FR3115819A1

FR3115819A1 - Ensemble de stator de turbomachine d’aéronef, comprenant une structure externe formée de deux tronçons annulaires entourant une couronne aubagée de stator

Info

Publication number: FR3115819A1
Application number: FR2011211A
Authority: FR
Inventors: Clément Emile André CAZIN; Sébastien Serge Francis Congratel; Pascal Cédric TABARIN; Nicolas Paul TABLEAU; Matthieu Arnaud GIMAT
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS; Safran Ceramics SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS; Safran Ceramics SA
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2040-11-02
Also published as: FR3115819B1

Abstract

L’invention se rapporte à un ensemble (20) de stator de turbomachine d’aéronef, l’ensemble s’étendant autour d’un axe central longitudinal (A1) et comprenant une couronne de stator (14) et une structure annulaire (18) qui s’étend autour de la couronne de stator (14), la couronne de stator (14) comportant une pluralité d’aubes de stator (26) qui se succèdent circonférentiellement autour de l’axe central longitudinal (A1), et comprenant une plateforme radialement externe (22a) et une plateforme radialement interne (24a) qui délimitent entre-elles une veine d’écoulement aérodynamique (11A) de turbomachine. Selon l’invention, la structure annulaire (18) comprend un tronçon amont annulaire (18b) et un tronçon aval annulaire (18a) fixés à la couronne de stator (14), et qui sont au contact l’un de l’autre en se succédant le long de l’axe central longitudinal (A1). Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Ensemble de stator de turbomachine d’aéronef, comprenant une structure externe formée de deux tronçons annulaires entourant une couronne aubagée de stator

La présente invention se rapporte à une turbomachine d’aéronef, de préférence du type turboréacteur ou turbopropulseur.

Plus particulièrement, l’invention concerne un ensemble de stator s’étendant circonférentiellement autour d’un axe longitudinal, sous la forme d’une couronne de stator.

Par exemple, l’ensemble comprend une structure annulaire, et une roue aubagée de stator, et est destiné à équiper un compresseur ou une turbine de la turbomachine. Généralement, la roue aubagée forme un distributeur de la turbine d’une turbomachine, tel que cela est par exemple décrit dans le document FR 3 000 521 A1.

État de la technique antérieure

Certains ensembles présentent une conception qui requiert un déplacement axial des aubes de stator, pour leur implantation dans une virole radialement externe destinée à recevoir la couronne aubagée formée par ces aubes. Une telle situation se produit par exemple dans le cas d’une couronne de stator réalisée dans un matériau composite à matrice céramique, ci-après désigné par l’expression « matériau CMC » ou « CMC », ce matériau comprenant généralement un renfort fibreux et une matrice céramique, ou partiellement céramique. A titre de rappel, le CMC est un composite thermostructural capable de résister à des contraintes thermiques relativement élevées et ayant une masse volumique relativement faible, en particulier inférieure à celle des matériaux métalliques traditionnellement utilisés pour réaliser des composants de turbine et de compresseur de turbomachine. La résistance mécanique de la couronne de stator peut être renforcée par la présence d’un ou plusieurs éléments structuraux, par exemple métalliques, traversant chacun une aube de la couronne. Ces éléments structuraux sont destinés à être introduits dans les aubes, en passant à travers la virole externe, via un mouvement radial allant de l’extérieur vers l’intérieur vis-à-vis de l’axe central longitudinal de l’ensemble.

Dans la réalisation qui vient d’être décrite, ainsi que dans d’autres types de conception largement répandus, il est donc préféré, voire parfois nécessaire, d’effectuer un déplacement axial des aubes de stator pour permettre leur implantation dans la virole radialement externe. Cela empêche l’adoption de solutions classiques d’étanchéité entre la virole externe et la couronne de stator.

Or l’absence de moyens d’étanchéité entre la virole radialement externe, et la couronne aubagée de stator, conduit à des fuites dans la veine qui pénalisent les performances globales de la turbomachine. Ces fuites peuvent prendre la forme de recirculations et/ou de réintroductions de gaz venant de la veine, en direction d’une cavité annulaire formée entre une virole externe, et la virole aérodynamique qui traverse la couronne de stator.

Outre le risque de provoquer des écoulements non désirés à travers la cavité annulaire précitée, le montage des aubes de stator dans la virole radialement externe peut se heurter à des problèmes de faisabilité du fait de la géométrique des pièces concernées. C’est le cas en particulier lorsque la virole externe présente une extrémité radialement interne plus proche de l’axe central longitudinal de l’ensemble, que ne l’est une extrémité radialement externe de la couronne de stator. C’est encore davantage le cas lorsque la virole externe présente une extrémité radialement interne au niveau de la partie amont, ainsi qu’une extrémité radialement interne au niveau de la partie aval, et que chacune de ces deux extrémités radialement internes se trouve plus proche de l’axe central longitudinal de l’ensemble que ne l’est une extrémité radialement externe de la couronne de stator, située axialement entre ces deux extrémités radialement internes de la virole externe.

L’invention a donc pour but de répondre aux inconvénients décrits ci-dessus, relatif à l’art antérieur.

Pour ce faire, l’invention a tout d’abord pour objet un ensemble de stator de turbomachine d’aéronef, l’ensemble s’étendant autour d’un axe central longitudinal et comprenant une couronne de stator et une structure annulaire qui s’étend autour de la couronne de stator, la couronne de stator comportant une pluralité d’aubes de stator qui se succèdent circonférentiellement autour de l’axe central longitudinal, et comprenant une plateforme radialement externe et une plateforme radialement interne qui délimitent entre-elles une veine d’écoulement aérodynamique de turbomachine.

Selon l’invention, la structure annulaire comprend un tronçon amont annulaire et un tronçon aval annulaire fixés à la couronne de stator, et qui sont au contact l’un de l’autre en se succédant le long de l’axe central longitudinal.

L’invention apporte ainsi une réponse simple, performante et fiable aux problématiques exposées précédemment. En particulier, le fait de scinder la structure annulaire radialement externe, en deux tronçons annulaires qui se succèdent axialement tout en se chevauchant préférentiellement en partie au niveau d’une zone de jonction entre ceux-ci, permet de conserver un principe d’introduction axiale des aubes de stator dans cette structure, sans être contraint par la géométrique des pièces concernées.

De plus, le caractère annulaire des deux tronçons amont et aval permet l’obtention d’une parfaite étanchéité selon la direction circonférentielle de l’ensemble. Toujours sur les aspects d’étanchéité, l’invention permet que la structure annulaire et la virole aérodynamique externe délimitent conjointement une cavité annulaire fermée par une jonction amont entre le tronçon amont annulaire et la virole aérodynamique externe, et fermée par une jonction aval entre le tronçon aval annulaire et la virole aérodynamique externe. Les deux jonctions amont et aval, qui sont donc réalisées respectivement par la coopération des deux tronçons avec la virole aérodynamique externe de la couronne de stator, permettent de limiter les recirculations et/ou réintroductions de gaz venant de la veine, en direction de la cavité annulaire. Les performances globales de la turbomachine s’en trouvent avantageusement améliorées.

Préférentiellement, l’invention prévoit par ailleurs au moins l’une des caractéristiques additionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.

De préférence, le tronçon aval annulaire est au contact d’une part du tronçon amont annulaire, et d’autre part de la plateforme radialement externe, de préférence en étant en appui axial sur celle-ci.

De préférence, le tronçon aval annulaire et le tronçon amont annulaire forment un contact du type cylindre-cylindre.

De préférence, le tronçon amont et/ou le tronçon aval comprend une languette d’étanchéité configurée pour pénétrer dans une fente de la couronne de stator. De préférence, cette languette d’étanchéité est annulaire et s’étend principalement radialement vis-à-vis de l’axe central longitudinal.

De préférence, l’ensemble comporte une chemise fixée sur la structure annulaire et traversant une aube de stator de la couronne, la chemise délimitant un canal principalement radial d’acheminement d’air de ventilation à travers ladite aube, la chemise étant préférentiellement fixée radialement à l’extérieur du tronçon aval. De préférence, la chemise est réalisée dans un matériau métallique, et la couronne de stator de préférence réalisée dans un matériau composite à matrice céramique.

De préférence, l’ensemble comporte au moins un élément de fixation configuré pour fixer les tronçons amont et aval entre eux, chaque élément de fixation étant de préférence une vis, un boulon ou un pion, s’étendant principalement radialement.

De préférence, la jonction amont précitée est réalisée à l’aide de la languette d’étanchéité, de préférence fixée sur le tronçon amont annulaire, et de préférence pénétrant dans la fente pratiquée sur la surface radialement extérieure de la virole aérodynamique externe de la couronne de stator. Une conception inversée reste bien évidemment possible, dans laquelle la languette d’étanchéité serait fixée sur la surface radialement extérieure de la virole aérodynamique externe de la couronne de stator, avec une extrémité opposée pénétrant dans une fente pratiquée sur la surface radialement intérieure du tronçon amont annulaire. Alternativement, l’extrémité libre de la languette d’étanchéité pourrait être simplement en appui sur sa surface associée, sans nécessairement être logée dans une fente. Cependant, l’intérêt de la fente réside dans la mise à profit du différentiel de pression régnant dans la cavité annulaire, pour le plaquage de la languette d’étanchéité sur l’un des flancs latéraux de la fente.

Egalement, un contact axial entre les deux pièces peut suffire à limiter les fuites de la veine en direction de la cavité annulaire.

Néanmoins, l’utilisation d’une telle languette d’étanchéité permet non seulement d’autoriser une introduction aisée de la couronne de stator dans l’ensemble de stator, mais elle permet également d’absorber les éventuels déplacements relatifs radiaux entre la structure annulaire radialement externe, et cette même couronne de stator. De tels déplacements sont par exemple observés en fonctionnement, lorsque la couronne de stator est réalisée en CMC, et que la virole radialement externe est métallique. En effet, un matériau CMC a typiquement un coefficient de dilatation thermique environ trois fois inférieur à celui des alliages métalliques habituellement utilisés pour les viroles radialement externes des distributeurs de turbine. La dilatation thermique différentielle entre ces deux éléments entraîne ainsi une modification des jeux radiaux, qui peuvent être comblés en permanence par la déformation élastique de la languette d’étanchéité, et/ou par une introduction plus ou moins profonde de l’extrémité libre de la languette dans la fente correspondante.

Par exemple, la jonction aval précitée est réalisée par un appui axial de la virole aérodynamique externe, sur le tronçon amont annulaire. Néanmoins, toutes les solutions proposées ci-dessus pour la jonction amont sont applicables à la jonction aval, sans sortir du cadre de l’invention. Ainsi, cette jonction aval peut être réalisée à l’aide d’une languette d’étanchéité, de préférence fixée au tronçon aval annulaire.

De préférence, la couronne de stator est réalisée à partir de plusieurs secteurs de couronne qui se succèdent circonférentiellement autour de l’axe central longitudinal, chaque secteur de couronne comprenant une plateforme radialement externe, une plateforme radialement interne, ainsi qu’une ou plusieurs aubes de stator solidaires des plateformes radialement externe et interne.

De préférence, au moins l’un des deux tronçons amont et aval annulaires présente une extrémité radialement interne plus proche de l’axe central longitudinal que ne l’est une extrémité radialement externe de la couronne de stator.

L’invention a également pour objet une turbine de turbomachine d’aéronef, de préférence une turbine basse pression, comportant au moins un tel ensemble de stator.

L’invention a aussi pour objet une turbomachine d’aéronef comprenant une telle turbine.

Une réalisation similaire au sein d’un compresseur de la turbomachine peut également être envisagée, sans sortir du cadre de l’invention.

Enfin, l’invention a pour objet un procédé d’assemblage d’un tel ensemble de stator, comportant les étapes suivantes :
- mise en position de la couronne de stator dans l’un des deux tronçons amont et aval annulaires, par déplacement axial des aubes de stator relativement à ce tronçon ;
- mise en position de l’autre des deux tronçons amont et aval annulaires autour de la couronne de stator, par déplacement axial de cet autre tronçon relativement à la couronne de stator ; et
- fixation du tronçon amont annulaire sur le tronçon aval annulaire.

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit.

La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels :

est une vue schématique en coupe axiale d’un turboréacteur selon l’invention ;

est une vue schématique en coupe axiale d’une partie de la turbine basse pression du turboréacteur montré sur la figure précédente, cette partie formant un ensemble de stator selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;

est une vue en perspective d’une partie de l’ensemble de stator montré sur la figure précédente ;

est une vue schématique en perspective, partiellement éclatée, d’une partie de l’ensemble montré sur les figures 2 et 2a ;

est une vue schématique d’une étape d’un procédé d’assemblage de l’ensemble de stator, selon un mode de réalisation préféré de l’invention ;

est une vue schématique d’une étape ultérieure de ce procédé d’assemblage de l’ensemble de stator ;

est une vue schématique d’une étape encore ultérieure de ce procédé d’assemblage de l’ensemble de stator ;

est une vue schématique d’une étape encore ultérieure de ce procédé d’assemblage de l’ensemble de stator ; et

est une vue schématique en coupe axiale similaire à celle de la , avec l’ensemble de stator se présentant sous la forme d’une alternative de réalisation.

Description détaillée de modes de réalisation

Les figures comprennent un référentiel L, R et C définissant respectivement des directions longitudinale, radiale et circonférentielle orthogonales entre elles.

Il est représenté sur la figure 1 un turboréacteur 1 d’aéronef, présentant de préférence une conception du type à double corps et à double flux.

Par la suite, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport à une direction principale D1 d’écoulement des gaz à travers le turboréacteur 1, lorsque celui-ci est en fonctionnement. La direction D1 est parallèle à la direction longitudinale L, et également parallèle à un axe central longitudinal A1 autour duquel s’étendent ses différents composants. En l’occurrence, de l’amont vers l’aval du turboréacteur 1, il s’agit d’une soufflante 4, d’un compresseur basse pression 5, d’un compresseur haute pression 6, d’une chambre de combustion 7, d’une turbine haute pression 8 et d’une turbine basse pression 9.

Lors du fonctionnement du turboréacteur 1, un écoulement d’air 10 pénètre dans le turboréacteur 1 par une entrée d’air 3, traverse la soufflante 4, puis se divise en un flux primaire 10A central et un flux secondaire 10B. Le flux primaire 10A s’écoule dans une veine principale 11A de circulation des gaz traversant les compresseurs 5 et 6, la chambre de combustion 7, et les turbines 8 et 9. Le flux secondaire 10B s’écoule quant à lui dans une veine secondaire 11B entourant la veine principale 11A, également dite veine primaire, ou encore veine d’écoulement aérodynamique.

De manière connue en soi, une turbine telle que la turbine haute pression 8 ou la turbine basse pression 9 comporte un ou plusieurs étages, chaque étage comprenant un distributeur, aussi appelé couronne aubagée de stator, ainsi qu’une roue mobile agencée directement en aval de la couronne. La couronne d’un étage comprend des aubes statoriques configurées pour dévier le flux primaire 10A provenant de la chambre de combustion 7 vers les aubes de la roue mobile du même étage, de manière à entraîner cette roue mobile en rotation. Pour chacune des turbines 8 et 9, le ou les distributeurs forment un stator de la turbine, tandis que la ou les roues mobiles forment un rotor de la turbine. Dans ce qui suit, l’invention va être décrite dans un cas d’implantation au sein d’une turbine, mais alternativement, elle pourrait être implantée de manière identique ou similaire au sein d’un compresseur de la turbomachine, sans sortir du cadre de l’invention.

En référence à présent à la , il est montré une partie amont d’un premier étage 12 de la turbine basse pression 9, avec sa couronne aubagée de stator 14 formant distributeur. La roue mobile adjacente (non représentée) est destinée à être agencée en aval de la couronne de stator 14.

La couronne de stator 14 est entourée d’une structure annulaire radialement externe 18, en forme générale de virole et étant formée par l’assemblage de deux tronçons axiaux, comme cela sera décrit ultérieurement. La couronne 14 et la structure annulaire 18 qui l’entoure forment un ensemble 20 propre à l’invention, centré sur l’axe central longitudinal A1 et s’étendant autour de ce dernier. Plus précisément, la couronne 14 et la structure 18 sont chacune centrées sur l’axe A1.

La structure annulaire radialement externe 18 est montée sur un carter de turbine 19. Pour ce faire, la structure 18 présente deux extrémités axiales opposées, chacune en forme de crochet coopérant avec des parties de carter 19.

Cette structure radialement externe, de préférence métallique, est réalisée par un tronçon aval annulaire 18a, et un tronçon amont annulaire 18b fixé sur le premier tronçon, avec chacun de ces deux tronçons 18a, 18b pouvant être assimilé à une virole. Une zone de recouvrement selon la direction longitudinale est prévue pour ces deux tronçons 18a, 18b, qui se chevauchent donc radialement au niveau de leur interface de fixation / zone de jonction. De préférence, chacun des deux tronçons axiaux 18a, 18b s’étend de manière continue sur 360° ou sensiblement 360°, par exemple en étant fendu. En d’autres termes, chacun des deux tronçons axiaux 18a, 18b prend la forme d’une virole réalisée d’une seule pièce / d’un seul tenant. Alternativement, chaque tronçon 18a, 18b pourrait comprendre des secteurs angulaires de virole agencés bout-à-bout de manière étanche, selon la direction circonférentielle C. Ainsi, les deux tronçons 18a, 18b se succèdent le long de l’axe A1, en étant au contact l’un de l’autre, de préférence selon un contact du type cylindre-cylindre. Leur fixation à la couronne de stator 14 est préférentiellement indirecte, en particulier via les chemises 32 qui seront présentées ultérieurement.

Le tronçon amont annulaire 18b présente une extrémité amont en forme de crochet coopérant avec une partie du carter 19, de même que le tronçon aval annulaire 18a présente une extrémité aval en forme de crochet coopérant avec une autre partie opposée du carter 19.

Au sein de l’ensemble de stator 20, la structure radialement externe 18 entoure la couronne aubagée 14, formant un distributeur. Cette couronne 14 comprend une virole aérodynamique externe 22 délimitant la veine principale 11A radialement vers l’extérieur. Elle comporte aussi une virole aérodynamique interne 24 délimitant la veine principale 11A radialement vers l’intérieur. De plus, la couronne 14 est équipée d’aubes de stator 26 agencées entre les deux viroles 22, 24, et solidarisées à celles-ci. Par conséquent, les aubes de stator 26 se succèdent circonférentiellement autour de l’axe A1, pour former une rangée annulaire d’aubes de stator 26. A cet égard, il est noté que les aubes 26 s’étendent ici radialement vers l’extérieur jusqu’à la virole aérodynamique externe 22 de la couronne 14, sans s’étendre jusque dans la cavité annulaire 27 délimitée radialement par la surface radialement extérieure 29 de la virole externe 22, et par la surface radialement intérieure de la structure radialement externe 18.

Par ailleurs, l’ensemble 20 comporte une virole radialement interne 28, centrée sur l’axe A1, et de préférence également réalisée dans un matériau métallique. Les aubes 26 s’étendent radialement vers l’intérieur par exemple au-delà de la virole aérodynamique interne 24 de la couronne 14, jusqu’à contacter la virole radialement interne 28 de l’ensemble 20. En d’autres termes, dans ce mode de réalisation préféré de l’invention, les deux viroles aérodynamiques externe 22 et interne 24 se trouvent logées dans l’espace délimité radialement entre la structure externe 18 et la virole interne 28.

La couronne 14 peut être réalisée d’une seule pièce, c’est-à-dire d’un seul tenant, ou préférentiellement par l’assemblage de plusieurs pièces. En particulier, il peut être prévu plusieurs secteurs angulaires de couronne 14a agencés bout-à-bout selon la direction circonférentielle C, comme cela est également visible sur la . Chaque secteur de couronne 14a comporte alors une plateforme aérodynamique radialement externe 22a, une plateforme aérodynamique radialement interne 24a, ainsi qu’une ou plusieurs aubes de stator 26 solidaires des plateformes 22a, 24a. Les plateformes 22a des secteurs de couronne 14a forment conjointement la virole aérodynamique externe 22 de délimitation radiale externe de la veine 11A, tandis que les plateformes 24a des secteurs de couronne 14a forment conjointement la virole aérodynamique interne 24 de délimitation radiale interne de la veine 11A. Pour assurer l’étanchéité entre les plateformes 22a, 24a directement consécutives selon la direction C, il est prévu aux interfaces des languettes circonférentielles d’étanchéité 30.

Par exemple, chaque secteur angulaire de couronne 14a s’étend sur une étendue angulaire de l’ordre de quelques degrés, jusqu’à 45° par exemple. Comme évoqué précédemment, chaque secteur 14a peut ne comporter qu’une unique aube de stator 26 comme sur l’exemple de la , et présenter de ce fait une étendue angulaire particulièrement restreinte.

La couronne de stator 14, ou chacun de ses secteurs 14a, est réalisé en CMC. En raison de sa capacité à résister à des contraintes thermiques élevées, un tel matériau permet de réduire la quantité d’air de ventilation utilisée par rapport à une réalisation métallique, ce qui permet d’améliorer les performances de la turbomachine.

Pour permettre la reprise des efforts de veine, une ou plusieurs des aubes de stator 26 des secteurs de couronne 14a sont traversées par un élément structural 32, également dénommé mât structural ou chemise. De préférence, chacune de ces aubes 26 présente un logement interne 34 de forme complémentaire, traversé par un élément structural creux 32 délimitant un canal principalement radial 36 d’acheminement d’air de ventilation à travers l’aube associée.

L’élément structural creux 32, de préférence métallique, comprend une extrémité radialement externe 41 formant une plateforme de fixation de l’élément structural, un corps 42 relié à la plateforme 41 et comprenant, radialement à l’opposé de la plateforme 41, une extrémité radialement interne 43 de l’élément structural 32.

En référence conjointement aux figures 2, 2a et 3, le corps 42 de l’élément structural 32 dispose d’une forme sensiblement évasée selon la direction radiale R, en présentant des dimensions longitudinale et circonférentielle plus importantes au niveau de la plateforme 41 qu’au niveau de l’extrémité radialement interne 43.

L’élément structural 32 est fixé à la structure radialement externe 18 à l’aide d’éléments de fixation 52, par exemple des vis, boulons ou pions. Pour ce faire, au moins certaines vis 52 traversent successivement, radialement de l’extérieur vers l’intérieur, la plateforme de fixation 41, le tronçon annulaire aval 18a, et le tronçon annulaire amont 18b de la structure externe 18. La tête de chaque vis 52 est préférentiellement en appui sur la plateforme de fixation 41 de l’élément structural 32, et son extrémité est vissée dans un trou taraudé 45 du tronçon annulaire amont 18b. Le tronçon aval 18a est ainsi enserré radialement entre la plateforme 41 de l’élément structural 32, et le tronçon amont 18b, même si tout autre ordre d’empilement pourrait être adopté pour ces éléments 41, 18a, 18b, sans sortir du cadre de l’invention.

Par ailleurs, d’autres vis 52 pourraient n’assurer la fixation que de la plateforme de fixation 41 sur l’un des deux tronçons annulaires 18a, 18, par exemple dans la partie aval de la structure annulaire 18.

Chaque élément structural creux 32 traverse son aube associée 26 en étant disposé dans le logement interne 34 de celle-ci. En effet, l’aube 26 présente un profil creux formant le logement interne 34, qui débouche en une extrémité radialement interne et en une extrémité radialement externe de cette aube 26. Le logement interne 34 a une forme qui correspond sensiblement à celle du corps 42 de l’élément structural 32, de sorte que ce dernier épouse sensiblement le logement interne 34 de l’aube 26. Bien entendu, les dimensions relatives du logement interne 34 de l’aube 26, et celles du corps 42 de l’élément structural 32, sont telles que ces pièces puissent se déplacer l’une par rapport à l’autre selon une amplitude limitée, dans la direction radiale R, sous l’effet de leur dilatation thermique différentielle.

La structure annulaire radialement externe 18 comprend également une ouverture 62 dont la forme correspond sensiblement à celle d’une portion radialement externe du corps 42 de l’élément structural 32. Son corps 42 traverse l’ouverture 62 de sorte que sa plateforme 41 soit en appui radial contre une surface externe de la structure radialement externe 18. De plus, son extrémité radialement interne 43 coopère avec la virole radialement interne 28, via un épaulement 64 en appui axial sur une surface radialement externe de la virole interne 28.

Grâce à cet agencement, de l’air de ventilation 66, par exemple en provenance du compresseur 5, 6 ou de la veine secondaire 11B, peut être acheminé par un canal 68 du carter 19, pour ensuite rejoindre le canal 36 radialement en regard. L’air de ventilation est ensuite injecté par l’extrémité radialement interne 43 de l’élément structural creux 32, dans une cavité de ventilation interne 70 délimitée radialement vers l’extérieur par la virole interne 28. Cette cavité interne 70, centrée sur l’axe A1, permet de refroidir les éléments de turbomachine environnants, comme les éléments constitutifs de la virole interne 26, ou encore les disques des roues mobiles de turbine. La circulation de l’air de ventilation permet également de refroidir les aubes de stator 26, lors du passage de cet air par le corps 42 de l’élément structural creux 32.

La fermeture axiale de la cavité annulaire 27, délimitée autour de la couronne de stator 14, est assurée par une jonction aval 75a et une jonction amont 75b.

La jonction amont 75b est réalisée entre le tronçon annulaire amont 18b et la surface radialement extérieure 29 de la virole externe 22, par exemple juste en amont des aubes 26. Plus précisément, dans ce mode de réalisation préféré de l’invention, la jonction amont 75b est réalisée avec une languette d’étanchéité 77b en forme de disque, de préférence continue ou sensiblement continue sur 360°. Une solution avec plusieurs secteurs de languette adjacents selon la direction C est également possible.

La languette 77b s’inscrit de préférence dans un plan transversal de l’ensemble, c’est-à-dire un plan orthogonal à l’axe A1. Dit différemment, la languette 77b s’étend principalement radialement vis-à-vis de l’axe A1. Son extrémité radialement externe 80 est fixée sur une extrémité radialement interne 82 du tronçon annulaire amont 18b, de manière conventionnelle. Son extrémité libre, correspondant à son extrémité radialement interne 84, est logée dans une fente 86 pratiquée sur la surface radialement extérieure 29 de la virole aérodynamique externe 22. Cette fente 86, inscrite dans le même plan transversal que celui de la languette 77b, est ainsi ouverte radialement vers l’extérieur, et la languette 77b reste mobile radialement en son sein pour absorber les éventuelles dilatations thermiques différentielles entre la structure 18 et la virole 22. De plus, du fait du différentiel de pression régnant dans la cavité annulaire 27, l’extrémité 86 se trouve en permanence plaquée contre le flanc latéral amont de la fente 86. Cela confère une étanchéité satisfaisante, limitant les recirculations de gaz provenant de la veine 11A, à travers la jonction amont 75b.

La jonction aval 75a est quant à elle réalisée entre le tronçon annulaire aval 18a et la surface radialement extérieure 29 de la virole externe 22, par exemple à proximité d’un bord de fuite des aubes 26. Plus précisément, dans ce mode de réalisation préféré de l’invention, la jonction aval 75a est réalisée par un appui axial d’une extrémité radialement externe 88 de la virole 22, en forme de bride / collerette radiale, sur une extrémité radialement interne 90 du tronçon annulaire aval 18a, en forme de renfoncement radial sous le crochet de fixation au carter 19. Ici aussi, du fait du différentiel de pression régnant dans la cavité annulaire 27, l’extrémité 88 se trouve en permanence plaquée axialement contre l’extrémité 90 du tronçon annulaire aval 18a. Cet agencement confère une étanchéité satisfaisante, limitant les recirculations de gaz provenant de la veine 11A, à travers la jonction aval 75a.

Néanmoins, la jonction aval 75a pourrait être du même type que la jonction amont 75b, en intégrant une languette d’étanchéité aval 77a portée par le tronçon annulaire aval 18a, et logée dans une fente 92 pratiquée sur la surface radialement extérieure 29 de la virole aérodynamique externe 22. Un tel exemple est représenté sur la . Ici encore, la languette 77a s’étend principalement radialement vis-à-vis de l’axe A1.

Quel que soit le mode de réalisation envisagé, la languette d’étanchéité 77a, 77b présente une certaine élasticité, tout en étant réalisée dans un matériau capable de résister aux températures élevées du fait de la proximité de la veine 11A. Par exemple, il peut s’agir d’un matériau à base de nickel et/ou de cobalt.

En référence à présent aux figures 4 à 7, il va être décrit l’assemblage de l’ensemble 20 montré sur les figures 2, 2a et 3, dont l’une des particularités réside dans le fait que l’une ou les deux extrémités radialement internes 82, 90 de la structure annulaire 18 se trouvent plus proches de l’axe A1 que ne l’est l’extrémité radialement externe 88 de la couronne de stator 14. De plus, la virole aérodynamique externe 22 présente une géométrie telle qu’elle s’éloigne de l’axe A1 en s’étendant vers l’aval.

Pour débuter l’assemblage de l’ensemble 20 qui vient d’être décrit, il est tout d’abord procédé à la mise en position du tronçon aval annulaire 18a dans l’espace de montage, comme cela est visible sur la .

Ensuite, en référence à la , il est procédé à la mise en position de la couronne 14 dans le tronçon aval annulaire 18a. De par les contraintes de conception des éléments de l’ensemble 20, cette mise en position s’effectue par un déplacement axial des aubes de stator 26 relativement au tronçon 18a. Comme cela a été schématisé sur la , c’est la couronne entière 14, ou les secteurs de couronne 14a qui sont déplacés relativement au tronçon aval annulaire 18a selon l’axe A1 et la direction L, jusqu’à pénétrer dans l’espace intérieur délimité par ce tronçon. Le déplacement relatif axial s’effectue en insérant la couronne 14 ou les secteurs de couronne 14a depuis l’amont, vers l’aval, jusqu’à l’obtention du contact axial entre les extrémités 88, 90 formant la jonction aval 75a.

Ensuite, en référence à la , il est procédé à la mise en position du tronçon amont 18b autour de la couronne 14, également par déplacement axial du tronçon 18b relativement à la couronne 14. Comme cela a été schématisé sur la , c’est le tronçon amont annulaire 18b qui est déplacé relativement à la couronne 14 selon l’axe A1 et la direction L, jusqu’à pénétrer dans l’espace annulaire délimité autour de la virole externe 22. Le déplacement relatif axial s’effectue en insérant le tronçon amont 18b depuis l’amont, vers l’aval, jusqu’à ce que l’extrémité 84 de la languette d’étanchéité 77b pénètre dans la fente 86 de la virole externe 22, pour former la jonction amont 75b.

Lorsque cette mise en position est terminée, les éléments structuraux creux 32 sont insérés radialement depuis l’extérieur, à travers les ouvertures 62 de la virole 18, et à travers les logements internes 34 des aubes 26. Une telle insertion radiale est schématisée sur la , sur laquelle a également été schématisée la fixation des éléments 41, 18a, 18b les uns aux autres. Cette fixation est réalisée à l’aide des vis 52, introduites dans les orifices en regard une fois que les plateformes de fixation 41 sont en appui radial contre les deux tronçons axiaux 18a, 18b se chevauchant partiellement selon la direction L.

Une fois l’ensemble 20 ainsi obtenu, celui-ci est destiné à être introduit axialement depuis l’amont dans le carter de turbine 19, de manière à se trouver en regard axialement de la roue mobile déjà assemblée dans le carter. L’assemblage ultérieur des autres éléments de turbine, destinés à être agencés en amont de l’ensemble 20, est ensuite réalisé en insérant axialement ces mêmes éléments dans le carter 19, toujours depuis l’amont vers l’aval.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’invention qui vient d’être décrite uniquement à titre d’exemples non limitatifs, et dans la limite de la portée des revendications annexées. Par exemple, si l’invention a été décrite en application à un distributeur de turbine, elle peut s’appliquer de manière identique ou similaire à un redresseur de compresseur de la turbomachine, quelle que soit la conception de celle-ci.

Claims

Ensemble (20) de stator de turbomachine d’aéronef, l’ensemble s’étendant autour d’un axe central longitudinal (A1) et comprenant une couronne de stator (14) et une structure annulaire (18) qui s’étend autour de la couronne de stator (14), la couronne de stator (14) comportant une pluralité d’aubes de stator (26) qui se succèdent circonférentiellement autour de l’axe central longitudinal (A1), et comprenant une plateforme radialement externe (22a) et une plateforme radialement interne (24a) qui délimitent entre-elles une veine d’écoulement aérodynamique (11A) de turbomachine,
caractérisé en ce que la structure annulaire (18) comprend un tronçon amont annulaire (18b) et un tronçon aval annulaire (18a) fixés à la couronne de stator (14), et qui sont au contact l’un de l’autre en se succédant le long de l’axe central longitudinal (A1).
Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon aval annulaire (18a) est au contact d’une part du tronçon amont annulaire (18b), et d’autre part de la plateforme radialement externe (22a), de préférence en étant en appui axial sur celle-ci.
Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tronçon aval annulaire (18a) et le tronçon amont annulaire (18b) forment un contact du type cylindre-cylindre.
Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tronçon amont (18b) et/ou le tronçon aval (18a) comprend une languette d’étanchéité (77a, 77b) configurée pour pénétrer dans une fente (86, 92) de la couronne de stator (14).
Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que la languette d’étanchéité (77a, 77b) est annulaire et s’étend principalement radialement vis-à-vis de l’axe central longitudinal (A1).
Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une chemise (32) fixée sur la structure annulaire (18) et traversant une aube de stator (26) de la couronne (14), la chemise (32) délimitant un canal principalement radial (36) d’acheminement d’air de ventilation à travers ladite aube (26), la chemise (32) étant préférentiellement fixée radialement à l’extérieur du tronçon aval (18a).
Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un élément de fixation (52) configuré pour fixer les tronçons amont et aval (18b, 18a) entre eux, chaque élément de fixation (52) étant de préférence une vis, un boulon ou un pion, s’étendant principalement radialement.
Turbine de turbomachine (1) d’aéronef, de préférence une turbine basse pression, comportant au moins un ensemble (20) de stator selon l’une quelconque des revendications précédentes.
Turbomachine d’aéronef comprenant une turbine selon la revendication 8.
Procédé d’assemblage d’un ensemble de stator (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
- mise en position de la couronne de stator (14) dans l’un des deux tronçons amont et aval annulaires (18b, 18a), par déplacement axial des aubes de stator (26) relativement à ce tronçon ;
- mise en position de l’autre des deux tronçons amont et aval annulaires (18b, 18a) autour de la couronne de stator (14), par déplacement axial de cet autre tronçon relativement à la couronne de stator (14); et
- fixation du tronçon amont annulaire (18b) sur le tronçon aval annulaire (18a).