FR3112366A1 - Cale de maintien d’un anneau de retenue de turbomachine - Google Patents

Cale de maintien d’un anneau de retenue de turbomachine Download PDF

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Abstract

Le présent exposé concerne un dispositif de maintien pour la maintenance d’une roue à aubes (200) de turbine rotative autour d’un axe de révolution, la roue à aubes (200) comprenant - une pluralité d’aubes (202) configurées pour être montées circonférentiellement autour d’un disque et dont des pieds (203) sont engagés axialement, et radialement retenus sur le disque, et - un outillage de maintien desdites aubes à l’intérieur d’un carter de la turbine et dans une position de montage dans le disque; - une pluralité de secteurs d’anneau de retenue (204) agencés circonférentiellement bout à bout autour de l’axe de révolution et agencés en aval (AV) de la pluralité d’aubes (202) et prévus pour bloquer axialement vers l’aval les aubes (202) dans le disque dans une position de blocage, ledit dispositif comprenant une pluralité de cales de maintien (210) des secteurs en position de blocage des aubes (202). Figure à publier avec l’abrégé : figure 3

Description

Cale de maintien d’un anneau de retenue de turbomachine
Domaine technique de l’invention
Le présent exposé concerne une cale de maintien d’un anneau de retenue de turbomachine, en particulier pour la maintenance dudit anneau de retenue. Plus particulièrement, le présent exposé concerne le montage de la turbine après remplacement de l’anneau de retenue.
Etat de la technique antérieure
Les turbines et les compresseurs de turbomachine sont généralement formés d’une pluralité d’étages qui se succèdent le long de l’axe autour duquel s’étend la turbomachine. Un exemple de turbine 100 est représenté sur les figures 1 et 2. La turbine 100 comprend un carter 102 entourant la pluralité d’étages 104. Chaque étage 104 comprend une rangée annulaire d’aubes fixes 106 portées par le carter 102 de la turbine, et une roue à aubes 108 rotative comprenant un disque 110 dans lequel des aubes 112 sont insérées. Les aubes 112 sont maintenues axialement par un anneau de retenue 114 agencé en aval des aubes 112. En fonctionnement, l'anneau de retenue 114 est sujet à une usure plus rapide que le disque 110. Il est donc à remplacer plus régulièrement. Or, pour atteindre l'anneau de retenue 114, et pouvoir le remplacer, il convient de retirer tous les étages 104 disposés en aval AV de l’étage concerné par le remplacement. On connait des techniques pour réduire le coût et la complexité de maintenance de l’anneau de retenue 114 consistant à démonter les étages 104 par l’amont AM de l’étage concerné par la maintenance. Pour cela, la turbine 100 est disposée verticalement de sorte que l’amont AM de la turbine est dirigé vers le haut. Le disque 110 et les aubes fixes 106 en amont de la roue d’aube 108 comprenant l’anneau de retenue 114 à remplacer sont retirées dans la direction amont AM de la turbine 100. Les aubes 112 sont maintenues fixes dans le carter 102 lors du remplacement de l’anneau de retenue par un outillage 116 dédié. Après le remplacement de l’anneau de retenue 114, le disque 110 est remis en place dans la roue à aubes 108. Cependant, le remontage du disque dans la roue à aubes produit des vibrations et des contraintes sur l’anneau de retenue qui risquent le désengagement de l’anneau de retenue de la roue à aubes.
Il existe donc un besoin de fournir un moyen permettant le remplacement plus fiable de l’anneau de retenue.
A cet effet, le présent exposé propose un dispositif de maintien pour la maintenance d’une roue à aubes de turbine rotative autour d’un axe de révolution, la roue à aubes comprenant
- une pluralité d’aubes configurées pour être montées circonférentiellement autour d’un disque et dont des pieds sont engagés axialement, et radialement retenus sur le disque, et
- un outillage de maintien desdites aubes à l’intérieur d’un carter de la turbine et dans une position de montage dans le disque;
- une pluralité de secteurs d’anneau de retenue agencés circonférentiellement bout à bout autour de l’axe de révolution et agencés en aval de la pluralité d’aubes et prévus pour bloquer axialement vers l’aval les aubes dans le disque dans une position de blocage,
ledit dispositif comprenant une pluralité de cales de maintien des secteurs en position de blocage des aubes.
Dans le présent exposé, l’amont et l’aval sont définis par rapport à l’entrée et la sortie d’air de la turbine, l’amont correspondant à l’entrée et l’aval à la sortie. Par ailleurs, la direction axiale correspond à la direction de l'axe de révolution de la roue à aubes, qui correspond à l’axe de rotation de ladite roue à aubes, et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe de révolution. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe de révolution de la roue à aubes et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe.
La cale de maintien permet de maintenir en place des secteurs d’anneau de retenue lors de l’insertion du disque et son engagement axial dans les pieds d’aubes. Le dispositif permet donc un remplacement plus fiable des secteurs l’anneau de retenue, sans risque de déplacer les secteurs d’anneau de retenue.
Chaque aube peut comprendre en plus du pied, une pale et une tête, disposés dans cet ordre selon une direction longitudinale de l'aube. Lorsque l'aube est montée dans la roue à aubes, la direction longitudinale de l'aube correspond à la direction radiale. Les pieds des aubes de la roue à aubes peuvent présenter en outre des gorges. Chaque secteur d’anneau de retenue peut alors être engagé radialement dans au moins une gorge d’un pied d’aube.
Selon un mode de réalisation, chaque cale peut comprendre une première partie configurée pour être en butée contre une face radialement interne des secteurs d’anneau de retenue de sorte à les maintenir en position de blocage des aubes. La première partie peut en outre être configurée pour être en butée contre une face latérale et avale des secteurs d’anneau de retenue. La première partie peut être formée par un épaulement.
Selon un mode de réalisation, la première partie peut présenter une forme en « L » permettant d’épouser un angle du secteur d’anneau de retenue contre lequel la cale de maintien est agencée.
Selon un mode de réalisation, chaque cale de maintien peut comprendre une seconde partie configurée pour être fixée à un anneau mobile de la turbine coopérant avec un anneau abradable porté par une rangée annulaire d’aubes de stator agencée immédiatement en aval de la roue à aubes.
La seconde partie de chaque cale de maintien peut comprendre un orifice coaxial avec un orifice de l’anneau mobile, le dispositif comprenant un moyen de centrage de l’orifice de la seconde partie avec l’orifice de l’anneau d’étanchéité. Le moyen de centrage peut être une pige de centrage engagée dans l’orifice de l’anneau d’étanchéité et l’orifice de la seconde partie.
La seconde partie de chaque cale de maintien peut comprendre un ergot en saillie d’une face avale de la cale de maintien et configuré pour être encliqueter dans un orifice de l’anneau d’étanchéité. L’ergot en saillie peut être conformé pour être bloqué dans l’orifice de l’anneau d’étanchéité lorsqu’il est encliqueté dans l’anneau d’étanchéité.
Un orifice de l’anneau d’étanchéité peut correspondre à un orifice de festonnage de l’anneau d’étanchéité.
Selon un mode de réalisation, chaque cale de maintien peut présenter une paroi inclinée par rapport à l’axe de révolution dans un plan longitudinal de la cale. Cette forme permet de simplifier l’accès aux cales de maintien après la remise en place du disque.
Une cale de maintien peut être associée à chaque secteur d’anneau de retenue. Ainsi, chaque secteur d’anneau de retenue peut être maintenu en place par une cale de maintien. Ce qui réduit encore plus les risques de désengagement des secteurs d’anneau de retenue.
Le présent exposé propose en outre un procédé de maintenance d’une roue à aubes d’une turbine, comprenant :
- désengager un disque de la roue à aubes d’une pluralité d’aubes dont des pieds sont engagés axialement, et radialement retenus sur le disque,
- retirer le disque par l’amont de la turbine,
- remplacer un ou plusieurs secteurs d’anneau de retenue agencés circonférentiellement bout à bout en aval des aubes et prévus pour bloquer axialement vers l’aval les aubes dans le disque dans une position de blocage,
- insérer une pluralité de cales de maintien des secteurs d’anneau de retenue en position de blocage des aubes,
- engager le disque depuis l’amont de manière à engager longitudinalement les pieds des aubes dans des alvéoles périphériques du disque.
L’insertion de chaque cale de maintien peut comprendre :
- positionner une première partie de la cale de maintien en butée contre une surface radialement interne des secteurs d’anneau de retenue, et
- fixer une seconde partie de la cale de maintien à un orifice d’un anneau d’étanchéité de la turbine coopérant avec un anneau abradable porté par une rangée annulaire d’aubes de stator agencée immédiatement en aval de la roue à aubes.
Le procédé peut comprendre l’insertion d’une cale de maintien pour chaque secteur d’anneau de retenue.
La seconde partie de la cale de maintien peut être fixée à l’orifice de l’anneau d’étanchéité par insertion d’une pige centreuse dans l’orifice de l’anneau d’étanchéité et dans un orifice de la seconde partie.
La seconde partie de la cale de maintien peut être fixée à l’orifice de l’anneau d’étanchéité par encliquetage d’un ergot en saillie de la seconde partie dans l’orifice de l’anneau d’étanchéité.
Le procédé peut comprendre en outre retirer chaque cale de maintien après le montage du disque.
Le retrait de chaque cale de maintien peut comprendre :
- décaler angulairement ladite cale de maintien autour d’un axe de révolution de la roue à aubes, de sorte à positionner ladite cale circonférentiellement entre deux parties pleines de l’anneau disque d’étanchéité, et
- pivoter ladite cale vers l’amont pour désengager la seconde partie des secteurs d’anneau de retenue.
Les parties pleines de l’anneau d’étanchéité peuvent correspondre à des parties comprenant chacune un orifice de festonnage de l’anneau d’étanchéité.
Le procédé peut comprendre préalablement à l’étape de désengagement du disque, retirer par l’amont de la turbine un module de la turbine agencée en amont du module de la turbine comprenant la roue d’aubes. Le module de la turbine peut comprendre un carter amont, une pluralité d’étages de turbines comprenant une rangée annulaire d’aubes de stator et une roue à aubes. En particulier, cette étape peut comprendre en outre le retrait par l’amont d’une rangée annulaire d’aubes de stator agencée immédiatement en amont de la roue à aubes en cours de maintenance.
Brève description des figures
la figure 1, déjà décrite, représente une vue de côté d’une roue à aubes d’une turbine.
la figure 2, déjà décrite, représente une vue de côté d’une partie d’une turbine comprenant la roue à aubes de la figure 1.
la figure 3 est une vue en perspective d’une partie d’une roue à aubes équipée d’un premier exemple d’une cale de maintien.
la figure 4 est une vue en perspective du premier exemple de la cale de maintien.
la figure 5 est une vue en coupe de la partie de roue à aubes de la figure 3.
la figure 6 est une vue en coupe de la partie de roue à aubes de la figure 3 lors de la mise en place d’un disque de la roue à aubes.
la figure 7 montre une étape du retrait du premier exemple de la cale de maintien après la mise en place du disque dans la roue à aubes.
les figures 8a et 8b montre des étapes du retrait du premier exemple de la cale de maintien après la mise en place du disque dans la roue à aubes.
la figure 9 est une vue en coupe d’une partie d’une roue à aubes équipée d’un deuxième exemple d’une cale de maintien.
la figure 10 est une vue en perspective du deuxième exemple de la cale de maintien.
Description détaillée de l’invention
En référence aux figures 3 à 6, une roue à aubes 200 est représentée à l’horizontale avec la direction amont AM vers le haut et la direction avale AV vers le bas. De façon similaire à la roue à aubes 108 des figures 1 et 2, la roue à aubes 200 comprend une pluralité d’aubes 202 comprenant des pieds 203 aptes à être engagés dans un disque 228 de la roue à aubes 200 de sorte que les aubes 202 sont circonférentiellement distribuées autour du disque 228 selon l’axe de révolution de la roue à aubes 202. Les aubes 202 sont bloquées axialement par une pluralité de secteurs d’anneau 204 engagés l’un dans l’autre par des parties d’encliquetage 206. Les secteurs d’anneau 204 sont engagés radialement dans des gorges 205 prévues dans les aubes 202, en particulier au niveau des pieds 203 des aubes 202.
Pour remplacer les secteurs d’anneau 204 en cas d’usure, la turbine comprenant la roue à aubes 200 est agencée pour avoir la roue à aubes à l’horizontale, c’est-à-dire qu’un axe de révolution X de la roue à aubes 200 est à la verticale avec l’amont AM vers le haut et l’aval AV vers le bas.
Le disque 228 de la roue à aubes est ensuite retiré dans la direction amont AM. Pour éviter que les aubes 202 ne se désengagent de la turbine après le retrait du disque 228, un outillage dédié est disposé dans les aubes 202 pour les maintenir bloquées dans le carter. Un tel outillage peut être du type représenté sur la figure 1 sous la référence 116.
Préalablement au positionnement de la roue à aubes 200 à la verticale avec l’amont AM vers le haut, un module de la turbine agencé en amont de la roue à aubes 200 est retiré par l’amont AM. Par exemple, le module amont de la turbine peut comprendre une section du carter de la turbine et un ou plusieurs étages de la turbine agencés en amont de la roue à aubes 200.
La roue à aubes 200 est agencée à une distance supérieure à 10 mm, par exemple égale à 10 mm, d’un anneau d’étanchéité 208 de la turbine coopérant avec un anneau abradable porté par une rangée annulaire d’aubes de stator agencée immédiatement en aval de la roue à aubes 200. A titre d’exemple, l’anneau abradable est représenté sur la figure 2 sous la référence 118. L’anneau d’étanchéité 208 présente des léchettes 209 s’étendant radialement de l’anneau d’étanchéité 208.
Un ou tous les secteurs d’anneau de retenue 204 peuvent ainsi être retirés et remplacés.
Une pluralité de cales de maintien 210 sont ensuite disposées en butée d’une part contre l’élément d’étanchéité 208 et d’autre part contre un, en particulier chacun, des secteurs d’anneau de retenue 204. De cette façon les cales de maintien 210 retiennent les secteurs d’anneau de retenue dans leur position de blocage axial des aubes 202.
Chaque cale de maintien 210 comprend une première extrémité 212 configurée pour être en butée contre un des secteurs d’anneau de retenue 204 et une deuxième extrémité 214 configurée pour être fixée à l’anneau d’étanchéité 208.
La seconde extrémité 214 comprend une partie plane comprenant un orifice 216. Lorsque la cale de maintien 210 est agencée dans la roue à aubes 200, la partie plane de la seconde extrémité 214 est perpendiculaire à l’axe de révolution de la roue à aubes 200.
La première extrémité 212 comprend une protubérance 218 s’étendant par exemple sur toute la largeur de la première extrémité 212 et un épaulement 220 configuré pour venir contre une surface radialement interne 221 des secteurs d’anneau de retenue 204. La première extrémité 212 présente une forme en « L » permettant d’épouser un angle du secteur d’anneau de retenue 204 contre lequel la cale de maintien 210 est agencée.
Lorsque la cale de maintien 210 est agencée dans la roue à aubes 200, la protubérance 218 est agencée contre une surface latérale avale 223 des secteurs d’anneau de retenue 204.
La première extrémité 212 permet ainsi le maintien des secteurs d’anneau de retenue 204 dans la direction radiale et la direction axiale.
Les première et seconde extrémités 212 et 214 sont reliées entre elles par une partie centrale 224 présentant un profil incliné dans un plan longitudinal de la cale de maintien 210. Ainsi lorsque la cale de maintien 210 est agencée dans la roue à aubes 200, la première extrémité 212 est située radialement à distance de la seconde extrémité 214.
Par exemple, la cale de maintien 210 peut présenter une hauteur sensiblement égale à la distance entre la roue à aubes 200 et l’anneau d’étanchéité 208.
La seconde extrémité 214 est fixée à l’anneau d’étanchéité 209 par une pige de centrage traversant un orifice 226 de l’anneau d’étanchéité 209 et l’orifice 216 de la cale de maintien 210.
Une fois la cale de maintien 210 agencée dans la roue à aubes 200, le disque 228 est remis en place dans la roue à aubes 200 en engageant les pieds 203 des aubes 202 dans des alvéoles axiales 230 du disque 228. En particulier, les pieds 203 peuvent présenter une forme complémentaire à la forme des alvéoles 230 du disque 228.
En référence aux figures 7, 8a et 8b, chaque cale de maintien 210 est retirées après la mise en place du disque 228. Pour cela, la pige de centrage ou tout autre moyen fixant la seconde extrémité 214 à l’anneau d’étanchéité 208 est retirée. La cale de maintien 210 est ensuite déplacée angulairement autour de l’axe de révolution suivant la direction 232 de sorte à être disposée entre deux parties pleines 2271et 2272de l’anneau d’étanchéité 208. Les parties pleines 227 comprennent les orifices 226 servant à la fixation de la seconde partie 214 de la cale de maintien 210. Ainsi, la cale de maintien 210 peut être pivotée en direction de l’amont AM selon la direction 234 et retirée en la tirant vers l’aval AV selon la direction 236.
Les figures 9 et 10 représentent un deuxième exemple de réalisation de la cale de maintien. La cale de maintien 310 comprend les mêmes éléments que la cale de maintien 210. A la différence, la cale de maintien 310 est dépourvu d’orifice dans sa deuxième extrémité 214 mais comprend un ergot en saillie 312. L’ergot 312 en saillie présente des dimensions, notamment un diamètre, sensiblement égales aux dimensions de l’orifice de l’anneau d’étanchéité 208. De plus, l’ergot 312 présente une surface 314 en saillie d’une surface avale 316 de la seconde extrémité 214.
Lorsque la cale de maintien 314 est montée en butée contre les secteurs d’anneau de retenue 304, la surface avale 314 est tournée vers la direction avale AV.
Lorsque l’ergot 312 est encliqueté dans l’orifice 226 de l’anneau d’étanchéité 208, la cale de maintien 310 est bloquée au niveau de sa seconde extrémité 214. Pour retirer la cale de maintien 310, il suffit de désengager l’ergot de l’orifice de l’anneau d’étanchéité 208.

Claims (11)

  1. Dispositif de maintien pour la maintenance d’une roue à aubes (200) de turbine rotative autour d’un axe de révolution, la roue à aubes (200) comprenant
    - une pluralité d’aubes (202) configurées pour être montées circonférentiellement autour d’un disque (228) et dont des pieds (203) sont engagés axialement, et radialement retenus sur le disque (228), et
    - un outillage (116) de maintien desdites aubes à l’intérieur d’un carter de la turbine et dans une position de montage dans le disque (228);
    - une pluralité de secteurs d’anneau de retenue (204) agencés circonférentiellement bout à bout autour de l’axe de révolution et agencés en aval (AV) de la pluralité d’aubes (202) et prévus pour bloquer axialement vers l’aval les aubes (202) dans le disque (228) dans une position de blocage,
    ledit dispositif comprenant une pluralité de cales de maintien (210,310) des secteurs en position de blocage des aubes (202).
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque cale de maintien (210,310) comprend une première partie (212) configurée pour être en butée contre une face (221) radialement interne des secteurs d’anneau de retenue (204) de sorte à les maintenir en position de blocage des aubes (202).
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque cale de maintien (210,310) comprend une seconde partie (214) configurée pour être fixée à un anneau d’étanchéité (208) de la turbine coopérant avec un anneau abradable (118) porté par une rangée annulaire d’aubes de stator (106) agencée immédiatement en aval de la roue à aubes (200).
  4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la seconde partie (214) de chaque cale de maintien (210) comprend un orifice (216) coaxial avec un orifice (226) de l’anneau d’étanchéité (208), le dispositif comprenant un moyen de centrage de l’orifice de la seconde partie avec l’orifice de l’anneau d’étanchéité.
  5. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la seconde partie (214) de chaque cale de maintien (310) comprend un ergot (312) en saillie d’une face avale (316) de la cale de maintien (310) et configuré pour être encliqueter dans un orifice (226) de l’anneau d’étanchéité (208).
  6. Dispositif selon l’une des revendications 2 à 5, dans lequel chaque cale de maintien (210,310) présente une paroi inclinée (224) par rapport à l’axe de révolution dans un plan longitudinal de la cale de maintien.
  7. Dispositif selon l’une des revendications 2 à 6, dans lequel une cale de maintien (210,310) est associée à chaque secteur d’anneau de retenue (204).
  8. Procédé de maintenance d’une roue à aubes (200) d’une turbine, comprenant :
    - désengager un disque (228) de la roue à aubes (200) d’une pluralité d’aubes (202) dont des pieds (203) sont engagés axialement, et radialement retenus sur le disque (228),
    - retirer le disque (228) par l’amont (AM) de la turbine,
    - remplacer un ou plusieurs secteurs d’anneau de retenue (204) agencés circonférentiellement bout à bout en aval des aubes (202) et prévus pour bloquer axialement vers l’aval les aubes dans le disque dans une position de blocage,
    - insérer une pluralité de cales de maintien (210,310) des secteurs d’anneau de retenue (204) en position de blocage des aubes (202),
    - engager le disque (228) depuis l’amont (AM) de manière à engager longitudinalement les pieds (203) des aubes dans des alvéoles (230) périphériques du disque (228).
  9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l’insertion de chaque cale de maintien (210,310) comprend :
    - positionner une première partie (212) de la cale de maintien en butée contre une surface (221) radialement interne des secteurs d’anneau de retenue (204), et
    - fixer une seconde partie (214) de la cale de maintien à un orifice (226) d’un anneau d’étanchéité (208) de la turbine coopérant avec un anneau abradable (118) porté par une rangée annulaire d’aubes de stator (106) agencée immédiatement en aval de la roue à aubes (200).
  10. Procédé selon l’une des revendications 8 ou 9, comprenant en outre retirer chaque cale de maintien (210) après le montage du disque (228), ledit retrait comprenant :
    - décaler angulairement ladite cale de maintien autour d’un axe de révolution de la roue à aubes (200), de sorte à positionner ladite cale circonférentiellement entre deux parties pleines (227) de l’anneau disque d’étanchéité (208), et
    - pivoter ladite cale vers l’amont (AM) pour désengager la seconde partie (214) des secteurs d’anneau de retenue (204).
  11. Procédé selon l’une des revendications 8 à 10, comprenant, préalablement à l’étape de désengagement du disque (228), retirer par l’amont (AM) de la turbine un module de la turbine agencée en amont du module de la turbine comprenant la roue d’aubes (200).
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