FR3111662A1 - Dispositif d’etancheite entre un distributeur de turbine haute pression et une chambre de combustion - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIF D’ETANCHEITE ENTRE UN DISTRIBUTEUR DE TURBINE HAUTE PRESSION ET UNE CHAMBRE DE COMBUSTION
Un aspect de l’invention concerne un dispositif d’étanchéité (1) entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression, ledit dispositif d’étanchéité (1) comportant :
un secteur de disque (2) construit et agencé pour être fixé sur une paroi radiale d’un anneau de distributeur ;un secteur d’anneau de maintien (3), ledit secteur d’anneau de maintien (3) comportant une première extrémité (4) disposée à la périphérie externe (5) dudit secteur de disque (2) ;un élément souple (6) disposé sur une deuxième extrémité (7) dudit secteur d’anneau de maintien (3).
Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2
Description
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
Le domaine technique de l’invention est celui des distributeurs de turbine haute pression et celui des chambres de combustion de turbomachine. L'invention concerne le problème de l'étanchéité, dans une turbomachine, entre une veine aérodynamique dans laquelle passent des gaz chauds et une enceinte d'alimentation en air de refroidissement d'un distributeur, et porte plus particulièrement sur un dispositif d’étanchéité entre un distributeur de turbine haute pression et une chambre de combustion.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
On connaît du document FR-B1-2829796 une turbomachine telle qu’illustrée à la figure 1. Plus particulièrement, la turbomachine 101 comporte une chambre de combustion 102, et une turbine à haute pression 103 constituée d'un ou plusieurs étages. Chaque étage de la turbine comporte une rangée d'aubes directrices 104 et une rangée d'aubes mobiles 105 disposées en alternance de manière connue. La turbine haute pression 103 est supportée par une structure comportant, du côté radialement extérieur, un carter extérieur 106 de la chambre de combustion, une bague extérieure 107 de turbine et un carter 108 de turbine reliés ensemble par des boulons. Du côté radialement intérieur de la turbine 103, un carter intérieur 109 de la turbine est relié à un carter intérieur 110 de la chambre de combustion. La chambre de combustion 102 est annulaire et délimitée par une chemise extérieure 111 et une chemise intérieure 112. De façon classique, de l'air de refroidissement à haute pression circule autour de la chambre de combustion 102, dans l'enceinte annulaire extérieure 113 délimitée par le carter extérieur 106 et la chemise extérieure 111 de la chambre de combustion 102 et dans l'enceinte annulaire intérieure 114 délimitée par le carter intérieur 110 et la chemise intérieure 112 de la chambre de combustion 102. L'air de refroidissement s'écoule en aval à travers des orifices 115 ménagés dans la paroi 116 reliant les extrémités aval du carter extérieur 106 et de la chemise extérieure 111 de la chambre de combustion 102, afin de refroidir les aubes directrices 104, et à travers des orifices 117, ménagés dans la paroi 118 reliant les extrémités aval du carter intérieur 110 et de la chemise intérieure 112 de la chambre de combustion 102, afin de refroidir les plates formes intérieures 119 des aubes directrices 104. De manière connue, la rangée d'aubes directrices 104 comporte une pluralité de plateformes comportant chacune plusieurs aubes directrices 104 reliant un élément de plate-forme extérieure 120 et un élément de plate-forme intérieure 119. Il est nécessaire d'éviter toute fuite d'air entre les éléments de plate-forme 119, 120 et les éléments de structure adjacents. Ainsi un joint d'étanchéité est interposé dans l'espace 121 entre l'extrémité amont 122 des éléments de plate-forme extérieure 120 et la paroi 116. Un joint d’étanchéité supplémentaire est interposé dans l'espace 123 entre l'extrémité amont 124 de la plate-forme intérieure 119 et la paroi 118. Chacun de ces joints est constitué d'une pluralité de lamelles 125 courbes et jointives, chacune portée par une plateforme de distributeur et en appui sur un épaulement formé dans la plateforme à l’extrémité amont 122 de l'élément de plate-forme extérieure 120 ou à l'extrémité amont 124 de l'élément de plate-forme intérieure 119. Ces lamelles 125 s'étendent radialement vers l'extérieur pour les lamelles obturant l’espace 121 et vers l'intérieur pour les lamelles 125 destinées à obturer l'espace 123. Ainsi, les lamelles 125 sont utilisées pour assurer l'étanchéité aux fluides entre les enceintes annulaires interne et externe à la chambre de combustion, dans lesquelles circulent l'air de refroidissement du distributeur haute pression, et la veine de gaz chauds délivrée par la chambre de combustion. Ces lamelles 125 sont soumises aux pressions régnant sur leurs deux faces. En général, la pression des gaz de refroidissement est supérieure à la pression des gaz chauds et les lamelles 125 sont disposées de telle manière que la différence de pression agit favorablement sur l'étanchéité recherchée. Toutefois, les turbomachines d'aviation étant soumises à des conditions de fonctionnement extrêmement variables, de nombreux problèmes d’étanchéité peuvent survenir, dus notamment aux dilatations, aux vibrations et aux faibles différences de pression dans certaines phases de vol.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant d’assurer une étanchéité entre un distributeur de turbine haute pression et une chambre de combustion dans toutes les conditions de fonctionnement.
Un aspect de l’invention concerne un dispositif d’étanchéité entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression. Le dispositif d’étanchéité comporte :
- un secteur de disque construit et agencé pour être fixé sur une paroi radiale d’un secteur d’anneau de distributeur haute pression ;
- un secteur d’anneau de maintien, le secteur d’anneau de maintien comportant une première extrémité disposée à la périphérie externe du secteur de disque ;
- un élément souple disposé sur une deuxième extrémité du secteur d’anneau de maintien et configuré pour être en appui précontraint sur une surface d’appui circonférentielle interne ou externe d’une chambre de combustion.
Le dispositif d’étanchéité selon cet aspect de l’invention permet d’assurer une étanchéité entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression dans toutes les conditions de fonctionnement d’une turbomachine équipée d’un tel dispositif d’étanchéité. Plus particulièrement, l’élément souple du dispositif d’étanchéité est construit et agencé pour être positionné en appui précontraint sur une surface d’appui circonférentielle d’une chambre de combustion. Ainsi, lorsqu’un jeu apparaît entre la chambre de combustion et le distributeur haute pression équipé d’un tel dispositif d’étanchéité, ce jeu est compensé par le secteur d’anneau de maintien et l’élément souple.
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le dispositif d’étanchéité entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Selon un aspect de l’invention, l’élément souple est une tôle, la tôle étant recourbée en direction de la surface supérieure du secteur d’anneau de maintien. En d’autres termes, cet élément souple forme un tube courbe fendu.
Selon un aspect de l’invention, la périphérie externe du secteur de disque comporte un secteur d’anneau de fixation, le secteur d’anneau de fixation et le secteur d’anneau de maintien étant disposés l’un sur l’autre et rivetés l’un avec l’autre.
Selon un aspect de l’invention, l’élément souple est riveté avec le secteur d’anneau de fixation.
Selon un autre aspect, l’invention se rapporte à un distributeur haute pression de turbomachine comprenant une pluralité de secteurs d’anneau de distributeur disposés autour d’une direction axiale, chacun des secteurs d’anneau de distributeur comportant une plateforme interne et une plateforme externe entre lesquelles s’étend au moins une pale, ladite plateforme externe comportant une paroi radiale externe destinée à faire face selon la direction axiale à une paroi radiale externe d’une chambre de combustion et ladite plateforme interne comportant une paroi radiale interne destinée à faire face selon la direction axiale à une paroi radiale interne d’une chambre de combustion, le distributeur haute pression comportant en outre:
- fixé sur la paroi radiale interne de chacun des secteurs d’anneau de distributeur, un dispositif d’étanchéité entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression selon l’un quelconque des aspects de l’invention précités ;
- fixé sur la paroi radiale externe de chacun des secteurs d’anneau de distributeur, un dispositif d’étanchéité entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression selon l’un quelconque des aspects de l’invention précités.
Selon un aspect de l’invention, chacun des secteurs de disque construit et agencé pour être fixé sur une paroi radiale d’un secteur d’anneau de distributeur haute pression du dispositif d’étanchéité est riveté sur la paroi radiale interne ou la paroi radiale externe d’un secteur d’anneau de distributeur.
Selon un aspect de l’invention, le distributeur haute pression comporte treize secteurs d’anneau de distributeur.
Selon un aspect supplémentaire, l’invention se rapporte à une turbomachine comprenant un distributeur haute pression selon l’un des aspects de l’invention précités et une chambre de combustion, chacun des éléments souples étant en appui précontraint sur une surface d’appui circonférentielle interne d’une paroi radiale interne de ladite chambre de combustion ou sur une surface d’appui circonférentielle externe d’une paroi radiale externe de la chambre de combustion. Selon un aspect supplémentaire, l’invention se rapporte à un aéronef comportant une turbomachine selon l’invention.
Ainsi, les éléments souples sont utilisés pour assurer l'étanchéité aux fluides entre les enceintes annulaires interne et externe à la chambre de combustion, dans lesquelles circulent l'air de refroidissement du distributeur haute pression, et la veine de gaz chauds délivrée par la chambre de combustion.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
La figure 2 illustre un dispositif d’étanchéité 1 entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression conforme à un premier aspect de l’invention.
Le dispositif d’étanchéité 1 comporte un secteur de disque 2 construit et agencé pour être fixé sur une paroi radiale d’un secteur d’anneau de distributeur.
Le dispositif d’étanchéité 1 comporte en outre un secteur d’anneau de maintien 3. Le secteur d’anneau de maintien 3 comporte une première extrémité 4 disposée à la périphérie externe 5 du secteur de disque 2.
Le dispositif d’étanchéité 1 comporte également un élément souple 6 disposé sur une deuxième extrémité 7 du secteur d’anneau de maintien 3. Dans cet exemple non limitatif illustré à la figure 1, l’élément souple 6 est formé par une tôle recourbée en direction de la surface supérieure 8 du secteur d’anneau de maintien 3. Cet élément souple 6 forme alors un tube fendu courbe.
La figure 3 représente un dispositif d’étanchéité 1 entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression conforme à un deuxième aspect de l’invention.
Le dispositif d’étanchéité 1 comporte un secteur de disque 2 construit et agencé pour être fixé sur une paroi radiale d’un secteur d’anneau de distributeur. Le dispositif d’étanchéité 1 comporte en outre un secteur d’anneau de maintien 3 ainsi qu’un élément souple 6.
Dans cet exemple de réalisation, la périphérie externe 5 du secteur de disque 2 comporte un secteur d’anneau de fixation 9. En outre, le secteur d’anneau de fixation 9 et le secteur d’anneau de maintien 3 sont disposés l’un sur l’autre et fixés l’un avec l’autre au moyen de rivets 10.
L’élément souple 6 est formé par une tôle dont une de ses extrémités est recourbée en direction de la surface supérieure du secteur d’anneau de maintien 3 et une partie non recourbée qui est rivetée avec le secteur d’anneau de maintien 3.
La figure 4 illustre un distributeur haute pression 11 de turbomachine conforme à un aspect de l’invention.
Le distributeur haute pression 11 comporte une pluralité de secteurs d’anneau de distributeur 12a, 12b (deux secteurs sont illustrés) disposés autour d’une direction axiale X.
Par exemple, le distributeur haute pression 11 peut comporter treize secteurs d’anneau de distributeur formant ensemble l’anneau du distributeur haute pression.
Chacun des secteurs d’anneau de distributeur 12a, 12b comporte une plateforme interne 13 et une plateforme externe 14 entre lesquelles s’étend au moins une pale 15.
La plateforme externe 14 comporte une paroi radiale externe 16 destinée à faire face selon la direction axiale X à une paroi radiale externe d’une chambre de combustion (non illustrée).
La plateforme interne 13 comporte une paroi radiale interne 17 destinée à faire face selon la direction axiale X à une paroi radiale interne d’une chambre de combustion (non illustrée).
En outre, un dispositif d’étanchéité 1 entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression selon un des aspects de l’invention est fixé sur la paroi radiale interne 17 de chacun des secteurs d’anneau de distributeur 12a, 12b.
Un dispositif d’étanchéité 1 entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression selon un des aspects de l’invention est également fixé sur la paroi radiale externe 16 de chacun des secteurs d’anneau de distributeur 12a, 12b.
Dans cet exemple de réalisation, chacun des secteurs de disque 2 construit et agencé pour être fixé sur une paroi radiale d’un secteur d’anneau de distributeur est riveté au moyen de rivets 10 sur la paroi radiale interne 17 ou la paroi radiale externe 16 d’un secteur d’anneau de distributeur 12a, 12b.
La figure 5 illustre une turbomachine 18 conforme à un aspect de l’invention.
La turbomachine 18 comporte un distributeur haute pression 11 selon un des aspects de l’invention et une chambre de combustion 19.
La chambre de combustion 19 comporte une paroi radiale interne 20 présentant une surface d’appui circonférentielle interne 21 et une paroi radiale externe 22 présentant une surface d’appui circonférentielle externe 23.
La paroi radiale interne 20 de la chambre de combustion 19 est en regard des parois radiales internes 17 des secteurs d’anneau de distributeur 12a, 12b et la paroi radiale externe 22 de la chambre de combustion 19 est en regard des parois radiales externes 16 des secteurs d’anneau de distributeur 12a, 12b.
Chacun des éléments souples 6 des dispositifs d’étanchéité 1 est en appui précontraint sur une surface d’appui circonférentielle interne 21 ou externe 23 de la chambre de combustion 19. Plus particulièrement, chaque élément souple 6 d’un dispositif d’étanchéité 1 fixé sur la paroi radiale interne 17 d’un secteur d’anneau de distributeur 12a, 12b est en appui précontraint sur la surface d’appui circonférentielle interne 21 de la chambre de combustion 19. Chaque élément souple 6 d’un dispositif d’étanchéité 1 fixé sur la paroi radiale externe 16 d’un secteur d’anneau de distributeur 12a, 12b est en appui précontraint sur la surface d’appui circonférentielle externe 23 de la chambre de combustion 19.
Pour chacun des dispositifs d’étanchéité 1, l’élément souple 6 est formé par une tôle recourbée en direction de la surface supérieure du secteur d’anneau de maintien 3.
Le profil de l’élément souple 6 et son épaisseur sont optimisés pour que le contact soit toujours assuré dans toutes les positions relatives du distributeur haute pression 11 par rapport à la chambre de combustion 19.
Ainsi, grâce à cet assemblage, une étanchéité aux fluides est assurée entre les enceintes annulaires interne et externe à la chambre de combustion, dans lesquelles circulent l'air de refroidissement du distributeur haute pression, et la veine de gaz chauds délivrée par la chambre de combustion.
En effet, la pluralité de dispositifs d’étanchéité 1, et plus particulièrement, des secteurs d’anneau de maintien 3 et des éléments souples 6, permet d’exercer un effort de précontrainte sur l’ensemble de l’appui circonférentiel de la chambre de combustion afin de limiter les ovalisations de la chambre de combustion en fonctionnement. Cet agencement permet de conserver circulaire les surfaces d’appui circonférentielles interne 21 et externe 23 de la chambre de combustion 19 et par conséquent de préserver l’étanchéité nécessaire.
Bien entendu, les aspects de l’invention présentés ci-dessus ne sont pas limitatifs. Il est par exemple évident que l’homme du métier est en mesure de modifier la forme de l’élément souple du dispositif d’étanchéité entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression.
Claims (9)
- Dispositif d’étanchéité (1) entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression, ledit dispositif d’étanchéité (1) étant caractérisé en ce qu’il comporte :
- un secteur de disque (2) construit et agencé pour être fixé sur une paroi radiale d’un anneau de distributeur ;
- un secteur d’anneau de maintien (3), ledit secteur d’anneau de maintien (3) comportant une première extrémité (4) disposée à la périphérie externe (5) dudit secteur de disque (2) ;
- un élément souple (6) disposé sur une deuxième extrémité (7) dudit secteur d’anneau de maintien (3) et configuré pour être en appui précontraint sur une surface d’appui circonférentielle interne (21) ou externe (23) d’une chambre de combustion (19).
- Dispositif d’étanchéité (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l’élément souple (6) est une tôle, ladite tôle étant recourbée en direction de la surface supérieure (8) du secteur d’anneau de maintien (3).
- Dispositif d’étanchéité (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la périphérie externe (5) du secteur de disque (2) comporte un secteur d’anneau de fixation (9), ledit secteur d’anneau de fixation (9) et le secteur d’anneau de maintien (3) étant disposés l’un sur l’autre et rivetés l’un avec l’autre.
- Dispositif d’étanchéité (1) selon la revendication 3 caractérisé en ce que l’élément souple (6) est riveté avec le secteur d’anneau de fixation (9).
- Distributeur haute pression (11) de turbomachine comprenant une pluralité de secteurs d’anneau de distributeur (12a, 12b) disposés autour d’une direction axiale (X), chacun des secteurs d’anneau de distributeur (12a, 12b) comportant une plateforme interne (13) et une plateforme externe (14) entre lesquelles s’étend au moins une pale (15), ladite plateforme externe (14) comportant une paroi radiale externe (16) destinée à faire face selon la direction axiale (X) à une paroi radiale externe d’une chambre de combustion et ladite plateforme interne (13) comportant une paroi radiale interne (17) destinée à faire face selon la direction axiale (X) à une paroi radiale interne d’une chambre de combustion, ledit distributeur haute pression (11) étant caractérisé en ce que :
- un dispositif d’étanchéité (1) entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression selon l’une quelconque des revendications précédentes est fixé sur ladite paroi radiale interne (17) de chacun des secteurs d’anneau de distributeur (12a, 12b), et
- un dispositif d’étanchéité (1) entre une chambre de combustion et un distributeur haute pression selon l’une quelconque des revendications précédentes est fixé sur ladite paroi radiale externe (16) de chacun des secteurs d’anneau de distributeur (12a, 12b).
- Distributeur haute pression (11) selon la revendication précédente caractérisé en ce que chacun des secteurs de disque (2) construit et agencé pour être fixé sur une paroi radiale d’un anneau de distributeur du dispositif d’étanchéité (1) est riveté sur la paroi radiale interne (17) ou la paroi radiale externe (16) d’un secteur d’anneau de distributeur (12a, 12b).
- Distributeur haute pression (11) selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce qu’il comporte treize secteurs d’anneau de distributeur (12a, 12b).
- Turbomachine (18) comprenant un distributeur haute pression (11) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7 et une chambre de combustion (19), chacun des éléments souples (6) étant en appui précontraint sur une surface d’appui circonférentielle interne (21) d’une paroi radiale interne (20) de ladite chambre de combustion (19) ou sur une surface d’appui circonférentielle externe (23) d’une paroi radiale externe (22) de la chambre de combustion (19).
- Aéronef caractérisé en ce qu’il comprend la turbomachine (18) selon la revendication 8.
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