secondaire.

Le flux d’air radialement interne F’ traverse une roue mobile 12 qui dirige ce dernier vers un deuxième bec de séparation 10 apte à séparer le flux d’air radialement interne F’ en un flux primaire F1 et un flux tertiaire F3, ce dernier étant distinct du flux secondaire F2.

Le premier bec de séparation 8 initie une paroi interne 11 d’un carter 30 formant une paroi de guidage externe 11 pour le flux tertiaire F3. Le deuxième bec de séparation 10 initie une paroi externe 13 d’un carter 32 formant une paroi de guidage interne 13 du flux tertiaire F3. Les parois 11 et 13 délimitent une veine de flux tertiaire 16.

Dans cet exemple, le flux tertiaire F3 traverse un échangeur de chaleur 40 disposé dans la veine de flux tertiaire 16.

La turbomachine 2 comprend en outre un optionnel redresseur (non illustré) composé d’aubes statoriques et agencé en amont de l’échangeur de chaleur 40 au niveau de la veine de flux tertiaire 16. Avantageusement, le redresseur permet de redresser le flux tertiaire F3 (qui a été propulsé par les rotors 4 et 12) avant que ce dernier traverse l’échangeur de chaleur 40 afin que le flux d’air ait une direction principalement axiale lors de son entrée dans l’échangeur. L’éventuel redresseur peut être précédé, dans la veine ou en amont de la veine, d’un rotor, qui peut être le rotor 12 dessiné sur la .

L’échangeur de chaleur 40 peut chevaucher axialement un compresseur haute pression 15 et/ou un compresseur basse pression 17, dit « booster » 17. De préférence, l’échangeur de chaleur 40 est agencé axialement entre le compresseur basse pression 17 et le compresseur haute pression 15, c’est-à-dire au voisinage d’une veine en col de cygne 18 accueillant des bras de supports (« struts »).

Un canal « VBV » 19 (« Variabe Bleed Valve ») peut présenter une sortie disposée axialement en aval de l’échangeur de chaleur 40. Le canal « VBV » permet d’assurer une fonction de décharge en renvoyant une partie du flux primaire F1 vers le flux tertiaire F3 pour par exemple évacuer d’éventuelles particules de glaces du flux primaire F1 pour éviter le bourrage du compresseur haute pression 15, notamment lorsque le débit du flux primaire F1 devient trop faible.

Le flux tertiaire F3 traverse l’échangeur de chaleur 40 occupant la veine 16 à une vitesse ayant un nombre de Mach compris dans un intervalle allant de 0,1 à 0,6, généralement 0,3.

Dans la veine 16, en amont de l’échangeur 40, un tronçon 20 peut être sensiblement divergent (augmentant en section), afin de contribuer à la réduction de la vitesse du flux F3 en amont de l’échangeur 40.

La veine de flux tertiaire 16 peut également comprendre un tronçon aval 22 présentant une section longitudinale convergente suivant le flux tertiaire F3. Avantageusement, cela permet d’accélérer le flux tertiaire F3 à sa sortie de l’échangeur de chaleur 40 rejoignant ainsi flux secondaire F2 pour favoriser la poussée de l’aéronef.

Avantageusement, l’échangeur de chaleur « ACOC » 40 permet un échange de chaleur entre l’air et l’huile, préférablement un refroidissement de l’huile par l’air. En effet, la température de l’huile peut atteindre une température de fonctionnement allant jusqu’à 180°C et un débit atteignant les 30000 l/h.

À cet égard, l’échangeur 40 peut assurer le refroidissement de l’huile utilisée dans plusieurs composant de l’aéronef, notamment, un moteur, une boîte de vitesse, une génératrice moteur et tout composant électronique nécessitant un refroidissement.

Un seul échangeur de chaleur 40 peut combiner le refroidissement de plusieurs fonctions ou circuits d’huile de la turbomachine, et cela en fonction de différents paramètres liées au besoin de refroidissement de l’huile, i.e. températures d’entrée, débits, température de sortie demandée ou les conditions de l’air, les différents circuits peuvent être mis en contact thermique ou bien isolés.

Circonférentiellement, l’échangeur 40 peut occuper une proportion importante de la veine 16, par exemple au moins 300° d’angle, voire 360°. Il peut être formé de plusieurs secteurs angulaires.

L’échangeur 40 peut être fabriqué par fabrication additive, par exemple en fusion de lit de poudre d’aluminium.

Par abus de langage, les tronçons des parois 11 et 13 au niveau de l’échangeur sont considérés comme faisant partie de l’échangeur, bien que ces tronçons puissent être monobloc avec l’échangeur 40 ou alternativement être distinct de la matrice monobloc de l’échangeur.

La montre une vue frontale (depuis l’amont) d’une portion de l’échangeur 40 dans une première variante. L’axe 14 et la direction radiale r sont matérialisés sur la figure.

L’échangeur 40 s’étend radialement sur toute la veine 16, c’est-à-dire de la paroi interne 13 à la paroi externe 11.

Dans cet exemple, l’échangeur 40 comprend des cloisons 56 concentriques avec l’axe 14 et des cloisons planes et radiales 58.

Les cloisons 56, 58 délimitent des couloirs 60, 62, 64. Les couloirs notés 60 et 62 sont des couloirs que l’on appellera pariétaux, délimités en partie par une paroi 11, 13, alors que les couloirs notés 64 sont des couloirs que l’on appellera centraux. Ceux-ci ne sont délimités que par des cloisons 56, 58.

Les cloisons 56 et/ou les cloisons 58 peuvent être creuses pour permettre à l’huile de parcourir l’intérieur de ces cloisons creuses. Ainsi, un réseau de cloisons creuses dont les cavités sont reliées entre elles forme un circuit (ou plusieurs circuits potentiellement indépendants) pour l’huile depuis une entrée d’huile vers une sortie d’huile (non représentées).

Les cloisons 56,58 sont des surfaces d’échange de chaleur entre l’air et l’huile. Les cloisons qui sont pleines conduisent la chaleur en ce sens qu’elles fonctionnent comme des ailettes de refroidissement pour l’huile.

Les couloirs 60, 62, 64 sont traversants : le flux d’air F3 qui est perpendiculaire à la pénètre dans un couloir à l’entrée de l’échangeur 40 pour quitter l’échangeur à sa sortie.

La montre une variante dans laquelle les cloisons 56, 58 sont toutes planes (ou a minima ont une section linéaire dans le plan de coupe de la ), les cloisons 56 (ou leur section linéaire) étant perpendiculaires à un rayon respectif et les cloisons 58 (ou leur section linéaire) formant des zig-zags pour constituer des couloirs 60, 62, 64 de section hexagonale. La veine 16 n’ayant pas une section constante, les cloisons 56, 58 peuvent être formées de successions de plans élémentaires potentiellement reliés par des rayons de raccordement.

Il est entendu que l’échangeur selon l’invention peut comporter d’autres motifs de couloirs, ou peut combiner sur plusieurs de ses portions, les motifs de la et ceux de la .

La montre un exemple de conception de l’échangeur 40 lorsque toutes les améliorations individuellement détaillées ci-dessus sont mises en œuvre. L’échangeur 40 de l’invention peut comprendre indépendamment une seule de ces améliorations ou deux ou plus, selon toute combinaison possible.

Ainsi, la représente une portion de la veine 16 et son conduit de diffusion 20, ainsi que l’échangeur 40.

La figure montre les cloisons 56 qui délimitent les couloirs 60, 62, 64. Les cloisons 56 ont une extrémité amont (ou bord d’attaque) notée 56.1.

L’entrée 40.1 et la sortie 40.2 de l’échangeur 40 sont identifiées sur la figure. L’échangeur 40 a une longueur L selon la direction axiale (définie par l’axe 14). L’échangeur 40 a une hauteur H mesurée radialement qui varie de H1 en entrée, à HMAX à une position axiale d’environ 2/3 de la longueur de l’échangeur. Puis, en aval de ces deux tiers, la hauteur H diminue, notamment dans une portion 40.4 d’environ 30% de L dans laquelle la paroi interne 13 (et/ou la paroi externe 11) est concave (portion notée 13.1).

La concavité et/ou la réduction de hauteur peut se poursuivre en aval de l’échangeur sur une portion notée 13.2 d’une longueur de la veine 16 identifiée par 16.1 qui peut également valoir environ 30% de la longueur L. Sur cette portion 16.1, la hauteur de la veine, notée H16, diminue encore.

En entrée 40.1 de l’échangeur 40, un plan P1 coïncide avec la plupart des cloisons 56. Dans une portion 40.3 s’étendant sur une hauteur H40.3 valant environ 2/3 de H1 (et radialement environ au centre), des cloisons 56 peuvent avoir une extrémité amont 56.1 en retrait du plan P1, notamment à une distance D comprise entre 20 et 35% de L, préférentiellement voisine de 20%.

En sortie, un plan P2 matérialise les extrémités aval des cloisons 56.

Les plans P1 et P2 peuvent former entre eux un angle α valant entre 5 et 15°. P1 peut être perpendiculaire à l’axe 14.

La direction principale du flux F3, représentée par une flèche au milieu de l’échangeur 40 peut être inclinée d’un angle β par rapport à l’axe 14. Cet angle peut être compris entre 0 et 30° et préférentiellement être voisin de 20°.

La hauteur des couloirs 60, 62, 64 est respectivement notée H60, H62 et H64. En entrée 40.1, les hauteurs H60 et H62 des couloirs pariétaux 60, 62 valent environ la moitié de la hauteur H64 des couloirs centraux 64. En sortie 40.2, les hauteurs H60 et H62 valent environ le double de la hauteur H64 des couloirs centraux 64.

Les couloirs pariétaux 60, 62 divergent, c’est-à-dire augmente en section, de leur entrée vers leur sortie. L’équivalent n’est pas vrai pour les couloirs centraux 64, qui préférentiellement conservent une section constante ou diminuent en section.

La est illustrée schématiquement avec une continuité des parois 11 et 13. En réalité, un tronçon des parois 11 et/ou 13 peut être monobloc avec une matrice d’échangeur, qui vient donc « combler » un vide dans les parois 11 et 13 de la veine 16. Alternativement, les parois 11 et/ou 13 peuvent être continue et une matrice monobloc peut être insérée. Un passage radialement interne et/ou externe, intermédiaire entre la matrice monobloc et les parois de carter peut éventuellement servir de by-pass pour l’air (c’est-à-dire que l’air n’y rencontre pas de cloisons creuses parcourues par l’huile).

Par abus de langage, le terme « échangeur » est dans cette demande employé à la fois pour désigner un ensemble monobloc et l’ensemble des pièces qui permettent à l’air d’échanger de la chaleur avec l’huile.

La rassemble les concepts suivants :

- la concavité de la paroi 13 ;

- l’augmentation de la hauteur des couloirs pariétaux 60, 62, et leur hauteur relative (en entrée et/ou en sortie) aux couloirs centraux ;

- le retrait de l’extrémité amont de certaines cloisons 56 ; et

- la forme globale de l’échangeur 40 qui a une section qui augmente puis diminue.

L’invention peut concerner chacun de ces éléments, considéré seul. Ainsi, outre les échangeurs discutés plus haut, l’invention peut également porter sur un échangeur de chaleur air/huile comprenant une paroi radialement interne, une paroi radialement externe, et des cloisons dont certaines sont creuses et parcourues par l’huile, les cloisons et les parois délimitant des couloirs parmi lesquels des couloirs pariétaux délimités par les parois et les cloisons attenantes, et des couloirs centraux à distance des parois et délimités uniquement par les cloisons, les couloirs permettant au flux d’air de traverser l’échangeur, remarquable en ce que, à la sortie de l’échangeur, les couloirs pariétaux ont une hauteur radiale supérieure à la hauteur radiale des couloirs centraux, et préférentiellement la hauteur des couloirs pariétaux y est environ le double de celle des couloirs centraux. Ainsi, les couloirs centraux présentent plus de résistance au flux d’air par unité de section, et le débit augmente donc d’autant dans les couloirs pariétaux.

Selon une variante, l’invention a trait à un échangeur de chaleur air/huile comprenant une paroi radialement interne, une paroi radialement externe, et des cloisons dont certaines sont creuses et parcourues par l’huile, les cloisons et les parois délimitant des couloirs parmi lesquels des couloirs pariétaux délimités par les parois et les cloisons attenantes, et des couloirs centraux à distance des parois et délimités uniquement par les cloisons, les couloirs permettant au flux d’air de traverser l’échangeur, remarquable en ce que, dans une portion aval de l’échangeur, la paroi radialement interne est concave et se rapproche de la paroi radialement externe. Cette concavité permet une accélération locale qui engendre une diminution de la pression statique en sortie et augmente ainsi le débit dans le couloir pariétal interne. Alternativement ou en complément, une concavité du même type peut être prévue sur la paroi radialement externe.

Selon une variante, l’invention a trait à un échangeur de chaleur air/huile comprenant une paroi radialement interne, une paroi radialement externe, et des cloisons dont certaines sont creuses et parcourues par l’huile, les cloisons et les parois délimitant des couloirs parmi lesquels des couloirs pariétaux délimités par les parois et les cloisons attenantes, et des couloirs centraux à distance des parois et délimités uniquement par les cloisons, les couloirs permettant au flux d’air de traverser l’échangeur, remarquable en ce que, la hauteur de l’échangeur augmente depuis son entrée jusqu’à une hauteur maximale à environ deux tiers de la longueur de l’échangeur puis diminue. Cette divergence progressive permet de globalement ralentir le flux d’air pour améliorer l’échange de chaleur.

Lorsqu’ils sont combinés, les divers éléments illustrés sur la permettent de diviser les pertes de pression par deux par rapport à un échangeur qui n’est pas équipé de ces améliorations.

La présente demande fait une distinction entre les couloirs pariétaux et les couloirs centraux. Il est toutefois évident que l’homme du métier comprendra qu’une certaine progressivité peut être prévue radialement, avec des couloirs intermédiaires « de transition », entre les couloirs centraux et les couloirs pariétaux. Ces couloirs intermédiaires peuvent avoir certaines propriétés des couloirs pariétaux (par exemple les ratios de hauteur, la divergence, etc.) et/ou certaines propriétés des couloirs centraux (par exemple leur hauteur, leur bord amont en retrait, etc.).

Claims

Echangeur de chaleur air/huile (40) comprenant une paroi radialement interne (13), une paroi radialement externe (11), et des cloisons (56, 58) dont certaines sont creuses et parcourues par l’huile, les cloisons (56, 58) et les parois (11, 13) délimitant des couloirs (60, 62, 64) parmi lesquels des couloirs pariétaux internes (60) et/ou des couloirs pariétaux externes (62) délimités par les parois radialement interne (13) et/ou externe (11) et les cloisons (56, 58) attenantes, et des couloirs centraux (64) à distance des parois (11, 13) et délimités uniquement par les cloisons (56, 58), les couloirs (60, 62, 64) permettant au flux d’air (F3) de traverser l’échangeur (40), caractérisé en ce que la hauteur radiale (H60, H62) des couloirs pariétaux internes (60) et/ou des couloirs pariétaux externes (62) augmente de façon monotone de l’entrée (40.1) de l’échangeur (40) à sa sortie (40.2).
Echangeur (40) selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l’entrée (40.1) de l’échangeur (40), les couloirs pariétaux internes et/ou externes (60, 62) ont une hauteur radiale (H60, H62) inférieure à la hauteur radiale (H64) des couloirs centraux (64), et préférentiellement la hauteur (H60, H62) des couloirs pariétaux (60, 62) internes et/ou externes y est moitié moindre que celle des couloirs centraux (64).
Echangeur (40) selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, à la sortie de l’échangeur (40), les couloirs pariétaux internes et/ou externes (60, 62) ont une hauteur radiale (H60, H62) supérieure à la hauteur radiale (H64) des couloirs centraux (64), et préférentiellement la hauteur (H60, H62) des couloirs pariétaux (60, 62) internes et/ou externes y est environ le double de celle des couloirs centraux (64).
Echangeur (40) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que sur une portion radialement centrale (40.3) de l’échangeur (40), certaines cloisons (56) concentriques ou perpendiculaires à un rayon (r) de la turbomachine (2) ont une extrémité amont (56.1) disposée en aval de l’entrée (40.1) de l’échangeur (40), préférentiellement éloignée de l’entrée (40.1) de l’échangeur (40) d’une distance (D) d’au moins 20% de la longueur (L) de l’échangeur (40).
Echangeur (40) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que dans la portion radialement centrale (40.3) et selon une direction radiale, une cloison (56) sur deux a une extrémité amont (56.1) coïncidant avec l’entrée de l’échangeur (40), et une cloison (56) sur deux a une extrémité amont (56.1) en aval de l’entrée (40.1) de l’échangeur (40).
Echangeur (40) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la portion radialement centrale (40.3) s’étend sur une hauteur (H40.3) d’environ deux tiers de la hauteur (H1) de l’échangeur (40) en son entrée (40.1).
Echangeur (40) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans une portion aval (40.4) de l’échangeur (40), la paroi radialement interne (13) est concave et se rapproche de la paroi radialement externe (11).
Echangeur (40) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la hauteur (H) de l’échangeur (40) augmente depuis son entrée (40.1) jusqu’à une hauteur maximale (HMAX) à environ deux tiers de la longueur (L) de l’échangeur (40) puis diminue.
Echangeur (40) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la longueur (L) de l’échangeur (40) est environ le triple de sa hauteur maximale (HMAX).
Echangeur (40) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l’échangeur (40) comprend un plan d’entrée (P1) et un plan de sortie (P2) qui forment entre eux un angle (α) compris entre 5 et 15°.
Echangeur (40) selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que des cloisons (58) parmi les cloisons creuses ou pleines sont planes et agencées radialement.
Echangeur (40) selon l’une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que des cloisons (56) parmi les cloisons creuses ou pleines sont courbes et concentriques, ou sont planes et perpendiculaires à un rayon (r) respectif de la turbomachine (2).
Turbomachine (2) comprenant une veine d’air (16) dans laquelle est agencée un échangeur de chaleur air/huile, caractérisée en ce que l’échangeur est conforme à l’une des revendications 1 à 12, et qu’un rotor est agencé en amont de ou dans la veine d’air (16), en amont de l’échangeur (16).
Turbomachine (2) selon la revendication 13, caractérisée en ce qu’un redresseur est agencé en aval du rotor et en amont de l’échangeur, éventuellement positionné dans la veine d’air.
Turbomachine (2) selon l’une des revendications 13 ou 14, caractérisée en ce que directement en aval de l’échangeur (40), la hauteur (H16) de la veine d’air (16) diminue sur une distance (16.1) d’au moins 30% de la longueur (L) de l’échangeur (40).
Turbomachine (2) selon l’une des revendications 13 à 15, caractérisée en ce que le flux d’air (F3) a une direction principale qui est inclinée d’un angle (β) d’environ 20° avec l’axe (14) de la turbomachine (2).