FR3052486A1 - Secteur de distributeur pour turbomachine comprenant une plateforme separees en portions circonferentielles - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un secteur (22) de distributeur pour turbine de turbomachine. Le secteur (22) comprend une virole externe (26), une virole interne (24), et des aubes (8) s'étendant radialement entre les viroles (24, 26) selon une direction d'envergure (X-X) de ces aubes (8). Au moins une des viroles (24) comprend une première portion (31) et une deuxième portion (32) à partir de chacune desquelles s'étend radialement au moins une des aubes (8), les portions (31, 32) étant distinctes l'une de l'autre et espacée l'une de l'autre selon une direction circonférentielle (Z-Z) de la virole (24). La virole (24) comprend un jeu de compensation thermique (40) la traversant et séparant la première portion (31) de la deuxième portion (32) selon la direction circonférentielle (Z-Z).
Description
SECTEUR DE DISTRIBUTEUR POUR TURBOMACHINE COMPRENANT UNE PLATEFORME SEPAREES EN PORTIONS CIRCONFERENTIELLES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le refroidissement et l'optimisation des sollicitations thermomécaniques de secteurs de distributeur pour turbine de turbomachine. Elle s'applique à tout type de turbomachines terrestres ou aéronautiques, et notamment aux turbomachines d'aéronef telles que les turboréacteurs et les turbopropulseurs.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les distributeurs de turbine de turbomachine d'aéronef sont conventionnellement divisés en secteurs le long de leur direction circonférentielle. Un secteur de distributeur comprend deux viroles et une pluralité d'aubes s'étendant radialement entre les viroles. Ces aubes sont espacées les unes des autres selon la direction circonférentielle du secteur. De l'air de refroidissement circule à l'intérieur des aubes pour les refroidir.
Les aubes de secteur de distributeur sont soumises à des sollicitations mécaniques importantes qui peuvent aboutir jusqu'à leur destruction. Il existe donc un besoin de réduire les sollicitations mécaniques des aubes.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre au moins partiellement le problème rencontré dans les solutions de l'art antérieur. A cet égard, l'invention a pour objet un secteur de distributeur pour turbine de turbomachine.
Le secteur de distributeur comprend une virole externe, une virole interne, et des aubes s'étendant radialement entre les viroles selon une direction d'envergure de ces aubes.
Selon l'invention, au moins une première virole parmi la virole interne et la virole externe comprend : une première portion et une deuxième portion, à partir de chacune desquelles s'étend radialement au moins une des aubes, les portions étant distinctes l'une de l'autre et espacée l'une de l'autre selon une direction circonférentielle de la première virole, et un jeu de compensation thermique traversant la première virole et séparant la première portion de la deuxième portion selon la direction circonférentielle.
Le jeu de compensation thermique est destiné à être modifié en fonctionnement, pour limiter les contraintes mécaniques au sein de la première virole du fait de sa dilation thermique. Il permet un déplacement de la première portion relativement à la deuxième portion, pour réduire les contraintes mécaniques au sein de la première virole. Il en découle une réduction des contraintes mécaniques exercées sur les aubes, en particulier au niveau de leurs pales respectives. L'invention peut comporter de manière facultative une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles ou non.
Avantageusement, l'autre virole parmi la virole interne et la virole externe, dite deuxième virole, s'étend de façon continue selon la direction circonférentielle sur sensiblement toute la longueur circonférentielle du secteur de distributeur. Autrement dit, la deuxième virole est dépourvue de jeu de compensation thermique, pour accroître la résistance mécanique du secteur de distributeur.
Selon une particularité de réalisation, la première virole est la virole radialement interne.
Selon une forme de réalisation avantageuse, la première portion comprend au plus une aube de plus que la deuxième portion et réciproquement.
Selon une autre particularité de réalisation, la largeur du jeu de compensation thermique est comprise entre 0,3 mm et 10 mm, et/ou la longueur du jeu de compensation thermique est sensiblement égale à la largeur de la première virole. L'invention porte également sur une turbine pour turbomachine comprenant au moins un secteur de distributeur tel que défini ci-dessus.
La turbine est de préférence une turbine basse pression.
Enfin, l'invention concerne une turbomachine comprenant une turbine telle que définie ci-dessus.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une représentation schématique partielle d'une turbine pour turbomachine, selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une représentation schématique partielle en élévation d'un secteur de distributeur de turbine, selon le premier mode de réalisation ; la figure 3 est une vue de côté selon la flèche A du secteur de distributeur selon le premier mode de réalisation ; la figure 4 est une représentation schématique en élévation du secteur de distributeur selon le premier mode de réalisation, illustrant le refroidissement du secteur de distributeur.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
La figure 1 représente une turbine basse pression 2 pour turbomachine d'aéronef. La turbine basse pression 2 est annulaire autour d'un axe longitudinal 3 de turbomachine. Cet axe est également l'axe de rotation de la turbomachine 1.
La direction de l'axe longitudinal 3 d'une turbomachine 1, également appelé direction axiale, est celle de la direction principale d'écoulement normal F des gaz au sein de la turbomachine 1. Dans toute la description, il est noté que les termes amont et aval sont à considérer par rapport à cette direction F d'écoulement des gaz (de l'amont vers l'aval).
Une direction radiale de la turbomachine est une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal 3 de la turbomachine 1 vers l'extérieur de la turbomachine. Une direction circonférentielle Z-Z est une direction ortho radiale, autour de l'axe longitudinal 3. En outre, sauf précision contraire, les adjectifs et adverbes axial, radial, circonférentiel, axialement et radialement sont utilisés en référence aux directions axiale, radiale et circonférentielle précitées. Les adjectifs interne et externe d'une part, inférieur et supérieur d'autre part sont également définis en fonction de leur distance à l'axe longitudinal 3.
La turbine basse pression 2 comporte une pluralité d'étages 4 logés dans un carter externe de turbine 5. Chaque étage 4 comprend une roue 10 et un distributeur 20. La roue 10 est mobile en rotation autour de l'axe longitudinal 3 à l'intérieur d'un anneau sectorisé 12 qui est fixé au carter 5. Elle comporte une rangée annulaire d'aubes mobiles 9 et un disque 11 dans lequel sont engagées mécaniquement les aubes mobiles 9 en s'étendant radialement depuis le disque 11.
Le distributeur 20 fait partie du stator de la turbomachine. Il est divisé en secteurs annulaires 22 qui comprennent chacun une viole interne 24, une virole externe 26, et des aubes fixes 8 qui sont espacées les unes des autres selon une direction circonférentielle Z-Z du secteur de distributeur 22 et qui sont intercalées axialement entre les rangées annulaires d'aubes mobiles 9.
En référence à la figure 2, le secteur de distributeur 22 comprend quatre aubes fixes 81, 82, 83, 84 qui s'étendent chacune radialement entre la virole interne 24 et la virole externe 26 du secteur de distributeur, selon leur direction d'envergure X-X.
Chacune des aubes 8 comporte une pale 80 qui s'étend entre une plateforme inférieure 25 de la virole interne 24 et une plateforme supérieure 29 de la virole externe 26, visible à la figure 3.
Chaque pale 80 est traversée par un conduit interne 71 de refroidissement qui la traverse selon sa direction d'envergure X-X. Ce conduit de refroidissement 71 s'étend depuis la virole externe 26 jusqu'à la virole interne 24 où il débouche au niveau d'un pied 34 représenté à la figure 3.
Par ailleurs, les parois d'intrados et d'extrados de chaque pale 80 sont traversées par des trous de refroidissement 72 à proximité du bord d'attaque BA et par des trous de refroidissement 74 à proximité du bord de fuite BF. Ces trous de refroidissement 72, 74 débouchent dans le conduit interne 71 de refroidissement.
Le secteur de distributeur 22 est fixé au carter 5 par un rebord de fixation amont 27 et un rebord de fixation aval 28 qui sont représentés à la figure 3.
Le rebord de fixation amont 27 et le rebord de fixation aval 28 font partie de la virole externe 26, en étant en saillie d'une surface extérieure S2 de la virole externe 26 qui est opposée à la plateforme supérieure 29 selon la direction radiale.
La virole externe 26, en particulier la plateforme supérieure 29, s'étend de façon continue selon la direction circonférentielle Z-Z sur sensiblement toute la longueur circonférentielle L du secteur de distributeur 22.
La virole interne 24 comporte une surface intérieure Si qui est opposée à la plateforme inférieure 25 selon la direction radiale et dont les pieds 34 sont en saillie radialement vers l'intérieur de la turbomachine 1.
Le distributeur 20 est soumis à des déformations mécaniques en fonctionnement, généré notamment par les dilatations thermiques différentielles au sein du distributeur 20. Ces dilatations différentielles sont accentuées au niveau du premier étage de distributeur 21, qui est l'étage 4 le plus en amont de la turbine 2, du fait des gradients de température spécialement élevés qui s'y trouvent.
En particulier, la virole interne 24 et la virole externe 26 ont tendance à se déformer en s'arquant selon des directions opposées. Les aubes fixes 8 sont alors soumises à des sollicitations mécaniques élevées. Ces sollicitations mécaniques ont tendance à détériorer prématurément les pales 80 des aubes fixes 8.
Afin de limiter la détérioration des pales 80 d'un secteur de distributeur 22, la virole interne 24 est traversée par un évidement 40 qui forme un jeu de compensation thermique pour la virole interne 24. L'évidement 40 prend la forme d'une fente qui traverse radialement la virole interne 24 depuis la surface intérieure Si jusqu'à la plateforme intérieure 25.
Autrement dit, l'évidement 40 s'étend au repos sur toute la hauteur h de la virole interne 24. L'évidement 40 suit au moins partiellement la forme des pales des aubes 82, 83 au niveau de la plateforme inférieure 25, pour limiter les contraintes mécaniques exercées sur les pales 80 de ces aubes 82, 83.
En référence à la figure 4, l'évidement 40 suit globalement la ligne de squelette de la deuxième aube 82 au niveau de la plateforme inférieure 25. L'évidement 40 s'étend sur une longueur li au repos, depuis sa partie amont 42 jusqu'à sa partie aval 46, qui est sensiblement égale à la largeur I de la virole interne 24.
La largeur maximale Li de l'évidement 40 est inférieure à la longueur circonférentielle L de la première virole 24. En particulier, la largeur maximale Li de l'évidement 40 au repos est comprise entreO, 3mm et 10 mm. La largeur de l'évidement est de l'ordre de quelques millimètres. L'évidement 40 présente une largeur Li qui est sensiblement constante de sa partie amont 42 à sa partie aval 46. L'évidement 40 sépare une première portion 31 de la virole interne 24 d'une deuxième portion 32 de la virole interne 24 selon la direction circonférentielle Z-Z du secteur de distributeur 22, c'est-à-dire selon la direction de sa largeur Li.
La première portion 31 et la deuxième portion 32 présentent sensiblement la même longueur selon la direction circonférentielle Z-Z, afin de limiter au mieux les contraintes mécaniques exercées sur la virole interne 24 lors du fonctionnement de la turbine 2.
La première aube 81 et la deuxième aube 82 s'étendent radialement depuis la première portion 31. La troisième aube 83 et la quatrième aube 84 s'étendent radialement depuis la deuxième portion 32. Autrement dit, la première portion 31 comprend le même nombre d'aubes 8 que la deuxième portion 32.
La première portion 31 comprend un corps 33 qui porte les deux premières aubes 81, 82 du secteur de distributeur 22, un rebord amont 53 et un rebord aval 54. Le rebord amont 53 délimite la première portion 31 au niveau de la partie axiale amont 42 de l'évidement 40. Le rebord aval 54 délimite la première portion 31 au niveau de la partie axiale aval 46 de l'évidement 40.
La deuxième portion 32 comprend un corps 35 qui porte les deux dernières aubes 83,84 du secteur de distributeur 22, un rebord amont 57 et un rebord aval 58. Le rebord amont 57 délimite la deuxième portion 32 au niveau de la partie axiale amont 42 de l'évidement 40. Le rebord aval 58 délimite la deuxième portion 32 au niveau de la partie axiale aval 46 de l'évidement 40.
Le procédé de fabrication du secteur de distributeur 22 est détaillé ci- dessous.
Tout d'abord, le secteur de distributeur 22 est réalisé de manière classique avec une virole interne 24 et une virole externe 26 qui s'étendent toutes les deux de façon continue selon la direction circonférentielle Z-Z sur sensiblement toute la longueur L du secteur de distributeur 22.
Par la suite, l'évidement 40 est réalisé par découpe à travers la virole interne 24 en découpant la virole interne 24 de part en part selon la direction radiale, depuis sa plateforme 25 jusqu'à la surface intérieure Si. L'évidement 40 peut être réalisé avant que le secteur de distributeur 22 soit monté au sein de la turbine basse pression 2.
Le procédé de refroidissement du secteur de distributeur 22 est décrit en détail en référence à la figure 4.
De l'air est introduit depuis la virole externe 26 à travers chaque conduit interne 71, selon les flux distincts 91a, 92a, 93a, 94a. Cet air est ensuite évacué à travers les trous de refroidissement 44, 46 et par le conduit interne 71 correspondant au niveau du pied 34 selon des flux distincts 91b, 82b, 93b, 94b. L'évidement 40 est situé à travers la virole interne 24, entre deux aubes 8 du secteur de distributeur 22, il ne perturbe donc pas la circulation d'air de refroidissement dans les aubes fixes 8.
Lors du fonctionnement de la turbine 2, l'évidement 40 se réduit par rapport à la situation de repos du secteur de distributeur 22. Le jeu de compensation thermique 40 formé par l'évidement limite les contraintes mécaniques au niveau de la virole interne 24, en permettant à la première portion 31 et à la deuxième portion 32 de se dilater et de se déformer plus librement. Étant donné que les contraintes mécaniques au sein de la virole interne 24 sont réduites, les contraintes mécaniques exercées sur chacune des aubes 8 sont diminuées. Le risque de détérioration des pales 80 qui sont creuses est ainsi limité. Les fréquences de remplacement du secteur de distributeur 22 peuvent être plus espacées.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite sans sortir du cadre de l'exposé de l'invention.
En particulier, la première portion 31 peut comporter une aube 8 de plus ou de moins que la deuxième portion 32, par exemple si le secteur 22 comprend un nombre impair d'aubes 8.
En variante, la première portion 31 peut servir de support aux trois premières aubes 81, 82, 83 du secteur de distributeur 22, tandis que la deuxième portion 32 ne porte que la dernière aube 84 du secteur 22 de distributeur.
Le secteur de distributeur 22 peut comprendre des moyens de retenue axiale de la première portion 31 relativement à la deuxième portion 32.
Le secteur de distributeur 22 peut comprendre un élément d'étanchéité supplémentaire au niveau de l'évidement 40. L'évidement 40 peut s'étendre sur toute sa largeur Li selon une direction sensiblement parallèle à la direction axiale. La largeur Li de l'évidement peut varier selon la direction axiale.
La longueur li de l'évidement 40 est susceptible d'être inférieure à la largeur I de la première virole 24, afin de limiter les risques de déplacement axiaux de la première portion 31 relativement à la deuxième portion 32.
Lorsque la turbine 2 fonctionne, l'évidement 40 est susceptible de se réduire pour s'étendre sur une profondeur qui est inférieure à la profondeur h de la virole interne 24.
La virole externe 26 peut comporter un évidement, en remplacement de l'évidement 40, pour jouer le rôle de jeu de compensation thermique de la virole externe 26.
Par ailleurs, le secteur de distributeur 22 peut comprendre l'évidement 40 de la virole interne 24 et un évidement similaire de la virole externe 26 qui joue le rôle de jeu de compensation thermique de la virole externe 26. Dans ce cas, ces deux évidements sont décalés l'un de l'autre selon la direction circonférentielle Z-Z du secteur de distributeur 22.
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Secteur (22) de distributeur pour turbine (2) de turbomachine (1), comprenant : une virole externe (26), une virole interne (24), des aubes (8) s'étendant radialement entre les viroles (24, 26) selon une direction d'envergure (X-X) des aubes (8), caractérisé en ce qu'au moins une première virole parmi la virole interne (24) et la virole externe (26) comprend : une première portion (31) et une deuxième portion (32) à partir de chacune desquelles s'étend radialement au moins une des aubes (8), les portions (31, 32) étant distinctes l'une de l'autre et espacée l'une de l'autre selon une direction circonférentielle (Z-Z) de la première virole, et un jeu de compensation thermique (40) traversant la première virole et séparant la première portion (31) de la deuxième portion (32) selon la direction circonférentielle (Z-Z).
- 2. Secteur (22) de distributeur selon la revendication précédente, dans lequel l'autre virole parmi la virole interne (24) et la virole externe (26), dite deuxième virole, s'étend de façon continue selon la direction circonférentielle (Z-Z) sur sensiblement toute la longueur circonférentielle (L) du secteur (22) de distributeur.
- 3. Secteur (22) de distributeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première virole est la virole radialement interne (24).
- 4. Secteur (22) de distributeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première portion (31) comprend au plus une aube (8) de plus que la deuxième portion (32) et réciproquement.
- 5. Secteur (22) de distributeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la largeur (Li) du jeu de compensation thermique (40) est comprise entre 0, 3mm et 10 mm, et/ou dans lequel la longueur (li) du jeu de compensation thermique (40) est sensiblement égale à la largeur (I) de la première virole.
- 6. Turbine (2) pour turbomachine (1) comprenant au moins un secteur (22) de distributeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, la turbine (2) étant de préférence une turbine basse pression (2).
- 7. Turbomachine (1) comprenant une turbine (2) selon la revendication précédente.
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Citations (3)
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| EP1408199A1 (fr) * | 2002-10-08 | 2004-04-14 | United Technologies Corporation | Configuration des fentes dans un segment d'un anneau de guidage |
| EP1870562A2 (fr) * | 2006-06-23 | 2007-12-26 | Snecma | Secteur de redresseur de compresseur ou secteur de distributeur de turbomachine |
| US20100028143A1 (en) * | 2008-08-01 | 2010-02-04 | General Electric Company | Split doublet power nozzle and related method |
-
2016
- 2016-06-09 FR FR1655286A patent/FR3052486B1/fr active Active
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