FR2972482A1 - Etage de turbine pour turbomachine d'aeronef, presentant une etancheite amelioree entre le flasque aval et les aubes de la turbine, par maintien mecanique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une chemise d'étanchéité (102) pour rotor (20) d'étage de turbine (10) de turbomachine d'aéronef, cette chemise comprenant un corps principal (104) destiné à épouser la surface intérieure de deux plateformes (46) appartenant respectivement à deux aubes (34) directement consécutives du rotor. Selon l'invention, le corps principal (104) est équipé d'un premier organe mécanique (106) de rétention axiale d'un flasque aval (60), lui-même équipé d'un second organe mécanique de rétention axiale (108) coopérant avec l'organe (106).

Description

ETAGE DE TURBINE POUR TURBOMACHINE D'AERONEF, PRESENTANT UNE ETANCHEITE AMELIOREE ENTRE LE FLASQUE AVAL ET LES AUBES DE LA TURBINE, PAR MAINTIEN MECANIQUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des turbines pour turbomachine d'aéronef, en particulier pour les turboréacteurs ou les turbopropulseurs d'avion. L'invention concerne plus particulièrement l'étanchéité entre le flasque aval d'un étage de turbine et les aubes qu'il contacte. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le rotor d'un étage de turbine de turboréacteur d'avion comporte un disque, des aubes montées sur le disque à sa périphérie, et un flasque aval monté en aval de l'ensemble disque/aubes de turbine. De manière connue, le rotor est entraîné en rotation par l'écoulement d'un flux de gaz de l'amont vers l'aval à travers la turbine. Pour le montage des aubes, le disque est pourvu de dents périphériques délimitant entre elles des alvéoles dans lesquelles les pieds des aubes sont retenus radialement. Au niveau de la plateforme des aubes, le rotor de turbine se situe à forte proximité d'une partie fixe de la turbine, afin de fermer la veine d'écoulement des gaz, radialement vers l'intérieur. Le but est d'empêcher les gaz chauds circulant à travers 2 la turbine de s'échapper de la veine, en direction du disque. Pour remplir cette fonction, il est de plus prévu un débit de purge circulant en amont du rotor de l'étage de turbine, le long d'un flasque amont. Ce débit de purge amont est prélevé en fond de chambre de combustion. Il est destiné à longer le flasque amont avant de s'introduire dans la veine, afin d'éviter les fuites de celle-ci. De manière classique, un débit de fuite issu de ce débit de purge circule vers l'aval entre les plateformes des aubes et les dents du disque. C'est normalement le contact entre l'extrémité radiale externe du flasque aval et les aubes qui tend à retenir ce débit de fuite. Cette retenue est cruciale car elle conditionne la puissance et le bon fonctionnement du débit de purge, étant donné que toute fuite à travers le flasque aval impacte d'autant le débit de purge. De l'art antérieur, il est connu de renforcer l'étanchéité entre l'extrémité radiale externe du flasque aval et les aubes, par un dimensionnement mécanique particulier. Plus précisément, il est prévu une masse de rappel destinée à fermer le jeu en sommet de flasque aval, sous l'effet de l'effort centrifuge appliqué au flasque en rotation.

Si cette solution permet de limiter correctement l'intensité du débit de fuite, elle pénalise néanmoins la masse globale de la turbine, du fait de la présence de la masse de rappel uniquement dédiée à l'obtention de l'étanchéité en sommet de flasque aval. En outre, cette solution nécessite une tolérance serrée sur le jeu existant en sommet de 3 flasque aval. Enfin, l'adjonction de la masse de rappel sur le flasque aval augmente le niveau de contrainte au sein de ce flasque, et charge également le disque de turbine.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a donc pour but d'apporter une solution simple, de faible masse, économique et efficace aux problèmes mentionnés ci-dessus, relatifs aux réalisations de l'art antérieur.

Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet une chemise d'étanchéité pour rotor d'étage de turbine de turbomachine d'aéronef, ladite chemise comprenant un corps principal destiné à épouser la surface intérieure de deux plateformes appartenant respectivement à deux aubes directement consécutives dudit rotor, ledit corps principal étant équipé d'un premier organe mécanique de rétention axiale d'un flasque aval du rotor, ledit premier organe mécanique de rétention axiale étant destiné à coopérer avec un second organe mécanique de rétention axiale dudit flasque aval. L'invention a également pour objet un flasque aval pour rotor d'étage de turbine de turbomachine d'aéronef, destiné à être monté sur un disque dudit rotor sur lequel sont montées des aubes, ledit flasque comprenant au moins un pion faisant saillie axialement vers l'amont et destiné à bloquer ce flasque en rotation par rapport à l'ensemble disque/aubes, ledit pion étant équipé d'un second organe mécanique de rétention axiale du flasque, et ledit second organe mécanique de rétention axiale étant 4 destiné à coopérer avec ledit premier organe mécanique de rétention axiale de la chemise d'étanchéité. Ainsi, l'invention prévoit de manière astucieuse une solution mécanique simple, légère, efficace et peu coûteuse, assurant une étanchéité satisfaisante entre l'extrémité radiale externe du flasque aval et les aubes du rotor. En particulier, la solution retenue ne nécessite plus de masse de rappel comme cela était le cas pour les réalisations de l'art antérieur. Néanmoins, une faible masse de rappel peut être conservée, sans sortir du cadre de l'invention. Le fait que l'étanchéité visée ne soit plus obtenue sous l'effet de la force centrifuge permet en particulier d'obtenir une étanchéité renforcée même durant les phases de ralentissement, pendant lesquelles cette force centrifuge est plus faible. L'invention s'applique aussi bien à des turbines basse pression que des turbines haute pression, mono-étage ou à plusieurs étages. Elle s'applique en particulier aux turboréacteurs d'avion. De préférence, ledit premier organe mécanique de rétention axiale de la chemise d'étanchéité prend la forme d'un organe en saillie à partir dudit corps principal, par exemple la forme d'une languette, d'un pion, ou similaire. Dans ce cas de figure, l'organe en saillie est de préférence prévu pour coopérer avec un second organe mécanique de rétention axiale prenant la forme d'un orifice pratiqué dans ledit pion, qui peut prendre une forme complémentaire de celle de l'organe en saillie, comme un trou borgne ou débouchant, une rainure, ou similaire. Il est ici préférentiellement recherché un emboîtement entre les deux organes mécaniques, afin de 5 conférer la rétention axiale désirée du flasque aval. De préférence, la coopération entre les deux organes mécaniques est prévue pour maintenir l'extrémité radiale externe du flasque aval plaquée contre les aubes du rotor, en assurant la rétention axiale de ce flasque vers l'amont. De préférence, ledit premier organe mécanique de rétention axiale prend la forme d'une languette faisant saillie radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur, destinée à s'emboîter dans le second organe mécanique de rétention axiale du flasque, prenant alors de préférence la forme d'une rainure ouverte radialement vers l'extérieur ou l'intérieur. De préférence, ledit premier organe mécanique de rétention axiale est réalisé d'une seule pièce avec ledit corps principal. L'invention a également pour objet un rotor d'étage de turbine de turbomachine d'aéronef, comprenant un disque, des aubes montées sur le disque, un flasque aval tel que décrit ci-dessus monté en aval du disque et des aubes, ainsi qu'au moins une chemise d'étanchéité telle que mentionnée ci-dessus. L'invention a également pour objet une turbine de turbomachine d'aéronef comprenant au moins un rotor d'étage de turbine tel que décrit ci-dessus. 6 Enfin, l'invention a pour objet une turbomachine pour aéronef, comprenant au moins une telle turbine. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un turboréacteur d'aéronef comprenant une turbine haute pression selon un mode de réalisation préféré de la présente invention ; - la figure 2 est une vue partielle en perspective du rotor d'un étage de la turbine haute pression montrée sur la figure précédente, la chemise d'étanchéité ayant été retirée pour des questions de clarté ; - la figure 3 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale du rotor montré sur la figure précédente ; - la figure 4 est une vue en perspective de l'une des aubes de turbine du rotor montrée sur les figures 2 et 3, représentée de manière éclatée avec sa chemise d'étanchéité associée ; - la figure 5 représente une vue similaire à celle de la figure 2, montrant de manière plus 7 précise le second organe de rétention axiale prévue sur l'un des pions anti-rotation du flasque aval ; et - la figure 6 représente une vue partielle similaire à celle de la figure 3, selon une alternative de réalisation. Sur ces figures, des éléments identiques ou semblables sont désignés par des références numériques identiques. EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PREFERE En référence tout d'abord à la figure 1, on peut apercevoir un turboréacteur d'aéronef 1, du type à double flux et à double corps. Le turboréacteur comprend, successivement selon la direction de poussée représentée par la flèche 2, un compresseur basse pression 4, un compresseur haute pression 6, une chambre de combustion 8, une turbine haute pression 10 et une turbine basse pression 12. La turbine haute pression 10, du type mono- étage, se présente sous la forme d'un mode de réalisation préféré de la présente invention, qui va à présent être détaillé en référence aux figures 2 à 5. La turbine comporte un rotor d'étage 20 qui se situe en aval d'un distributeur haute pression 24, appartenant à l'étage précédent. En aval du rotor 20 se situe une partie fixe 22 du turboréacteur, correspondant à l'entrée de la turbine basse pression. Tout d'abord, le rotor 20 comporte un disque 26 dont la périphérie radialement externe présente des dents 28 espacées circonférentiellement les unes des autres. Des alvéoles 30 sont définies 8 entre les dents du disque. Elles sont axiales ou obliques, ouvertes à la fois sur la face amont 31 et sur la face aval 33 du disque 26. De manière conventionnelle, chaque alvéole 30 reçoit le pied 32 d'une aube 34, afin de la retenir radialement vers l'extérieur, par coopération de forme. Le pied 32 de chaque aube 34 se situe à distance du fond 36 de son alvéole associée 30, selon la direction radiale. Ainsi, il est formé un espace libre 38 entre l'extrémité du pied 32 et le fond d'alvéole 36. A l'amont, le pied 32 peut éventuellement se prolonger radialement vers l'intérieur par un premier muret 40, de même qu'à l'aval, le pied 32 se prolonge radialement vers l'intérieur par un second muret 42. En outre, chaque aube 34 comporte à sa base une plateforme 46 destinée notamment à guider l'écoulement de l'amont vers l'aval dans la turbine, c'est-à-dire de l'entrée vers la sortie de la turbine, d'un flux primaire de gaz provenant de la chambre de combustion. Cette plateforme 46, agencée entre le pied 32 et la pale aérodynamique 48 de l'aube, s'étend circonférentiellement de part et d'autre de cette pale 48. Elle se situe classiquement dans le prolongement d'une plateforme identique appartenant à une aube directement consécutive, comme cela est visible sur la figure 2. Le rotor 20 intègre un flasque amont 44 30 porté par le disque 26 au niveau de la face amont 31 de celui-ci. Le flasque annulaire 44 présente une 9 périphérie équipée de crochets 50 espacés circonférentiellement les uns des autres, chaque crochet coopérant avec une saillie radiale externe 52 prévue à l'avant de chaque dent de disque 28. Des encoches circonférentielles 53 apparaissent donc entre les crochets 50, en regard axialement des pieds d'aubes, comme cela est le mieux visible sur la figure 3. A cet égard, il est indiqué que chaque aube 34 intègre une languette 55 de support amont de la plateforme 46, qui s'étend sous la plateforme selon une longueur circonférentielle plus grande que celle du pied portant cette languette. Néanmoins, sa longueur circonférentielle est plus petite que celle de la plateforme, afin de définir entre les languettes 55 des aubes consécutives, des fentes circonférentielles 57 traversées par les crochets 50. Sur la partie radiale interne, le flasque 44 présente un crochet annulaire 54 coopérant avec un crochet complémentaire 56 pratiqué sur la face amont 31 du disque. Le flasque amont 44 participe notamment à la rétention axiale des aubes dans les alvéoles, vers l'avant. Le rotor 20 intègre également un flasque aval 60 porté par le disque 26 au niveau de la face aval 33 de celui-ci. Le flasque annulaire 60 présente une périphérie destinée à être en appui contre une languette 62 de support aval de la plateforme 46, qui s'étend sous la plateforme selon une longueur circonférentielle plus grande que celle du pied qui porte cette languette 62, cette longueur étant en 10 revanche sensiblement identique à celle de la plateforme. Il se crée alors des espace libres 64 situés sous les languettes 62, délimités circonférentiellement par la partie supérieure des pieds d'aubes, et délimités radialement entre les languettes 62 et la face supérieure des dents de disque 28. Les espaces 64 sont traversés axialement par des pions 66 faisant saillie axialement vers l'amont à partir d'une face amont 68 du flasque aval. Cela permet de conférer une fonction anti-rotation au flasque aval, par rapport à l'ensemble disque/aubes. A titre indicatif, le nombre de pions 66 est largement inférieur au nombre d'espaces 64, par exemple seul un espace 64 sur vingt étant traversé par un tel pion 66.

Les pions 66 se situent à proximité de la périphérie du flasque, radialement vers l'intérieur par rapport à l'extrémité radiale externe 80 de ce même flasque aval 60. Un joint d'étanchéité 71 porté par la face amont 68 du flasque 60 contacte la face aval 33 du disque 26. La délimitation radiale interne est quant à elle obtenue par contact entre la face amont 68 du flasque 60 et la face aval 33 du disque 26, sous les espaces 38.

En fonctionnement, un débit de purge 76 circule le long du flasque amont 44, radialement vers l'extérieur. Ce débit de purge 76, prélevé en fond de chambre de combustion, est destiné à s'introduire dans la veine entre la partie fixe 24 de sortie de chambre de combustion et l'extrémité amont des plateformes d'aubes, afin d'éviter les fuites de la veine. De ce 11 débit de purge 76 est issu un débit de fuite 78 circulant vers l'aval sous les plateformes d'aubes, entre celles-ci et les dents du disque. Pour pénétrer dans l'espace situé sous les plateformes 46, l'air passe par les encoches 53 du flasque amont 44 et par les fentes circonférentielles 57 des aubes, au-dessus des crochets 50. Pour limiter au mieux ce débit de fuite 78 qui a tendance à s'échapper entre l'extrémité radiale externe 80 du flasque aval 60 et les supports de plateforme 62 des aubes 34, il est recherché à présenter une intensité de contact satisfaisante entre ces éléments 62, 80. Pour ce faire, le flasque aval 60 est retenu axialement, vers l'amont, c'est-à-dire empêché de se déplacer axialement vers l'aval, à l'aide d'une chemise d'étanchéité 102 associée aux deux aubes 34 entre lesquelles pénètre le pion 66 du flasque 60. En effet, la chemise d'étanchéité 102 comporte un corps principal classique 104 épousant la surface intérieure des deux plateformes 46 directement consécutives. Il prend une forme globale rectangulaire dont la périphérie est bombée radialement vers l'intérieur, comme visible sur les figures 3 et 4. Au niveau de son petit côté aval, le corps principal 104 porte un premier organe mécanique 106 de rétention axiale du flasque 60, qui prend ici préférentiellement la forme d'une languette s'étendant en saillie radialement vers l'intérieur à partir du petit côté aval bombé du corps central 104. 12 La languette 106, de préférence réalisée d'une seule pièce avec le corps 104, s'étend sur une longueur circonférentielle inférieure ou égale à celle du pion 66 avec lequel elle coopère directement.

Effectivement, ce dernier est équipé d'un second organe mécanique 108 de rétention axiale du flasque 60, qui prend ici préférentiellement la forme d'une rainure ouverte radialement vers l'extérieur, et recevant la languette 106. La rainure 108, qui est pratiquée sur la face radialement externe du pion 66, s'étend également sur une longueur circonférentielle inférieure ou égale à celle du pion, et de préférence identique ou similaire à celle de la languette 106 qu'elle reçoit par emboîtement.

Le montage s'effectue d'abord en assemblant le flasque amont sur le disque, puis en montant l'ensemble des aubes équipées des chemises d'étanchéité sur ce même disque. Enfin, le flasque aval est monté sur le disque, de manière à créer un emboîtement des languettes 6 dans les rainures 108 correspondantes. Ainsi, la chemise d'étanchéité 102, dont la fonction principale est de limiter les fuites au niveau du jeu inter-plateformes qu'elle recouvre, remplit une fonction additionnelle de rétention axiale vers l'amont du flasque 60. Cette spécificité peut être attachée à l'une, plusieurs, ou la totalité des pions 66 et de leurs chemises de protection correspondantes. Selon une alternative de réalisation 30 montrée sur la figure 6, le premier organe mécanique 106 prend la forme d'une languette en saillie 13 radialement vers l'extérieur. Elle constitue l'une des deux branches d'un U solidaire du corps principal de chemise 104, avec lequel ce U est de préférence réalisé d'une seule pièce. Le U est pénétré par la languette 62 de support aval de la plateforme 46, qui est agencée entre les deux branches du U, en regard radialement du fond de ce U traversant l'espace libre 64. Le second organe mécanique de rétention axiale est ici aussi une rainure 108, ouverte radialement vers l'intérieur, et définie par l'extrémité radiale externe 80 du flasque aval 60 en forme de crochet. L'emboîtement de la languette 106 dans la rainure 108, par effet centrifuge, permet de plaquer directement l'extrémité 80 en forme de crochet contre la face aval de la languette de support de plateforme 62. Cet emboîtement se produit avantageusement dès le bas régime, en raison de la faible masse de la languette 106 soumise à l'effort centrifuge.

Dans ce mode de réalisation de la figure 6, la fonction anti-rotation du flasque aval 60 est également conférée par une pluralité de pions identiques ou similaires aux pions 66 du mode de réalisation de la figure 3, par exemple trois pions (non représentés sur la figure 6) insérés respectivement dans trois espaces 64 associés. Les pions peuvent alors porter une rainure logeant une languette solidaire du corps principal de chemise 104, comme cela était le cas pour le mode de réalisation précédent. Ainsi, les quelques espaces 64 concernés 14 sont seulement traversés par les pions anti-rotation, mais pas par les U précités. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.10

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Chemise d'étanchéité (102) pour rotor (20) d'étage de turbine (10) de turbomachine d'aéronef, ladite chemise comprenant un corps principal (104) destiné à épouser la surface intérieure de deux plateformes (46) appartenant respectivement à deux aubes (34) directement consécutives dudit rotor, caractérisée en ce que ledit corps principal (104) est équipé d'un premier organe mécanique (106) de rétention axiale d'un flasque aval (60) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, ledit premier organe mécanique de rétention axiale (106) étant destiné à coopérer avec le second organe mécanique de rétention axiale (108) appartenant audit flasque aval.
2. 2. Chemise d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit premier organe mécanique de rétention axiale (106) prend la forme d'un organe en saillie à partir dudit corps principal (104).
3. 3. Chemise d'étanchéité selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit premier organe mécanique de rétention axiale (106) prend la forme d'une languette faisant saillie radialement, vers l'intérieur ou l'extérieur.
4. 4. Chemise d'étanchéité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit premier organe mécanique de rétention 16 axiale (106) est réalisé d'une seule pièce avec ledit corps principal (104).
5. 5. Flasque aval (60) pour rotor (20) d'étage de turbine (10) de turbomachine d'aéronef, destiné à être monté sur un disque (26) dudit rotor sur lequel sont montées des aubes (34), ledit flasque comprenant au moins un pion (66) faisant saillie axialement vers l'amont et destiné à bloquer ce flasque en rotation par rapport à l'ensemble disque/aubes, caractérisé en ce que ledit pion (66) est équipé d'un second organe mécanique (108) de rétention axiale du flasque (60), ledit second organe mécanique de rétention axiale (108) étant destiné à coopérer avec ledit premier organe mécanique de rétention axiale (106) appartenant à la chemise d'étanchéité (102) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.
6. 6. Flasque aval selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit second organe mécanique de rétention axiale (108) prend la forme d'un orifice pratiqué dans ledit pion.
7. 7. Flasque aval selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit second organe mécanique de rétention axiale (108) prend la forme d'une rainure ouverte radialement, vers l'extérieur ou l'intérieur.
8. 8. Rotor (20) d'étage de turbine (10) de turbomachine d'aéronef, comprenant un disque (26), des aubes (34) montées sur le disque, un flasque aval (60) l'une quelconque des revendications 5 à 7 monté en aval du disque et des aubes, ainsi qu'au moins une chemise 17 d'étanchéité (102) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.
9. 9. Turbine (10) de turbomachine d'aéronef comprenant au moins un rotor (20) d'étage de turbine selon la revendication 8.
10. 10. Turbomachine (1) pour aéronef, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une turbine (10) selon la revendication 9.15