EP3781794A1 - Ensemble d'anneau de turbine avec etancheite inter-secteurs - Google Patents

Ensemble d'anneau de turbine avec etancheite inter-secteurs

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EP3781794A1
EP3781794A1 EP19722665.7A EP19722665A EP3781794A1 EP 3781794 A1 EP3781794 A1 EP 3781794A1 EP 19722665 A EP19722665 A EP 19722665A EP 3781794 A1 EP3781794 A1 EP 3781794A1
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EP
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groove
sealing
ring
downstream
upstream
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EP19722665.7A
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German (de)
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Clément Jarrossay
Sébastien Serge Francis Congratel
Antoine Claude Michel Etienne Danis
Clément Jean Pierre Duffau
Lucien Henri Jacques Quennehen
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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Publication date
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    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings
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    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F05D2300/6033—Ceramic matrix composites [CMC]

Definitions

  • the opening or openings present in the second sealing tongue namely the tongue closest to the outer face of the platform of each ring sector which is intended to receive a cooling flow, allow the cooling flow to pass through this second sealing tongue and to impact the first sealing tongue, namely the tongue of sealing most exposed to heat flow. It is thus possible to cool the first sealing tongue which can then be exposed to flows of higher temperatures.
  • the air flow used to impact the first sealing tongue also reloads the pressure in the area between the first and second sealing tabs. The risk of reintroduction of hot air from the vein in this zone is thus reduced.
  • the opposite faces of the adjacent ring sectors and the sealing tongues are thus better protected from high temperature flows.
  • a second angled sealing element housed in both the first groove and the downstream groove.
  • a downstream sealing strip comprises first and second continuous portions forming an angle between them, the first portion extending in the downstream groove and the second portion extending partially in the first groove, the second portion of the second tongue; sealing strip overlapping the first portion of the downstream sealing tab, the second portion of said downstream sealing tab overlapping the first sealing tab.
  • each of the sealing tongues is made of a metal alloy based on nickel, cobalt or tungsten.
  • each opening in the second sealing tongue has an area of between 0.1 mm 2 and 10 mm 2 . According to a particular characteristic of the ring assembly of the invention, each opening in the second sealing tongue is entirely surrounded by the material of said second sealing tongue.
  • Figs. 2A and 2B are partial schematic perspective views showing the positioning of sealing tabs in a ring sector of the turbine ring assembly of Fig. 1;
  • the turbine ring 1 is formed of a plurality of adjacent ring sectors 10, FIG. 1 being a radial sectional view along a plane passing between two contiguous ring sectors.
  • the arrow DA indicates the axial direction with respect to the turbine ring 1 while the arrow DR indicates the radial direction with respect to the turbine ring 1.
  • each sealing tongue is housed in grooves facing each other in the opposite edges of two neighboring ring sectors.
  • each ring sector 10 comprises a first groove 41 which here extends horizontally in the redefinel2 in the vicinity of the inner face 12a thereof and in which is housed the first sealing tongue 21, a second groove 40 which extends here horizontally in the redefinel2 in the vicinity of the outer face 12b thereof and above the groove 41 in the radial direction DR, in which is housed the second sealing tongue 20, a groove upstream 42 formed in the upstream lug 14 in which is housed the upstream sealing tongue 22 and a downstream groove 43 formed in the downstream leg 16 and in which is housed the downstream sealing tongue 23.
  • FIGS. 1, 2A and 2B illustrate a single ring sector 10 in which the tongues 20, 21, 22 and 23 are partially inserted respectively in the grooves 40, 41, 42 and 43.
  • the portion of the tongues 20, 21, 22 and 23 protruding from ring sector 10 are introduced into corresponding grooves in the neighboring ring sector (not shown in FIGS. 1, 2A and 2B).
  • Fig. 3 shows a turbine ring assembly according to another embodiment of the invention.
  • the metal ring support structure 3 and the ring sectors 10 forming the turbine ring 1, here made of ceramic matrix composite material (CMC), are identical to those already described above. before in connection with Figures 1, 2A and 2B and will not be described here again for the sake of simplification.
  • CMC ceramic matrix composite material
  • each sealing tongue is housed in grooves facing each other in the opposite edges of two neighboring ring sectors.
  • each ring sector 10 has a first groove 41 extending here horizontally in the redefinel2 in the vicinity of the inner face 12a thereof, a second groove 40 extending here horizontally in the redefinel2 in the vicinity of the outer face 12b thereof and above the groove 41 in the radial direction DR, an upstream groove 42 formed in the upstream leg 14 and a downstream groove 43 formed in the downstream leg.
  • the second groove 40 opens on one side in the radially inner portion of the upstream groove 42 and on the other side in the radially inner portion of the downstream groove 43.
  • the downstream groove 43 also opens into the first groove 41.
  • the upstream sealing tongue 62 comprises first and second continuous portions 620 and 621 forming an angle therebetween, the first portion 620 extending into the upstream groove 42 and the second portion 621 partially extending into the second groove 40.
  • the second sealing tongue 60 comprises first and second continuous portions 600 and 601 forming an angle therebetween, the first portion 600 extending into the second groove 40 and the second portion 601 extending partially into the downstream groove 23, the second portion 621 of the upstream sealing tongue 22 overlapping the first portion 600 of the second sealing tongue 20.
  • the downstream sealing tongue 23 comprises first and second continuous portions 630 and 631 forming an angle between them, the first portion 630 extending into the downstream groove 43 and the second portion 631 extending partially into the first groove 41.
  • the second portion Me portion 601 of the second sealing tab 20 overlaps the first portion 630 of the downstream sealing tab 23 while the second portion 631 of the downstream sealing tab 23 overlaps the first sealing tab 21.
  • cooling flow FR is introduced through passages 35 present in the annular upstream radial flange 32 of the ring support structure 3, the flow cooling device imparting the outer surface 12b of the platform after it enters each ring sector 10.
  • the cooling flow can be taken from the compressor stage or come from a flow of air bypassing the combustion chamber. Thanks to the presence of the openings 126 and 127 in the second tongue 60 which is located closer to the outer face 12b of the redefinel2 receiving the cooling stream FR, a fraction of the cooling stream FR can reach the first tab 61 and cool the latter. It is thus possible to increase the temperatures of the gases flowing in the vein on the side of the inner face 12a of the ring sector platform without the risk of damaging the most exposed heat-sealing tab, namely the first tongue 61.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Un ensemble d'anneau pour turbine comprend une pluralité de secteurs d'anneau adjacents (10) formant un anneau de turbine (1), chaque secteur d'anneau (10) ayant une plateforme (12) avec une face interne définissant la face interne de l'anneau de turbine (1) et une face externe à partir de laquelle s'étendent suivant la direction radiale une patte amont (14) et une patte aval (16). Chaque secteur d'anneau (10) comprend une première rainure (41) présente dans la plateforme (12) au voisinage de la face interne (12a) de ladite plateforme, une deuxième rainure (40) présente dans la plateforme (12) au voisinage de la face externe (12b) de ladite plateforme, une rainure amont (42) s'étendant dans la patte amont (14) et une rainure aval (43) s'étendant dans la patte aval (16). Une première languette d'étanchéité (21) s'étend dans la première rainure (41). Une deuxième languette d'étanchéité (20) s'étend dans la deuxième rainure (40). Une languette d'étanchéité amont (22) s'étend dans la rainure amont (42). Une languette d'étanchéité aval (23) s'étend dans la rainure aval (43). La deuxième languette d'étanchéité (20) comporte une ou plusieurs ouvertures (26, 27).

Description

Ensemble d'anneau de turbine avec étanchéité inter-secteurs
Arrière-plan de l’invention
L’invention concerne un ensemble d’anneau de turbine pour une turbomachine, lequel ensemble comprend une pluralité de secteurs d’anneau en une seule pièce en matériau composite à matrice céramique ou en matériau métallique et une structure de support d’anneau.
Le domaine d’application de l’invention est notamment celui des moteurs aéronautiques à turbine à gaz. L’invention est toutefois applicable à d’autres turbomachines, par exemple des turbines industrielles.
Les matériaux composites à matrice céramique, ou CMC, sont connus pour leurs bonnes propriétés mécaniques qui les rendent aptes à constituer des éléments de structure, et pour leur capacité à conserver ces propriétés à des températures élevées. L’utilisation de CMC pour différentes parties chaudes de moteurs aéronautiques a déjà été envisagée, d’autant que les CMC ont une masse volumique inférieure à celle de métaux réfractaires traditionnellement utilisés.
Ainsi, la réalisation d'un ensemble d'anneau de turbine à partir de secteurs d’anneau en CMC est notamment décrite dans le document WO 2017/060604. Les secteurs d’anneau comportent une base annulaire dont la face interne définit la face interne de l’anneau de turbine et une face externe à partir de laquelle s'étendent deux parties formant pattes dont les extrémités sont engagées dans des logements d'une structure métallique de support d'anneau.
L'utilisation de secteurs d'anneau en CMC permet de réduire significativement la ventilation nécessaire au refroidissement de l'anneau de turbine. Toutefois, l’étanchéité entre la veine d’écoulement gazeux du côté intérieur des secteurs d’anneau et le côté extérieur des secteurs d’anneau demeure un problème.
Comme décrit dans le document WO 2017/060604, des languettes d'étanchéité sont disposées dans des rainures ménagées dans les faces des secteurs d'anneau adjacents afin d'établir une étanchéité entre les secteurs d'anneau. Les languettes d'étanchéité présentent en général des dimensions faibles, en particulier en épaisseur, pour être facilement réalisées en CMC. Afin d'améliorer les performances des turbines, en particulier leur rendement, on recherche des températures de fonctionnement toujours plus élevées. Si les anneaux en CMC supportent des températures relativement élevées (pouvant dépasser 1500°C), les languettes d'étanchéité en matériau métallique sont plus sensibles aux hautes températures. Par conséquent, le niveau de température auquel les anneaux en CMC peuvent être soumis est limité par la présence des languettes d'étanchéité.
Objet et résumé de l’invention
L'invention vise à permettre une utilisation à température élevée des anneaux de turbine en CMC et propose à cet effet un ensemble d'anneau pour turbine comprenant une pluralité de secteurs d'anneau adjacent formant un anneau de turbine s'étendant de manière circonférentielle autour d'une direction axiale, chaque secteur d’anneau ayant une première partie formant plateforme avec, suivant une direction radiale de l'anneau de turbine, une face interne définissant la face interne de l'anneau de turbine et une face externe à partir de laquelle s'étendent suivant la direction radiale une patte amont et une patte aval, chaque secteur d'anneau comprenant une première rainure dans la plateforme présente au voisinage de la face interne de ladite plateforme, une deuxième rainure dans la plateforme présente au voisinage de la face externe de ladite plateforme, la première et la deuxième rainure s'étendant suivant la direction axiale de l'anneau de turbine, une rainure amont s'étendant radialement dans la patte amont et une rainure aval s'étendant radialement dans la patte aval, une première languette d'étanchéité s'étendant dans la première rainure, une deuxième languette d'étanchéité s'étendant dans la deuxième rainure, une languette d'étanchéité amont s'étendant dans la rainure amont et une languette d'étanchéité aval s'étendant dans la rainure aval, la structure de support d'anneau comprenant des éléments de ventilation permettant d'amener un flux de refroidissement sur la face externe de la plateforme, caractérisé en ce que la deuxième languette d'étanchéité comporte une ou plusieurs ouvertures.
La ou les ouvertures présentes dans la deuxième languette d'étanchéité, à savoir la languette la plus proche de la face externe de la plateforme de chaque secteur d'anneau qui est destinée à recevoir un flux de refroidissement, permettent au flux de refroidissement de passer au travers de cette deuxième languette d'étanchéité et de venir impacter la première languette d'étanchéité, à savoir la languette d'étanchéité la plus exposée aux flux thermiques. Il est ainsi possible de refroidir la première languette d'étanchéité qui peut alors être exposée à des flux de plus hautes températures. En outre, le flux d'air utilisé pour impacter la première languette d'étanchéité permet également de recharger la pression dans la zone située entre les première et deuxième languettes d'étanchéité. Le risque de réintroduction d'air chaud de la veine dans cette zone est ainsi diminué. Les faces en regard des secteurs d'anneau adjacents et les languettes d'étanchéité sont donc mieux protégées des flux hautes températures.
Selon un premier aspect de l'ensemble d'anneau de l'invention, la rainure amont débouche dans la deuxième rainure, la rainure aval débouchant dans les première et deuxième rainures, chaque secteur d'anneau comprenant :
- un premier élément d'étanchéité coudé logé à la fois dans la rainure amont et dans la deuxième rainure, et
- un deuxième élément d'étanchéité coudé logé à la fois dans la première rainure et dans la rainure aval.
L'utilisation d’éléments d'étanchéité coudés permettent de boucher les fuites qui peuvent se produire au niveau des portions de contact entre les languettes d'étanchéité, c'est-à-dire au niveau des jonctions entre les rainures.
Selon une caractéristique particulière de l'ensemble d’anneau de l'invention, chacune des languettes d'étanchéité et chacun des éléments d'étanchéité coudés présente une épaisseur comprise entre 0.1 mm et 1 mm.
Selon une autre caractéristique particulière de l'ensemble d’anneau de l'invention, chacune des languettes d'étanchéité et chacun des éléments d'étanchéité coudés est en un matériau choisi parmi un des matériaux suivants : alliage à base de cobalt, nickel et tungstène.
Selon un deuxième aspect de l'ensemble d'anneau de l'invention, la rainure amont débouche dans la deuxième rainure et la rainure aval débouche dans les première et deuxième rainures, ensemble d'anneau dans lequel :
- la languette d'étanchéité amont comprend des première et deuxième portions continues formant un angle entre elles, la première portion s'étendant dans la rainure amont et la deuxième portion s'étendant partiellement dans la deuxième rainure,
- la deuxième languette d'étanchéité comprenant des première et deuxième portions continues formant un angle entre elles, la première portion s'étendant dans la deuxième rainure et la deuxième portion s'étendant partiellement dans la rainure aval, la deuxième portion de la languette d'étanchéité amont chevauchant la première portion de ladite deuxième languette d'étanchéité,
- une languette d'étanchéité aval comprend des première et deuxième portions continues formant un angle entre elles, la première portion s'étendant dans la rainure aval et la deuxième portion s'étendant partiellement dans la première rainure, la deuxième portion de la deuxième languette d'étanchéité chevauchant la première portion de la languette d'étanchéité aval, la deuxième portion de ladite languette d'étanchéité aval chevauchant la première languette d'étanchéité.
Avec des languettes d'étanchéité comportant deux portions continues formant un angle entre elles, il est possible d'empêcher les fuites à la jonction de deux rainures, et ce sans avoir à utiliser des joints coudés additionnels. Le montage des systèmes d'étanchéité inter-secteurs d'anneau est ainsi simplifié et le coût de production diminué. Le contrôle de la mise en place des languettes d'étanchéité est également simplifié car elles n'ont plus besoin de coopérer avec des joints coudés comme dans l'art antérieur.
Selon une caractéristique particulière de l'ensemble d’anneau de l'invention, chacune des languettes d'étanchéité présente une épaisseur comprise entre 0.1 mm et 1 mm.
Selon une autre caractéristique particulière de l'ensemble d’anneau de l'invention, chacune des languettes d'étanchéité est en un alliage métallique à base nickel, cobalt ou tungstène.
Selon une caractéristique particulière de l'ensemble d’anneau de l'invention, chaque ouverture présente dans la deuxième languette d'étanchéité présente une surface comprise entre 0,1 mm2 et 10 mm2. Selon une caractéristique particulière de l'ensemble d’anneau de l'invention, chaque ouverture présente dans la deuxième languette d'étanchéité est entièrement entourée par le matériau de ladite deuxième languette d'étanchéité.
Selon une autre caractéristique particulière de l'ensemble d’anneau de turbine de l'invention, chaque secteur d'anneau est en matériau céramique à matrice composite.
Brève description des dessins.
L’invention sera mieux comprise à la lecture faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en demi-coupe radiale montrant un mode de réalisation d’un ensemble d’anneau de turbine selon l’invention ;
- les figures 2A et 2B sont des vues schématiques partielles en perspective montrant le positionnement de languettes d'étanchéité dans un secteur d'anneau de l'ensemble d'anneau de turbine de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en demi-coupe radiale montrant un autre mode de réalisation d’un ensemble d’anneau de turbine selon l’invention ;
- les figures 4A et 4B sont des vues schématiques partielles en perspective montrant le positionnement de languettes d'étanchéité dans un secteur d'anneau de l'ensemble d'anneau de turbine de la figure 3.
Description détaillée de modes de réalisation
La figure 1 montre un ensemble d’anneau pour turbine haute pression comprenant un anneau de turbine 1, ici en matériau composite à matrice céramique (CMC) comprenant une pluralité de secteurs d'anneau adjacents ayant chacun une base annulaire ou plateforme 12, une patte amont 14 et une patte aval 16 qui s'étendent chacune radialement en saillie vers l'extérieur de la plateforme 12. Dans l'exemple décrit ici, l’anneau de turbine 1 entoure un ensemble de pales rotatives 5. Toutefois, l'ensemble d'anneau de l'invention peut également être formé par d'autres ensemble d'anneau pour turbine comme par exemple un ensemble d'anneau pour turbine comprenant des aubes fixes de secteurs de distributeur de turbine à gaz. Dans ce cas, la plateforme est une plateforme d'un distributeur et les pattes amont et aval 14, 16 peuvent porter des moyens d'étanchéité et/ou des moyens de fixation afin de venir en contact étanche avec le carter. Dans chaque cas, l’anneau de turbine 1 est formé d’une pluralité de secteurs d’anneau adjacents 10, la figure 1 étant une vue en coupe radiale selon un plan passant entre deux secteurs d'anneaux contigus. La flèche DA indique la direction axiale par rapport à l'anneau de turbine 1 tandis que la flèche DR indique la direction radiale par rapport à l'anneau de turbine 1.
Chaque secteur d’anneau 10 a une section sensiblement en forme de Pi (p) inversé avec une base annulaire ou plateforme 12 dont la face interne 12a peut-être revêtue d’une couche de matériau abradable et/ou d'une barrière thermique (non représentée sur la figure 1). La face interne 12a définit la veine d’écoulement de flux gazeux dans la turbine. Des pattes amont et aval 14, 16 s'étendent à partir de la face externe 12b de la plateformel2 dans la direction radiale DR. Les termes "amont" et "aval" sont utilisés ici en référence au sens d'écoulement du flux gazeux dans la turbine (flèche F).
La structure de support d'anneau 3 qui est solidaire d'un carter de turbine 30 comprend une bride radiale amont annulaire 32 comportant une lèvre 34 sur sa face en regard des pattes amont 14 des secteurs d'anneau 10, la lèvre 34 étant en appui sur la face externe 14a des pattes amont 14. Du côté aval, la structure de support d’anneau comprend une bride radiale aval annulaire 36 comportant une lèvre 38 sur sa face en regard des pattes aval 16 des secteurs d'anneau 10, la lèvre 38 tant en appui sur la face externe 16a des pattes aval 16.
Les pattes 14 et 16 de chaque secteur d'anneau 10 sont montées entre les brides annulaires 32 et 36 et maintenus entre celles-ci par des pions de blocage. Plus précisément et comme illustré sur la figure 1, des pions 50 sont engagés à la fois dans la bride radiale amont annulaire 32 de la structure de support d'anneau 3 et dans les pattes amont 14 des secteurs d'anneau 10. A cet effet, les pions 50 traversent chacun respectivement un orifice 33 ménagé dans la bride radiale amont annulaire 32 et un orifice 15 ménagé dans chaque patte amont 14, les orifices 33 et 15 étant alignés lors du montage des secteurs d'anneau 10 sur la structure de support d'anneau 3. De même, des pions 51 sont engagés à la fois dans la bride radiale aval annulaire 36 de la structure de support d'anneau 3 et dans les pattes aval 16 des secteurs d'anneau 10. A cet effet, les pions 51 traversent chacun respectivement un orifice 37 ménagé dans la bride radiale aval annulaire 36 et un orifice 17 ménagé chaque patte aval 16, les orifices 37 et 17 étant alignés lors du montage des secteurs d'anneau 10 sur la structure de support d'anneau 3.
Conformément à l'invention, l'étanchéité de l'anneau est assurée par des languettes d’étanchéité. Plus précisément, comme représenté sur les figures 1, 2A et 2B, chaque secteur d'anneau 10 est muni d'une première languette d'étanchéité 21 qui s'étend ici horizontalement sur presque toute la longueur de la plateformel2, d'une deuxième languette d'étanchéité 20 disposée au-dessus de la première languette horizontale la direction radiale DR et qui s'étend ici horizontalement sur une partie de la longueur de la plateformel2, d'une languette d'étanchéité amont 22 qui s'étend principalement le long de la patte amont 14 et d'une languette d'étanchéité aval 23 qui s'étend principalement le long de la patte aval 16.
Chaque languette d'étanchéité est logée dans des rainures se faisant face dans les bords en regard de deux secteurs d’anneau voisins. A cet effet, chaque secteur d'anneau 10 comporte une première rainure 41 qui s'étend ici horizontalement dans la plateformel2 au voisinage de la face interne 12a de celle-ci et dans laquelle est logée la première languette d'étanchéité 21, une deuxième rainure 40 qui s'étend ici horizontalement dans la plateformel2 au voisinage de la face externe 12b de celle-ci et au-dessus de la rainure 41 suivant la direction radiale DR, dans laquelle est logée la deuxième languette d'étanchéité 20, une rainure amont 42 ménagée dans la patte amont 14 dans laquelle est logée la languette d'étanchéité amont 22 et une rainure aval 43 ménagée dans la patte aval 16 et dans laquelle est logée la languette d'étanchéité aval 23. La deuxième rainure 40 débouche d'un côté dans la partie radialement interne de la rainure amont 42 et de l'autre côté dans la partie radialement interne de la rainure aval 43. Ainsi, la deuxième languette d'étanchéité 20 est en contact à une extrémité avec la languette d'étanchéité amont 22 et en contact à l'autre extrémité avec la languette aval 23. En outre, la rainure aval 43 débouche dans la première rainure 41 de sorte que l'extrémité radialement interne de la languette d'étanchéité aval 23 est en contact avec la première languette d'étanchéité 21. On réduit ainsi les fuites par superposition des languettes.
Les figures 1, 2A et 2B illustrent un seul secteur d'anneau 10 dans lequel les languettes 20, 21, 22 et 23 sont partiellement introduites respectivement dans les rainures 40, 41, 42 et 43. La partie des languettes 20, 21, 22 et 23 dépassant du secteur d'anneau 10 (figure 2B) sont introduites dans des rainures correspondantes ménagées dans le secteur d'anneau voisin (non représenté sur les figures 1, 2A et 2B).
Les languettes 20, 21, 22 et 23 sont par exemple métalliques et sont de préférence montées avec jeu à froid dans les rainures 40, 41, 42 et 43 afin d’assurer la fonction d’étanchéité aux températures rencontrées en service. A titre d'exemples non limitatifs, les languettes d'étanchéité peuvent être réalisées en un alliage métallique à base nickel, cobalt ou tungstène.
En outre, un premier élément d'étanchéité ou joint coudé 24 est logé à la fois dans la rainure verticale amont 42 et dans la deuxième rainure 40 tandis qu'un deuxième élément d'étanchéité ou joint coudé 25 est logé à la fois dans la première rainure 41 et dans la rainure verticale aval 43. Les joints coudés 24 et 25 peuvent être formés à partir de feuilles de métal pliées. A titre d'exemples non limitatifs, les joints coudés peuvent être réalisés en un alliage métallique à base nickel, cobalt ou tungstène.
De même que pour les languettes d'étanchéité 20, 21, 22 et 23, les joints coudés 24 et 25 sont partiellement introduits respectivement dans les rainures 42 et 40 et dans les rainures 41 et 43. La partie des joints coudés 24 et 25 dépassant du secteur d'anneau 10 (figure 2B) sont introduites dans des rainures correspondantes ménagées dans le secteur d'anneau voisin (non représenté sur les figures 1, 2A et 2B).
Avec deux languettes d'étanchéité superposées dans la direction radiale DR dans la plateforme, on réalise une double étanchéité au niveau de la base de l'anneau qui renforce l'étanchéité inter-secteur dans l'anneau tout en assurant une redirection de l'air circulant du côté externe de l'anneau vers l'amont, c'est-à-dire dans la roue mobile formée par les pales rotatives à l'intérieur de l'anneau. Par ailleurs, l'utilisation des joints coudés 24 et 25 permettent de boucher les fuites qui peuvent se produire au niveau des portions de contact entre les languettes d'étanchéité, c'est-à-dire au niveau des jonctions orthogonales des rainures. Dans l'exemple décrit ici, le joint coudé 24 empêche les fuites au niveau de la portion de contact entre la deuxième languette 20 et la languette verticale amont 22 tandis que le joint coudé 25 empêche les fuites au niveau de la portion de contact entre la première languette 21 et la languette verticale aval 23.
Conformément à l'invention, la deuxième languette horizontale comporte une ou plusieurs ouvertures. Dans l'exemple décrit ici, la deuxième languette 20 comporte deux ouvertures 26 et 27. La première languette 21 est située au plus près de la face interne 12a de la plateformel2 du secteur d'anneau, c'est-à-dire au plus près de la veine. Par conséquent, c'est la première languette horizontale 21 qui est soumise aux températures les plus hautes. Les ouvertures 26 et 27 réalisées dans la deuxième languette 20 permettent de refroidir la première languette 21. En effet, la face externe 12b de la plateformel2 de chaque secteur d'anneau reçoit un flux de refroidissement FR introduit à l'intérieur de l'anneau par des éléments de ventilation permettant d'amener le flux de refroidissement sur la face externe 12b de la plateforme. Dans l'exemple décrit ici, flux de refroidissement FR est introduit par des passages 35 présents dans la bride radiale amont annulaire 32 de la structure de support d'anneau 3, le flux de refroidissement impartant la surface externe 12b de la plateforme après son entrée dans chaque secteur d'anneau 10. Dans le cas d'une turbine à gaz, le flux de refroidissement peut être prélevé à partir de l'étage de compresseur ou provenir d'un flux d'air de contournement de la chambre de combustion. Grâce à la présence des ouvertures 26 et 27 dans la deuxième languette 20 qui est située au plus près de la face externe 12b de la plateformel2 recevant le flux de refroidissement FR, une fraction du flux de refroidissement FR peut parvenir jusqu'à la première languette 21 et refroidir cette dernière. Les ouvertures présentes dans la deuxième languette d'étanchéité permettent de créer des passages de fuite locaux vers la première languette d'étanchéité. Ces passages de fuite étant locaux et maîtrisés lors de la conception des languettes d'étanchéité, ils n'ont qu'un impact limité sur la fonction d'étanchéité de la deuxième languette. A cet effet, chaque ouverture présente dans la deuxième languette d'étanchéité est de préférence entièrement entourée par le matériau de la languette comme illustrée sur la figure 2A afin de maintenir une continuité de matière sur toute la longueur de la languette et, par conséquent, de limiter les fuites au niveau des ouvertures. Par ailleurs, chaque ouverture présente une surface comprise entre 1 mm2 et 10 mm2. Il est ainsi possible d'augmenter la températures des gaz circulant dans la veine du côté de la face interne 12a de la plateforme des secteurs d'anneau sans risquer d'endommager la languette d'étanchéité la plus exposée aux flux thermiques, à savoir la première languette horizontale 21.
Le nombre et/ou la forme des ouvertures réalisées sur la deuxième languette sont définis en fonction des besoins de refroidissement de la première languette horizontale.
La figure 3 montre un ensemble d'anneau pour turbine conformément à un autre mode de réalisation de l'invention. Dans l'exemple décrit ici, la structure métallique de support d’anneau 3 et les secteur d'anneau 10 formant l'anneau de turbine 1, ici en matériau composite à matrice céramique (CMC), sont identiques à ceux déjà décrits ci-avant en relation avec les figures 1, 2A et 2B et ne seront pas décrits ici à nouveau par souci de simplification.
L'ensemble d'anneau de turbine représenté sur les figures 3, 4A et 4B diffère de l'ensemble d'anneau de turbine décrit précédemment en relation avec les figures 1, 2A et 2B en ce que certaines languettes d'étanchéité comprennent deux portions formant un angle entre elles de manière à empêcher les fuites à la jonction de deux rainures dans les secteurs d'anneau, et ce sans avoir à utiliser des joints coudés additionnels comme dans le mode de réalisation précédent.
Plus précisément, comme représenté sur les figures 3, 4A et 4B, chaque secteur d'anneau 10 est muni d'une première languette d'étanchéité 61 qui s'étend sur presque toute la longueur de la plateformel2, d'une deuxième languette d'étanchéité 60 disposée au- dessus de la première languette la direction radiale DR et qui s'étend sur une partie de la longueur de la plateformel2, d'une languette d'étanchéité amont 62 qui s'étend principalement le long de la patte amont 14 et d'une languette d'étanchéité aval 63 qui s'étend principalement le long de la patte aval 16.
Chaque languette d'étanchéité est logée dans des rainures se faisant face dans les bords en regard de deux secteurs d'anneau voisins. A cet effet, chaque secteur d'anneau 10 comporte une première rainure 41 s'étendant ici horizontalement dans la plateformel2 au voisinage de la face interne 12a de celle-ci, une deuxième rainure 40 s'étendant ici horizontalement dans la plateformel2 au voisinage de la face externe 12b de celle-ci et au-dessus de la rainure 41 suivant la direction radiale DR, une rainure amont 42 ménagée dans la patte amont 14 et une rainure aval 43 ménagée dans la patte aval. La deuxième rainure 40 débouche d'un côté dans la partie radialement interne de la rainure amont 42 et de l'autre côté dans la partie radialement interne de la rainure aval 43. La rainure aval 43 débouche en outre dans la première rainure 41.
La languette d'étanchéité amont 62 comprend des première et deuxième portions continues 620 et 621 formant un angle entre elles, la première portion 620 s'étendant dans la rainure amont 42 et la deuxième portion 621 s'étendant partiellement dans la deuxième rainure 40. La deuxième languette d'étanchéité 60 comprend des première et deuxième portions continues 600 et 601 formant un angle entre elles, la première portion 600 s'étendant dans la deuxième rainure 40 et la deuxième portion 601 s'étendant partiellement dans la rainure aval 23, la deuxième portion 621 de la languette d'étanchéité amont 22 chevauchant la première portion 600 de la deuxième languette d'étanchéité 20. La languette d'étanchéité aval 23 comprend des première et deuxième portions continues 630 et 631 formant un angle entre elles, la première portion 630 s'étendant dans la rainure aval 43 et la deuxième portion 631 s'étendant partiellement dans la première rainure 41. La deuxième portion 601 de la deuxième languette d'étanchéité 20 chevauche la première portion 630 de la languette d'étanchéité aval 23 tandis que la deuxième portion 631 de la languette d'étanchéité aval 23 chevauche la première languette d'étanchéité 21.
Les figures 3, 4A et 4B illustrent un seul secteur d'anneau 10 dans lequel les languettes 60, 61, 62 et 63 sont partiellement introduites respectivement dans les rainures 40, 41, 42 et 43. La partie des languettes 60, 61, 62 et 63 dépassant du secteur d'anneau 10 (figure 4B) sont introduites dans des rainures correspondantes ménagées dans le secteur d'anneau voisin (non représenté sur les figures 3, 4A et 4B).
Les languettes d'étanchéité présentent des dimensions très réduites. En effet, les languettes d'étanchéité destinées à être placées entre des secteurs d'anneau de turbine présentent en général une épaisseur comprise environ entre 0.1 mm et 1 mm. Les languettes 60, 62 et 63 peuvent être réalisées par exemple par fabrication additive ou par fabrication MIM (Moulage par Injection de Métal) qui permet de former directement des languettes d'étanchéité de très faibles dimensions avec deux portions continues formant un angle. La conformation, par exemple par pliage, de languettes en matériau métallique initialement plates et présentant de très faibles dimensions s'avère délicate, en particulier en ce qui concerne le contrôle de l'angle présent entre les deux portions continues d'une languette. A titre d'exemple, une languette d'étanchéité présentant t une épaisseur inférieure à 1 mm et comportant deux portions continues formant entre elles un angle compris entre 60° et 170° peuvent être réalisées par fusion laser.
Les languettes d'étanchéité 60, 61, 62 et 63 peuvent être réalisées en matériau métallique et sont de préférence montées avec un jeu à froid dans les rainures 40, 41, 42 et 43 afin d'assurer la fonction d'étanchéité aux températures rencontrées en service. A titre d'exemples non limitatifs, les languettes d'étanchéité peuvent être réalisées en un alliage métallique à base nickel, cobalt ou tungstène .
Comme indiqué ci-avant, la deuxième portion 621, qui se prolonge axialement depuis la première portion 620 de la languette d'étanchéité amont 62, chevauche la première portion 600 de la deuxième languette d'étanchéité 60. De même, la deuxième portion 601, qui se prolonge axialement depuis la première portion 600 de la deuxième languette d'étanchéité 60, chevauche la première portion 630 de la languette d'étanchéité aval 63. De même encore, la deuxième portion 631, qui se prolonge axialement depuis la première portion 630 de la languette d'étanchéité aval 63, chevauche la première languette d'étanchéité 61.
L'utilisation de languettes d'étanchéité comportant, en outre d'une première portion principale, une deuxième portion continue avec la première portion qui chevauche la languette d'étanchéité adjacente, il est possible de boucher les fuites qui peuvent se produire au niveau des portions de jonction entre les languettes d'étanchéité, c'est-à-dire au niveau des jonctions entre les rainures, et ce sans avoir à utiliser de joins ou éléments d'étanchéité coudé comme dans l'art antérieur. Dans l'exemple décrit ici : - la deuxième portion 621 de la languette d'étanchéité amont 62 qui chevauche la première portion 600 de la deuxième languette d'étanchéité 60 empêche les fuites au niveau de la jonction entre les languettes 62 et 60 et des rainures 42 et 40 ;
- la deuxième portion 601 de la deuxième languette d'étanchéité 60 qui chevauche la première portion 630 de la languette d'étanchéité aval 63 empêche les fuites au niveau de la jonction entre les languettes 60 et 63 et des rainures 40 et 43 ;
- la deuxième portion 631 de la languette d'étanchéité aval 63 qui chevauche la première languette d'étanchéité 61 empêche les fuites au niveau de la jonction entre les languettes 63 et 61 et des rainures 43 et 4L
En outre, avec deux languettes d'étanchéité superposées dans la direction radiale DR dans la plateforme, on réalise une double étanchéité au niveau de la base de l'anneau qui renforce l'étanchéité inter-secteur dans l'anneau tout en assurant une redirection de l'air circulant du côté externe de l'anneau vers l'amont, c'est-à-dire dans la roue mobile formées par les pales rotatives à l'intérieur de l'anneau. Concernant la première rainure horizontale 41, celle-ci est réalisée de préférence au plus près de la face interne 12a de la plateformel2 du secteur d'anneau afin que la première languette d'étanchéité 21 se trouve au plus près de la veine. On réduit ainsi le jeu inter-secteur et son impact sur le sommet des aubes.
Conformément à l'invention, la deuxième languette comporte une ou plusieurs ouvertures. Dans l'exemple décrit ici, la deuxième languette 60 comporte deux ouvertures 126 et 127. La première languette 61 est située au plus près de la face interne 12a de la plateformel2 du secteur d'anneau, c'est-à-dire au plus près de la veine. Par conséquent, c'est la première languette 61 qui est soumise aux températures les plus hautes. Les ouvertures 126 et 127 réalisées dans la deuxième languette 60 permettent de refroidir la première languette 61. En effet, la face externe 12b de la plateformel2 de chaque secteur d'anneau reçoit un flux de refroidissement FR introduit à l'intérieur de l'anneau par des éléments de ventilation permettant d'amener le flux de refroidissement sur la face externe 12b de la plateforme. Dans l'exemple décrit ici, flux de refroidissement FR est introduit par des passages 35 présents dans la bride radiale amont annulaire 32 de la structure de support d'anneau 3, le flux de refroidissement impartant la surface externe 12b de la plateforme après son entrée dans chaque secteur d'anneau 10. Dans le cas d'une turbine à gaz, le flux de refroidissement peut être prélevé à partir de l'étage de compresseur ou provenir d'un flux d'air de contournement de la chambre de combustion. Grâce à la présence des ouvertures 126 et 127 dans la deuxième languette 60 qui est située au plus près de la face externe 12b de la plateformel2 recevant le flux de refroidissement FR, une fraction du flux de refroidissement FR peut parvenir jusqu'à la première languette 61 et refroidir cette dernière. Il est ainsi possible d'augmenter la températures des gaz circulant dans la veine du côté de la face interne 12a de la plateforme des secteurs d'anneau sans risquer d'endommager la languette d'étanchéité la plus exposée aux flux thermiques, à savoir la première languette 61.
Le nombre et/ou la forme des ouvertures réalisées sur la deuxième languette horizontale sont définis en fonction des besoins de refroidissement de la première languette horizontale.
Chaque ouverture peut présenter par exemple une forme carrée ou ronde. La ou les ouverture sont positionnées sur la deuxième languette pour déboucher sur des points chauds identifiés sur la première languette. En outre, comme indiqué précédemment, chaque ouverture présente dans la deuxième languette d'étanchéité est de préférence entièrement entourée par le matériau de la languette et/ou présente une surface comprise entre 1 mm2 et 10 mm2. Des simulations comparatives en température ont été réalisés par calcul par la Titulaire. Des simulations ont été réalisées avec des secteurs d'anneau en CMC et des languettes d'étanchéité telles que définies précédemment. Les simulations ont consisté à exposer la face interne de la plateforme des secteurs d'anneau à une température de référence supérieure à 1000°C tout en faisant circuler un flux de refroidissement sur la face externe de la plateforme des secteurs d'anneau. Dans une première simulation, la deuxième languette d'étanchéité, c'est-à-dire la languette d'étanchéité la plus proche de la face externe de la plateforme des secteurs d'anneau recevant le flux de refroidissement, ne comporte pas d'ouvertures. Dans une deuxième simulation, la deuxième languette d'étanchéité comporte des ouvertures comme décrites ci-avant. Lors de chaque simulation, on a calculé la température maximale atteinte par la première languette d'étanchéité. Celle-ci est réduite de plus de 10°C lorsque la deuxième languette d'étanchéité horizontale comporte des ouvertures. En outre, on a calculé une diminution de 30°C environ sur les zones de la première languette d'étanchéité sur lesquelles débouchent les ouvertures présentes dans la deuxième languette d'étanchéité. On voit ici l'impact des ouvertures réalisées dans la deuxième languette d'étanchéité sur la réduction de température de la première languette d'étanchéité.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ensemble d'anneau pour turbine comprenant une pluralité de secteurs d'anneau adjacents (10) formant un anneau de turbine (1) s'étendant de manière circonférentielle autour d'une direction axiale (DA), chaque secteur d'anneau (10) ayant une plateforme (12) avec, suivant une direction radiale de l'anneau de turbine, une face interne définissant la face interne de l'anneau de turbine (1) et une face externe à partir de laquelle s'étendent suivant la direction radiale une patte amont (14) et une patte aval (16), chaque secteur d'anneau (10) comprenant une première rainure (41) présente dans la plateforme (12) au voisinage de la face interne (12a) de ladite plateforme , une deuxième rainure (40) présente dans la plateforme (12) au voisinage de la face externe (12b) de ladite plateforme, la première et la deuxième rainure s'étendant suivant la direction axiale de l'anneau de turbine, une rainure amont (42) s'étendant radialement dans la patte amont (14) et une rainure aval (43) s'étendant radialement dans la patte aval (16), une première languette d'étanchéité (21) s'étendant dans la première rainure (41), une deuxième languette d'étanchéité (20) s'étendant dans la deuxième rainure (40), une languette d'étanchéité amont (22) s'étendant dans la rainure amont (42) et une languette d'étanchéité aval (23) s'étendant dans la rainure aval (43),
caractérisé en ce que la deuxième languette d'étanchéité (20) comporte une ou plusieurs ouvertures (26, 27). 2. Ensemble d'anneau selon la revendication 1, dans lequel la rainure amont (42) débouche dans la deuxième rainure (40), la rainure aval (43) débouchant dans les première et deuxième rainures (41, 40), et dans lequel chaque secteur d'anneau comprend :
- un premier élément d'étanchéité coudé (24) logé à la fois dans la rainure amont (42) et dans la deuxième rainure (40), et
- un deuxième élément d'étanchéité coudé (25) logé à la fois dans la première rainure (41) et dans la rainure aval (43).
3. Ensemble d’anneau selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chacune des languettes d'étanchéité (20, 21, 22, 23) et chacun des éléments d'étanchéité coudés (24, 25) présente une épaisseur comprise entre 0.1 mm et 1 mm.
4. Ensemble d'anneau selon la revendication 3, dans lequel chacune des languettes d'étanchéité (20, 21, 22, 23) et chacun des éléments d'étanchéité coudés (24, 25) est en un alliage métallique à base nickel, cobalt ou tungstène.
5. Ensemble d'anneau selon la revendication 1, dans lequel la rainure amont (42) débouche dans la deuxième rainure (40) et la rainure aval (43) débouche dans les première et deuxième rainures (41, 40), et dans lequel :
- la languette d'étanchéité amont (62) comprend des première et deuxième portions continues (620, 621) formant un angle entre elles, la première portion (620) s'étendant dans la rainure amont (42) et la deuxième portion (621) s'étendant partiellement dans la deuxième rainure (40),
- la deuxième languette d'étanchéité (60) comprenant des première et deuxième portions continues (600, 601) formant un angle entre elles, la première portion (600) s'étendant dans la deuxième rainure (40) et la deuxième portion (601) s'étendant partiellement dans la rainure aval (43), la deuxième portion (621) de la languette d'étanchéité amont
(62) chevauchant la première portion (600) de ladite deuxième languette d'étanchéité (60),
- la languette d'étanchéité aval (63) comprend des première et deuxième portions continues (630, 631) formant un angle entre elles, la première portion (630) s'étendant dans la rainure aval (43) et la deuxième portion (631) s'étendant partiellement dans la première rainure (41), la deuxième portion (601) de la deuxième languette d'étanchéité (60) chevauchant la première portion (630) de la languette d'étanchéité aval
(63), la deuxième portion (631) de ladite languette d'étanchéité aval chevauchant la première languette d'étanchéité (61).
6. Ensemble d'anneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chacune des languettes d'étanchéité (60,
61, 62, 63) présente une épaisseur comprise entre 0.1 mm et 1 mm.
7. Ensemble d'anneau selon la revendication 6, dans lequel chacune des languettes d'étanchéité (60, 61, 62, 63) est en un alliage métallique à base nickel, cobalt ou tungstène.
8. Ensemble d'anneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel chaque ouverture (26, 27, 126, 127) présente dans la deuxième languette d'étanchéité (20, 60) présente une surface comprise entre 0,1 mm2 et 10 mm2.
9. Ensemble d'anneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel chaque ouverture (26, 27, 126, 127) présente dans la deuxième languette d'étanchéité est entièrement entourée par le matériau de ladite deuxième languette d'étanchéité.
10. Ensemble d'anneau de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel chaque secteur d'anneau (10) est en matériau céramique à matrice composite.
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