FR3080143A1 - Ensemble d'anneau de turbine avec etancheite inter-secteur - Google Patents
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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) comprend: - une languette d'étanchéité amont (22) comprenant des première et deuxième portions continues (220, 221) s'étendant respectivement dans une rainure amont (42) et dans une deuxième rainure horizontale (40), - une deuxième languette d'étanchéité (20) comprenant des première et deuxième portions continues (200, 201) s'étendant respectivement dans la deuxième rainure horizontale (40) et dans une rainure aval (43), la deuxième portion (221) de la languette d'étanchéité amont (22) chevauchant la première portion (200) de ladite deuxième languette d'étanchéité (20), - une languette d'étanchéité aval (23) comprenant des première et deuxième portions continues (230, 231) s'étendant respectivement dans la rainure aval (43) et dans une première rainure horizontale (41), la deuxième portion (201) de la deuxième languette d'étanchéité (20) chevauchant la première portion (230) de la languette d'étanchéité aval (23), la deuxième portion (231) de ladite languette d'étanchéité aval chevauchant la première languette d'étanchéité (21).
Description
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, et ce plus particulièrement lorsque les secteurs d'anneau présentent une forme de Pi (π) inversé.
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. Afin d'éviter des fuites au niveau des parties jointives des languettes d'étanchéité entre deux rainures communicantes, des joints coudés sont en outre placés dans les portions de jonctions entre deux rainures. Ces joints coudés présentent des dimensions faibles, à savoir une longueur de quelques centimètres pour une épaisseur de l'ordre du millimètre. La fabrication et la mise en place de ces joints coudés dans les secteurs d'anneau sont délicates, ce qui augmentent le temps de fabrication d'un ensemble d'anneau de turbine.
La problématique d'étanchéité mentionnée ci-avant se pose également pour des secteurs d'anneau métalliques qui ne comportent pas de baignoire mais dont la fabrication en est grandement simplifiée de ce fait.
Objet et résumé de l’invention
L’invention vise à éviter de tels inconvénients et propose à cet effet un ensemble d’anneau pour turbine comprenant une pluralité de secteurs d’anneau adjacents 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 présente dans la plateforme au voisinage de la face interne de ladite plateforme, une deuxième rainure présente dans la plateforme au voisinage de la face externe de ladite plateforme, la première et la deuxième rainures s'étendant suivant la direction axiale de l'anneau de turbine, une rainure amont s'étendant dans la patte amont et une rainure aval s'étendant dans la patte aval, ladite rainure amont débouchant dans la deuxième rainure, ladite rainure aval débouchant dans les première et deuxième rainures, une première languette d'étanchéité s'étendant dans la première rainure, caractérisé en ce que chaque secteur d'anneau comprend en outre :
- une languette d'étanchéité amont comprenant 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,
- une deuxième languette d'étanchéité horizontale 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 comprenant 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 un aspect 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 un autre aspect de l'ensemble d'anneau de l'invention, la deuxième portion de la languette d'étanchéité amont, la deuxième portion de la deuxième languette d'étanchéité et la deuxième portion de ladite languette d'étanchéité aval chevauchent respectivement la première portion de ladite deuxième languette d'étanchéité, la première portion de la languette d'étanchéité aval et la première languette d'étanchéité sur une distance comprise entre 2 mm et 10 mm. Cela permet de favoriser le plaquage des languettes.
Selon un autre aspect de l'ensemble d'anneau de l'invention, chacune des languettes est en un alliage base nickel, cobalt ou tungstène.
Selon un autre aspect de l'ensemble d'anneau de l'invention, chaque secteur d'anneau est en matériau métallique ou en matériau céramique à matrice composite.
L'invention a également pour objet un ensemble d'anneau pour turbine comprenant une pluralité de secteurs d'anneau adjacents 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 présente dans la plateforme au voisinage de la face interne de ladite plateforme, une deuxième rainure présente dans la plateforme au voisinage de la face externe de ladite plateforme, la première et la deuxième rainures s'étendant suivant la direction axiale de l'anneau de turbine, une rainure amont s'étendant dans la patte amont et une rainure aval s'étendant dans la patte aval, ladite rainure amont débouchant dans la deuxième rainure, ladite rainure aval débouchant dans les première et deuxième rainures, une première languette d'étanchéité s'étendant dans la première rainure, caractérisé en ce que chaque secteur d'anneau comprend en outre :
- une deuxième languette d'étanchéité comprenant des première, deuxième et troisième portions continues formant un angle entre elles, la première portion s'étendant dans la rainure amont, la deuxième portion s'étendant dans la deuxième rainure et la troisième portion s'étendant partiellement dans la rainure aval,
- une troisième languette d'étanchéité comprenant 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 troisième portion de la deuxième languette d'étanchéité chevauchant la première portion de la troisième languette d'étanchéité, la deuxième portion de ladite languette d'étanchéité aval chevauchant la première languette d'étanchéité, et en ce que la deuxième portion de la deuxième languette d'étanchéité présente des ondulations sur au moins une zone déterminée de manière former une partie ressort.
De même que pour l'ensemble d'anneau défini ci-avant, il est possible d'empêcher les fuites à la jonction des deux rainures, et ce sans avoir à utiliser des joints coudés additionnels, et ce ici avec seulement trois languettes d'étanchéité. Les ondulations présentes sur la deuxième portion de la deuxième languette d'étanchéité forment une partie ressort qui permet à la deuxième languette de se déformer sous l'effet de la différence de pression entre l'air présent en dehors de la veine d'écoulement et l'air présent dans la veine. Sous l'effet de cette différence de pression et grâce à la présence des ondulations, la deuxième portion située entre les première et troisième portions se déforme, permettant aux première et troisième portions de se plaquer correctement dans les rainures et d'assurer, par conséquent, une bonne étanchéité.
Selon un aspect de l'ensemble d'anneau de l'invention, les première et troisième portions de la deuxième languette d'étanchéité forment entre elles un angle compris entre 20° et 140°. Cela permet d'améliorer le placage des première et troisième portions dans les rainures.
Selon un autre aspect de l'ensemble d'anneau de l'invention, la hauteur présente entre le sommet des ondulations de la deuxième portion de la deuxième languette d'étanchéité et le bord externe de la deuxième rainure horizontale est comprise entre 0,2 mm et 0,5 mm. En limitant ainsi le jeu entre les ondulations et la deuxième rainure, on réduit les déplacements et les vibrations de la deuxième languette.
Selon un autre aspect de l'ensemble d'anneau de l'invention, le rayon de chaque ondulation présente sur la deuxième portion de la deuxième languette d'étanchéité est supérieur ou égal à 0,2 mm.
Selon un autre aspect 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 un autre aspect de l'ensemble d'anneau de l'invention, la troisième portion de la deuxième languette d'étanchéité et la deuxième portion de ladite languette d'étanchéité aval chevauchent respectivement la première portion de la troisième languette d'étanchéité et la première languette d'étanchéité sur une distance comprise entre 2 mm et 10 mm.
Selon un autre aspect de l'ensemble d'anneau de l'invention, chacune des languettes est en un alliage base nickel, cobalt ou tungstène, en particulier.
Selon un autre aspect de l'ensemble d'anneau de l'invention, chaque secteur d'anneau est en matériau métallique ou 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 plateforme 12, une patte amont 14 et une patte aval 16 qui s'étendent chacune radialement en saillie vers l'extérieur de la plateforme. 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 ensembles 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, Panneau 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 (π) inversé avec une base annulaire ou plateforme 12 dont la face interne peut-être revêtue d'une couche de matériau abradable et/ou d'une barrière thermique (non représentée sur la figure 1) 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 de la plateforme 12 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 plateforme 12 au voisinage de la face interne 12a de celle-ci, 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, 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.
Conformément à l'invention, la languette d'étanchéité amont 22 comprend des première et deuxième portions continues 220 et 221 formant un angle entre elles, la première portion 220 s'étendant dans la rainure amont 42 et la deuxième portion 221 s'étendant partiellement dans la deuxième rainure 40. La deuxième languette d'étanchéité 20 comprend des première et deuxième portions continues 200 et 201 formant un angle entre elles, la première portion 200 s'étendant dans la deuxième rainure 40 et la deuxième portion 201 s'étendant partiellement dans la rainure aval 23, la deuxième portion 221 de la languette d'étanchéité amont 22 chevauchant la première portion 200 de la deuxième languette d'étanchéité 20. La languette d'étanchéité aval 23 comprend des première et deuxième portions continues 230 et 231 formant un angle entre elles, la première portion 230 s'étendant dans la rainure aval 43 et la deuxième portion 231 s'étendant partiellement dans la première rainure 41. La deuxième portion 201 de la deuxième languette d'étanchéité 20 chevauche la première portion 230 de la languette d'étanchéité aval 23 tandis que la deuxième portion 231 de la languette d'étanchéité aval 23 chevauche la première languette d'étanchéité 21.
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 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 d'environ 0,1 mm à 1 mm. Les languettes 20, 22 et 23 sont réalisées de préférence par fabrication additive 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 peut présenter une épaisseur comprise environ entre 0,1 mm et 1 mm, et comporter deux portions continues formant entre elles un angle de 60° à 170°Les languettes d'étanchéité peuvent être notamment réalisées par fabrication additive ou par fabrication MIM (Moulage par Injection de Métal) en un alliage base de cobalt, de cobalt ou de tungstène.
Les languettes d'étanchéité 20, 21, 22 et 23 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 alliage base nickel, cobalt ou tungstène=
Comme indiqué ci-avant, la deuxième portion 221, qui se prolonge angulairement depuis la première portion 220 de la languette d'étanchéité amont 22, chevauche la première portion 200 de la deuxième languette d'étanchéité 20. De même, la deuxième portion 201, qui se prolonge angulairement depuis la première portion 200 de la deuxième languette d'étanchéité 20, chevauche la première portion 230 de la languette d'étanchéité aval 23. De même encore, la deuxième portion 231, qui se prolonge angulairement depuis la première portion 230 de la languette d'étanchéité aval 23, chevauche la première languette d'étanchéité 21.
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 coudés comme dans l'art antérieur. Dans l'exemple décrit ici :
- la deuxième portion 221 de la languette d'étanchéité amont 22 qui chevauche la première portion 200 de la deuxième languette d'étanchéité 20 empêche les fuites au niveau de la jonction entre les languettes 22 et 20 et des rainures 42 et 40 ;
- la deuxième portion 201 de la deuxième languette d'étanchéité 20 qui chevauche la première portion 230 de la languette d'étanchéité aval 23 empêche les fuites au niveau de la jonction entre les languettes 20 et 23 et des rainures 40 et 43 ;
- la deuxième portion 231 de la languette d'étanchéité aval 23 qui chevauche la première languette d'étanchéité 21 empêche les fuites au niveau de la jonction entre les languettes 23 et 21 et des rainures 43 et 41.
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 41, celle-ci est réalisée de préférence au plus près de la face interne 12a de la plateforme 12 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.
La figure 3 illustre un ensemble d'anneau pour turbine selon un autre mode de réalisation de l'invention qui diffère principalement du mode de réalisation décrit ci-avant en relation avec les figures 1, 2A et 2B en ce qu'on utilise seulement trois languettes d'étanchéité au lieu de quatre. Dans l'ensemble d'anneau de la figure 3, la structure métallique de support d’anneau est identique à la structure métallique de support d'anneau 3 décrite précédemment en relation avec les figures 1, 2A et 2B et ne sera pas décrite à nouveau par souci de simplification.
Plus précisément, comme représenté sur les figures 3, 4A et 4B, chaque secteur d'anneau 100 constituant un anneau de turbine 11 est muni d'une première languette d'étanchéité 121 qui s'étend sur presque toute la longueur de la base annulaire ou plateforme 112, d'une deuxième languette d'étanchéité 120 qui s'étend principalement à la fois dans la patte amont 114 et la plateformell2 de chaque secteur d'anneau 100 audessus de la première languette 121 dans la direction radiale Dr et une troisième languette d'étanchéité 123 qui s'étend principalement le long de la patte aval 116.
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 100 comporte une première rainure
141 s'étendant ici horizontalement dans la plateformell2 au voisinage de la face interne 112a de celle-ci, une deuxième rainure 140 s'étendant ici horizontalement dans la plateformell2 au voisinage de la face externe 112b de celle-ci et au-dessus de la rainure 141 suivant la direction radiale Dr, une rainure amont 142 ménagée dans la patte amont 114 et une rainure aval 143 ménagée dans la patte aval. La deuxième rainure 140 débouche d'un côté dans la partie radialement interne de la rainure amont
142 et de l'autre côté dans la partie radialement interne de la rainure aval 143. La rainure aval 143 débouche en outre dans la première rainure 141. Les rainures 140, 141, 142 et 143 présentent des dimensions similaires à celles des rainures 40, 41, 42 et 43 décrites précédemment.
Conformément à l'invention, la deuxième languette d'étanchéité 120 comprend des première, deuxième et troisième portions continues 1220, 1221 et 1222 formant un angle entre elles, la première portion 1220 s'étendant dans la rainure amont 142, la deuxième portion 1221 s'étendant dans la deuxième rainure 140 et la troisième portion 1222 s'étendant partiellement dans la rainure aval 143. La troisième languette d'étanchéité 123 comprend des première et deuxième portions continues
1230 et 1231 formant un angle entre elles, la première portion 1230 s'étendant dans la rainure aval 143 et la deuxième portion 1231 s'étendant partiellement dans la première rainure 141. La troisième portion 1222 de la deuxième languette d'étanchéité 120 chevauche la première portion 1230 de la troisième languette d'étanchéité 123 tandis que la deuxième portion 1231 de la troisième languette d'étanchéité 123 chevauche la première languette d'étanchéité 121. Les figures 3, 4A et 4B illustrent un seul secteur d'anneau 100 dans lequel les languettes 120, 121 et 123 sont partiellement introduites respectivement dans les rainures 140, 141, 142 et 143. La partie des languettes 120, 121 et 123 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 120 et 123 sont réalisées de préférence par fabrication additive 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 peut présenter une épaisseur comprise entre environ 0,1 mm à 1 mm, une largeur d'environ 2 mm à 10 mm et une longueur comprise entre 10 mm et 50 mm et comporter deux portions continues formant entre elles un angle de 90° à 170°. Les languettes peuvent être réalisées par fabrication additive ou par fabrication MIM (Moulage par Injection de Métal) en alliage base nickel, cobalt ou tungstène.
Les languettes d'étanchéité 120, 121 et 123 peuvent être réalisées en matériau métallique et sont de préférence montées avec un jeu à froid dans les rainures 140,141,142 et 143 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 alliage base cobalt, en matériau métallique haute performance (point de fusion élevé), en molybdène ou en tungstène Ces matériaux peuvent être obtenus en fabrication additive de type MIM.
Comme indiqué ci-avant, la troisième portion 1222, qui se prolonge angulairement depuis la deuxième portion 1221 de la deuxième languette d'étanchéité 120, chevauche la première portion 1230 de la troisième languette d'étanchéité 123. De même, la deuxième portion 1231, qui se prolonge angulairement depuis la première portion 1230 de la troisième languette d'étanchéité 123, chevauche la première languette d'étanchéité 121.
Dans l'exemple de réalisation décrit ici, la deuxième portion 1221 de la deuxième languette d'étanchéité 120 comporte des ondulations 1225 qui sont présentes au voisinage du milieu de la deuxième portion 1221 et qui s'étendent dans la direction axiale Da de l'anneau sur une zone Zr de longueur déterminée. Les ondulations 1225 forment une partie ressort qui permet à la deuxième languette 120 de se déformer sous l'effet de la pression. Plus précisément, en fonctionnement, la pression PI de l'air présent en dehors de la veine d'écoulement est supérieure à la pression P2 de l'air présent dans la veine. Sous l'effet de cette différence de pression et grâce à la présence des ondulations 1225, la deuxième portion 1221 située entre les première et troisième portions obliques 1220 et 1222 se déforme. En se déformant ainsi, la deuxième portion permet 1221 aux première et troisième portions 1220 et 1221 de se plaquer correctement dans les rainures 142 et 143 respectivement et d'assurer, par conséquent, une bonne étanchéité.
Les ondulations 1225 peuvent être dimensionnées afin de limiter les phénomènes d'ondulations. En effet, la vibration et le déplacement de la deuxième languette d'étanchéité 120 peuvent être limités en minimisant le jeu entre les ondulation et la rainure 140, à savoir en ajustant la hauteur Hj présente entre le sommet des ondulations 1225 et le bord radialement externe 140a de la rainure 140 (figure 3). La hauteur Hj est dans ce cas comprise entre 0,2 mm et 0,5 mm.
Dans l'exemple décrit ici, la deuxième portion 1221 comporte trois ondulations 1225 sur une zone déterminée de celle-ci. Toutefois, la deuxième portion peut également comprendre un nombre d'ondulations plus importantes et/ou des ondulations présentent sur plusieurs zones déterminées.
En outre, l'angle β formé entre la première portion 1220 et la troisième portion 1222 de la deuxième languette 120 est de préférence compris entre 20° et 140° afin de faciliter le plaquage de ces portion dans la rainure 142, d'une part et contre la première portion 1230 de la troisième languette 123, d'autre part (figure 3).
La fabrication additive telle que décrite ci-avant est préférée pour la réalisation de la deuxième languette d'étanchéité 120. En effet, les rayons de courbure des ondulations 1225 présentes sur la deuxième portion 1221 étant faibles, il serait difficile de les réaliser par pliage de tôle. La maîtrise des rayons de courbure des ondulations permet, d'une part, d'éviter d'avoir des arêtes vives sur le haut et le bas des ondulations qui pourraient endommager la rainure et engendrer des fuites et d'assurer une certaine souplesse des ondulations, d'autre part. Le rayon des ondulations est de référence supérieur ou égal à 0,2 mm.
L'utilisation des languettes d'étanchéité décrits ci-avant, c'est-àdire 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 coudés comme dans l'art antérieur. Dans l'exemple décrit ici :
- la deuxième portion 221 de la languette d'étanchéité amont 22 qui chevauche la première portion 200 de la deuxième languette d'étanchéité 20 empêche les fuites au niveau de la jonction entre les languettes 22 et 20 et des rainures 42 et 40 ;
- la deuxième portion 201 de la deuxième languette d'étanchéité 20 qui chevauche la première portion 230 de la languette d'étanchéité aval 23 empêche les fuites au niveau de la jonction entre les languettes 20 et 23 et des rainures 40 et 43 ;
- la deuxième portion 231 de la languette d'étanchéité aval 23 qui chevauche la première languette d'étanchéité 21 empêche les fuites au niveau de la jonction entre les languettes 23 et 21 et des rainures 43 et 41.
Les secteurs d'anneau décrits ci-avant sont en matériau composite à matrice céramique. Toutefois, la présente invention s'applique également à un ensemble d'anneau de turbine comprenant une pluralité de secteurs d'anneau en matériau métallique, les secteurs d'anneau présentant des géométries similaires à celles décrites précédemment.
Claims (13)
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 dans la patte amont (14) et une rainure aval (43) s'étendant dans la patte aval (16), ladite rainure amont (42) débouchant dans la deuxième rainure (40), ladite rainure aval (43) débouchant dans les première et deuxième rainures (41, 40), une première languette d'étanchéité (21) s'étendant dans la première rainure horizontale (41), caractérisé en ce que chaque secteur d'anneau (10) comprend en outre :
- une languette d'étanchéité amont (22) comprenant des première et deuxième portions continues (220, 221) formant un angle entre elles, la première portion (220) s'étendant dans la rainure amont (42) et la deuxième portion (221) s'étendant partiellement dans la deuxième rainure (40),
- une deuxième languette d'étanchéité (20) comprenant des première et deuxième portions continues (200, 201) formant un angle entre elles, la première portion (200) s'étendant dans la deuxième rainure (40) et la deuxième portion (201) s'étendant partiellement dans la rainure aval (43), la deuxième portion (221) de la languette d'étanchéité amont (22) chevauchant la première portion (200) de ladite deuxième languette d'étanchéité (20),
- une languette d'étanchéité aval (23) comprenant des première et deuxième portions continues (230, 231) formant un angle entre elles, la première portion (230) s'étendant dans la rainure aval (43) et la deuxième portion (231) s'étendant partiellement dans la première rainure (41), la deuxième portion (201) de la deuxième languette d'étanchéité (20) chevauchant la première portion (230) de la languette d'étanchéité aval (23), la deuxième portion (231) de ladite languette d'étanchéité aval chevauchant la première languette d'étanchéité (21).
2. Ensemble d'anneau selon la revendication 1, dans lequel chacune des languettes d'étanchéité (20, 21, 22, 23) présente une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 1 mm.
3. Ensemble d'anneau selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la deuxième portion (221) de la languette d'étanchéité amont (22), la deuxième portion (201) de la deuxième languette d'étanchéité (20) et la deuxième portion (231) de ladite languette d'étanchéité aval chevauchent respectivement la première portion (200) de ladite deuxième languette d'étanchéité (20), la première portion (230) de la languette d'étanchéité aval (23) et la première languette d'étanchéité (21) sur une distance comprise entre 2 mm et 10 mm.
4. Ensemble d'anneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chacune des languettes d'étanchéité (20, 21, 22, 23) est en un alliage base de nickel, cobalt ou tungstène.
5. Ensemble d'anneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque secteur d'anneau (10) est en matériau métallique ou en matériau céramique à matrice composite.
6. Ensemble d’anneau pour turbine comprenant une pluralité de secteurs d’anneau adjacents (100) formant un anneau de turbine (11) s'étendant de manière circonférentielle autour d'une direction axiale (Da), chaque secteur d’anneau (100) ayant une plateforme (112) avec, suivant une direction radiale de l'anneau de turbine, une face interne définissant la face interne de l’anneau de turbine (11) et une face externe à partir de laquelle s'étendent suivant la direction radiale une patte amont (114) et une patte aval (116), chaque secteur d'anneau (100) comprenant une première rainure (141) présente dans la plateforme (112) au voisinage de la face interne (112a) de ladite plateforme (112), une deuxième rainure (140) présente dans la plateforme au voisinage de la face externe (112b) de ladite plateforme (112), la première et la deuxième rainure s'étendant suivant la direction axiale de l'anneau de turbine, une rainure amont (142) s'étendant dans la patte amont (114) et une rainure aval (143) s'étendant dans la patte aval (116), ladite rainure amont (142) débouchant dans la deuxième rainure (140), ladite rainure aval (143) débouchant dans les première et deuxième rainures (141, 140), une première languette d'étanchéité (121) s'étendant dans la première rainure (141), caractérisé en ce que chaque secteur d'anneau comprend en outre :
- une deuxième languette d'étanchéité (120) comprenant des première, deuxième et troisième portions continues (1220, 1221, 1222) formant un angle entre elles, la première portion (1220) s'étendant dans la rainure amont (142), la deuxième portion (1221) s'étendant dans la deuxième rainure (140) et la troisième portion (1222) s'étendant partiellement dans la rainure aval (143),
- une troisième languette d'étanchéité (123) comprenant des première et deuxième portions continues (1230, 1231) formant un angle entre elles, la première portion (1230) s'étendant dans la rainure aval (143) et la deuxième portion (1231) s'étendant partiellement dans la première rainure (141), la troisième portion (1222) de la deuxième languette d'étanchéité (120) chevauchant la première portion (1230) de la troisième languette d'étanchéité (123), la deuxième portion (1231) de ladite languette d'étanchéité aval (123) chevauchant la première languette d'étanchéité (121), et en ce que la deuxième portion (1221) de la deuxième languette d'étanchéité (120) présente des ondulations (1225) sur au moins une zone déterminée (Zr) de manière former une partie ressort.
7. Ensemble d'anneau selon la revendication 6, dans lequel les première et troisième portions (1220, 1222) de la deuxième languette d'étanchéité (120) forment entre elles un angle compris entre 20° et 140°.
8. Ensemble d'anneau selon la revendication 6 ou 7, dans lequel la troisième portion (1222) de la deuxième languette d'étanchéité (120) et la deuxième portion (1231) de ladite languette d'étanchéité aval (123) chevauchent respectivement la première portion (1230) de la troisième languette d'étanchéité (123) et la première languette d'étanchéité (121) sur une distance comprise entre 2 mm et 10 mm.
9. Ensemble d'anneau selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel la hauteur (Hj) présente entre le sommet des ondulations (1225) de la deuxième portion (1221) de la deuxième languette d'étanchéité (120) et le bord radialement externe (140a) de la deuxième rainure horizontale (140) est comprise entre 0,2 mm et 0,5 mm.
10. Ensemble d'anneau selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel le rayon de chaque ondulation (1225) présente sur la deuxième portion de la deuxième languette d'étanchéité est supérieur ou égal à 0,2 mm.
11. Ensemble d'anneau selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, dans lequel chacune des languettes d'étanchéité (120, 121,123) présente une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 1 mm.
12. Ensemble d'anneau selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, dans lequel chacune des languettes d'étanchéité (120, 121, 123) est en un alliage base de nickel, cobalt ou tungstène.
13. Ensemble d'anneau selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, dans lequel chaque secteur d'anneau (100) est en matériau métallique ou en matériau céramique à matrice composite.
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| FR3080143B1 (fr) | 2020-11-20 |
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