EP0192556B1 - Carter de turbomachine associé à un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter - Google Patents

Carter de turbomachine associé à un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter Download PDF

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EP0192556B1
EP0192556B1 EP86400286A EP86400286A EP0192556B1 EP 0192556 B1 EP0192556 B1 EP 0192556B1 EP 86400286 A EP86400286 A EP 86400286A EP 86400286 A EP86400286 A EP 86400286A EP 0192556 B1 EP0192556 B1 EP 0192556B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casing
segments
wall
turbo
clearance
Prior art date
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Expired
Application number
EP86400286A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0192556A1 (fr
Inventor
Jean-Paul Lagrange
Jean-Max Marie Silhouette
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA filed Critical Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Publication of EP0192556A1 publication Critical patent/EP0192556A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0192556B1 publication Critical patent/EP0192556B1/fr
Expired legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/16—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means
    • F01D11/18—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means using stator or rotor components with predetermined thermal response, e.g. selective insulation, thermal inertia, differential expansion

Definitions

  • the invention relates to a tubormachine casing associated with a device enabling the clearance between said casing and the moving blades of a rotor to be adjusted in operation, automatically.
  • FR-A-2 540 560 describes a sealing device formed by sectors supported by hook elements integral with elastic tongues linked to a ferrule in two parts and supported by hooks fixed to an outer ring having a thermal inertia greater than that of the ferrule so that under the influence of the ventilation air distributed to the device, the sectors during a first transient phase are subjected to a first servo in a radial position to the ferrule and during a second stabilization phase to a second servo to the outer ring .
  • FR-A-2 164 215 describes a stator screen ring comprising at least two parts assembled end to end with chosen linear expansion coefficients and with length used for each such that a predetermined effective linear expansion coefficient is obtained at operating temperatures.
  • a turbomachine casing associated with a device for adjusting the clearance between movable blades and casing according to the invention is remarkable in that said casing is internally lined with a rigid annular wall connected to the casing by connecting means which allow said wall completely free to move in the radial direction according to the expansions / contractions in operation and in that said wall consists of a succession of integral segments in the circumferential direction, each segment being alternately of a type with low thermal inertia and of a type with high thermal inertia so that the radial displacements of said wall adapt in all operating conditions of the turbomachine to the radial displacements of the moving blade heads.
  • the inner wall segments with low thermal inertia are thin, their internal surface is directly in contact with the gases of the vein flowing through the movable blade stage considered, their external and lateral surfaces are coated with a thermally insulating material and the adjacent inner wall segments with high thermal inertia are very thick and coated on all their surfaces with a thermally insulating material.
  • the temperature T of the hot engine gases which pass through a grid of blades such as 1 creates a flow of heat which, passing through the blades, spreads as far as the disk which carries them and causes a radial expansion of the assembly therefore a displacement of the blade heads 1.
  • the radius of gyration R of the blade heads follows a law which can be represented by the relation: linking R to R o , gyratory radius of the blade heads at T o , ambient temperature on the ground, K, being the coefficient of thermal radial expansion of the rotor.
  • each grid of movable blades such as 1 can however be characterized fairly precisely by means of four parameters.
  • the speed of rotation N of the rotor creates a centrifugal force which acts on the whole of the rotor and causes another radial displacement of the blade heads 1.
  • K 2 being the coefficient of centrifugal radial expansion of the rotor.
  • T of the hot engine gases at a given point in the stream is a function of the speed of rotation N of the rotor: where K 3 is the coefficient of proportionality between T and N 2 .
  • radius of gyration R of the movable blades 1 is linked to the temperature of the hot engine gases, at a given point in the vein, by a relationship of simultaneity
  • the evolution of the temperature T of the engine gases is influenced by the fact that the evolution of the speed N is due to a momentary excess or deficit of the flow rate of burned fuel in the combustion chamber in relation to the flow required in stabilized operation.
  • LlTc is the temperature difference due to the excess or deficit of fuel burned
  • T N is the temperature that the turbine gases would have if the speed N were stabilized.
  • the temperature difference il Tc intervenes directly in the evolution of the radius of gyration R due to the temperature T as before.
  • its duration is at most equal to that of the speed transient N, ie 5 to 10 seconds maximum for a simple evolution. Its influence is therefore only appreciable on the expansion of the movable blades 1, that is to say, in the case of a “unitary step” of temperature as above, in connection only with the gain K 1 ' and the time constant 0 '.
  • FIG. 1 represents, in transverse section with respect to the axis of rotation of the turbomachine, a simplified view of an embodiment of the invention.
  • a turbomachine Facing the movable blade heads 1, there is a fixed part of a turbomachine constituted by a stator casing 2 which in the example shown is in two parts 2a, 2b, each having a generally semi-cylindrical shape.
  • Each part, respectively 2a and 2b, carries at its ends flanges, respectively 3a and 4a, 3b and 4b which are assembled by any known means, such as bolting.
  • the casing 2 is internally lined with a rigid wall 5, which in the example shown is also in two parts 5a and 5b.
  • This inner wall 5 consists of a succession of integral segments 6 which are of two different types 6a and 6b, more clearly shown in Figure 2, and arranged alternately.
  • a segment such as 6a is thin, its internal surface 6i is directly in contact with the gases of the vein circulating in the stage of movable blades 1 and its external and lateral surfaces are coated with a layer 7a of a material thermally insulating.
  • These segments 6a of the inner wall 5 therefore very quickly take the temperature of the gases of the vein.
  • An adjacent segment such as 6b is very thick and all of its surfaces are coated with a layer 7b of a thermally insulating material.
  • segments 6b of the inner wall 5 thus have a high thermal inertia and their thermal connection with the outside takes place almost only through their junctions with the adjacent segments 6a. They therefore take the temperature of the vein gases very slowly.
  • the insulating layers 7a and 7b are flexible enough to follow all the thermal expansions / contractions of the interior wall 5.
  • the segments 6a and 6b are in sufficient number so that the initially circular shape of the annular wall is sufficiently well preserved during the expansions / thermal contractions occurring during the operation of the turbomachine.
  • the internal surface of the interior wall 5, both for the segments 6a and for the adjacent segments 6b, can be covered with a layer 8 of abradable material constituting a wear and seal lining susceptible during operation to come into contact with the ends of movable blades 1 without causing damage.
  • This material is determined so as not to create a thermal barrier between the internal surface 6i of the segments 6a of the internal wall 5 and the gases of the vein and not to slow down the thermal expansions / contractions of the internal wall 5.
  • Each part, respectively 5a and 5b, of the inner wall 5 is fixed inside the corresponding part of the casing 2, respectively 2a and 2b, by means of connecting rods 9.
  • a yoke 10 is fixed, for example by screwing, on at least some of the segments 6b of the inner wall 5, at a 7th end of these segments in a radially external zone.
  • a yoke 11 is also fixed, for example by screwing, on the internal surface of the casing 2, in a position circumferentially offset with respect to the associated yoke 10.
  • Each link 9 is provided at its ends with yokes, respectively 9a and 9b which cooperate by means of axes of rotation 10a and 11a with said yokes 10 and 11.
  • links 9 are thus placed in a direction substantially tangential to the inner wall 5 and thus leave the wall 5 free to move radially under the influence of thermal expansion / contraction.
  • an access hole 5c can be made in the interior wall 5, preferably at the level of a thin segment 6a.
  • each end of the inner wall part, respectively 5a and 5b comprises a half-segment respectively 6c or 6d of the very thick type. As shown in more detail in FIGS. 3, 3a and 3b, these half-segments 6c and 6d are joined by their respective end faces by means, for example, of a bolt 12.
  • each of these faces comprises by example a tenon 13 and a mortise 14 arranged in two perpendicular directions and cooperating respectively with a mortise 14a and a tenon 13a of the face of the associated half-segment to very precisely join the two parts 5a and 5b of the inner wall 5.
  • a passage access 15 is provided through the casing 2 to allow the establishment of the bolting 12.
  • the internal wall 5 is placed in a housing constituted by an annular recess 16 formed on the internal face of the casing 2. Under the action of the pressure P of the gases, the internal wall 5 is thus pressed against laterally on the surface 16a of the recess 16 where the pressure P is the lowest.
  • the corresponding lateral surface of the wall 5 is coated with a layer 7b of thermally insulating material, as previously described, which in this zone prevents gas leaks, reduces contact friction and reduces heat exchange between the interior wall 5 e the casing 2.
  • the solution proposed by the invention consists in producing a "thermal model" of the rotor on the stator.
  • an inner wall 5 is produced which, in transient as well as in stabilized regimes, very precisely follows the radial movements of the blades of the rotor, and this by the only thermal effect on this inner wall 5 hot gases that lick it. Because this interior wall 5 is a complete circumference, any peripheral expansion results in a radial expansion of the interior wall 5. This is the principle used.
  • FIG. 5 Certain possible adaptations are shown in FIG. 5 for a segment 106b equivalent to a segment 6b.
  • segments 206b with high thermal inertia radially spaced apart towards the outside.
  • the adjacent segments 206a with low thermal inertia each extend respectively by a part 25.
  • These parts 25 remain without influence on the changes in diameter of the inner wall 5 because they are separated by a slot 26 which can have different shapes , as shown in Figures 6a, straight 6b, oblique, or 6c, bayonet.
  • the ends of the parts 25 are covered by a part 27 which covers the slot 26.
  • each element 105 of internal wall 5 is terminated by two half-segments 306c and 306d of the type with high thermal inertia to facilitate the attachment of the elements to each other.
  • the attachment of the elements to each other can for example be carried out as described above between the two parts 5a and 5b of the inner wall 5, with reference to FIGS. 3, 3a and 3b.
  • the rigidity of the interior wall 5 may be insufficient despite its pressing on a lateral surface 16a of the recess 16 of the casing 2 (see FIG. 4).
  • Figure 8a. are placed on the upstream and downstream lateral edges of the segments 406a of the inner wall 5, two ribs 19 that are thin enough to maintain the thermal performance of the two types of segment. The requested lateral tightness can then be produced on one of these ribs, coming to bear on the lateral surface 16a of the recess 16 of the casing 2 (see FIG. 4).
  • FIG. 8b it is possible, as an alternative, to provide on each lateral edge of a thin segment 506a stiffening elements 20 and 21 attached and fixed to the external wall of the segments 506a.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • L'invention concerne un carter de tuborma- chine à associé à un dispositif permettant d'ajuster en fonctionnement le jeu entre ledit carter et les aubes mobiles d'un rotor, de façon automatique.
  • Dans une turbomachine, il est nécessaire de maintenir à tout moment un jeu suffisant entre les aubes du rotor qui sont mobiles et la paroi interne du carter moteur qui est fixe.
  • Or les aubes mobiles et le carter moteur se déplacent radialement sous l'effet de la température, et aussi sous l'effet de la force centrifuge pour les aubes mobiles, des pressions interne et externe pour le carter moteur, ce qui provoque des variations importantes du jeu.
  • Pour éviter que ce jeu s'annule à un moment quelconque du fonctionnement, on est contraint de le prendre assez grand, initialement. Mais les performances du moteur sont sensiblement affectées par la présence de ce jeu important et un des objectifs majeurs des motoristes, à ces jours, est de «piloter» ce jeu pour le réduire, tant en régime transitoire qu'en régime stabilisé, tout en garantissant sa présence à tout instant.
  • Plusieurs solutions antérieures ont été proposées pour tenter de résoudre ce problème. La plupart utilisent des flux d'air plus ou moins chauds, plus ou moins pressurisés, prélevés en des points particuliers du moteur pour répondre aux besoins et utilisant aussi des régulations plus ou moins sophistiquées, comprenant généralement un moyen pour mesurer ou calculer le jeu et un moyen pour déplacer des éléments de paroi à l'intérieur du carter moteur et agir ainsi sur le jeu. FR-A-2 540 560 décrit un dispositif d'étanchéité formé de secteurs supportés par des éléments en crochet solidaires de languettes élastiques liées à un virole en deux parties et supportés par des crochets fixés à un anneau extérieur possédant une inertie thermique supérieure à celle de la virole de telle sorte que sous l'influence de l'air de ventilation distribué au dispositif, les secteurs au cours d'une première phase transitoire sont soumis à un premier asservissement en position radiale à la virole et au cours d'une deuxième phase de stabilisation, à un deuxième asservissement à l'anneau extérieur.
  • En outre, les documents FR-A-2 485 633, FR-A-2 450 344, GB 2 047 354, GB 2063374 illustrent, en décrivant des solutions de ce type, les résultats de ces recherches. Ces solutions antérieures se sont révélées encombrantes et lourdes, complexes et donc peu fiables, et surtout, par le prélèvement d'air dont elles ont besoin, elles font perdre aux performances du moteur une partie au moins de ce qu'elles leur apportent.
  • Par ailleurs, FR-A-2 164 215 décrit un anneau- écran de stator comportant au moins deux parties assemblées bout à bout à coefficients de dilatation linéaire choisis et à longueur utilisée pour chacune tels qu'un coefficient de dilatation linéaire efficace prédéterminé soit obtenu aux températures de fonctionnement.
  • L'invention évite ces divers inconvénients et en particulier permet d'obtenir une paroi de stator dont les évolutions radiales suivent exactement les évolutions radiales des têtes d'aubes mobiles sans nécessiter de prélèvement d'air préjudiciable aux performances de la turbomachine. Ainsi, un carter de turbomachine associé à un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter selon l'invention est remarquable en ce que ledit carter est doublé intérieurement d'une paroi annulaire rigide réliée au carter par des moyens de liaison qui laissent à ladite paroi toute liberté de déplacement dans le sens radial suivant les dilatations/contractions en fonctionnement et en ce que ladite paroi est constituée d'une succession de segments solidaires dans la direction circonférentielle, chaque segment étant alternativement d'un type à faible inertie thermique et d'un type à inertie thermique élevée de telle sorte que les déplacements radiaux de ladite paroi s'adaptent dans toutes les conditions de fonctionnement de la turbomachine aux déplacements radiaux des têtes d'aubes mobiles.
  • Avantageusement, les segments de paroi intérieure à faible inertie thermique sont de faible épaisseur, leur surface interne est directement au contact des gaz de la veine circulant à travers l'étage d'aube mobiles considéré, leurs surfaces externe et latérales sont revêtues d'un matériau thermiquement isolant et les segments adjacents de paroi intérieure à inertie thermique élevée sont de forte épaisseur et revêtus sur toutes leurs surfaces d'un matériau thermiquement isolant.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
    • - la figure 1 représente, en coupe transversale par rapport à l'axe de rotation de la turbomachine, une vue simplifiée d'un carter de turbomachine associé à un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter, selon un mode de réalisation de l'invention;
    • - la figure 2 montre un détail agrandi d'une partie de la figure 1 selon 11
    • - la figure 3 montre un détail agrandi d'une partie de la figure 1 selon Il
    • - les figures 3a et 3b montrent un détail des faces de contact respectivement des deux demi-segments représentés à la figure 3;
    • - la figure 4 représente, en coupe longitudinale passant par l'axe de rotation de la turbomachine selon IV-IV, une vue partielle du carter et du dispositif associé représentés à la figure 1;
    • - les figures 5 et 6 représentent dans une vue analogue à la figure 2 deux variantes du détail de la figure 1;
    • - les figures 6a, 6b, 6c représentent dans une vue selon F trois variantes d'un détail de la figure 6;
    • - la figure 7 représente dans une vue analogue à la figure 2 une autre variante du détail de la figure 1;
    • - les figures 8a et 8b représentent dans une vue analogue à la figure 4 deux variantes du détail agrandi de la figure 1 en coupe selon VIII-VIII;
  • En schématisant largement les phénomènes pour en faciliter la compréhension, on peut dire que le rayon de giration R de la tête d'une aube mobile 1 schématiquement représentée à la figure 1 évolue en fonction de deux paramètres que nous considérons comme indépendants l'un de l'autre, à savoir:
    • - la température T des gaz moteur au niveau de cette aube,
    • - la vitesse de rotation N du rotor.
  • La température T des gaz moteur chauds qui traversent une grille d'aubes telles que 1 crée un flux de chaleur qui, en passant par les aubes, se répand jusque dans le disque qui les porte et provoque une dilatation radiale de l'ensemble donc un déplacement des têtes d'aubes 1. En température stabilisée, et la vitesse N du rotor étant supposée nulle, le rayon de giration R des têtes d'aubes suit une loi qui peut être représentée par la relation:
    Figure imgb0001
    liant R à Ro, rayon giratoire des têtes d'aubes à To, température ambiante au sol, K, étant le coefficient de dilatation radiale thermique du rotor.
  • En transitoire de température, c'est-à-dire sur une évolution de la température T des gaz moteur chauds, le déplacement des têtes d'aubes 1 suit une loi complexe du fait que les aubes, qui baignent dans les gaz moteur et sont peu épaisses, s'échauffent ou se refroidissent rapidement tandis que les disques, qui sont éloignés des gaz moteur et très épais, s'échauffent ou se refroidissent plus lentement.
  • Le mode de déplacement de chaque grille d'aubes mobiles telles que 1 peut cependant être caractérisé de façon assez précise au moyen de quatre paramètres.
  • En effet, en se référant au cas d'un «échelon unitaire» de température, c'est-à-dire au cas d'une évolution brutale de la température T des gaz moteur d'une température T, stabilisée à une nouvelle température T2 stabilisée, à vitesse N du rotor supposée nulle, l'évolution correspondante, de R, à R2, du rayon de giration R d'une tête d'aube 1 soumise à cette évolution de température s'effectue de la façon suivante: elle est d'abord plutôt rapide, de l'ordre de 50% du déplacement total effectués en 5 à 10 secondes, puis très lente sur les 50% restants du déplacement total effectués en 10 à 20 minutes. Un tel comportement suit une loi qui peut être représentée par la relation en fonction du temps t:
    Figure imgb0002
    dans laquelle:
    • - K1' est le coefficient de dilatation radiale thermique des aubes mobiles
    • - Ki" est le coefficient de dilatation radiale thermique du disque
    • - e est la constante de Néper
    • - 0' est la constanre de temps de dilatation radiale thermique des aubes mobiles
    • - 0" est la constante de temps de dilatation radiale thermique du disque
      et où
    • - K1' + K1" - K1
    • - K1' et K1" sont voisins de 0,50
    • - 0' est de l'ordre de 5 seccndrs
    • - 0" est de l'ordre de 10 minutes.
  • Ces quatres paramètres, que l'on sait calculer, suffisent à déterminer la réponse de ce système à toute évolution de la température T des gaz moteur.
  • Par ailleurs, la vitesse de rotation N du rotor crée une force centrifuge qui agit sur l'ensemble du rotor et provoque un autre déplacement radial des têtes d'aubes 1.
  • En vitesse stabilisée et la température T des gaz moteur étant supposée égale à la température ambiante To, le rayon de giration R des têtes d'aubes 1 suit une loi qui peut être représentée par la relation:
    Figure imgb0003
  • K2 étant le coefficient de dilatation radiale centrifuge du rotor.
  • En transitoire de vitesse, c'est-à-dire sur une évolution de la vitesse N du rotor et la température T des gaz moteur étant toujours supposée égale à To, la relation ci-dessus reste vraie. En effet, la force centrifuge n'a pas de retard sur la vitesse de rotation N du rotor et le temps t n'intervient qu'au travers de l'évolution de la vitesse N.
  • Dans les conditions normales de fonctionnement de la turbomachine, la vitesse N et la température T évoluent toutes deux et leurs effets sur le rayon de giration R des têtes d'aubes 1 s'additionnent.
  • En régime stabilisé (N et T constants), en particulier, on a donc une évolution représentée par la relation:
    Figure imgb0004
  • Mais la température T des gaz moteur chauds en un point donné de la veine est une fonction de la vitesse de rotation N du rotor:
    Figure imgb0005
    où K3 est le coefficient de proportionnalité entre T et N2.
  • Cette relation peut s'écrire sous la forme inversée:
    Figure imgb0006
  • Il en résulte que le rayon de giration R des aubes mobiles 1 est lié à la température des gaz moteur chauds, en un point donné de la veine, par une relation de simultanéité
    Figure imgb0007
  • En régime transitoire (N et T non stabilisés), il faut distinguer selon la partie de tutbomachine considérée, compresseur ou turbine, la présente invention pouvant s'appliquer dans l'un et l'autre cas. Pour un compresseur, situé en amont de la chambre de combustion, l'évolution de la température T des gaz moteur chauds suit quasi-instantanément celle de la vitesse N du rotor, de telle sorte que la relation ci-dessus T = To + K3.N2 est encore applicable et que l'on peut encore écrire l'effet de la force centrifuge de cette façon:
    Figure imgb0008
    cet effet s'ajoutant, comme en régime stabilisé décrit ci-dessus, à celui de la température T des gaz moteur.
  • Pour une turbine, située en aval de la chambre de combustion, l'évolution de la température T des gaz moteur est influencée par le fait que l'évolution de la vitesse N est dûe à un excès ou un déficit momentané du débit de carburant brûlé dans la chambre de combustion par rapport au débit nécessaire en fonctionnement stabilisé. On obtient donc la nouvelle relation:
    Figure imgb0009
    où LlTc est l'écart de température dû à l'excès ou au déficit de carburant brûlé, et TN est la température qu'auraient les gaz de turbine si la vitesse N était stabilisée.
  • L'effet de la force centrifuge s'écrit donc:
    Figure imgb0010
  • Il n'est pas proportionnel à (T-To) mais à (TN -To).
  • Au contraire, l'écart de température il Tc intervient directement dans l'évolution du rayon de giration R dûe à la température T comme précédemment. Mais sa durée est au plus égale à celle du transitoire de vitesse N soit de 5 à 10 secondes au maximum pour une évolution simple. Son influence n'est donc sensible que sur la dilatation des aubes mobiles 1, c'est-à-dire, dans le cas d'un «échelon unitaire» de température comme ci-dessus, en liaison seulement avec le gain K1' et la constante de temps 0'.
  • Après avoir décrit les évolutions radiales des têtes d'aubes mobiles 1, on se reportera à nouveau à la figure 1 qui représente, en coupe transversale par rapport à l'axe de rotation de la turbomachine une vue simplifiée d'un mode de réalisation de l'invention. Face aux têtes d'aubes mobiles 1, se trouve une partie fixe de turbomachine constituée par un carter 2 de stator qui dans l'exemple représenté est en deux parties 2a, 2b, chacune ayant une forme générale demi-cylindrique. Chaque partie, respectivement 2a et 2b, porte à ses extrémités des brides, respectivement 3a et 4a, 3b et 4b qui sont assemblées par tout moyen connu, tel que boulonnage. Le carter 2 est doublé intérieurement d'une paroi rigide 5, qui dans l'exemple représenté est également en deux parties 5a et 5b. Cette paroi intérieure 5 est constituée d'une succession de segments 6 solidaires qui sont de deux types différents 6a et 6b, plus clairement représentés à la figure 2, et disposés alternativement. Un segment tel que 6a est de faible épaisseur, sa surface interne 6i est directement au contact des gaz de la veine circulant dans l'étage d'aubes mobiles 1 et ses surfaces externe et latérales sont revêtues d'une couche 7a d'un matériau thermiquement isolant. Ces segments 6a de la paroi intérieure 5 prennent donc très rapidement la température des gaz de la veine. Un segment adjacent tel que 6b a une forte épaisseur et toutes ses surfaces sont revêtues d'une couche 7b d'un matériau thermiquement isolant. Ces segments 6b de la paroi intérieure 5 possèdent ainsi une inertie thermique élevée et leur liaison thermique avec l'extérieur s'effectue presqu'uniquement au travers de leurs jonctions avec les segments adjacents 6a. Ils prennent donc très lentement la température des gaz de la veine. Les couches 7a et 7b isolantes sont assez souples pour suivre toutes les dilatations/contractions thermiques de la paroi intérieure 5. Les segments 6a et 6b sont en nombre suffisant pour que la forme initialement circulaire de la paroi annulaire soit suffisamment bien conservée lors des dilatations/contractions thermiques intervenant en cours de fonctionnement de la turbomachine. La surface interne de la paroi intérieure 5, aussi bien pour les segments 6a que pour les segments adjacents 6b, peut être recou- verte d'une couche 8 de matériau abradable constituant une garniture d'usure et d'étanchéité susceptible en cours de fonctionnement d'entrer en contact avec les extrémités d'aubes mobiles 1 sans occasionner de dommage. Ce matériau est déterminé de manière à ne pas créer une barrière thermique entre la surface interne 6i des segments 6a de la paroi intérieure 5 et les gaz de la veine et à ne pas freiner les dilatations/contractions thermiques de la paroi intérieure 5.
  • Chaque partie, respectivement 5a et 5b, de la paroi intérieure 5 est fixée à l'intérieure de la partie correspondante du carter 2, respectivement 2a et 2b, au moyen de biellettes 9 de support. Dans ce but, une chape 10 est fixée, par exemple par vissage, sur quelques-uns au moins des segments 6b de la paroi intérieure 5, à une extrémité 7e de ces segments dans une zone radialement externe. De même, une chape 11 est également fixée, par exemple par vissage, sur la surface interne du carter 2, dans une position circonférentiellement décalée par rapport à la chape 10 associée. Chaque biellette 9 est munie à ses extrémités de chapes, respectivement 9a et 9b qui coopèrent au moyen d'axes de rotation 10a et 11 a avec lesdites chapes 10 et 11. Ces biellettes 9 sont ainsi placées dans une direction sensiblement tangentielle par rapport à la paroi intérieure 5 et laissent ainsi à la paroi 5 toute liberté de se déplacer radialement sous l'influence des dilatations/contractions d'origine thermique. Pour permettre la fixation des biellettes 9 au carter 2, un trou d'accès 5c peut être ménagé dans la paroi intérieure 5, de préférence au niveau d'un segment 6a de faible épaisseur.
  • Les deux parties 5a et 5b de la paroi intérieure 5 sont assemblées de telle façon qu'elles prennent appui l'une sur l'autre et que, lors de tout déplacement radial provenant des dilatations/contractions d'origine thermique en cours de fonctionnement, leur axe longitudinal reste en coïncidence avec l'axe longitudinal de rotation de la turbomachine. Dans ce but, chaque extrémité de partie de paroi intérieure, respectivement 5a et 5b, comporte un demi-segment respectivement 6c ou 6d du type à forte épaisseur. Comme représenté plus en détail aux figures 3, 3a et 3b, ces demi-segments 6c et 6d sont réunis par leurs faces respectives d'extrémité au moyen, par exemple, d'un boulonnage 12. En outre, chacune de ces faces comporte par exemple un tenon 13 et une mortaise 14 disposés selon deux directions perpendiculaires et coopérant respectivement avec une mortaise 14a et un tenon 13a de la face du demi-segment associé pour solidariser très précisement les deux parties 5a et 5b de la paroi intérieure 5. Un passage d'accès 15 est prévu à travers le carter 2 pour permettre la mise en place du boulonnage 12.
  • Comme représenté sur la figure 4, la paroi intérieure 5 est placée dans un logement constitué par un évidement annulaire 16 ménagé sur la face interne du carter 2. Sous l'action de la pression P des gaz, la paroi intérieure 5 vient ainsi se plaquer latéralement sur la surface 16a de l'évidement 16 où la pression P est la plus faible. La surface latérale correspondante de la paroi 5 est revêtue d'une couche 7b de matériau thermiquement isolant, comme précédemment décrit, qui dans cette zone évite les fuites de gaz, réduit les frottements de contact et réduit les échanges de chaleur entre la paroi intérieure 5 e le carter 2. Dans l'exemple représenté à la figure 4, il s'agit d'un étage d'aubes mobiles 1 de turbine et dans ce cas la paroi intérieure 5 est plaquée contre une surface 16a de l'évidement 16 située à l'aval par rapport au sens de circulation des gaz dans la veine de la turbo- machine. Dans le cas d'un étage d'aubes de compresseur, à l'inverse, la paroi intérieure 5 serait plaquée contre une surface amont. On notera que dans l'exemple représenté la paroi intérieure 5 comme le carter 2 ont une forme générale cylindrique qui correspond à la forme extérieure de la veine des gaz de la turbomachine dans la zone considérée. Mais bien entendu, l'invention s'applique de la même manière au cas où cette forme de veine est conique et dans ce cas la paroi intérieure 5 a également une forme générale conique adaptée à la veine.
  • Après avoir décrit auparavant les évolutions radiales des têtes d'aubes mobiles 1, il convient de préciser en fonction des objectifs visés par l'invention les modes de mise en oeuvre permettant d'obtenir dans les différentes conditions de fonctionnement de la turbomachine, en régimes stabilisés et transitoires, le jeu souhaité entre les aubes mobiles 1 et la paroi intérieure 5 associée au carter 2.
  • La solution proposée par l'invention consiste à réaliser sur le stator un «modèle thermique» du rotor. C'est-à-dire qu'on réalise une paroi intérieure 5 qui, en régimes transitoires aussi bien qu'en régimes stabilisés, suit très exactement les mouvements radiaux des aubes du rotor, et ceci par le seul effet thermique sur cette paroi intérieure 5 des gaz chauds qui la lèchent. Du fait que cette paroi intérieure 5 est une circonférence complète, toute dilatation périphérique se traduit par une dilatation radiale de la paroi intérieure 5. C'est le principe utilisé.
  • Pour définir les segments 6a dits «à faible inertie thermique», deux paramètres
    • - le coefficient de dilatation thermique du matériau qui les constitue,
    • - et leur longueur périphérique totale, sont choisis pour que leur allongement thermique donne à la paroi intérieure 5 une dilatation radiale égale au déplacement de la tête des aubes dû à leur propre allongement thermique et à la force centrifuge (coefficient K,' + K2 en régime K 3 stabilisé, et les autres paramètres:
    • - la capacité calorifique du matériau qui les constitue,
    • - leur épaisseur,
    • - et les coefficients d'échange thermique des revêtements, sont choisis pour que les segments 6a aient une constante de temps thermique égale à celle des aubes 1 seules (cr).
  • De même, pour définir les segments 6b dits «à inertie thermique élevée», deux paramètres:
    • - le coefficient de dilatation thermique du matériau qui les constitue,
    • - et leur longueur périphérique totale, sont choisis pour que leur allongement thermique donne à la paroi intérieure 5 une dilatation radiale égale à celle que subit la tête des aubes 1 du fait de l'allongement thermique des disques qui les supportent (coefficient Kl"), et les autres paramètres:
    • - la capacité calorifique du matériau qui constitue les segments 6b,
    • - leur masse,
    • - leur forme,
    • - la section des liaisons entre segments 6a et 6b,
    • - et les coefficients d'échange thermique des revêtements, sont choisis pour que les segments 6b aient une constante de temps thermique égale à celle des disques seuls (σ").
  • Certaines adaptations possibles sont représentées à la figure 5 pour un segment 106b équivalent d'un segment 6b.
  • Des liaisons étroites et longues telles que 23 avec les segments voisins 6a et des cloisonnements internes tels que 24 freinent l'entrée et l'écoulement de la chaleur dans le segments 106b. La masse du segment 106b est augmentée par une forme plus longue en marteau en adjoignant des parties d'extrémités telles que 22. Des zones de radiation thermique, qui ne sont pas recouvertes d'une couche de matériau isolant, sur la paroi extérieure de ces segments, telles que 17, et des ailettes de refroidissement réalisées dans ces zones, telles que 18, permettent de rayonner la chaleur vers le carter de stator 2, donc de diminuer la température des segments 106b. Au besoin, on peut aussi ajouter des entretoises à coefficient de dilatation thermique faible ou nul (non représentées) au milieu des segments 6b. Ces artifices permettent, quand il en est besoin, d'obtenir exactement les caractéristiques requises pour la paroi intérieure 5.
  • On peut aussi, comme représenté à la figure 6, disposer des segments 206b à inertie thermique élevée radialement écartés vers l'extérieur. Dans ce cas, les segments adjacents 206a à faible inertie thermique se prolongent chacun respectivement par une partie 25. Ces parties 25 restent sans influence sur les évolutions en diamètre de la paroi intérieure 5 car elles sont séparées par une fente 26 qui peut avoir différentes formes, comme représenté aux figures 6a, droite 6b, oblique, ou 6c, à baïonnette. Les extrémités des parties 25 se recouvrent par une partie 27 qui couvre la fente 26.
  • Dans le cas particulier des régimes transitoires pour une turbine, il faut tenir compte du fait déjà évoqué que l'excès ou le déficit momentané de carburant brûlé se traduit instantanément par une température T des gaz plus élevée ou plus faible qu'à même régime N stabilisé. A cause de celà, le jeu entre les aubes 1 et la paroi intérieure 5 augmente ou diminue momentanément. Ceci n'apporte aucune gêne sensible en accélération, mais impose un jeu un peu plus grand en régime stabilisé pour qu'il soit encore suffisant en décélération.
  • En plus du mode de réalisation qui a été décrit, l'invention est susceptible d'autres modes de réalisation dont quelques variantes seront indiquées. Ainsi pour faciliter la fabrication et la réparation de la paroi intérieure 5, il peut être commode de la diviser en plusieur éléments. Un exemple de cette réalisation est représenté à la figure 7. Chaque élément 105 de paroi intérieure 5 est terminé par deux demi-segments 306c et 306d du type à inertie thermique élevée pour faciliter l'accrochage des éléments entre eux. On peut aller ainsi jusqu'à avoir autant d'éléments 105 que de segments à faible inertie thermique 306a. L'accrochage des éléments entre eux peut par exemple être réalisé comme décrit ci-dessus entre les deux parties 5a et 5b de la paroi intérieure 5, en référence aux figures 3, 3a et 3b.
  • Du fait de la faible épaisseur des segments à faible inertie thermique, la rigidité de la paroi intérieure 5 peut être insuffisante malgré son appui sur une surface latérale 16a de l'évidement 16 du carter 2 (voir figure 4). Pour y remédier, on peut équiper les segments à faible épaisseur de raidisseurs. Ainsi, comme représenté à la figure 8a. on place sur les bords latéraux amont et aval des segments 406a de la paroi intérieure 5, deux nervures 19 assez fines pour conserver les performances thermiques des deux types de segments. L'étanchéité latérale demandée peut alors être réalisé sur l'une de ces nervures, venant en appui sur la surface latérale 16a de l'évidement 16 du carter 2 (voir figure 4). Comme représenté à la figure 8b, on peut, en alternative, prévoir sur chaque bord latéral d'un segment de faible épaisseur 506a des éléments raidisseurs 20 et 21 rapportés et fixés sur la paroi externe des segments 506a.

Claims (10)

1. Carter de turbomachine associé à un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter. ledit carter (2) étant doublé intérieurement d'une paroi annulaire rigide (5), constituée d'une succession de segments (6a, 6b) solidaires dans la direction circonférentielle et soumis à la seule influence de l'air chaud de la turbomachine traversant l'étage d'aubes mobiles, caractérisé en ce que ladite paroi (5) est reliée au carter (2) par des moyens de liaison (9 à 11 ) qui laissent à ladite paroi (5) toute liberté de déplacement dans le sens radial suivant des dilatations/contractions en fonctionnement, et en ce que chaque segment est alternativement d'un type à faible inertie thermique et d'un type à inertie thermique élevée de telle sorte que les déplacements radiaux de ladite paroi (5) subissent automatiquement, dans toutes les conditions de fonctionnement de la turbomachine, les mêmes déplacements radiaux que les têtes d'aubes mobiles (1 ).
2. Carter de turbomachine associé à un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments (6a) de paroi intérieure (5) à faible inertie thermique sont de faible épaisseur, en ce que leur surface interne est directement au contact des gaz de la veine circulant à travers l'étage d'aubes mobiles (1 ) considéré et que leurs surfaces externe et latérales sont revêtues d'un matériau (7a thermiquement isolant et en ce que les segments adjacents (6b) de paroi intérieure (5) à inertie thermique élevée sont de forte épaisseur et revêtus sur toutes leurs surfaces d'un matériau (7b) thermiquement isolant, et reliés mécaniquement et thermiquement par une faible surface aux segments adjacents (6a).
3. Carter de turbomachine associé à un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la paroi intérieure (5) est fixée à l'intérieur du carter (2) au moyen de biellettes de support (9) placées selon une direction tangentielle et dont une extrémité (9b) est fixée à l'intérieur du carter et l'autre extrémité (9a) est fixée à certains au moins des segments à inertie thermique élevée ou forte épaisseur (6b) de paroi intérieure (5).
4. Carter de turbomachine associé à un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carter (2) est en deux parties (2a, 2b) demi-cylindriques assemblées par boulonnage et que la paroi intérieure (5) est en au moins deux parties (5a, 5b), la liaison entre les deux parties (5a, 5b) s'effectuant entre deux demi-segments à inertie thermique élevée ou de forte épaisseur (6c, 6d) dont les faces de contact comportent des tenons et mortaises coopérantes (13, 13a, 14, 14a) de centrage et qui sont assemblés au moyen de boulonnages (12).
5. Carter de turbomachine associé à un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi intérieure (5) est placée dans un logement constitué par un évidement annulaire (16) ménagé sur la face interne du carter (2) et l'une au moins des surfaces latérales de ladite paroi (5) susceptible de se plaquer contre la surface coopérante (16a) de l'évidement (16) est revêtue d'une couche de matériau isolant (7b) constituant un joint d'étanchéité.
6. Carter de turbomachine associé à un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface radialement interne de la paroi intérieure (5) est revêtue d'une couche (8) de matériau abradable constituant une garniture d'usure et d'étanchéité.
7. Carter de turbomachine associé à un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les segments de faible inertie thermique ou de faible épaisseur (206a) entrant dans la paroi intérieure (5) comportent sur leurs bords latéraux respectivement amont et aval, par rapport à la direction axiale de circulation des gaz de la turbomachine, des éléments raidisseurs constitués par exemple de nervures (19).
8. Carter de turbomachine associé à un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les segments à inertie thermique élevée ou de forte épaisseur (106b) de la paroi intérieure (5) comportent des cloisonnements internes (24), des extrémités en marteau (22), des zones (17) non recouvertes d'isolant thermique et des ailettes (18) de dissipation d'énergie, des liaisons (23) étroites et longues étant ménagées entre ces segments (106b) et leurs segments adjacents (6a) à faible épaisseur.
9. Carter de turbomachine associé à un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les segments à inertie thermique élevée ou de forte épaisseur (206b) de la paroi intérieure (5) sont radialement écartés des extrémités d'aube mobiles (1 ) et la continuité de la surface interne de ladite paroi (5) est assurée par des parties (25) de segments à faible inertie thermique ou de faible épaisseur (406a) séparées par une fente médiane (26).
10. Carter de turbomachine associé à un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les segments de faible inertie thermique ou de faible épaisseur (6a) de la paroi intérieure (5) comportent un trou (5c) permettant l'accès pour la fixation des biellettes de support (9) au carter (2).
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