FR3061511A1 - Turbine pour turbomachine - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une turbine pour turbomachine, notamment pour un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant : - un carter (3) comprenant une paroi annulaire (4) à partir de laquelle s'étend au moins un rail (5a), - un distributeur (11), comportant une plate-forme radialement externe (17) et une plate-forme radialement interne entre lesquelles s'étendent des pales (18), la plate-forme radialement externe (17) comportant au moins un rebord (19) venant en appui sur le rail (5a), radialement à l'extérieur dudit rail (5a), - une tôle de protection thermique (26), montée au moins en partie radialement entre la paroi annulaire (4) du carter (3) et la plate-forme externe (17) du distributeur (11), caractérisée en ce que la tôle de protection (26) comporte une partie d'accrochage (28) insérée radialement entre le rebord (19) de la plate-forme externe (17) du distributeur (11) et le rail (5a) du carter (3).
Description
Titulaire(s) : SAFRAN AIRCRAFT ENGINES Société par actions simplifiée.
O Demande(s) d’extension :
® Mandataire(s) : ERNEST GUTMANN - YVES PLASSERAUD SAS.
FR 3 061 511 - A1 ® TURBINE POUR TURBOMACHINE.
(57) L'invention concerne une turbine pour turbomachine, notamment pour un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant:
- un carter (3) comprenant une paroi annulaire (4) à partir de laquelle s'étend au moins un rail (5a),
- un distributeur (11 ), comportant une plate-forme radialement externe (17) et une plate-forme radialement interne entre lesquelles s'étendent des pales (18), la plate-forme radialement externe (17) comportant au moins un rebord (19) venant en appui sur le rail (5a), radialement à l'extérieur dudit rail (5a),
- une tôle de protection thermique (26), montée au moins en partie radialement entre la paroi annulaire (4) du carter (3) et la plate-forme externe (17) du distributeur (11), caractérisée en ce que la tôle de protection (26) comporte une partie d'accrochage (28) insérée radialement entre le rebord (19) de la plate-forme externe (17) du distributeur (11) et le rail (5a) du carter (3).
Turbine pour turbomachine
La présente invention concerne une turbine pour turbomachine, notamment pour un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, ainsi qu’un procédé de montage d’une telle turbine.
Une turbomachine, en particulier une turbomachine à double corps, comporte classiquement, d'amont en aval, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression.
Par convention, dans la présente demande, les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation de l'air dans la turbomachine. De même, par convention dans la présente demande, les termes intérieur et extérieur , inférieur et supérieur et interne et externe sont définis radialement par rapport à l'axe de la turbomachine.
Une turbine basse pression de turbomachine comprend un arbre de turbine sur lequel sont montés plusieurs étages successifs comportant chacun une roue à aubes et des distributeurs. Chaque roue à aubes comprend un disque portant à sa périphérie externe des aubes sensiblement radiales, les disques des différentes roues étant reliés coaxialement les uns aux autres et à l'arbre d'entraînement du rotor de la turbine par des moyens appropriés. Chaque distributeur comprend une plate-forme annulaire interne et une plate-forme annulaire externe entre lesquelles s'étendent des pales sensiblement radiales. La plate-forme externe du distributeur comprend des moyens d'accrochage et de fixation sur un carter externe de la turbine. L'ensemble des distributeurs forme la partie fixe du moteur appelée stator.
Les aubes de chaque roue du rotor comportent classiquement des léchettes à leur périphérie radialement externe, coopérant avec un anneau de matériau abradable de façon à former des moyens d’étanchéité de type joint à labyrinthe.
Le carter comporte classiquement une paroi annulaire portant, pour chaque distributeur, un rail amont et un rail aval coopérant avec des rebords amont et aval appartenant aux moyens d’accrochage de la plateforme externe du distributeur.
Afin de protéger la paroi annulaire du carter contre le rayonnement thermique, une tôle est généralement intercalée radialement entre la plate-forme externe du distributeur et la paroi annulaire du carter. L’extrémité amont de la tôle de protection est recourbée radialement vers l’intérieur de façon à former une épingle. Ladite épingle est apte à prendre appui axialement sur le rail amont du carter et radialement sur le rebord amont de la plate-forme externe du distributeur.
Une telle structure est par exemple connue du document FR 2 995 340.
Il s’avère que, en fonctionnement, la tôle de protection peut se déplacer par rapport au carter et par rapport au distributeur, de sorte qu’elle génère une usure du carter et/ou du distributeur. Ceci entraîne une usure prématurée du carter et/ou du distributeur.
L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.
A cet effet, elle propose une turbine pour turbomachine, notamment pour un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant :
- un carter comprenant une paroi annulaire à partir de laquelle s’étend au moins un rail,
- un distributeur, comportant une plate-forme radialement externe et une plate-forme radialement interne entre lesquelles s’étendent des pales, la plate-forme radialement externe comportant au moins un rebord venant en appui sur le rail, radialement à l’extérieur dudit rail,
- une tôle de protection thermique, montée au moins en partie radialement entre la paroi annulaire du carter et la plate-forme externe du distributeur, caractérisée en ce que la tôle de protection comporte une partie d’accrochage insérée radialement entre le rebord de la plate-forme externe du distributeur et le rail du carter.
De cette manière, la tôle de protection est maintenue fixement entre le rebord du distributeur et le rail du carter. On évite ainsi que la tôle de protection vienne buter contre le rail et/ou contre la paroi annulaire du carter, de manière à empêcher l’usure prématurée dudit carter.
La paroi annulaire du carter peut être tronconique.
Le rail peut comporter une première partie annulaire s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la paroi tronconique du carter, et une seconde partie cylindrique s’étendant vers l’aval depuis l’extrémité radialement interne de la première partie.
On notera que le rail peut éventuellement comporter une troisième partie s’étendant depuis la seconde partie du rail.
La partie d’accrochage de la tôle de protection peut comporter une première partie cylindrique intercalée entre le rebord du distributeur et la seconde partie cylindrique du rail, et une seconde partie annulaire s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la première partie cylindrique de la partie d’accrochage, la seconde partie étant apte à venir en appui axial sur l’extrémité libre du rail.
La seconde partie de la partie d’accrochage de la tôle de protection permet d’assurer le bon positionnement axial de la tôle de protection par rapport au carter.
La tôle de protection peut comporter une partie de protection s’étendant axialement et située radialement entre la plate-forme externe du distributeur et la paroi annulaire du carter.
La partie de protection peut être tronconique et/ou cylindrique.
Une première extrémité amont de la partie de protection et la partie d’accrochage peuvent être reliées par une zone de liaison courbe.
Une seconde extrémité aval de la partie de protection peut être radialement en appui sur la plate-forme externe du distributeur.
Dans ce cas, seule l’une des extrémités de la tôle de protection est fixée entre le rail du carter et le rebord correspondant du distributeur, ce qui est suffisant pour assurer le maintien en position de la tôle de protection. Ceci permet de simplifier la structure ainsi que le montage de la tôle de protection.
Le carter peut comporter au moins un rail amont et au moins un rail aval, par rapport au sens d’écoulement des gaz au sein de la turbine, la plate-forme externe du distributeur comportant un rebord amont en appui sur le rail amont du carter, et un rebord aval en appui sur le rail aval du carter.
La partie d’accrochage de la tôle de protection peut être insérée radialement entre le rebord amont de la plate-forme externe du distributeur et le rail amont du carter.
Les différentes caractéristiques décrites ci-dessus seront avantageusement choisies et éventuellement combinées en fonction du type de carter choisi.
La tôle de protection peut être réalisée en alliages à base de Nickel ou à base de Cobalt, résistants aux fortes températures.
Un tel matériau est résistant à l’usure et aux contraintes thermiques pouvant être rencontrées en fonctionnement.
La tôle de protection peut être formée d’une seule pièce.
La tôle de protection peut être annulaire, réalisée de façon monobloc ou sectorisée.
L’invention concerne également une turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant une turbine du type précité.
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe axiale d’une partie d’une turbine selon l’invention,
- la figure 2 est une vue de détail de la figure 1.
Les figures 1 et 2 représentent une forme de réalisation d’une turbine 1 basse-pression pour turbomachine 2, notamment pour un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion.
La turbine 1 comprend un carter fixe 3 présentant une paroi tronconique 4 dont l’axe correspond à l’axe de la turbomachine 2 et à partir de laquelle des rails amont 5a et aval 5b s’étendent radialement vers l’intérieur. Les termes amont AM et aval AV sont définis par référence au sens d’écoulement du flux de gaz au sein de la turbine 1, c’est-à-dire de gauche à droite sur la figure 1.
Comme cela est mieux visible à la figure 2, chaque rail amont 5a comporte une première partie annulaire 6 s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la paroi tronconique 4, et une seconde partie cylindrique 7 s’étendant vers l’aval AV depuis l’extrémité radialement interne de la première partie annulaire 6.
La turbine 1 comprend en outre un cône tourillon de turbine 8 sur lequel sont montés plusieurs étages 9 successifs comportant chacun une roue à aubes 10 et un distributeur 11. Chaque roue à aubes 10 comprend un disque 12 portant à sa périphérie externe des aubes 13 sensiblement radiales, les disques 12 des différentes aubes 10 étant reliés coaxialement les uns aux autres et au cône tourillon 8 d'entraînement du rotor de la turbine 1 par exemple par l’intermédiaire de boulons 14. A leur périphérie radialement externe, chaque aube 13 comporte au moins une léchette 15.
Chaque distributeur 11 comprend une plate-forme annulaire interne 16 et une plate-forme annulaire externe 17 entre lesquelles s'étendent des pales 18 sensiblement radiales.
La plate-forme externe 17 comporte notamment, à son extrémité amont, un rebord radialement externe 19 amont s’étendant vers l’amont AM et un rebord radialement interne 20 amont s’étendant vers l’amont AM.
La plate-forme externe 17 comporte notamment, à son extrémité aval, un rebord radialement externe 19a aval s’étendant vers l’aval AV et un rebord radialement interne 20a aval s’étendant vers l’aval AV.
Le rebord radialement externe 19 de la plate-forme radialement externe 17 du distributeur 11 est en appui sur la surface radialement externe 21 de la partie cylindrique 7 du rail amont 5a correspondante. Cet appui est réalisé de façon indirecte, comme cela sera mieux décrit après.
Le rebord radialement externe 19a de la plate-forme radialement externe 17 du distributeur 11 est en appui sur le rail aval 5b correspondante. Cette zone n’est pas directement concernée par l’invention et ne sera pas décrite plus en détail.
La turbine 1 comporte en outre un anneau 22 comprenant un matériau abradable, monté fixement sur le carter 3 et formé de plusieurs secteurs angulaires adjacents, identiques et répartis sur toute la circonférence. Chaque secteur comporte un bloc de matériau abradable 23. La surface externe 24 du bloc 23 de chaque secteur est fixée à un support 25 en secteur d’anneau.
Des plaquettes ou des languettes d’étanchéité s’étendent entre les extrémités circonférentielles des secteurs angulaires, de façon à limiter les fuites de gaz entre lesdits secteurs. Les plaquettes ou languettes peuvent être montées dans des cavités ou des fentes formées dans les extrémités circonférentielles des secteurs d’anneau.
Le rebord radialement interne 20 du distributeur 11 est situé directement à l’intérieur de l’extrémité aval du bloc 23 de l’anneau 22, de façon à maintenir celui-ci en position.
Une tôle de protection thermique 26 annulaire, réalisée de façon monobloc ou sectorisée, est montée radialement entre la paroi annulaire 4 du carter 3 et la plate-forme externe 17 du distributeur 11.
L’extrémité amont 27 de la tôle de protection 26 comporte une partie d’accrochage 28 insérée radialement entre le rebord radialement externe 19 de la plate-forme externe 17 du distributeur 11 et le rail amont 5a du carter 3.
Plus particulièrement, la partie d’accrochage 28 de la tôle de protection 26 comporte une première partie cylindrique 29 intercalée entre la surface interne 30 du rebord radialement externe 19 du distributeur 11 et la surface externe radialement externe 21 de la seconde partie cylindrique 7 du rail amont 5a, et une seconde partie annulaire 31 s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la première partie cylindrique 30 de la partie d’accrochage 28. La seconde partie annulaire 31 est apte à venir en appui axial sur l’extrémité libre 32 de la seconde partie cylindrique 7 du rail amont 5a.
De cette manière, le rebord radialement externe 19 est en appui indirecte sur la surface externe 21 de la partie cylindrique 7 du rail amont 5a correspondante.
La tôle de protection 26 comporte en outre une partie de protection s’étendant axialement et située radialement entre la plate-forme externe 17 du distributeur 11 et la paroi annulaire 4 du carter 3.
La partie de protection comprend une première extrémité amont 33 et une seconde extrémité aval 38.
L’extrémité amont 33 de la partie de protection est reliée par une zone de liaison courbe 34 à la partie d’accrochage 28, en particulier à la première partie cylindrique 29 de la partie d’accrochage 28.
La partie de protection comporte, de l’amont AM vers l’aval AV, une première partie tronconique 35, une deuxième partie cylindrique 36, une troisième partie tronconique 37 et une quatrième partie cylindrique 38 formant l’extrémité aval de la tôle de protection 26 et la seconde extrémité aval de la partie de protection. Le diamètre de la quatrième partie cylindrique 38 est supérieur au diamètre de la deuxième partie cylindrique 36. Le diamètre de la deuxième partie cylindrique 36 de la partie de protection est supérieur au diamètre de la première partie cylindrique 29 de la partie d’accrochage 28.
La quatrième partie cylindrique 38 est en appui radial sur une surface cylindrique 39 de la plate-forme externe 17 du distributeur 11.
La tôle de protection 26 est formée d’une seule pièce et est réalisée en alliages à base de Nickel ou à base de Cobalt, résistants aux fortes températures. La tôle de protection 26 présente par exemple une épaisseur comprise entre 0,25 et 0,75 mm.
Ainsi, selon l’invention, la tôle de protection 26 est maintenue, à l’amont AM, fixement entre le rebord radialement externe 19 du distributeur 11 et le rail amont 5a du carter 3 et, à l’aval AV, en appui sur le distributeur
11. On évite ainsi que la tôle de protection 26 vienne buter contre le rail amont 5a et/ou la paroi annulaire 4 du carter 3, de manière à empêcher l’usure prématurée dudit rail amont 5a et/ou dudit carter 3.
La seconde partie annulaire 31 de la partie d’accrochage 28 de la tôle de protection 26 permet d’assurer le bon positionnement axial de la tôle de protection 26 par rapport au carter 3.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Turbine (1) pour turbomachine (2), notamment pour un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant :- un carter (3) comprenant une paroi annulaire (4) à partir de laquelle s’étend au moins un rail (5a),- un distributeur (11), comportant une plate-forme radialement externe (17) et une plate-forme radialement interne (16) entre lesquelles s’étendent des pales (18), la plate-forme radialement externe (17) comportant au moins un rebord (19) venant en appui sur le rail (5a), radialement à l’extérieur dudit rail (5a),- une tôle de protection thermique (26), montée au moins en partie radialement entre la paroi annulaire (4) du carter (3) et la plate-forme externe (17) du distributeur (11), caractérisée en ce que la tôle de protection (26) comporte une partie d’accrochage (28) insérée radialement entre le rebord (19) de la plate-forme externe (17) du distributeur (11) et le rail (5a) du carter (3).
- 2. Turbine (1) selon la revendication 1, dans laquelle le rail (5a) comporte une première partie annulaire (6) s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la paroi tronconique (4) du carter (3), et une seconde partie cylindrique (7) s’étendant vers l’aval (AV) depuis l’extrémité radialement interne de la première partie (6).
- 3. Turbine (1) selon la revendication 2, dans laquelle la partie d’accrochage (28) de la tôle de protection (26) comporte une première partie cylindrique (29) intercalée entre le rebord (19) du distributeur (11) et la seconde partie cylindrique (7) du rail (5a), et une seconde partie annulaire (31) s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la première partie cylindrique (29) de la partie d’accrochage (28), la seconde partie annulaire (31) étant apte à venir en appui axial sur l’extrémité libre (32) du rail (5a).ίο
- 4. Turbine (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle la tôle de protection (26) comporte une partie de protection s’étendant axialement et située radialement entre la plate-forme externe (17) du distributeur (11 ) et la paroi annulaire (4) du carter (3).
- 5. Turbine (1) selon la revendication 4, dans laquelle une première extrémité amont (33) de la partie de protection et la partie d’accrochage (28) sont reliées par une zone de liaison courbe (34).
- 6. Turbine (1) selon la revendication 4, dans laquelle une seconde extrémité aval (38) de la partie de protection est radialement en appui sur la plate-forme externe (17) du distributeur (11).
- 7. Turbine (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle le carter (3) comporte au moins un rail amont (5a) et au moins un rail aval (5b), par rapport au sens d’écoulement des gaz au sein de la turbine (1), la plate-forme externe (17) du distributeur (11) comportant un rebord amont (19) en appui sur le rail amont (5a) du carter (3), et un rebord aval (20a) en appui sur le rail aval (5b) du carter (3).
- 8. Turbine (1) selon la revendication 7, dans laquelle la partie d’accrochage (28) de la tôle de protection (26) est insérée radialement entre le rebord amont (19) de la plate-forme externe (17) du distributeur (11 ) et le rail amont (5a) du carter (3).
- 9. Turbine (1) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la tôle de protection (26) est réalisée en alliages à base de Nickel ou à base de Cobalt, résistants aux fortes températures.
- 10. Turbomachine (2), telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant une turbine (1) selon l’une des revendications 1 à 9.1/124 21
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2017
- 2017-01-05 FR FR1750108A patent/FR3061511B1/fr active Active
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| FR3061511B1 (fr) | 2020-12-25 |
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