FR3027973A1 - Carter de turbomachine, comprenant un dispositif de guidage de l'air en rotation dans le carter - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un carter (1) de turbomachine, comprenant : - une cavité (2) dans laquelle circule de l'air sous pression en rotation dans ladite cavité, et - au moins une bouche (3) de prélèvement reliée à un tube (4) de prélèvement, pour le prélèvement de l'air hors de la cavité (2), caractérisé en ce que le carter (1) comprend au moins un dispositif (5) de guidage de l'air, o comprenant une portion (7) qui s'étend en saillie dans la cavité (2), à partir et dans le prolongement de la bouche (3) de prélèvement, o fixe par rapport au carter (2), et o étant configuré pour guider l'air en rotation dans la cavité (2) à partir de ladite cavité (2) vers le tube (4) de prélèvement, à travers ladite bouche (3) de prélèvement. L'invention concerne également une turbomachine comprenant un compresseur, et ledit carter, pour le prélèvement d'air comprimé à partir du compresseur.
Description
DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un carter de turbomachine comprenant un dispositif de guidage de l'air, pour faciliter le prélèvement d'air sous pression en rotation dans une cavité du carter. L'invention concerne 5 également une turbomachine comprenant ce carter. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Dans une turbomachine, il est connu de prélever de l'air sous pression à partir de la veine aérodynamique dans laquelle se trouve un 10 compresseur, notamment haute-pression. Ce prélèvement d'air permet par exemple d'alimenter la cabine de l'aéronef, les vannes de dépressurisation, les aubes de turbine haute-pression pour leur refroidissement, etc. Les Figures 1 et 2 illustrent un exemple d'un tel prélèvement. 15 Un carter 100 entoure une veine aérodynamique dans laquelle s'étendent des pales 101 d'un rouet d'un compresseur. L'air sous pression qui circule dans la veine aérodynamique entre dans une cavité 102 du carter via des fentes 103 de prélèvement pratiquées dans la paroi interne du carter 100. 20 L'air sous pression circule alors dans la cavité 102 selon des lignes de courant 104 ortho-radiales (Figure 1). L'air est extrait de la cavité 102 par des ouvertures 106 (bouches de prélèvement) pratiquées dans la paroi externe du carter 100. Ces ouvertures 106 communiquent avec des tubes 107 de prélèvement. 25 Le prélèvement d'air est une des sources de la réduction des performances de la turbomachine. En particulier, le cheminement de l'air entraîne des pertes de charge, en particulier dans le prélèvement à partir de la veine, à l'entrée du tube de prélèvement et par frottement de l'air sur les parois de la cavité du carter. 30 Ces pertes sont particulièrement importantes dans la cavité du carter entourant le rouet, du fait de la forte vitesse tangentielle liée à l'entraînement de l'air par les pales du rouet.
En effet, dans cette cavité, la composante tangentielle importante de la vitesse de déplacement de l'air induit un frottement important avec les parois de la cavité. Les pertes de charge liées aux frottements s'accroissent à chaque tour des particules d'air dans la cavité du carter.
En outre, l'air prélevé à travers les bouches de prélèvement et les tubes de prélèvement subit, en raison de ce prélèvement, une perte de charge de pression dynamique importante, ce qui dégrade également les performances de la turbomachine. L'impact du prélèvement de l'air sur les performances de la turbomachine est d'autant plus important que l'air prélevé présente un débit et une pression élevés. Dans les solutions actuelles, les fentes de prélèvement sont repoussées vers l'aval afin de prélever un air présentant une pression et un débit suffisants par rapport aux pertes de charge ultérieures subies par l'air lors de son cheminement. Ceci impacte donc négativement les performances de la turbomachine. RESUME DE L'INVENTION L'invention propose quant à elle un carter de turbomachine, comprenant une cavité dans laquelle circule de l'air sous pression en rotation dans ladite cavité, et au moins une bouche de prélèvement reliée à un tube de prélèvement, pour le prélèvement de l'air hors de la cavité, caractérisé en ce que le carter comprend au moins un dispositif de guidage de l'air, comprenant une portion qui s'étend en saillie dans la cavité, à partir et dans le prolongement de la bouche de prélèvement, fixe par rapport au carter, et étant configuré pour guider l'air en rotation dans la cavité à partir de ladite cavité vers le tube de prélèvement, à travers ladite bouche de prélèvement.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : le dispositif de guidage est une pièce distincte du carter et rapportée sur ledit carter ; le dispositif de guidage est une pièce monobloc avec le carter ; la portion en saillie s'étend orthogonalement à une paroi externe du carter ; la portion en saillie comprend une partie dont le profil en coupe est arrondi, afin de dévier l'air vers le tube de prélèvement ; la portion en saillie comprend une partie dont le profil en coupe est rectiligne ; la portion en saillie s'étend orthogonalement à des lignes de courant de l'air ; la portion en saillie s'étend dans la cavité sur une profondeur comprise entre 30% et 90% de la hauteur de la cavité, ce qui permet d'obtenir une captation optimale de l'air en rotation, en évitant un passage à plusieurs reprises de l'air en rotation au droit de la bouche de prélèvement ; le carter comprend une ouverture de veine qui communique vers la veine du compresseur ; l'angle entre une normale à un plan comprenant un axe central longitudinal de la cavité et le centre de la bouche de prélèvement, et une normale à une section d'entrée de la portion qui s'étend en saillie dans la cavité, est inférieur à 40°, et préférentiellement compris entre 10° et 20°. L'invention concerne également une turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend un compresseur, et un carter tel que décrit, pour le prélèvement d'air comprimé à partir du compresseur. Il s'agit en particulier du compresseur haute-pression. L'invention présente de nombreux avantages. L'invention propose un prélèvement d'air comprimé optimisé, dont l'impact sur les performances de la turbomachine est réduit.
En particulier, l'invention permet de réduire le nombre de tours réalisés par les particules d'air dans la cavité, et de réaliser un prélèvement récupérant la pression dynamique du flux d'air sous pression. L'invention permet donc d'obtenir un air prélevé présentant une pression dynamique supérieure aux solutions de l'art antérieur. En outre, étant donné que les performances du prélèvement d'air comprimé sont améliorées, la solution permet par conséquent de prélever l'air sous pression de la veine aérodynamique plus en amont selon l'axe de la turbomachine, ce qui améliore les performances du compresseur haute- pression de la turbomachine. De plus, la solution permet de réduire la taille des fentes de prélèvement sans réduire la pression de l'air prélevé en sortie. Enfin, la solution s'intègre de manière simple et efficace dans les carters existants, sans qu'une reconfiguration complexe ne soit nécessaire.
DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : la Figure 1 est une représentation schématique d'un carter selon l'art antérieur ; la Figure 2 est une représentation schématique en coupe d'un carter entourant des pales d'un rouet de compresseur, selon l'art antérieur ; la Figure 3 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un carter selon l'invention ; la Figure 4 est une représentation schématique en coupe d'un dispositif de guidage de l'air selon l'invention, positionné au niveau d'une bouche de prélèvement du carter ; les Figures 5 et 6 sont une représentation, respectivement en vue de côté et en vue de face, d'un carter avant son assemblage avec un dispositif de guidage de l'air et avec un tube de prélèvement ; la Figure 7 est une représentation d'un tube de prélèvement après assemblage du dispositif de guidage de l'air ; la Figure 8 est une représentation, en vue de côté, d'un carter comprenant un tube de prélèvement après assemblage du dispositif de guidage de l'air ; les Figures 9 et 10 sont une représentation en coupe d'un carter comprenant un tube de prélèvement après assemblage du dispositif de guidage de l'air ; les Figures 11 et 12 représentent un positionnement possible du dispositif de guidage de l'air. DESCRIPTION DETAILLEE On a représenté en Figure 3 un mode de réalisation d'un carter 1 de turbomachine selon l'invention. 15 Le carter 1 comprend une cavité 2 annulaire dans laquelle circule de l'air sous pression. Les lignes 16 de courant de l'air sont représentées en Figure 3. Cet air sous pression provient de la veine 17 aérodynamique, qui s'étend dans une ouverture centrale 15 du carter 1. En général, et comme 20 déjà illustré en Figure 2, des pales d'un rouet de compresseur s'étendent dans la veine (référence 101 en Figure 2), dont la rotation permet la mise sous pression de l'air circulant dans la veine (référence 101 en Figure 2). L'air sous pression provenant de la veine 101 pénètre dans la cavité 2 via des fentes 18 (également représentées par la référence 103 en Figure 25 1) de prélèvement pratiquées dans une paroi interne 19 du carter 1. Le carter 1 comprend en outre au moins une bouche 3 de prélèvement reliée à un tube 4 de prélèvement, pour le prélèvement de l'air hors de la cavité 2. Le tube 4 de prélèvement est typiquement fixé à la bouche 3 de prélèvement par des éléments de fixation. 30 La bouche 3 de prélèvement comprend une ouverture 21 débouchante pratiquée dans une paroi externe 20 du carter 1.
Le carter 1 comprend en outre au moins un dispositif 5 de guidage de l'air (cf. Figure 4). Ce dispositif 5 de guidage de l'air comprend une portion 7 qui s'étend en saillie à partir de la bouche 3 de prélèvement dans la cavité 2, le dispositif 5 de guidage de l'air étant configuré pour guider l'air en rotation à partir de la cavité 2 annulaire vers le tube 4 de prélèvement, à travers ladite bouche 3 de prélèvement. La portion 7 s'étend en saillie à partir de la bouche 3 de prélèvement et dans le prolongement de ladite bouche 3 de prélèvement. La portion 7 prolonge de manière continue la bouche 3 de prélèvement vers la cavité 2. Il n'y a donc pas d'espace entre la portion 7 et la bouche 3 de prélèvement afin de capter au maximum l'air en rotation dans le carter. La portion 7 du dispositif de guidage 5 est contenue dans la cavité 2 et ne pénètre pas dans la veine aérodynamique 17.
Le dispositif 5 de guidage est connecté à la bouche 3 de prélèvement et/ou au tube 4 de prélèvement et est donc fixe par rapport au carter 1. Comme explicité par la suite, le dispositif 4 de guidage peut être une pièce rapportée et fixée ou être une pièce monobloc avec le carter 1. La portion 7 s'étend en général s'étend orthogonalement à la paroi 20 externe du carter 1. En particulier, la portion 7 peut notamment s'étendre orthogonalement aux lignes 16 de courant de l'air dans la cavité 2. La portion 7 en saillie peut comprendre une partie 10 dont le profil en coupe est arrondi, afin de dévier l'air vers le tube 4 de prélèvement. Ceci permet de collecter l'air sous pression en rotation dans la cavité 2, et de le dévier vers la bouche 3 de prélèvement. La partie 10 peut par exemple constituer, mais de manière non limitative, une portion de demi-sphère (quart de sphère). En outre, la portion 7 peut comprendre une partie 11 dont le profil en coupe est rectiligne, ce qui permet d'orienter l'air sous pression vers le tube 30 4 de prélèvement. La profondeur de l'extension de la portion 7 dans la cavité 2 peut être optimisée pour maximiser le flux d'air collecté par le dispositif 5 de guidage.
En général, la portion 7 en saillie s'étend dans la cavité 2 sur une profondeur comprise entre 30% et 90% de la hauteur H de la cavité 2. Toutefois, selon les applications, les plages de valeurs peuvent varier. Les Figures 5 à 10 illustrent des exemples de réalisation du dispositif 5 5 de guidage et de sa mise en place. Dans un mode de réalisation possible, le dispositif 5 de guidage est une pièce distincte du carter 1. Dans ce cas, le dispositif 5 de guidage est rapporté sur ledit carter 1. Ceci permet notamment de mettre en place le dispositif 5 de guidage ainsi que de l'enlever de manière simple, ce qui 10 facilite en outre l'accès à la cavité 2 pour une inspection ou une réparation. L'assemblage du dispositif 5 de guidage est schématisé en Figures 5 et 6. La portion 7 est tout d'abord introduite en saillie dans la cavité 2. Le dispositif 5 de guidage comprend par exemple une bride 23 de 15 fixation, que l'on vient fixer entre la bouche 3 de prélèvement et le tube 4 de prélèvement, typiquement par des éléments de fixation traversant une bride 24 du tube 4 de prélèvement, la bride 23 de fixation du dispositif 5 de guidage, et une bride 25 de la bouche 3 de prélèvement. A cet effet, chacune des brides 23, 24, 25 est festonnée ou comprend des ouvertures 20 permettant le passage desdits éléments de fixation. Ce mode de fixation n'est toutefois qu'un exemple non limitatif. Les Figures 7 à 10 illustrent le carter 1 après la mise en place du dispositif 5 de guidage. Alternativement, le dispositif 5 de guidage est une pièce monobloc 25 avec le carter 1. Le dispositif 5 est par exemple obtenu par fonderie lors de la fabrication du carter 1. Le carter 1 peut comprendre une pluralité de bouches 3 de prélèvement ainsi qu'une pluralité de tubes 4 de prélèvement associés à chaque bouche 3. Dans ce cas, on peut prévoir un dispositif 5 de guidage 30 pour chaque couple comprenant une bouche 3 de prélèvement et un tube 4 de prélèvement.
En Figures 11 et 12, on a illustré un positionnement possible du dispositif 5 de guidage, afin d'optimiser le prélèvement. Comme illustré, le plan P1 est un plan comprenant un axe 26 central longitudinal de la cavité 2 (l'axe 26 étant également l'axe de la 5 turbomachine) et le centre de la bouche 3 de prélèvement. Une normale à ce plan P1 est dénommée Ni. Le plan P2 correspondant à la section d'entrée de la portion 7 qui s'étend en saillie dans la cavité 2, par laquelle l'air pénètre dans la dite portion 7. Une normale à cette section P2 d'entrée est dénommée N2. 10 Avantageusement, l'angle a entre Ni et N2 est inférieur à 40°, et est préférentiellement compris entre 100 et 200. Comme illustré, la normale N2 est donc comprise dans un cône autour de Ni, de demi-angle au sommet a. Ceci permet de réduire de manière optimale la perte de charge et par conséquent d'optimiser le prélèvement d'air comprimé. 15 On note que le dispositif 5 de guidage présente plusieurs intérêts techniques. D'une part, le dispositif 5 de guidage permet de réduire le nombre de tours réalisés par chaque particule d'air sous pression dans la cavité 2 avant que celle-ci n'atteigne la bouche 3 de prélèvement, réduisant ainsi les 20 frottements avec la paroi de la cavité 2 du carter 1 et les pertes de charges associées. D'autre part, le dispositif 5 de guidage permet de rendre plus aérodynamique l'entrée dans la bouche 3 de prélèvement, ce qui permet de passer d'un prélèvement statique de l'art antérieur (prélèvement 25 perpendiculaire à l'écoulement, comme illustré en Figure 1) à un prélèvement dynamique. Le dispositif 5 de guidage permet de récupérer la pression dynamique de l'air grâce à sa portion 7 en saillie venant dévier l'air sous pression à partir de la cavité 2. Les pertes de pression dynamique dans les cavités des carters de 30 l'art antérieur peuvent atteindre au maximum jusqu'à 20%.
Le carter 1 selon l'invention permet, dans certains exemples de réalisation, d'obtenir un gain en pression de l'ordre de 20%. Les gains exacts dépendent toutefois des exemples de réalisation. L'invention permet d'opérer différents aménagements dans le carter 1, grâce à l'accroissement obtenu dans les performances. Ainsi, étant donné que les pertes de charge sont réduites, il est possible de prélever un air présentant une pression plus réduite. Par conséquent, les fentes 18 de prélèvement peuvent être disposées plus en amont selon l'axe 26 de la turbomachine (la pression de l'air dans la veine 17 s'accroît d'amont en aval de la veine 17 que le carter 1 entoure). Ceci a pour conséquence de réduire l'impact du prélèvement d'air sur les performances du compresseur et de la turbomachine. En outre, les gains en performance permettent de réduire le débit d'air à prélever. Les tailles des fentes 18 de prélèvement, ainsi que si nécessaire des bouches 3 de prélèvement, peuvent donc être réduites. On note en outre que la solution s'intègre de manière simple et efficace dans les carters existants, sans qu'une reconfiguration complexe ne soit nécessaire. En général, le carter 1 entoure le compresseur haute-pression de la turbomachine.20
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Carter (1) de turbomachine, comprenant : une cavité (2) dans laquelle circule de l'air sous pression en rotation dans ladite cavité, et au moins une bouche (3) de prélèvement reliée à un tube (4) de prélèvement, pour le prélèvement de l'air hors de la cavité (2), caractérisé en ce que le carter (1) comprend au moins un dispositif (5) de guidage de l'air, o comprenant une portion (7) qui s'étend en saillie dans la cavité (2), à partir et dans le prolongement de la bouche (3) de prélèvement, o fixe par rapport au carter (2), et o étant configuré pour guider l'air en rotation dans la cavité (2) à partir 15 de ladite cavité (2) vers le tube (4) de prélèvement, à travers ladite bouche (3) de prélèvement.
- 2. Carter (1) selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif (5) de guidage est une pièce distincte du carter (1) et rapportée sur ledit carter (1). 20
- 3. Carter (1) selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif (5) de guidage est une pièce monobloc avec le carter (1).
- 4. Carter (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la portion (7) 25 en saillie s'étend orthogonalement à une paroi (20) externe du carter (2).
- 5. Carter (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la portion (7) en saillie comprend une partie (10) dont le profil en coupe est arrondi, afin de dévier l'air vers le tube (4) de prélèvement. 30
- 6. Carter (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la portion (7) en saillie comprend une partie (11) dont le profil en coupe est rectiligne.
- 7. Carter (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la portion (7) en saillie s'étend orthogonalement à des lignes de courant de l'air.
- 8. Carter (1) selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la portion (7) en saillie s'étend dans la cavité (2) sur une profondeur comprise entre 30% et 90% de la hauteur de la cavité (2).
- 9. Carter (1) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'angle (a) entre : une normale (Ni) à un plan (P1) comprenant un axe (26) central longitudinal de la cavité (2) et le centre de la bouche (3) de prélèvement, et une normale (N2) à une section (P2) d'entrée de la portion (7) qui s'étend en saillie dans la cavité (2), est inférieur à 40°.
- 10. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend : un compresseur, et un carter (1) selon l'une des revendications 1 à 9, pour le prélèvement d'air comprimé à partir du compresseur.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3027973B1 (fr) | 2020-02-14 |
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