FR3114841A1 - Ensemble annulaire pour turbine de turbomachine - Google Patents
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Abstract
Le présent document concerne un ensemble annulaire pour turbine de turbomachine, en particulier d’aéronef, ledit ensemble annulaire s’étendant autour d’un axe longitudinal (X) et comprenant :- un distributeur ;- une roue à aubes agencée en aval du distributeur;- ladite roue à aubes étant entourée par un anneau sectorisé circonférentiellement porté par le carter externe et comprenant une couronne (18) et un déflecteur (82),caractérisé en ce que chaque secteur de déflecteur (82) d’un secteur d’anneau comprend:- une première partie (86) engagée dans un logement (78) d’une première extrémité circonférentielle (54a) d’un premier secteur de couronne (18) du premier secteur d’anneau et dans un logement (78) d’un bord en vis-à-vis circonférentiel d’un second secteur de couronne d’un second secteur d’anneau circonférentiellement adjacent, et- une seconde partie (82) engagée dans une rainnure circonférentielle dudit secteur de couronne (18). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 6
Description
Domaine technique de l’invention
Le présent document concerne un ensemble annulaire pour turbine de turbomachine, de préférence pour aéronef.
Etat de la technique antérieure
Classiquement, une turbomachine est constituée, d’amont en aval, d’un compresseur basse pression, d’un compresseur haute pression, d’une chambre de combustion, d’une turbine haute pression et d’une turbine basse pression. La turbine basse-pression permet d’exploiter et de libérer la puissance générée dans une chambre de combustion située en amont de ladite turbine basse pression. Deux flux d’air sont à considérer au sein d’une turbomachine : un flux annulaire primaire et un flux annulaire secondaire. Le flux secondaire contourne toute la partie chaude de la turbomachine. L'autre flux appelé flux primaire traverse toute la turbomachine du compresseur basse pression à la turbine basse pression et est entouré par le flux d’air secondaire. Ce flux primaire circule au sein d’une veine primaire.
Une turbine comprend une alternance de rangées annulaires d’aubes statoriques et d’aubes mobiles agencées à l’intérieur d’un carter. La illustre une partie d’une telle turbine 1 et représente un distributeur 2 amont et une rangée annulaire d’aubes mobiles 4 aval.
Le distributeur 2 comporte une plateforme annulaire externe 6 fixée à une pale radiale 8. La rangée d’aubes mobiles 4 comporte une plateforme annulaire externe 10 depuis laquelle s’étendent radialement vers l’extérieur des léchettes 12 coopérant à l’étanchéité avec un abradabe 14, par exemple du type en nid d’abeille appartenant à un anneau sectorisé porté par le carter 16 comme cela est illustré sur la .
L’anneau sectorisé circonférentiellement comprend une couronne 18 portant sur sa face radialement interne l’abradable 14. L’anneau comprend également un déflecteur thermique 20 porté par l’extrémité amont de la couronne 18. La couronne 18 est fixée au carter 16 de turbine par une patte de serrage 22 à forme en C solidiaire de l’extrémité amont d’une plateforme externe du distributeur agencé en aval de la roue mobile. L’extrémité amont de la couronne comprend un organe en C 24 pour la fixation de l’anneau sur un rail cylindrique 26 du carter 16 et sur un bras radial 28 du distributeur 2 amont. Le déflecteur 2 est fixé à un bord amont 30 de la couronne 18 et s’étend radialement vers l’intérieur.
Lorsque la turbomachine est en fonctionnement, les gaz de combustion passent d’amont en aval dans la veine primaire de la turbine et une partie de l’air chaud de combustion peut s’échapper entre l’extrémité aval de la plateforme externe 6 d’un distributeur 2 et l’extrémité amont de la plateforme externe 10 d’une roue mobile aval 4. Cet espace annulaire ainsi formé et noté J correspond à un espace nécessaire pour la rotation de roue mobile.
Cependant de l’air chaud peut venir endommager les fixations de l’anneau au carter, c’est-à-dire l’organe en C 24, le rail cylindrique 26 du carter 16, le bras radial 28 du déflecteur 2 amont et également le carter 16 lui-même. Pour remédier à cela, les déflecteurs sont utilisés et classiquement brasé sur l’extrémité amont. Cependant la tenue mécanique de la brasure n’est pas optimale dans ces zones du fait des fortes sollicitations thermiques.
Le présent document vise à remédier à ces inconvénients de manière fiable, efficace et peu onéreuse.
Présentation de l’invention
Le présent document concerne un ensemble annulaire pour turbine de turbomachine, en particulier d’aéronef, ledit ensemble annulaire s’étendant autour d’un axe longitudinal A et comprenant :
- un distributeur fixé à un carter externe;
- une roue à aubes agencée en aval du distributeur et montée rotative à l’intérieur du carter externe ;
- ladite roue à aubes étant entourée par un anneau sectorisé circonférentiellement porté par le carter externe et comprenant une couronne agencée radialement à l’extérieur de la roue à aubes et un déflecteur,
caractérisé en ce que chaque secteur de déflecteur d’un secteur d’anneau comprend:
- une première partie engagée dans un logement d’une première extrémité circonférentielle d’un premier secteur de couronne du premier secteur d’anneau et dans un logement d’un bord en vis-à-vis circonférentiel d’un second secteur de couronne d’un second secteur d’anneau circonférentiellement adjacent, et
- une seconde partie engagée dans une rainnure circonférentielle dudit secteur de couronne.
- un distributeur fixé à un carter externe;
- une roue à aubes agencée en aval du distributeur et montée rotative à l’intérieur du carter externe ;
- ladite roue à aubes étant entourée par un anneau sectorisé circonférentiellement porté par le carter externe et comprenant une couronne agencée radialement à l’extérieur de la roue à aubes et un déflecteur,
caractérisé en ce que chaque secteur de déflecteur d’un secteur d’anneau comprend:
- une première partie engagée dans un logement d’une première extrémité circonférentielle d’un premier secteur de couronne du premier secteur d’anneau et dans un logement d’un bord en vis-à-vis circonférentiel d’un second secteur de couronne d’un second secteur d’anneau circonférentiellement adjacent, et
- une seconde partie engagée dans une rainnure circonférentielle dudit secteur de couronne.
La première partie de chaque secteur de déflecteur permet de réaliser l’étanchéité entre deux secteurs de couronne adjacents. La seconde partie de chaque secteur de déflecteur permet d’assurer la fonction d’écran de protection thermique. Cette seconde partie protège ainsi les éléments de fixation, tels que la bride amont annulaire à l’extrémité aval du carter de turbine haute pression ou la bride annulaire à l’extrémité amont du carter de turbine haute pression, de la recirculation d’air provenant de la veine primaire. La liaison mécanique ainsi réalisée permet de résister à de fortes sollicitations thermiques.
Une première extrémité de chaque seconde partie peut être engagée dans une rainure circonférentielle d’un secteur d’anneau adjacent.
De par la configuration de l’invention et la façon dont la seconde partie est engagée, aucune erreur de montage n’est possible.
Chaque secteur de couronne peut comprendre un élément de butée d’une seconde extrémité circonférentielle de la seconde partie du secteur de déflecteur, une première extrémité circonférentielle de la seconde partie du secteur de déflecteur étant destinée à être agencée en vis-à-vis circonférentiel d’un élément de butée d’un secteur de couronne circonférentiellement adjacent.
Cet élément de butée permet de bien placer chaque secteur de déflecteur et assure une sécurité de montage.
Chaque élément de butée peut s’étendre dans la rainure circonférentielle de son secteur de couronne.
La première partie peut être formée au niveau d’une première extrémité circonférentielle de la seconde partie.
La première partie peut présenter une première portion s’étendant radialement et une seconde portion s’étendant longitudinalement et reliant la première partie à la seconde partie.
La seconde partie peut présenter une étendue circonférentielle identique à celle d’un secteur d’anneau.
La seconde partie peut comprendre un secteur coudé dont une extrémité radialement externe est engagée dans la rainure circonférentielle du secteur de couronne.
Le secteur coudé de chaque seconde partie peut comprendre un secteur de paroi longitudinal engagé dans la rainure circonférentielle de son secteur de couronne et un secteur de paroi radial s’étandant radialement vers l’intérieur depuis une extrémité amont du secteur de paroi longitudinale.
Le présent document concerne une turbine pour turbomachine comprenant une turbine basse pression comportant un ensemble annulaire du type précité et une turbine haute pression, le carter externe de la turbine basse pression comprenant une bride annulaire amont de fixation à une bride annulaire aval d’un carter externe de la turbine haute pression, lesdtes brides annulaires étant agencées longitudinalement entre le distributeur amont et la roue à aubes aval.
Le présent document concerne une turbomachine comprenant un ensemble annulaire de déflecteurs étanches du type précité.
Brève description des figures
Description détaillée de l’invention
Une turbine comprend une turbine haute pression amont et une turbine basse pression aval. La turbine haute pression et la turbine basse pression comprennent chacune une alternance de rangées annulaires d’aubes statoriques et d’aubes mobiles agencées à l’intérieur d’un carter. Comme illustré sur la , une première roue d’aubes mobiles aval 4 est entourée extérieurement par un carter de la turbine basse pression 16a alors qu’un distributeur de sortie amont 2 de la turbine haute pression est entouré extérieurement par un carter de la turbine haute pression 16b. Le distributeur 2 comporte une plateforme annulaire externe 6 à laquelle est reliée les exrémités radialement externes de pales radiales 8. Une patte d’accrochage 32 est à une extrémité de ladite plateforme externe 6 du distributeur 2. Le maintien circonférentiel et axial du distributeur 2 est assuré par l’intermédiaire de ladite patte d’accrochage 32 qui est engagée dans une gorge annulaire 33 du carter de turbine haute pression 16b, cette gorge annulaire 34 débouchant vers l’aval.
Ce carter de la turbine haute pression 16b est fixé à son extrémité aval au moyen d’une bride annulaire aval 36 à une bride annulaire amont 38 de l’extrémité amont du carter de turbine basse pression 16a. La bride annulaire aval 36 et la bride annulaire amont 38 sont positionnées radialement au niveau de l’espace annulaire séparant le distributeur de sortie 2 de la turbine haute pression et la première roue mobile 4 de la turbine basse pression.
Comme illustré à la , la première roue d’aubes mobiles 4 est montée rotative autour d’un axe longitudinal X dans un anneau accroché au carter externe 16a de la turbine basse pression. L’anneau sectorisé est formé de plusieurs secteurs d’anneau qui sont agencés circonférentiellement bout à bout et chacun portés par le carter externe 16a de la turbine basse pression. Les extrémités aval des secteurs d’anneau sont serrés radialement par une patte de serrage 22 en forme de C, situé en aval des secteurs d’anneau.
Comme illustré aux à 6, chaque secteur d’anneau comprend un secteur de couronne 18 agencé radialement à l’extérieur de la roue à aubes 4 et un secteur de déflecteur 20 thermique annulaire.
Comme illustré aux figures 2 à 4, le secteur de couronne 18 s’étend circonférentiellement et comprend un secteur de paroi annulaire 48 dont la face interne porte un abradable 14, un secteur de paroi radial 46 s’étendant radialement vers l’intérieur relié à un secteur de paroi cylindrique 50 portée par la bride annulaire amont 38 de l’extrémité amont du carter de turbine basse pression 16a. L’abradable 14 est de type nid d’abeille et réalise l’étanchéité au niveau de la roue d’aubes 4 au moyen de léchettes annulaires 12 s’étendant radialement vers l’extérieur depuis la plateforme annulaire externe 10 de la roue mobile 4, afin de limiter le passage d’air radialement à l’extérieur de la roue mobile 4.
Le secteur de paroi cylindrique 50 du secteur de couronne 18 comprend une rainure 52 s’étendant circonférentiellement débouchant aux première et seconde extrémités circonférentielles 54, 56 et en amont 58 dudit secteur de paroi cylindrique 50 du secteur de couronne 18. La rainure 52 du secteur de paroi cylindrique 50 du secteur de couronne 18 est délimitée par un secteur de paroi annulaire interne 60 et un secteur de paroi annulaire externe 62 qui s’étendent circonférentiellement.
Comme illustré à la , un organe de butée 64 est logé en aval, dans la rainure 52 du secteur de paroi cylindrique 50 du secteur de couronne 18. Cet organe de butée 64 peut s’étendre circonférentiellement depuis un élément de butée 66 illustré , jusqu’à une première extrémité circonférentielle 54. L’organe de butée 64 s’étend longitudinalement depuis l’aval de la rainure 52 de la paroi cylindrique 50 du secteur de couronne 18. L’organe de butée 64 peut s’étendre longitudinalement. Cet organe de butée 64 peut s’étendre sur une distance circonférentielle plus réduite.
Comme illustré à la et 4, la rainure 52 du secteur de paroi cyclindrique 50 du secteur de couronne 18 débouchant dans un premier bord circonférentiel 68 de la première extrémité circonférentielle 54 et dans un second bord circonférentiel 70 de la seconde extrémité circonférentielle 56 communique avec des fentes 72 dans des premier 76 et second 74 bords radiaux du secteur de paroi radial 46 du secteur de couronne 18 délimitant un logement 78.
Comme illustré aux figures 7 à 9, la rainure 52 circonférentielle du secteur de paroi cylindrique 50 du secteur de couronne 18 comprend l’élément de butée 66 à la seconde extrémité circonférentielle 56. L’élément de butée 66 peut s’étendre longitudinalement dans ladite rainure 52 du secteur de paroi cylindrique 50 du secteur de couronne 18. Ledit élément de butée 66 peut s’étendre radialement de sorte à venir au contact du secteur de paroi annulaire interne 60 et du secteur de paroi annulaire externe 62 délimitant la rainure 52 de la paroi cylindrique 50 du secteur de couronne 18. L’élément de butée 66 est à distance du second bord circonférentiel 70 de la seconde extrémité circonférentielle 56. L’élément de butée 66 a, d’un côté, une forme complémentaire à la forme d’une première extrémité circonférentielle 80a d’une seconde partie 82a d’un premier secteur de déflecteur 84a et d’un autre côté, une forme complémentaire à la forme d’une seconde extrémité circonférentielle 80b d’une seconde partie 82b d’un second secteur de déflecteur 84b circonférentiellement consécutif. L’épaisseur de l’élément de butée 66 est fine.
Comme illustré à la , le secteur de déflecteur 84 comprend une première partie 86 et la seconde partie 82.
Comme illustré aux figures 5, 6 et 8, la première partie 86 du secteur de déflecteur 84 est formée au niveau de la première extrémité circonférentielle 80a de la seconde partie 82. Cette première partie 86 comporte une première portion 88 s’étendant radialement vers l’extérieur et une seconde portion 90 s’étendant longitudinalement. La première 88 et seconde 90 portions se rejoignent réalisant une forme générale en L. La seconde portion 90 longitudinale de la première partie 86 est reliée en amont à la seconde partie 82 et permet à la première partie 86 et à la seconde partie 82 de ne former qu’une seule pièce. La seconde portion 90 longitudinale peut avoir une dimension longitudinale du même ordre que la distance longitudinale dudit organe de butée 64.
La seconde partie 82 du secteur de déflecteur 84 comporte un secteur coudé s’étendant circonférentiellement. Ce secteur coudé de la seconde partie 82 comprend un secteur de paroi longitudinal 92 et un secteur de paroi radial 94 s’étendant radialement vers l’intérieur depuis une extrémité amont du secteur de paroi longitudinal 92. L’étendue circonférentielle de la seconde partie 82 est identique à celle d’un secteur de couronne 18.
Un bord radial 96 s’étendant radialement vers l’extérieur de la première portion 88 de la première partie 86 et un bord circonférentiel 98 de la seconde portion 90 de la première partie 86 affleurent un bord circonférentiel 100 du secteur de paroi longitudinal 92 de la première extrémité circonférentielle 80a de la seconde partie 82 et un bord radial 102 s’étendant radialement vers l’intérieur du secteur de paroi radial 94 de la première extrémité circonférentielle 80a de la seconde partie 82 pour ne former qu’un bord 104.
Comme illustré aux figures 3, 4, 8 et plus particulièrement à la , la première partie 86 du premier secteur de déflecteur 84a est engagée dans un premier logement 78a d’un premier bord circonférentiel 68a d’une première extrémité circonférentielle 54a d’un premier secteur de paroi cylindrique 50a d’un premier secteur de couronne 18a et d’un premier bord radial 76a d’une première extrémité circonférentielle 54a d’un premier secteur de paroi radial 46a d’un premier secteur de couronne 18a. La première partie 86 est en outre engagée dans un second logement 78b d’un second bord circonférentiel 70b d’une seconde extrémité circonférentielle 56b d’un second secteur de paroi cylindrique 50b d’un second secteur de couronne 18b et d’un second bord radial 74b d’une seconde extrémité circonférentielle 56b d’un second secteur de paroi radial 46b d’un secteur de couronne 18b. Le second bord circonférentiel 70b de la seconde extrémité circonférentielle 56b du second secteur de paroi cylindrique 50b du second secteur de couronne 18b et le second bord radial 74b du second secteur de paroi radial 46b du second secteur de couronne 18b sont formés en vis-à-vis circonférentiel du premier secteur de couronne d’un secteur d’anneau circonférentiellement adjacent.
Une première extrémité 91 de la seconde partie 82 comprenant le secteur de paroi longitudinal 92 de la seconde partie 82 du secteur de déflecteur 84 est engagée et montée en translation dans la rainure 52 circonférentielle du secteur de paroi cylindrique 50 du secteur de couronne 18. La seconde partie 82 vient en butée contre l’élément de butée 66 et l’organe de butée 64.
Le présent document est particulièrement intéressant dans le contexte où il est utilisé, i.e. à la jonction entre le carter haute pression 16b et le carter basse pression 16a pusisque cette zone de jonction de carters peut être plus sensible qu'une autre à des fuites d'air chaud, les éléments de fixation pouvant être affectés et les dilatations thermiques différentielles entre les deux carters 16a, 16b pouvant conduire à une augmentation de contrainte dans ceux-ci au niveau de leur fixation.
La première partie 86 de chaque secteur de déflecteur 84 permet de réaliser l’étanchéité entre deux secteurs de couronne 18 adjacents. La seconde partie 82 de chaque secteur de déflecteur 84 permet d’assurer la fonction d’écran de protection thermique. Cette seconde partie 82 protège ainsi les éléments de fixation tels que la bride annulaire aval 36 à l’extrémité aval du carter de turbine haute pression 16b ou la bride annulaire amont 38 à l’extrémité amont du carter de turbine haute pression 16a.
Claims (11)
- Ensemble annulaire pour turbine de turbomachine, en particulier d’aéronef, ledit ensemble annulaire s’étendant autour d’un axe longitudinal (X) et comprenant :
- un distributeur (2) fixé à un carter externe (16);
- une roue à aubes (4) agencée en aval du distributeur (2) et montée rotative à l’intérieur du carter externe (16) ;
- ladite roue à aubes (4) étant entourée par un anneau sectorisé circonférentiellement porté par le carter externe (16) et comprenant une couronne (18) agencée radialement à l’extérieur de la roue à aubes (4) et un déflecteur (82),
caractérisé en ce que chaque secteur de déflecteur (82) d’un secteur d’anneau comprend:
- une première partie (86) engagée dans un logement (78, 78a) d’une première extrémité circonférentielle (54a) d’un premier secteur de couronne (18a) du premier secteur d’anneau et dans un logement (78, 78b) d’un bord (104) en vis-à-vis circonférentiel d’un second secteur de couronne (18b) d’un second secteur d’anneau circonférentiellement adjacent, et
- une seconde partie (82) engagée dans une rainnure (52) circonférentielle dudit secteur de couronne (18b). - Ensemble selon la revendication 1, dans lequel une première extrémité (91) de chaque seconde partie (82) est engagée dans une rainure (52) circonférentielle d’un secteur d’anneau adjacent.
- Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque secteur de couronne (18) comprend un élément de butée (66) d’une seconde extrémité circonférentielle (56) de la seconde partie (82) du secteur de déflecteur (82), une première extrémité circonférentielle (54) de la seconde partie (82) du secteur de déflecteur (82) étant destinée à être agencée en vis-à-vis circonférentiel d’un élément de butée (66) d’un secteur de couronne (18) circonférentiellement adjacent.
- Ensemble selon la revendication 3, dans lequel chaque élément de butée (66) s’étend dans la rainure (52) circonférentielle de son secteur de couronne (18).
- Ensemble selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la première partie (86) est formée au niveau d’une première extrémité circonférentielle (54) de la seconde partie.
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première partie (86) présente une première portion (88) s’étendant radialement et une seconde portion (90) s’étendant longitudinalement et reliant la première partie (86) à la seconde partie (82).
- Ensemble selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la seconde partie (82) présente une étendue circonférentielle identique à celle d’un secteur d’anneau.
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la seconde partie (82) comprend un secteur coudé dont une extrémité radialement externe est engagée dans la rainure circonférentielle (52) du secteur de couronne (18).
- Ensemble selon la revendication 8, dans lequel le secteur coudé de chaque seconde partie (82) comprend un secteur de paroi longitudinal (92) engagé dans la rainure circonférentielle (52) de son secteur de couronne (18) et un secteur de paroi radial (94) s’étandant radialement vers l’intérieur depuis une extrémité amont du secteur de paroi longitudinal (92).
- Turbine pour turbomachine comprenant une turbine basse pression comportant un ensemble annulaire selon l’une des revendications précédentes et une turbine haute pression, le carter externe (16) de la turbine basse pression comprenant une bride annulaire amont (38) de fixation à une bride annulaire aval (36) d’un carter externe (16) de la turbine haute pression, lesdites brides annulaires (36, 38) étant agencées longitudinalement entre le distributeur (2) amont et la roue à aubes (4) aval.
- Turbomachine comprenant un ensemble annulaire selon l’une des revendications 1 à 9.
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| FR3114841B1 (fr) | 2023-06-30 |
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