FR3083564A1 - Turbine comportant un element abradable a position radiale ajustable - Google Patents

Turbine comportant un element abradable a position radiale ajustable Download PDF

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Abstract

L'invention concerne une turbine comprenant une roue aubagée tournant autour d'un axe longitudinal (AX), et un carter (16) formant stator entourant cette roue aubagée et portant des éléments abradables (18, 19), la roue aubagée comportant des aubes dont les extrémités sont terminées par des léchettes (21, 22) situées en vis-à-vis des éléments abradables (18, 19). Chaque élément abradable (18, 19) est porté par un système réglable permettant d'ajuster sa distance par rapport à l'axe longitudinal (AX).

Description

TITRE TURBINE COMPORTANT UN ELEMENT ABRADABLE A POSITION RADIALE AJUSTABLE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne le réglage de l'étanchéité d'un joint labyrinthe équipant une turbomachine, comme en particulier une turbine basse pression de turboréacteur.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Une turbine de turbomachine telle qu'un turboréacteur, dont une partie est représentée sur la figure 1, comporte un rotor portant au moins une série d'aubes mobiles 1, entourée par une portion de stator 2, et situées longitudinalement entre des séries d'aubes fixes 3, 4 de distributeur, cette turbine étant entraînée en rotation par détente d'un gaz traversant les aubes de son rotor.
Compte tenu notamment des dilatations différentielles intervenant lorsque le moteur est en service qui font fluctuer la géométrie du moteur, la face interne du stator 2 est couverte d'éléments abradables 6 situés au droit des extrémités des aubes 1.
Les éléments abradables 6 comportent en général une couche de matériau à structure alvéolaire de type nid d'abeille délimitant des puits s'étendant radialement, une telle structure étant appelée couramment « Nida », est portée par un support.
Les extrémités radialement externes ou têtes des aubes mobiles 1 comportent des léchettes 7, 8 pouvant, en fonctionnement, frotter contre les éléments abradables 6 de telle manière que le jeu radial entre les extrémités radialement externes des aubes et la face interne des éléments abradables s'ajuste à la valeur minimale nécessaire, vis-à-vis des différentes conditions de fonctionnement.
Comme visible sur la figure 1, les léchettes 7 et 8 sont avantageusement situées à des distances différentes de l'axe de rotation du moteur, et l'élément abradable 6 comporte deux faces de glissement distinctes, une pour chaque léchette, selon une disposition de type en escalier. Cet agencement permet de former une étanchéité de type dit « labyrinthe », c'est-à-dire introduisant une perte de charge importante en contraignant le fluide susceptible de passer entre les léchettes et l'abradable à emprunter un chemin sinueux grâce au décalage des deux léchettes et des surfaces en escalier de l'élément abradable.
L'étanchéité au niveau des pieds des aubes fixes est assurée selon un agencement analogue représenté en figure 2. Plus particulièrement, un distributeur est formé d'une série d'aubes fixes 3 ayant leurs têtes fixées au stator 2, et comportant dans sa région interne une virole annulaire 9 fixée aux pieds des aubes fixes 3. Cette virole 9 a sa face interne couverte par des éléments abradables 11 contre lesquels viennent glisser des léchettes 12,13 portées par le rotor 14 qui porte les aubes mobiles.
Au cour du temps, les léchettes creusent des sillons dans les éléments abradables le long desquels elles peuvent être amenées à frotter en fonctionnement, de sorte que dans certains états thermiques la distance entre les léchettes et les abradables devient trop importante. Cette usure augmente au cours de la vie du moteur et induit des fuites de plus en plus importantes, représentées par les flèches Fl et F2 sur les figures 1 et 2, qui pénalisent la performance du moteur.
Une solution pour remédier à cette situation consiste à changer les abradables du moteur à intervalles réguliers, ce qui correspond à une opération importante et coûteuse puisqu'elle nécessite de démonter le moteur pour pouvoir accéder aux abradables à remplacer.
Le but de l'invention est d'apporter une structure d'étanchéité permettant de remédier à cet inconvénient.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention a pour objet une structure d'étanchéité pour turbine de turbomachine s'étendant autour d'un axe longitudinal et étant configurée pour coopérer avec au moins une léchette portée par un rotor de la turbine, la structure d'étanchéité comprenant au moins un élément abradable porté par une embase, caractérisé en ce que l'embase est équipée d'un organe de réglage permettant d'ajuster la position de cet élément abradable radialement par rapport à l'axe longitudinal.
Grâce à la possibilité de régler les positions radiales des éléments abradables, l'étanchéité peut être ajustée au cours de la vie du moteur sans qu'il soit nécessaire de changer les éléments abradables.
L'invention concerne également une structure d'étanchéité ainsi définie, dans laquelle l'organe de réglage comporte au moins une vis s'étendant radialement qui est vissée dans un trou taraudé de l'élément abradable pour ajuster la distance de l'élément abradable à l'axe longitudinal par rotation de cette vis de réglage.
L'invention concerne également une structure d'étanchéité ainsi définie, dans laquelle la position de l'élément abradable est réglable sur une course inférieure à cinq millimètres.
L'invention concerne également une structure d'étanchéité ainsi définie, dans laquelle au moins un élément abradable est obtenu par fabrication additive.
L'invention concerne également une structure d'étanchéité ainsi définie, dans laquelle l'embase comprend une platine avec deux flancs entre lesquels au moins un élément abradable est maintenu.
L'invention concerne également une structure d'étanchéité ainsi définie, dans laquelle l'embase est fabriquée en tôle.
L'invention concerne également une structure d'étanchéité ainsi définie, dans laquelle les flancs sont assemblés à la platine par brasage.
L'invention concerne également une structure d'étanchéité ainsi définie, dans laquelle l'embase porte au moins deux éléments abradables distincts ajustables indépendamment l'un de l'autre et situés l'un à la suite de l'autre le long de l'axe longitudinal, ces deux éléments abradables étant situés entre les deux flancs de l'embase.
L'invention concerne également une structure d'étanchéité ainsi définie, dans laquelle les éléments abradables situés l'un à la suite de l'autre comportent des faces internes orientées vers l'axe longitudinal, qui sont situées à des distances différentes de l'axe longitudinal.
L'invention concerne également une turbine comprenant une structure d'étanchéité ainsi définie.
L'invention concerne également un turboréacteur comportant une turbine ainsi définie.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est une vue en coupe d'une turbine de l'Etat de la technique dans la région du sommet des aubes mobiles ;
La figure 2 est une vue en coupe d'une turbine de l'Etat de la technique dans la région du pied des aubes fixes d'un distributeur ;
La figure 3 est une vue en coupe schématique d'une turbine comportant un agencement selon l'invention dans la région du sommet des aubes mobiles avant ajustement ses éléments abradables neufs ;
La figure 4 est une vue en coupe schématique d'une turbine comportant un agencement selon l'invention dans la région du sommet des aubes mobiles après ajustement de ses éléments abradables neufs ;
La figure 5 est une vue en coupe schématique d'une turbine comportant un agencement selon l'invention dans la région du sommet des aubes mobiles avant ajustement d'un abradable usé qu'elle comporte ;
La figure 6 est une vue en coupe schématique d'une turbine comportant un agencement selon l'invention dans la région du sommet des aubes mobiles après ajustement d'un abradable usé qu'elle comporte.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Sur la figure 3, un élément de carter 16 d'une turbine basse pression faisant partie d'un turboréacteur porte une embase 17 dans laquelle sont logés deux éléments abradables 18 et 19 situés en vis-à-vis de deux léchettes 21 et 22 terminant une aube non représentée portée par une roue aubagée tournant autour d'un axe longitudinal AX.
La léchette 21 est située en amont de la léchette 22 par rapport à un flux de gaz traversant la turbine depuis l'amont AM du moteur où ce flux est aspiré, vers l'aval AV de ce moteur où ce flux est refoulé. De manière analogue, l'élément abradable 18 est situé en amont de l'élément abradable 19.
L'élément abradable amont 18 a une forme générale de portion annulaire, ayant une section rectangulaire lorsque vu dans un plan de section comportant l'axe AX, il comporte une face interne 23 située en vis-à-vis de la léchette amont 21, cette face étant ainsi orientée vers l'axe AX. L'élément abradable aval 19 a la même forme et la même orientation, et il comporte une face interne 24 en vis-à-vis de la léchette aval 22 en étant orientée vers l'axe AX.
L'embase 17 comprend une platine 26 formée ici d'une paroi qui s'étend axialement et qui porte un flanc amont 27 et un flanc aval 28. Ces flancs qui s'étendent radialement peuvent être annulaires ou sous forme de secteurs d'anneaux, et ils sont espacés l'un de l'autre le long de l'axe AX en ayant une orientation normale à cet axe.
Cette embase 17 qui est représentée uniquement en section a avantageusement une forme générale ayant en section la forme de la lettre U ouverte vers l'axe longitudinal AX, la platine 26 comprenant une paroi axiale et une paroi tronconique.
La distance séparant les flancs le long de l'axe AX correspond à la somme des épaisseurs des éléments 18 et 19 le long de l'axe AX, ces éléments étant ainsi enserrés entre ces flancs tout en étant aptes à coulisser radialement par rapport à l'embase 17 que ces flancs forment avec la platine 26.
L'embase 17 porte plusieurs éléments abradables le long de sa circonférence interne, chaque abradable ayant une forme générale annulaire ou de portion d'anneau globalement rectangulaire.
Dans la configuration de la figure 3, les faces internes 23 et 24 des éléments abradables sont situées à distance de la léchette amont 21 et de la léchette aval 22. Mais ces éléments sont l'un et l'autre montés dans l'embase 17 de manière à ce que leur position puisse être ajustée par rapport à l'axe AX, autrement dit la distance qui les sépare de leurs léchettes respectives, ou la distance qui sépare leurs faces internes 23, 24 de l'axe AX est réglable.
Dans les exemples des figures, l'abradable 18 est plus éloigné de l'axe AX que l'abradable 19, et chaque abradable est à une même distance de la léchette qui lui correspond. Les deux abradables ainsi décalés radialement forment une marche constituant une chicane pour accroître les pertes de charges introduites dans le labyrinthe ainsi constitué.
Plus particulièrement, la platine 26 est traversée par une vis de réglage amont 29, d'orientation sensiblement radiale par rapport à l'axe AX, et qui est vissée dans l'élément abradable amont 18. De manière analogue, une vis de réglage aval 31 d'orientation sensiblement radiale par rapport à l'axe AX traverse la platine 26 en étant vissée dans l'élément abradable aval 19. D'autres vis de réglage non visibles sur les figures traversent également la platine 26 en étant agencées de la même manière dans d'autres plans radiaux.
Un ressort hélicoïdal non représenté est avantageusement interposé entre la platine 26 et l'abradable 19 en étant traversé par la vis 31, et un autre ressort hélicoïdal non représenté est interposé entre la platine 26 et l'abradable 18 en étant traversé par la vis 29.
De cette manière, lorsque la vis 31 est tournée dans un sens de serrage, elle tend à éloigner l'abradable 19 de l'axe AX, c'est-à-dire de la léchette 22, alors que lorsqu'elle est tournée dans un sens de desserrage, elle tend à rapprocher l'abradable 19 de l'axe AX, c'est-à-dire de la léchette 22. Le réglage de l'abradable 18 pour le rapprocher ou l'éloigner de l'axe AX est obtenu en agissant de la même manière sur la vis de réglage
29.
Ainsi, lorsqu'une usure significative a érodé les faces internes des éléments abradables 18, 19, leurs faces internes 23, 24 sont situées à une certaine distance des léchettes 21 et 22. Selon l'invention, au lieu de remplacer ces éléments, un opérateur vient agir sur leurs vis de réglage de manière à rapprocher leurs faces internes des léchettes 21 et 22, ce qui correspond à la situation de la figure 4, dans laquelle l'espace radial entre les léchettes et les faces internes est faible alors que les éléments 18 et 19 ont été réglés au lieu d'avoir été remplacés.
Dans le cas des figures 5 et 6, on a représenté une situation d'usure dans laquelle l'élément abradable 18 comporte à sa face interne un sillon S de profondeur significative résultant de l'usure de la léchette 21, alors que l'autre abradable 19 présente à sa face interne une usure homogène. Là aussi, de manière analogue à la situation illustrée sur les figures 3 et 4, les abradables peuvent être réglés, indépendamment l'un de l'autre, de manière à les rapprocher au mieux des léchettes, sans devoir les remplacer.
D'une manière générale, chaque élément abradable peut être maintenu par deux vis de réglage situées chacune au niveau d'une extrémité de cet abradable. Une seule vis située en partie centrale de l'abradable peut également être suffisante en prévoyant des moyens de guidage de l'abradable assurant qu'il se déplace en restant parallèle à lui-même lorsqu'on agit sur sa vis de réglage.
Dans l'agencement illustré sur les figures 3 à 6, les éléments abradables amont 18 et aval 19 ne sont pas situé à même distance de l'axe AX, la léchette amont 21 étant sensiblement plus longue que la léchette aval 22. Cette agencement permet de réduire encore la circulation de fluide entre les léchettes et les abradables en constituant une forme de type labyrinthe qui contrarie le passage du fluide en introduisant des pertes de charge plus importantes sur son trajet.
Le fait de pouvoir régler séparément la position de l'abradable amont et de l'abradable aval permet elle aussi de réduire le plus possible les fuites de fluide en extrémité d'aubes.
Les éléments abradables qui sont habituellement des structures de type nid d'abeille orientés radialement peuvent avantageusement être obtenus par fabrication additive, ce qui permet en particulier de faciliter l'intégration d'un trou taraudé dans une telle structure de type nid d'abeille.
Dans les exemples des figures 3 à 6, l'invention est mise en œuvre pour des abradables équipant un élément fixe qui est un carter 16 entourant une roue aubagée, et cette roue aubagée comporte des léchettes portées par les extrémités de ses aubes. L'invention peut aussi être mise en œuvre au niveau d'éléments abradables entourant un élément de rotor du type de l'agencement de la figure 2, c'est-à-dire dans un cas où les éléments abradables sont portés par un élément fixe qui est une virole interne de distributeur en étant en vis-à-vis de léchettes portées par une roue faisant partie d'un élément de rotor. Dans ce cas, le réglage des éléments abradables consiste à 5 les écarter de l'axe de rotation du moteur lorsqu'ils sont trop usés.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Structure d'étanchéité pour turbine de turbomachine s'étendant autour d'un axe longitudinal (AX) et étant configurée pour coopérer avec au moins une léchette (21, 22) portée par un rotor de la turbine, la structure d'étanchéité comprenant au moins un élément abradable (18,19) porté par une embase (17), caractérisé en ce que l'embase (17) est équipée d'un organe de réglage permettant d'ajuster la position de cet élément abradable (18,19) radialement par rapport à l'axe longitudinal (AX).
  2. 2. Structure d'étanchéité selon la revendication 1, dans laquelle l'organe de réglage comporte au moins une vis (29, 31) s'étendant radialement qui est vissée dans un trou taraudé de l'élément abradable (18, 19) pour ajuster la distance de l'élément abradable (18,19) à l'axe longitudinal (AX) par rotation de cette vis de réglage (29, 31).
  3. 3. Structure d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la position de l'élément abradable (18, 19) est réglable sur une course inférieure à cinq millimètres.
  4. 4. Structure d'étanchéité selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle au moins un élément abradable (18,19) est obtenu par fabrication additive.
  5. 5. Structure d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'embase (17) comprend une platine (26) avec deux flancs (27, 28) entre lesquels au moins un élément abradable (18,19) est maintenu.
  6. 6. Structure d'étanchéité selon la revendication 5, dans laquelle l'embase (17) est fabriquée en tôle.
  7. 7. Structure d'étanchéité selon la revendication 5 dans laquelle les flancs (27, 28) sont assemblés à la platine (26) par brasage.
  8. 8. Structure d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'embase (17) porte au moins deux éléments abradables (18, 19) distincts ajustables indépendamment l'un de l'autre et situés l'un à la suite de l'autre le long de l'axe longitudinal (AX), ces éléments abradables (18, 19) étant situés entre les deux flancs (27, 28) de l'embase (17).
  9. 9. Structure d'étanchéité selon la revendication 8, dans laquelle les éléments abradables (18, 19) situés l'un à la suite de l'autre comportent des faces internes (23, 24) orientées vers l'axe longitudinal (AX), qui sont situées à des distances différentes de l'axe longitudinal (AX).
  10. 10. Turbine comprenant une structure d'étanchéité selon l'une des revendications précédentes.
  11. 11. Turbomachine comportant une turbine selon la revendication 10.
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