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FR3051016A1 - Dispositif de degivrage d'un bec de separation de turbomachine aeronautique - Google Patents

Dispositif de degivrage d'un bec de separation de turbomachine aeronautique Download PDF

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FR3051016A1
FR3051016A1 FR1654126A FR1654126A FR3051016A1 FR 3051016 A1 FR3051016 A1 FR 3051016A1 FR 1654126 A FR1654126 A FR 1654126A FR 1654126 A FR1654126 A FR 1654126A FR 3051016 A1 FR3051016 A1 FR 3051016A1
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FR
France
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annular
spout
deflector
nozzle
annular wall
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FR1654126A
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English (en)
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FR3051016B1 (fr
Inventor
Damien Daniel Sylvain Lourit
Francois Marie Paul Marlin
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
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Publication date
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Priority to US15/590,474 priority patent/US10494997B2/en
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Abstract

L'invention concerne un dispositif de dégivrage d'un bec de séparation (5) de turbomachine aéronautique (1), comprenant un bec de séparation (5) ayant une paroi annulaire extérieure (12) délimitant l'intérieur du canal d'écoulement du flux secondaire (4) et une paroi annulaire intérieure (10) délimitant une entrée du canal d'écoulement du flux primaire (3), et une virole interne (14) montée à l'amont sur la paroi annulaire intérieure (10) du bec de séparation et sur laquelle sont destinées à être fixées des aubes directrices d'entrée (7), le bec de séparation et la virole interne définissant un volume annulaire (18). Le dispositif comprend en outre un déflecteur annulaire (26) positionné à l'intérieur du volume annulaire séparant ledit volume annulaire en une première cavité annulaire (28), et en une deuxième cavité annulaire (30) définie entre le déflecteur annulaire (26) et la paroi annulaire extérieure (12) du bec de séparation. L'invention vise aussi un module de soufflante comportant un tel dispositif et une turbomachine aéronautique.

Description

Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général des turbomachines. L'invention concerne plus particulièrement un système de dégivrage d'un bec de séparation de turbomachine aéronautique.
Dans une turbomachine aéronautique du type à double corps et double flux, les veines d'écoulement du flux primaire et du flux secondaire sont séparées en aval de la soufflante par un bec de séparation. Au sein de la veine primaire, à l'entrée du compresseur basse pression (aussi couramment appelé « booster »), se trouvent un ensemble d'aubes directrices d'entrée fixes (aussi appelées IGV pour « Inlet Guide Vane »).
Dans certaines phases de vol et au sol, des conditions atmosphériques givrantes peuvent être rencontrées par la turbomachine, notamment lorsque la température ambiante est suffisamment basse et en présence d'une humidité élevée. Dans ces conditions, de la glace peut se former sur le bec de séparation et les aubes directrices d'entrée. Lorsque ce phénomène se produit, il peut conduire à l'obstruction partielle ou totale de la veine primaire, et à l'ingestion de blocs de glace détachés dans la veine primaire. Une obstruction de la veine primaire entraîne une sous-alimentation de la chambre de combustion qui peut alors s'éteindre ou empêcher l'accélération du moteur. Dans le cas du détachement de blocs de glace, ces derniers peuvent endommager le compresseur situé à l'aval et conduire également à l'extinction de la chambre de combustion.
Pour éviter la formation de glace sur le bec de séparation, on connaît des techniques consistant à venir prélever de l'air chaud dans la veine primaire au niveau d'un compresseur et à l'injecter à l'intérieur du bec de séparation. L'air chaud injecté dans le bec de séparation peut ensuite cheminer dans le bec jusqu'à des perçages ou des rainures configurées pour injecter l'air chaud dans la veine primaire qui peut dégivrer également les aubes directrices d'entrée.
Le débit d'air chaud nécessaire pour dégivrer le bec de séparation est important. Ce prélèvement d'air chaud peut réduire les performances et l'opérabilité de la turbomachine. Il serait donc souhaitable de pouvoir augmenter l'efficacité du dégivrage du bec de séparation sans augmenter pour autant le prélèvement d'air chaud dans une partie pressurisée de la turbomachine.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal d'augmenter l'efficacité du dégivrage du bec de séparation en proposant un dispositif de dégivrage d'un bec de séparation de turbomachine aéronautique, comprenant : un bec de séparation destiné à être positionné à l'aval d'une soufflante de la turbomachine pour former une séparation entre des canaux annulaires d'écoulement d'un flux primaire et d'un flux secondaire issus de la soufflante, ledit bec comportant une paroi annulaire extérieure délimitant l'intérieur du canal d'écoulement du flux secondaire et une paroi annulaire intérieure délimitant une entrée du canal d'écoulement du flux primaire, et une virole interne montée à l'amont sur la paroi annulaire intérieure du bec de séparation et sur laquelle sont destinées à être fixées des aubes directrices d'entrée, le bec de séparation et la virole interne définissant un volume annulaire.
Conformément à l'invention, le dispositif de dégivrage comprend en outre un déflecteur annulaire positionné à l'intérieur du volume annulaire séparant ledit volume annulaire en une première cavité annulaire, et en une deuxième cavité annulaire définie entre le déflecteur annulaire et la paroi annulaire extérieure du bec de séparation.
Dans le présent exposé, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à la direction d'écoulement de l'air à l'intérieur de la turbomachine ; les termes « intérieur » et « extérieur », « axial » et « radial », et leurs dérivés, sont définis par rapport à l'axe longitudinal de la turbomachine.
Un dispositif de dégivrage selon l'invention permet d'augmenter l'efficacité de dégivrage du bec de séparation en réduisant notamment les pertes de chaleur à l'intérieur du volume annulaire défini dans le bec de séparation. En effet, la présence du déflecteur annulaire permet de faire circuler l'air chaud de dégivrage à l'intérieur du bec dans une première cavité ayant un volume plus faible que le volume annulaire total défini par le bec de séparation et la virole interne. En réduisant ce volume, l'air chaud est canalisé et concentré vers les zones d'intérêt à dégivrer, à savoir l'extrémité du bec d'entrée et la virole interne. Comme il n'est pas utile d'assurer le dégivrage de la paroi annulaire extérieure du bec de séparation, les pertes de chaleur au niveau de cette paroi sont minimisées, l'air chaud ne circulant plus directement à proximité de la paroi annulaire extérieure. L'efficacité de dégivrage est ainsi augmentée sans avoir à modifier le débit d'air chaud de dégivrage prélevé dans la turbomachine.
De préférence, le déflecteur comprend au moins une patte déformable élastiquement prenant appui sur la virole interne et exerçant un effort sur une extrémité amont du déflecteur en contact avec la paroi annulaire extérieure du bec de séparation. La présence de cette patte permet d'assurer une étanchéité entre le déflecteur et la paroi annulaire extérieure à l'amont, et une bonne tenue mécanique de l'ensemble en fonctionnement, notamment en assurant un maintien du déflecteur en position dans le volume annulaire. Une patte déformable élastiquement peut par exemple être métallique, et elle peut être fixée sur le déflecteur annulaire au moyen de rivets. Le déflecteur annulaire peut comprendre une pluralité de pattes déformables élastiquement réparties sur toute sa circonférence.
De préférence également, le déflecteur est fixé à l'aval sur une bride s'étendant à partir de la paroi annulaire extérieure du bec de séparation à l'aide de moyens de fixation. De tels moyens de fixation peuvent par exemple comprendre des rivets.
De préférence encore, le déflecteur est revêtu d'une couche isolante de la chaleur. Ladite couche isolante de la chaleur peut comprendre un matériau choisi parmi : un matériau comprenant du silicone RTV (pour « Room Température Vulcanizing »), par exemple du type DAPCO™ 2100, ou un isolant calorifuge à base de poudre de silice comprimée. Cette couche isolante de la chaleur permet encore de minimiser les pertes de chaleur en réduisant le transfert thermique entre la première cavité et la deuxième cavité.
Dans un exemple de réalisation, la virole interne est munie d'orifices d'injection configurés pour injecter de l'air chaud dans le canal annulaire d'écoulement du flux primaire vers les aubes directrices d'entrée.
Dans un exemple de réalisation, une rainure est prévue entre la virole interne et le bec de séparation afin que de l'air chaud puisse circuler à proximité d'une extrémité du bec de séparation et être injecté dans le canal annulaire d'écoulement du flux primaire pour dégivrer les aubes directrices d'entrée.
Dans un exemple de réalisation, pour un montage plus aisé, le déflecteur peut être divisé en une pluralité de secteurs de déflecteur répartis circonférentiellement à l'intérieur du volume annulaire. Par exemple, le déflecteur annulaire peut être divisé en six secteurs angulaires de déflecteur.
Le dispositif de dégivrage peut comprendre en outre au moins une buse débouchant à l'intérieur de la première cavité annulaire, ladite buse étant alimentée en air chaud par un conduit d'alimentation relié à une partie pressurisée de la turbomachine. L'air chaud peut par exemple être prélevé dans le compresseur haute pression de la turbomachine. A cet effet, le déflecteur peut présenter au moins un bossage dans lequel est logée ladite buse. L'invention a également pour objet un module de soufflante de turbomachine aéronautique comprenant : une soufflante, un compresseur basse pression, des aubes directrices d'entrées situées à l'amont du compresseur basse pression et à l'aval de la soufflante, et un dispositif de dégivrage tel que celui présenté plus haut.
Enfin, l'invention vise une turbomachine aéronautique comprenant un module de soufflante tel que défini précédemment.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une turbomachine aéronautique équipée d'un dispositif de dégivrage selon l'invention, - la figure 2 est une première vue en coupe d'un dispositif de dégivrage selon l'invention, - la figure 3 est une vue en perspective d'un déflecteur présent dans un système de dégivrage selon l'invention, - la figure 4 est une vue en perspective illustrant le positionnement du déflecteur dans le bec de séparation, - la figure 5 est une deuxième vue en coupe du dispositif de dégivrage, et - la figure 6 est une vue en perspective d'une buse pouvant être utilisée dans un dispositif de dégivrage selon l'invention.
Description détaillée de l'invention
La figure 1 représente partiellement une turbomachine aéronautique 1 du type à double corps et double flux à laquelle peut s'appliquer l'invention. De façon connue en soi, la turbomachine 1 est axisymétrique par rapport à un axe longitudinal X-X et comprend une entrée à son extrémité amont qui reçoit de l'air extérieur, cet air venant alimenter une soufflante 2. En aval de la soufflante 2, l'air se répartit entre une veine ou canal d'écoulement d'un flux primaire 3 (ou flux chaud) et une veine ou canal d'écoulement d'un flux secondaire 4 (ou flux froid). Ces deux canaux 3, 4 sont séparés l'un de l'autre à leur entrée par un bec de séparation 5. Une fois entré dans le canal d'écoulement du flux primaire 3, l'air traverse ensuite un compresseur basse pression 6 (ou « booster »), un compresseur haute pression, une chambre de combustion et des turbines (ces derniers éléments ne sont pas représentés sur les figures), avant d'être éjecté à l'extérieur de la turbomachine. Des aubes directrices d'entrée 7 ou « Inlet Guide Vane (IGV) » en anglais, sont présentes en amont du compresseur basse pression 6, à l'entrée du canal d'écoulement du flux primaire 3.
Comme représenté sur les figures 2 et 5, le bec de séparation 5 a une section longitudinale en forme de U ou V arrondi à son extrémité amont. Le bec 5 comprend une paroi annulaire intérieure 10 délimitant l'entrée du canal d'écoulement du flux primaire 3, et une paroi annulaire extérieure 12 délimitant radialement à l'intérieur le canal d'écoulement du flux secondaire 4. La paroi annulaire extérieure 12 présente une dimension dans la direction longitudinale plus importante que celle de la paroi annulaire intérieure 10.
La paroi annulaire intérieure 10 du bec de séparation 5 est prolongée à l'aval par une virole interne 14 qui porte les aubes directrices d'entrée 7. La virole interne 14 présente à une extrémité amont un crochet 16 qui lui permet de reposer sur la paroi annulaire intérieure 10 du bec de séparation 5 en étant bloquée par ladite paroi 10 à l'amont. Un passage, par exemple une rainure, peut être prévu entre le crochet 16 et le bec de séparation 5 pour permettre à de l'air chaud de dégivrer l'extrémité du bec de séparation 5 et les aubes directrices d'entrée 7. Dans l'exemple illustré, la virole interne 14 présente à l'aval une bride 22 radiale venant en appui contre une bride 24 s'étendant radialement à partir de la paroi annulaire extérieure 12 du bec de séparation 5 à l'aval. Dans l'exemple illustré, la virole interne 14 peut être percée d'orifices d'injection 20 situés en aval du crochet 16 et répartis circonférentiellement tout autour de la virole interne 14. Les orifices d'injection 20 peuvent être configurés pour qu'en fonctionnement, de l'air chaud soit injecté dans le canal d'écoulement du flux primaire 3 vers le bord d'attaque d'aubes directrices d'entrée 7 afin de les dégivrer. Les parois annulaires intérieure 10 et extérieure 12, et la virole interne 14 définissent ensemble un volume annulaire 18 dans le bec de séparation 5.
Selon l'invention, un déflecteur annulaire 26 est positionné à l'intérieur du volume annulaire 18 défini précédemment (figures 2 et 5). Le déflecteur 26 prend la forme d'un anneau qui sépare le volume annulaire 18 en une première cavité 28 dans laquelle l'air chaud circule et, le cas échéant, les orifices d'injection 20 débouchent, et en une deuxième cavité 30 délimitée radialement à l'extérieur par la paroi annulaire extérieure 12 du bec de séparation. La première cavité 28 est ainsi définie entre la virole interne 14 et le déflecteur 26, et plus précisément entre la virole interne 14, l'extrémité amont du bec de séparation 5, une portion de la paroi annulaire extérieure 12 et le déflecteur 26. Le volume annulaire 18 défini précédemment correspond à la réunion des première 28 et deuxième 30 cavités. Le déflecteur 26 comprend, de l'amont vers l'aval : une extrémité 31 au contact de la paroi annulaire extérieure 12 ; une portion 32 ayant une section longitudinale sensiblement rectiligne ; une portion 34 au niveau de laquelle le diamètre du déflecteur 26 augmente progressivement en se dirigeant vers l'aval pour accommoder une éventuelle augmentation du diamètre de la virole interne 14 ; et une bride 36 s'étendant selon une direction radiale et située à une extrémité aval du déflecteur 26. La bride 36 du déflecteur 26 est, dans l'exemple illustré, fixée à l'aval sur la bride 24 de la paroi annulaire extérieure 12 par l'intermédiaire de rivets 38.
Dans l'exemple illustré sur les figures 2 et 5, le déflecteur 26 peut être recouvert d'une couche isolante de la chaleur 50. Cette couche 50 permet encore de réduire le transfert thermique entre la première cavité 28 et la deuxième cavité 30 par l'intermédiaire du déflecteur 26. A titre d'exemple, cette couche 50 peut comprendre un matériau choisi parmi : un matériau comprenant du silicone RTV (pour « Room Température Vulcanizing »), par exemple du type DAPCO™ 2100, ou un isolant calorifuge à base de poudre de silice comprimée.
On notera que le déflecteur 26 peut être divisé en une pluralité de secteurs angulaires de déflecteur 26, par exemple en six secteurs de déflecteur 26, qui peuvent être répartis circonférentiellement dans le volume annulaire 18. Un exemple de secteur angulaire de déflecteur 26 est montré plus en détails sur la figure 3.
Une patte 40 déformable élastiquement est présente sur le déflecteur 26 et permet de le maintenir en position dans le volume annulaire 18. Dans l'exemple illustré, la patte 40 prend la forme générale d'une spatule. Plus précisément, la patte 40 comprend une première portion 42 qui est fixée sur la paroi du déflecteur 26 en regard de la virole interne 14, par exemple à l'aide de rivets 48 (figure 3) ou par soudure, et une deuxième portion 44 munie d'un pli 46 au niveau duquel la patte 40 repose sur la virole interne 14. La patte 40 permet d'exercer sur l'extrémité 31 du déflecteur 26 un effort dirigé radialement vers l'extérieur pour maintenir l'extrémité 31 en permanence au contact de la paroi annulaire extérieure 12. On notera qu'une pluralité de pattes 40 peut être prévue sur toute la circonférence du déflecteur 26 pour assurer le maintien de celui-ci contre la paroi annulaire extérieure 12. Les pattes 40 permettent ainsi de minimiser voire empêcher le passage d'air chaud entre la première cavité 28 et la deuxième cavité 30 à l'amont, alors que le contact entre la bride 36 du déflecteur 26 et la bride 24 de la paroi annulaire extérieure 12 minimise voire empêche le passage d'air chaud entre les deux cavités 28, 30 à l'aval. A titre d'exemple, une patte 40 déformable élastiquement peut être réalisée en matériau métallique.
La figure 4 montre le positionnement du déflecteur 26 à l'intérieur du volume annulaire 18. On notera que le bec de séparation 5 n'est pas représenté sur cette figure. Pour alimenter la première cavité 28 en air chaud, un conduit d'alimentation 52 peut être prévu. Ce conduit d'alimentation 52 peut par exemple être relié à une partie pressurisée de la turbomachine comme un compresseur haute pression, d'une part, et déboucher dans la première cavité 28 par l'intermédiaire d'une ouverture 54 prévue dans les brides 22, 24 et 36, d'autre part. Une buse 56 reliée au conduit d'alimentation 52 peut être prévue dans la première cavité 28 pour injecter de l'air chaud dans le bec de séparation 5 vers l'amont. Une buse 56 peut être munie de languettes 57 (figure 6) percées pour permettre sa fixation, par exemple à l'aide de rivets (non représentés). Des flèches en pointillés schématisent le trajet de l'air chaud sur les figures 2 et 5.
Dans l'exemple illustré sur les figures 3 à 5, pour accommoder la présence de la buse 56, le déflecteur 26 peut être pourvu d'un bossage 58 dans lequel est logée la buse 56. On notera qu'une pluralité de buses 56 peut être répartie sur toute la circonférence du volume annulaire 18 du bec de séparation 5, par exemple dix buses.
Pour monter un dispositif de dégivrage selon l'invention, comprenant notamment le bec de séparation 5, la virole interne 14 et le déflecteur annulaire 26, on fixe d'abord le déflecteur annulaire 26 sur la bride 24, puis la virole interne 14. Lorsqu'elles sont utilisées, les buses 56 peuvent être montées dans le dispositif avant l'assemblage de la virole interne 14.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de dégivrage d'un bec de séparation (5) de turbomachine aéronautique (1), comprenant : un bec de séparation (5) destiné à être positionné à l'aval d'une soufflante (2) de la turbomachine pour former une séparation entre des canaux annulaires d'écoulement d'un flux primaire (3) et d'un flux secondaire (4) issus de la soufflante, ledit bec comportant une paroi annulaire extérieure (12) délimitant l'intérieur du canal d'écoulement du flux secondaire (4) et une paroi annulaire intérieure (10) délimitant une entrée du canal d'écoulement du flux primaire (3), et une virole interne (14) montée à l'amont sur la paroi annulaire intérieure (10) du bec de séparation et sur laquelle sont destinées à être fixées des aubes directrices d'entrée (7), le bec de séparation et la virole interne définissant un volume annulaire (18), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un déflecteur annulaire (26) positionné à l'intérieur du volume annulaire (18) séparant ledit volume annulaire en une première cavité annulaire (28), et en une deuxième cavité annulaire (30) définie entre le déflecteur annulaire (26) et la paroi annulaire extérieure (12) du bec de séparation.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déflecteur (26) comprend au moins une patte (40) déformable élastiquement prenant appui sur la virole interne (14) et exerçant un effort sur une extrémité amont (31) du déflecteur en contact avec la paroi annulaire extérieure (12) du bec de séparation.
  3. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le déflecteur (26) est fixé à l'aval sur une bride (24) s'étendant à partir de la paroi annulaire extérieure (12) du bec de séparation (5) à l'aide de moyens de fixation (38).
  4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le déflecteur (26) est revêtu d'une couche isolante de la chaleur (50).
  5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite couche isolante de la chaleur (50) comprend un matériau choisi parmi : un matériau comprenant du silicone RTV, un isolant calorifuge à base de poudre de silice comprimée.
  6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le déflecteur (26) est divisé en une pluralité de secteurs de déflecteur répartis circonférentiellement à l'intérieur du volume annulaire (18).
  7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une buse (56) débouchant à l'intérieur de la première cavité annulaire (28), ladite buse étant alimentée en air chaud par un conduit d'alimentation (52) relié à une partie pressurisée de la turbomachine.
  8. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le déflecteur (26) présente au moins un bossage (58) dans lequel est logée ladite buse (56).
  9. 9. Module de soufflante de turbomachine aéronautique comprenant : une soufflante (2), un compresseur basse pression (6), des aubes directrices d'entrées (7) situées à l'amont du compresseur basse pression et à l'aval de la soufflante, et un dispositif de dégivrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
  10. 10. Turbomachine aéronautique (1) comprenant un module de soufflante selon la revendication 9.
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