FR2992353A1

FR2992353A1 - Ensemble forme d'un cone d'echappement et d'un carter d'echappement dans un moteur a turbine a gaz

Info

Publication number: FR2992353A1
Application number: FR1255853A
Authority: FR
Inventors: Sousa Mario Cesar De; Baghdad Achbari; Benoit Debray; Sylvain Pichon
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2013-12-27
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: GB201421714D0; WO2013190246A1; FR2992353B1; US9897011B2; GB2516604A; GB2516604B; US20150152788A1

Abstract

La présente invention porte sur un ensemble formé, dans un moteur à turbine à gaz, d'un carter d'échappement (17) et d'un cône d'échappement (19), le carter d'échappement et le cône d'échappement étant fixés par des moyens mécaniques de fixation l'un à l'autre. L'ensemble est caractérisé par le fait que le carter d'échappement et le cône d'échappement comprennent chacun une bride annulaire axiale, les deux brides étant engagées l'une dans l'autre, l'une étant extérieure l'autre intérieure, et maintenues assemblées par les moyens mécaniques.

Description

Domaine technique La présente invention porte sur un turboréacteur et vise le montage du cône d'échappement situé à l'arrière du moteur sur le carter d'échappement de celui-ci. Etat de la technique Un turboréacteur comprend une manche d'entrée d'air, à l'amont, par laquelle l'air est aspiré dans le moteur et une tuyère à l'aval par laquelle les gaz chauds produits par la combustion d'un carburant sont éjectés pour fournir une partie de la poussée au moins. Entre la manche d'entrée et la tuyère d'éjection des gaz, l'air aspiré est comprimé par des moyens de compression, chauffé et détendu dans des turbines qui entraînent les moyens de compression. Les turboréacteurs multi-flux comportent en plus, au moins un rotor de soufflante déplaçant une masse importante d'air, formant le flux secondaire et fournissant l'essentiel de la poussée, le flux primaire étant la partie du flux d'air aspiré qui est chauffée puis détendue dans la turbine, avant d'être éjectée à travers la tuyère de flux primaire.

Un turboréacteur est constitué de rotors montés sur une structure fixe par l'intermédiaire de paliers. La structure fixe présente à l'amont un carter supportant les paliers amont et formant le carter dit intermédiaire. A l'aval du moteur, la structure supportant les paliers forme le carter d'échappement. Ce dernier comprend un moyeu et des viroles annulaires reliées entre elles par des bras radiaux, ces derniers traversant la veine de flux primaire.

En aval du carter d'échappement la veine est délimitée extérieurement par la tuyère d'éjection du flux primaire et, intérieurement, par une pièce de forme globalement tronconique que l'on désigne par l'expression cône d'échappement. Cette pièce est généralement fixée par boulonnage au carter d'échappement. La présente invention vise le mode de fixation du cône d'échappement au carter d'échappement. Des turboréacteurs de l'art antérieur, tels que ceux de la famille de moteurs CFM 56 de la demanderesse, sont pourvus d'un cône d'échappement monté sur le carter d'échappement.

Selon un mode de fixation connu, le carter d'échappement est pourvu d'une bride annulaire, orientée radialement dans un plan transversal, reliée par des boulons à une bride correspondante sur le bord amont du cône d'échappement. Les boulons ont ainsi une orientation axiale et sont logés dans des poches ménagées dans la paroi de cône d'échappement, pour en permettre l'accès depuis la veine de gaz. Au montage du cône sur le carter les pièces sont positionnées bride contre bride, des moyens mécaniques de fixation tels que des boulons ou des vis sont glissés dans les poches de manière à ce qu'ils soient engagés dans les orifices des brides et vissés. Il est nécessaire, après mise en place des moyens de fixation de recouvrir chacune des poches d'un capot de fermeture pour assurer la continuité de la veine de gaz et limiter l'impact aérodynamique. Par exemple, il faut ménager douze poches avec capots de fermeture pour la fixation d'un cône d'échappement sur un moteur CFM. Il existe un besoin pour une solution plus simple à mettre en oeuvre nécessitant moins de pièces à gérer. Ce mode d'assemblage induit aussi une masse propre qu'il est aussi souhaitable de réduire.

Selon un autre mode de fixation connu, le cône d'échappement est en deux parties : une partie amont et une partie aval. La partie amont du cône est montée sur le carter d'échappement de la même façon que précédemment par boulonnage de deux brides radiales avec des boulons orientés axialement. On évite cependant l'aménagement de poches sur la partie amont du cône car on peut avoir accès à la zone de liaison du cône avec le carter d'échappement par l'intérieur de la partie amont du cône, après avoir enlevé la partie arrière. Au montage, on met en place d'abord la partie amont du cône contre la bride du carter, on introduit les boulons par l'ouverture aval de cette partie et on solidarise les brides l'une à l'autre. L'espace est suffisant pour effectuer ces opérations depuis l'arrière. Une fois la fixation terminée, la partie aval du cône d'échappement est mise en place sur la partie amont et fixée également par boulonnage mais ici les surfaces de liaison sont orientées tangentiellement aux parois du cône. On note que cette solution rend les opérations de démontage / montage plus lourdes. Elle nécessite l'emploi d'un nombre de boulons double de la solution précédente et l'aménagement d'une bride supplémentaire. Cette masse en porte à faux n'est pas souhaitable sur le plan du comportement dynamique de la partie arrière du moteur.

Claims

REVENDICATIONS1. Exposé de l'invention La demanderesse s'est fixé comme objectif de modifier la liaison entre le cône d'échappement et le carter d'échappement de manière à ce qu'elle soit plus simple structurellement, aisée à mettre en oeuvre, de moindre coût et plus particulièrement de manière à générer un gain de masse dans le cadre du développement de nouveaux moteurs. Conformément à l'invention, l'ensemble formé par un carter d'échappement et un cône d'échappement pour un moteur à turbine à gaz, le carter d'échappement et le cône d'échappement étant fixés par des moyens mécaniques de fixation l'un à l'autre, est caractérisé par le fait que le carter d'échappement et le cône d'échappement comprennent chacun une bride annulaire orientée axialement, les deux brides étant engagées l'une dans l'autre, l'une étant extérieure l'autre intérieure, et maintenues assemblées par lesdits moyens mécaniques. Cette solution simple présente de nombreux avantages : La masse de la zone de liaison entre les deux pièces ainsi que la masse globale du cône du fait de la réduction du nombre de pièces sont sensiblement allégées par rapport aux solutions antérieures. La tenue thermomécanique s'en trouve améliorée par la réduction des masses thermiques et des gradients thermiques. Le montage/démontage requiert moins d'opérations et l'impact est plus favorable aérodynamiquement, du moins par rapport à la première solution de l'art antérieur. Conformément à un mode de réalisation préféré, les deux brides présentent des perçages radiaux dans lesquels les moyens mécaniques de fixation sont engagés. Par moyen mécanique de fixation, on entend dans ce cas de préférence les vis ou boulons. Plus particulièrement, les moyens mécaniques de fixation comprennent des vis engagées depuis la veine dans les orifices de la bride extérieure coopérant avec des orifices, présentant un taraudage correspondant, de la bride intérieure. Par exemple, les orifices associés sont associés à des écrous rapportés sur la bride intérieure. Ce sont notamment des écrous flottants rivetés ou des écrous sertis. L'orifice peut lui-même être taraudé.De préférence les têtes des vis sont noyées au moins en partie dans l'épaisseur de la paroi du cône d'échappement de manière à en réduire l'impact aérodynamique. La tête peut être incluse dans un lamage de la paroi. La solution de l'invention permet aussi de rapporter et souder la bride annulaire du carter d'échappement sur le bord aval du carter d'échappement. Cette possibilité est susceptible d'être retenue dans le cas où une bride forgée s'avère nécessaire pour améliorer la tenue mécanique, celle-ci présentant des propriétés mécaniques plus importantes que celles venues de fonderie. La solution de l'invention permet également une liaison des deux brides intérieures et extérieures l'une à l'autre par frettage. Les matériaux des deux brides ont alors, de préférence, des coefficients de dilatation identiques. Dans le cas du frettage, il est prévu un moyen de détrompage pour le montage du cône d'échappement sur le carter. Conformément à une autre caractéristique, améliorant encore la masse de l'ensemble, au moins l'une des brides est festonnée avec une épaisseur de paroi autour des orifices plus grande qu'entre les orifices. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d'un-mode de réalisation non limitatif de l'invention en référence aux dessins sur lesquels - La figure 1 montre le schéma d'un turboréacteur à double flux en coupe axiale ; - La figure 2 montre vu de côté avec une partie arrachée, un cône d'échappement de l'art antérieur ; - La figure 3 est une vue en coupe d'une poche du cône de la figure 2; - La figure 4 montre en perspective et en transparence un autre cône d'échappement selon l'art antérieur ;- La figure 5 montre le mode de fixation de l'invention avec une vue en perspective et en coupe axiale d'un carter d'échappement avec un cône d'échappement monté sur la carter ; - La figure 6 montre une vue agrandie de la zone de liaison entre les deux pièces de la figure 5. - La figure 7 montre un mode de réalisation de la bride du cône d'échappement avec des festons. - La figure 8 montre une vue agrandie de la zone de liaison selon un autre mode de réalisation. Description détaillée d'un mode de réalisation Le turboréacteur de la figure 1 est à double flux et double corps avec successivement dans le sens du parcours de l'air dans le moteur, une entrée d'air 1 à l'amont, une soufflante 2 débitant l'air dans un canal de flux secondaire annulaire 3 et vers les compresseurs 4 de flux primaire au centre, la chambre de combustion 5, et les étages de turbine 6. A l'aval, les rotors sont supportés par le carter d'échappement 7. Le flux primaire est éjecté à travers la tuyère 8 de flux primaire en aval du carter d'échappement. Le flux est annulaire et la veine du flux primaire est délimitée intérieurement par le cône d'échappement 9. Le cône 9 est une pièce creuse de forme sensiblement tronconique, solidaire du carter d'échappement. Cette pièce est ouverte à l'aval. Dans cette ouverture débouche le canal d'évacuation des huiles résiduelles du moteur. Les figures 2 et 3 montrent un cône d'échappement 109 selon l'art antérieur avec des poches 110 réparties autour de son axe. Une des poches 110 est vue en coupe sur la figure 3. Le cône 109 comprend une bride radiale amont 111, une pluralité d'orifices 112 de fixation à une bride correspondante ménagée sur le carter d'échappement non représenté ; le capot 113 recouvrant la poche assure la continuité de la veine. La figure 4 montre une autre solution de l'art antérieur. Le cône 129 est en deux parties : amont 130 et aval 131. La partie aval est boulonnée sur la partie amont par des vis 132 radiales traversant à la fois une bride axiale solidaire de la partie amont 130 et une bride 2 9 9 2 3 5 3 6 solidaire de la partie aval 131. Cette solution permet d'éviter les poches de fixation puisque l'on peut introduire les vis par l'intérieur de la partie amont depuis l'arrière lorsque la partie aval a été démontée. Elle reste cependant relativement complexe. Les figures 5 à 8 montrent la solution de l'invention. 5 Le carter d'échappement 17 présente un moyeu 171, une virole intérieure 173 et une virole extérieure 175 reliées par des bras radiaux 174. Les parois en vis-à-vis des deux viroles ménagent entre elles la veine du flux primaire à la traversée du carter d'échappement. Sur le bord aval de la virole intérieure 173, une bride annulaire 176 s'étend axialement vers l'aval ; cette bride est par exemple cylindrique, de même axe que 10 le carter et comporte une pluralité d'orifices 177 percés radialement dans sa paroi. Le cône 19 fixé au carter 17 présente une bride annulaire axiale 191, formant la bride extérieure, dont le diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur de la bride 176 du carter 17, formant la bride intérieure. Le diamètre extérieur de la bride 191 du cône 19 est égal au diamètre extérieur de la virole intérieure 173 de telle sorte que la paroi intérieure 15 de la veine soit continue sans différence de niveau au passage de la virole au cône. Des orifices radiaux 192 sont ménagés dans la bride 191 en vis-à-vis des orifices 177 de la bride 17 de telle sorte que des vis 20 ou autre moyens de fixation mécanique assurent la liaison entre les deux pièces. Les vis étant introduites par la veine et la bride extérieure, les orifices de la bride intérieure ont un pas de vis associé à celui des vis. Le pas de vis 20 peut se présenter sous la forme d'un taraudage des orifices 177 ou bien des écrous peuvent être rapportés sous la bride 17. Sur la figure 6, les orifices 177 sont associés à un écrou flottant. L'écrou est logé et enfermé dans une cage, tout en pouvant coulisser librement de manière à permettre à l'écrou de venir s'aligner sur la vis lors du serrage, cette cage est elle-même rivetée de part et d'autre dans la bride cylindrique. Les écrous 25 peuvent aussi être par exemple sertis, ils sont alors fixes sur la bride. Les têtes de vis peuvent demeurer protubérantes dans la veine ; il faut dans ce cas s'assurer de leur protection. Afin de diminuer l'impact aérodynamique, les têtes sont de préférence noyées dans l'épaisseur de la paroi. Il existe plusieurs moyens : les-têtes de vis sont quelconques mais noyées dans un lamage 192' usiné dans l'épaisseur de bride, comme cela est représenté sur la figure 8. Les têtes de vis sont fraisées avec un logementde même forme comme cela est visible sur la figure 6. Il est nécessaire alors de se prémunir contre un grippage éventuel. Cette solution de liaison boulonnée à vis radiale peut être associée à un frettage des brides, l'une avec l'autre, afin de faire participer le frottement entre les deux pièces à la tenue mécanique de la liaison et à l'étanchéité. On tient alors compte des dilatations différentielles des pièces afin d'éviter les pertes de serrage et assurer la non sollicitation au cisaillement des vis, ou afin d'éviter les sur-contraintes de l'assemblage si la pièce male se dilate plus que la pièce femelle. Cette solution peut être retenue de préférence quand les matériaux des deux pièces ont des coefficients de dilatation proches. Un détrompage peut ou doit dans le cas avec frettage être installé afin de guider et mettre en place le cône d'échappement avant boulonnage des brides. Afin de faciliter l'insertion de la tête des vis dans la bride extérieure, celle-ci doit être suffisamment épaisse. La bride peut être usinée en festons afin d'optimiser la masse. Avantageusement des festons sur la bride du carter d'échappement sont ménagés en vis- à-vis des festons du cône d'échappement dans le respect des spécifications de tenue mécanique, afin de réduire encore la masse globale du dispositif D'un point de vue fabrication, cette solution présente l'intérêt de pouvoir utiliser des tôles épaisses pour la fabrication des brides en lieu et place du forgé, diminuant ainsi les coûts de production. Pour monter le cône d'échappement sur le carter, on glisse le cône autour de la bride du carter en s'aidant éventuellement d'un moyen de détrompage avec le cas échéant frettage d'une bride sur l'autre. Puis on introduit depuis la veine de gaz les vis dans les orifices des deux brides et on les visse. 2 9 9 2 3 5 3 Revendications 1. Ensemble formé d'un carter d'échappement (17) et d'un cône d'échappement (19) pour moteur à turbine à gaz, le carter d'échappement et le cône d'échappement 5 étant fixés l'un à l'autre par des moyens mécaniques de fixation (20), caractérisé par le fait que le carter d'échappement et le cône d'échappement comprennent chacun une bride annulaire axiale (176, 191), les deux brides étant engagées l'une dans l'autre, l'une étant extérieure (191) l'autre intérieure (176), et maintenues assemblées par les moyens mécaniques. 10
2. Ensemble selon la revendication précédente dont les deux brides présentent des orifices radiaux dans lesquels les moyens mécaniques de fixation (20) sont engagés.
3. Ensemble selon la revendication précédente dont les moyens mécaniques de fixation comprennent des vis engagées depuis la veine dans les orifices (192) de la 15 bride extérieure coopérant avec des orifices (177) taraudés de la bride intérieure (176).
4. Ensemble selon la revendication précédente dont les orifices taraudés sont ménagés dans des écrous rapportés sur la bride intérieure.
5. Ensemble selon l'une des revendications 3 et 4 dont les têtes des vis sont noyées 20 au moins en partie dans l'épaisseur de la paroi du cône d'échappement (19) de manière à réduire l'impact aérodynamique.
6. Ensemble selon l'une des revendications précédentes dont la bride annulaire du carter d'échappement est rapportée sur le bord aval du carter d'échappement.
7. Ensemble selon l'une des revendications précédentes dont les deux brides intérieures et extérieures sont liées l'une à l'autre par frettage.
8. Ensemble selon l'une des revendications précédentes comprenant un moyen de détrompage pour le montage du cône d'échappement sur le carter. 2992 3 5 3 > 9 49. Ensemble selon l'une des revendications 2 à 5 et 6 à 8 combinées avec la revendications 2 dont au moins l'une des brides est festonnée avec une épaisseur de paroi autour des orifices plus grande qu'entre les orifices. 10.Moteur à turbine à gaz comprenant un ensemble formé d'un carter d'échappement 5 (17) et d'un cône d'échappement (19) selon l'une des revendications 1 à9.