FR3135109A1 - Anneau pour turbine de turbomachine - Google Patents

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Abstract

Anneau (30) comprenant une plateforme annulaire (31) et au moins une bride annulaire (32), la bride annulaire (32) comprenant une paroi annulaire radiale (40) qui comprend une succession circonférentielle de portions festonnées (60) et de portions intercalaires (50), chaque portion festonnée (60) portant un feston (70), chaque portion festonnée (60) et le feston (70) définissant une partie de fixation (32a) de la bride annulaire (32), chaque partie de fixation (32a) comportant une portion interne (61), une portion externe (62) qui comprend au moins le feston (70), et un trou (34), et dans lequel la portion externe (62) de chaque partie de fixation (32a) est réalisée en un premier matériau composite à matrice céramique et la portion interne (61) de chaque partie de fixation (32a) est réalisée en un deuxième matériau composite à matrice céramique présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du premier matériau composite à matrice céramique. Figure de l’abrégé : Figure 4

Description

ANNEAU POUR TURBINE DE TURBOMACHINE
La présente description se rapporte à un anneau de turbine de turbomachine.
Une turbomachine 10, telle que représentée à la , présente classiquement un axe longitudinal X1 qui correspond à l’axe de rotation des parties tournantes. Dans ce qui suit, les qualificatifs d’orientation, tels que « longitudinal », « radial » ou « circonférentiel », sont définis par référence à l’axe longitudinal X1. La turbomachine 10 comporte, de l’amont AM vers l’aval AV dans le sens d’écoulement des gaz, une soufflante 11, un compresseur basse-pression 12, un compresseur haute-pression 13, une chambre de combustion 14, une turbine haute-pression 15 et une turbine basse-pression 16. L’air issu de la soufflante 11 est divisé en un flux primaire s’écoulant dans une veine annulaire primaire, et un flux secondaire s’écoulant dans une veine annulaire secondaire entourant la veine annulaire primaire. Le compresseur basse-pression 12, le compresseur haute-pression 13, la chambre de combustion 14, la turbine haute-pression 15 et la turbine basse-pression 16 sont ménagés dans la veine primaire.
Le rotor de la turbine haute-pression 15 et le rotor du compresseur haute-pression 13 sont couplés en rotation par l’intermédiaire d’un premier arbre 17 de manière à former un corps haute pression. Le rotor de la turbine basse-pression 16 et le rotor du compresseur basse-pression 12 sont couplés en rotation par l’intermédiaire d’un second arbre 18 de manière à former un corps basse pression, la soufflante 11 pouvant être reliée directement au rotor du compresseur basse pression ou par exemple par l’intermédiaire d’un train d’engrenage épicycloïdal.
Classiquement, le rotor de la turbine basse-pression 16 ou de la turbine haute-pression 15 comprend une pluralité de roues aubagées, chacune entourées par un anneau 30 de turbine délimitant extérieurement la veine d’écoulement des gaz.
Comme représenté à la , l’anneau 30 comporte une plateforme 31 annulaire. L’anneau 30 comprend également une bride annulaire amont 32 et une bride annulaire aval 33 situées axialement à l’amont et à l’aval respectivement, et par lesquelles l’anneau est fixé à un carter externe 20 annulaire de la turbine. La bride annulaire amont 32 et la bride annulaire aval 33 s’étendent chacune radialement vers l’extérieur depuis la plateforme 31 annulaire. En outre, l’anneau 30 est contraint entre, à l’amont, un flasque 23 annulaire radial et, à l’aval, une paroi annulaire radiale 22 du carter externe 20. Pour ce faire, la bride annulaire amont 32 et la bride annulaire aval 33 de l’anneau 30 sont respectivement disposées en appui, dans la direction longitudinale X, contre le flasque 23 annulaire radial et la paroi annulaire radiale 22 du carter externe 20.
Pour faciliter sa fabrication, l’anneau 30 est généralement formé par une pluralité de secteurs d’anneau 30i disposés circonférentiellement bout-à-bout autour de l’axe longitudinal X1. Chaque secteur d’anneau 30i comprend un secteur de plateforme 31i annulaire, un secteur de bride annulaire amont 32i et un secteur de bride annulaire aval 33i.
Par ailleurs, le secteur de bride annulaire amont 32i et le secteur de bride annulaire aval 33i de chaque secteur d’anneau 30i présentent ici chacun deux trous 34. Chaque secteur d’anneau 30i est ainsi fixé, à l’amont, au flasque 23 par deux pions amont 24 qui sont portés par le flasque 23 et qui sont chacun reçus respectivement dans l’un des deux trous 34 formés à travers le secteur de bride annulaire amont 32i. De même, chaque secteur d’anneau 30i est fixé, à l’aval, à la paroi annulaire radiale 22 du carter par deux pions aval 24 qui sont portés par la paroi annulaire radiale 22 du carter externe 20 et qui sont chacun reçus respectivement dans l’un des deux trous 34 formés à travers le secteur de bride annulaire aval 33i. Chaque pion 24 s’étend ici selon la direction longitudinale X.
La tendance actuelle consiste à réaliser l’anneau 30 en un matériau composite à matrice céramique (ou « CMC »). Ce matériau est connu pour ses propriétés mécaniques le rendant apte à conserver son intégrité mécanique à des températures élevées. Les pièces réalisées en CMC nécessitent donc moins de refroidissement. Ce refroidissement étant traditionnellement issu d’un prélèvement dans le compresseur qui impacte le rendement de la turbomachine, les matériaux CMC permettent donc d’améliorer le rendement moteur et au final de réduire la consommation de carburant. Par ailleurs, les matériaux CMC ont une masse volumique inférieure à celles des alliages métalliques traditionnellement utilisés.
Enfin, une face radialement interne de la plateforme 31 est revêtue par un revêtement de protection 35 destiné à limiter la circulation d’air parasite entre l’extrémité radialement externe des aubes et l’anneau 30. Le revêtement de protection 35 assure, en outre, une fonction de protection thermique de l’anneau 30.
Au cours du fonctionnement de la turbomachine, l’anneau 30 et le revêtement de protection 35 sont soumis à des températures élevées en raison de la circulation des gaz chauds dans la turbine haute-pression 15 et dans la turbine basse-pression 16. L’anneau 30 est alors soumis à un champ thermique hétérogène conduisant à sa flexion. L’état de flexion auquel est soumis chaque secteur de l’anneau 30 génère donc des sollicitations mécaniques à travers celui-ci. Il a été constaté que les sollicitations mécaniques maximales sont localisées au niveau des trous 34 formés à travers chacune des brides annulaires amont et aval 32, 33, et que celles-ci sont de nature à provoquer la déformation des trous 34, voir même l’endommagement de la bride annulaire 32, 33 respective au niveau des trous 34.
Résumé
Il est proposé un anneau pour turbine de turbomachine d’axe longitudinal, l’anneau comprenant une plateforme annulaire et au moins une bride annulaire, la bride annulaire comprenant une paroi annulaire radiale qui comprend une succession circonférentielle de portions festonnées et de portions intercalaires, chaque portion festonnée portant un feston, chaque portion festonnée et le feston associé définissant une partie de fixation de la bride annulaire, chaque partie de fixation comportant une portion interne, une portion externe qui comprend au moins le feston, et un trou formé, au moins en partie, à travers la portion externe, et dans lequel la portion externe de chaque partie de fixation est réalisée en un premier matériau composite à matrice céramique présentant un premier coefficient de dilatation thermique et la portion interne de chaque partie de fixation est réalisée en un deuxième matériau composite à matrice céramique présentant un deuxième coefficient de dilatation thermique, le premier coefficient de dilatation thermique étant supérieur au deuxième coefficient de dilatation thermique.
Un tel agencement permet une dilatation thermique supérieure de la portion externe de chaque partie de fixation de la bride annulaire par rapport à la portion interne lorsque l’anneau est soumis à des températures élevées, ce qui permet une réduction des sollicitations mécaniques engendrées au niveau du trou formé à travers chaque partie de fixation de la bride annulaire. Cela permet donc de limiter, voire éviter, une déformation des trous lors de son utilisation dans une turbomachine en fonctionnement. La fabrication d’un tel anneau est notamment améliorée car le risque de mise au rebus pour cause de déformation des trous est réduit. Aussi, la durée de vie d’un tel anneau dans une turbomachine est améliorée.
Il est entendu par le terme « feston », un relief en saillie radialement vers l’extérieur depuis une extrémité radialement externe de la paroi annulaire radiale. Chaque feston peut s’étendre radialement vers l’extérieur depuis la paroi annulaire radiale. Chaque feston peut comprendre une base par laquelle il est relié à la paroi annulaire radiale. Chaque feston peut comprendre un bord libre. Chaque feston peut présenter une section ayant une forme trapézoïdale dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal. Alternativement, chaque feston peut présenter une section dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal dans laquelle le bord libre présente une forme arrondie.
Chaque portion festonnée de la paroi annulaire radiale peut s’étendre radialement depuis la plateforme annulaire jusqu’au feston associé. Chaque portion festonnée peut s’étendre circonférentiellement depuis une première extrémité circonférentielle de la base du feston jusqu’à une seconde extrémité circonférentielle de la base du feston.
Chaque portion intercalaire est donc disposée circonférentiellement entre deux portions festonnées circonférentiellement consécutives. L’extrémité radialement externe de la paroi annulaire radiale forme, au niveau de chaque portion intercalaire, un bord d’extrémité libre de la paroi annulaire radiale.
Le trou de chaque partie de fixation peut être défini par un bord périphérique. Aussi, il est compris qu’au moins une partie du bord périphérique du trou de chaque partie de fixation peut être agencée au niveau de la portion externe de la partie de fixation. C’est-à-dire qu’au moins une partie du bord périphérique du trou de chaque partie de fixation peut être réalisée dans le premier matériau composite à matrice céramique.
Chaque trou peut former un passage d’un moyen de fixation de l’anneau à un carter de turbine. Le moyen de fixation peut être une vis ou un pion.
La portion externe de chaque partie de fixation peut comprendre une partie de la portion festonnée correspondante. Dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal, la portion externe de chaque partie de fixation peut être, au moins en partie, délimitée radialement à l’intérieur par une partie du bord périphérique du trou de la partie de fixation. Plus particulièrement, dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal, la portion externe de chaque partie de fixation peut être délimitée radialement à l’intérieur par :
- une première ligne reliant une première extrémité circonférentielle de la base du feston à un premier point du bord périphérique du trou ;
- une partie du bord périphérique du trou ;
- une seconde ligne reliant une seconde extrémité circonférentielle de la base du feston à un second point du bord périphérique du trou.
Dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal, la portion externe de chaque partie de fixation peut être délimitée radialement à l’extérieur par le bord libre du feston.
La première ligne et la seconde ligne peuvent être rectilignes.
Alternativement, la première ligne et la seconde ligne peuvent comprendre un segment radial et un segment circonférentiel. En particulier, le segment circonférentiel de la première ligne et le segment circonférentiel de la seconde ligne peuvent coïncider avec un premier cercle centré sur l’axe longitudinal.
Le premier et le deuxième matériau composite à matrice céramique peuvent comprendre des composants identiques dans des proportions volumiques différentes. Cela permet une fabrication plus aisée de l’anneau.
L’anneau peut comprendre une bride annulaire amont et une bride annulaire aval espacées longitudinalement l’une de l’autre.
L’anneau peut comprendre un revêtement de protection, le revêtement de protection recouvrant une face radialement interne de la plateforme annulaire.
L’anneau peut comprendre une pluralité de secteurs disposés circonférentiellement bout à bout autour de l’axe longitudinal. Chaque secteur d’anneau peut comprendre un secteur de plateforme et un secteur de bride. L’ensemble des secteurs de plateforme et des secteurs de bride forment respectivement la plateforme annulaire et la bride annulaire. Chaque secteur de bride peut comprendre au moins une partie de fixation. De préférence, chaque secteur de bride peut comprendre deux parties de fixation.
Le trou de chaque partie de fixation peut être entièrement formé au travers de la portion festonnée correspondante. Autrement dit, le trou de chaque partie de fixation peut être entièrement formé en dehors du feston correspondant. Ainsi, la paroi annulaire radiale présentant une extrémité radialement externe, le trou de chaque partie de fixation est formé, entièrement, radialement à l’intérieur par rapport à l’extrémité radialement externe de la paroi annulaire radiale. L’extrémité radialement externe de la paroi annulaire radiale peut être axisymétrique autour de l’axe longitudinal. La distance à l’axe longitudinal de l’extrémité radialement externe de paroi annulaire radiale peut définir un rayon radialement externe de la paroi annulaire radiale. Dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal, une section du trou de chaque partie de fixation peut être inscrite dans un cercle coïncidant avec l’extrémité radialement externe de la paroi annulaire radiale.
Le trou de chaque partie de fixation peut s’étendre suivant la direction radiale selon une première dimension, et la partie du trou qui est formée au travers de la portion externe peut s’étendre suivant la direction radiale selon une dimension relative de la première dimension qui est supérieure ou égale à 50%. Cela permet une réduction comprise entre 50% et 100% des sollicitations mécaniques au niveau du trou de chaque partie de fixation. Au moins 50% du bord périphérique du trou de chaque partie de fixation peut être agencé au niveau de la portion externe de la partie de fixation.
Lorsque la partie du trou formée au travers de la portion externe s’étend suivant la direction radiale selon une dimension relative de la première dimension égale à 50%, le premier point et le second point du bord périphérique du trou, reliés respectivement par la première ligne et la seconde ligne délimitant la portion externe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal, peuvent être disposés sur un cercle centré sur l’axe longitudinal médian du trou. Le premier point peut coïncider avec une première extrémité circonférentielle du bord périphérique du trou. Le second point peut coïncider avec une seconde extrémité circonférentielle du bord périphérique du trou. Aussi, les parties du trou disposées radialement de part et d’autre du cercle médian peuvent s’étendre chacune suivant la direction radiale selon une dimension relative de la première dimension égale à 50%.
Il est compris que le trou de chaque partie de fixation est entièrement formé au travers de la portion externe de la partie fixation lorsque la partie du trou formée au travers de la portion externe s’étend suivant la direction radiale selon une dimension relative de la première dimension qui est égale à 100%. Lorsque le trou de chaque partie de fixation est entièrement formé au travers de la portion externe de la partie de fixation, le premier point et le second point du bord périphérique du trou, reliés respectivement par la première ligne et la seconde ligne délimitant la portion externe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal, peuvent être situés sur un cercle centré sur l’axe longitudinal qui passe par une extrémité radialement interne du bord périphérique du trou.
Le trou de chaque partie de fixation peut s’étendre selon la direction circonférentielle selon une deuxième dimension. La première dimension du trou de chaque partie de fixation peut être inférieure à la deuxième dimension du trou. Le trou de chaque partie de fixation peut être de forme oblongue.
Chaque partie de fixation peut comprendre une portion intermédiaire agencée radialement entre la portion interne et la portion externe, la portion intermédiaire étant réalisée dans un troisième matériau composite à matrice céramique présentant un gradient radial de coefficient de dilatation thermique entre le premier coefficient de dilatation thermique et le deuxième coefficient de dilatation thermique, le troisième matériau composite à matrice céramique présentant un coefficient de dilatation thermique égal au premier coefficient de dilatation thermique au niveau de la jonction avec la portion externe et un coefficient de dilatation thermique égal au deuxième coefficient de dilatation thermique au niveau de la jonction avec la portion interne.
Alternativement, le troisième matériau composite à matrice céramique peut présenter un troisième coefficient de dilatation thermique compris entre le premier coefficient de dilatation thermique et le deuxième coefficient de dilatation thermique. De préférence, le troisième coefficient de dilatation thermique peut être égal à la moyenne du premier coefficient de dilatation thermique et du deuxième coefficient de dilatation thermique.
La différence entre le premier coefficient de dilatation thermique et le deuxième coefficient de dilatation thermique peut être supérieure ou égale à 0,1.10-6K-1, de préférence supérieure ou égale à 0,2.10-6K-1.
Le premier matériau composite à matrice céramique et le deuxième matériau composite à matrice céramique peuvent comprendre chacun des fibres. Un taux volumique de fibres du premier matériau composite peut être inférieur à un taux volumique de fibres du deuxième matériau composite à matrice céramique.
Il a été constaté que la réduction du taux volumique de fibre dans le premier matériau composite à matrice céramique permet une augmentation du coefficient de dilatation thermique du premier matériau composite à matrice céramique. La réduction du taux volumique de fibre dans le premier matériau composite à matrice céramique permet aussi de réduire la rigidité de la portion externe de chaque partie de fixation, ce qui permet de réduire encore plus les sollicitations mécaniques au niveau du trou de chaque partie de fixation. De plus, la réduction du taux volumique de fibre dans le premier matériau composite à matrice céramique est un paramètre facilement contrôlable lors de la fabrication de l’anneau.
Le coefficient de dilatation thermique du premier matériau composite à matrice céramique et celui du deuxième matériau à matrice céramique sont chacun déterminés par une moyenne des coefficients de dilatation thermique de chacun des composants du matériau pondérés en fonction de la fraction volumique du composant correspondant.
La différence du taux volumique de fibre (en pourcentage) dans le premier matériau composite à matrice céramique par rapport à celui du deuxième matériau composite à matrice céramique peut être supérieure à 10%. Cela permet une augmentation du coefficient de dilatation thermique du premier matériau composite à matrice céramique par rapport à celui du deuxième matériau composite à matrice céramique d’au moins 0,1.10-6K-1. Les fibres peuvent être en carbure de silicium (SiC).
Le premier matériau composite à matrice céramique et le deuxième matériau composite à matrice céramique peuvent comprendre chacun une matrice céramique qui comporte du silicium. Un taux volumique de silicium du premier matériau composite peut être inférieur à un taux volumique de silicium du deuxième matériau composite à matrice céramique. La réduction du taux volumique de silicium dans le premier matériau composite à matrice céramique permet une augmentation du coefficient de dilatation thermique du premier matériau composite à matrice céramique.
Le taux volumique de silicium dans la matrice céramique du premier matériau composite à matrice céramique peut être divisé par deux par rapport au taux volumique de silicium dans la matrice céramique du deuxième matériau composite à matrice céramique. Cela permet une augmentation du coefficient de dilatation thermique du premier matériau composite à matrice céramique par rapport à celui du deuxième matériau composite à matrice céramique d’au moins 0,1.10-6K-1.
La matrice céramique de chacun du premier matériau composite à matrice céramique et du deuxième matériau à matrice céramique peut comprendre en outre du carbure de silicium (SiC). La réduction du taux volumique de fibres, ou de silicium dans la matrice céramique, dans le premier matériau composite à matrice céramique par rapport au deuxième matériau composite peut être compensée par une augmentation du taux volumique de carbure de silicium dans la matrice céramique.
Chaque portion intercalaire de la paroi annulaire radiale peut, en tout ou partie, être réalisée dans le deuxième matériau composite à matrice céramique.
Chaque portion intercalaire de la paroi annulaire radiale peut comporter une portion externe et une portion interne, la portion externe étant réalisée dans le premier matériau composite à matrice céramique et la portion interne étant réalisée dans le deuxième matériau composite. Dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal, la portion externe de chaque portion intercalaire peut être délimitée radialement à l’extérieur par l’extrémité radialement externe de la paroi annulaire radiale. Cela facilite ainsi la fabrication de l’anneau. La portion externe de chaque portion intercalaire peut être délimitée circonférentiellement de chaque côté par une extrémité circonférentielle respective de la portion intercalaire.
Les portions externes des parties de fixation et les portions externes des portions intercalaires peuvent former une bande annulaire radiale réalisée dans le premier matériau composite à matrice céramique. Cela permet de faciliter la fabrication de l’anneau. Dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal, la portion externe de chaque portion intercalaire peut être délimitée radialement à l’intérieur par un deuxième cercle centré sur l’axe longitudinale. Le deuxième cercle peut coïncider avec le premier cercle.
Selon un autre aspect, il est proposé une turbine pour turbomachine d’axe longitudinal comprenant un anneau tel que décrit ci-avant.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
est une vue schématique en coupe qui représente une turbomachine d’axe longitudinal selon l’état de la technique ;
est une vue schématique en coupe qui représente un carter de turbine et un anneau de turbine de la turbomachine de la dans un plan de coupe longitudinal ;
est une vue schématique partielle en perspective de l’anneau de turbine de la ;
est une vue schématique partielle en perspective d’un anneau de turbine selon un premier mode de réalisation de la présente description ;
est une vue schématique partielle en coupe de l’anneau de la dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal ;
est une vue schématique partielle en perspective d’un anneau de turbine selon un deuxième mode de réalisation de la présente description ;
est une vue schématique partielle en coupe de l’anneau de la dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal ;
est une vue schématique partielle en perspective d’un anneau de turbine selon un troisième mode de réalisation de la présente description ;
est une vue schématique partielle en coupe de l’anneau de la dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal ;
est une vue schématique partielle en coupe d’un anneau de turbine selon un quatrième mode de réalisation de la présente description dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal.
Il est d’abord fait référence aux figures 4 et 5 qui représentent partiellement un anneau 30 pour turbine de turbomachine d’axe longitudinal X1 selon un premier mode de réalisation, respectivement en perspective et en coupe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1. Il peut s’agir d’une turbine basse-pression ou d’une turbine haute-pression. L’axe longitudinal X1 s’étend selon une direction longitudinale qui correspond à la direction d’écoulement des gaz d’amont AM en aval AV dans la turbine. Les qualificatifs d’orientation, tels que « longitudinal », « radial » ou « circonférentiel », sont définis par référence à l’axe longitudinal X1.
L’anneau 30 comprend une plateforme annulaire 31 et au moins une bride annulaire 32. En particulier, l’anneau 30 peut comprendre une bride annulaire amont et une bride annulaire aval espacées longitudinalement l’une de l’autre. Dans la suite, il est décrit plus en détail une bride annulaire 32, celle-ci pouvant correspondre à la bride annulaire amont et/ou une bride annulaire aval. La bride annulaire 32 est destinée à la fixation de l’anneau 30 à un carter de turbine, ou encore à un flasque solidaire du carter de turbine. L’anneau 30 peut comprendre un revêtement de protection 35 qui recouvre une face radialement interne de la plateforme annulaire 31.
L’anneau 30 peut comprendre une pluralité de secteurs disposés circonférentiellement bout à bout autour de l’axe longitudinal X1. La représente l’un des secteurs de l’anneau 30. Chaque secteur d’anneau 30 peut comprendre un secteur de plateforme et un secteur de bride. L’ensemble des secteurs de plateforme et des secteurs de bride forment respectivement la plateforme annulaire 31 et la bride annulaire 32.
La bride annulaire 32 comprend une paroi annulaire radiale 40. La paroi annulaire radiale 40 comprend une succession circonférentielle de portions festonnées 60 et de portions intercalaires 50. Chaque portion intercalaire 50 est donc disposée circonférentiellement entre deux portions festonnées 60 circonférentiellement consécutives, et inversement. La bride annulaire 32 comprend aussi une pluralité de festons 70. En l’espèce, chaque portion festonnée 60 porte l’un des festons 70. Il est entendu par le terme « feston », un relief en saillie radialement vers l’extérieur depuis une extrémité radialement externe 41 de la paroi annulaire radiale 40. Chaque feston 70 s’étend radialement vers l’extérieur depuis la paroi annulaire radiale 40. Chaque feston 70 comprend une base par laquelle il est relié à la paroi annulaire radiale 40, notamment à l’extrémité radialement externe 41 de la paroi annulaire radiale 40. Chaque feston 70 comprend un bord libre. Chaque feston 70 présente une section ayant une forme sensiblement trapézoïdale dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1. Chaque portion festonnée 60 de la paroi annulaire radiale 40 s’étend radialement depuis la plateforme annulaire 31 jusqu’au feston 70 associé. Chaque portion festonnée 60 s’étend circonférentiellement depuis une première extrémité circonférentielle de la base du feston 70 jusqu’à une seconde extrémité circonférentielle de la base du feston 70. Enfin, l’extrémité radialement externe 41 de la paroi annulaire radiale 40 forme, au niveau de chaque portion intercalaire 50, un bord d’extrémité libre de la paroi annulaire radiale 40.
Chaque portion festonnée 60 et le feston 70 associé définissent une partie de fixation 32a de la bride annulaire 32. En l’occurrence, chaque secteur de bride comprend deux parties de fixation 32a. Chaque partie de fixation 32a comporte une portion interne 61 et une portion externe 62. La portion externe 62 comprend au moins le feston 70. En l’espèce, la portion externe 62 comprend ici le feston 70 et une partie de la portion festonnée 60 correspondante (i.e. celle à laquelle le feston 70 est relié).
Par ailleurs, chaque partie de fixation 32a comprend en outre un trou 34. Le trou 34 de chaque partie de fixation 32a s’étend suivant la direction radiale selon une première dimension D1. Le trou 34 de chaque partie de fixation 32a s’étend selon la direction circonférentielle selon une deuxième dimension. La première dimension D1 du trou 34 de chaque partie de fixation 32a est ici inférieure à la deuxième dimension du trou 34. Le trou 34 de chaque partie de fixation 32a est de forme oblongue. Le trou 34 de chaque partie de fixation 32a peut former un passage pour un moyen de fixation de l’anneau 30 à un carter de turbine. Le moyen de fixation peut être une vis ou un pion.
De manière remarquable, le trou 34 de chaque partie de fixation 32a est entièrement formé au travers de la portion festonnée 60 de la partie de fixation 32a. Autrement dit, le trou 34 de chaque partie de fixation 32a est entièrement formé radialement à l’intérieur par rapport à l’extrémité radialement externe 41 de la paroi annulaire radiale 40. Dans l’exemple illustré, l’extrémité radialement externe 41 de la paroi annulaire radiale 40 est axisymétrique autour de l’axe longitudinal X1. La distance à l’axe longitudinal X1 de l’extrémité radialement externe 41 de paroi annulaire radiale 40 définit un rayon radialement externe Re de la paroi annulaire radiale 40. Ainsi, dans le plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1, une section du trou 34 de chaque partie de fixation 32a peut être inscrite dans un cercle Ce coïncidant avec l’extrémité radialement externe 41 de la paroi annulaire radiale 40. Le cercle Ce coïncidant avec l’extrémité radialement externe 41 de la paroi annulaire radiale 40 présente un rayon égale au rayon radialement externe Re de la paroi annulaire radiale 40.
De plus, le trou 34 de chaque partie de fixation 32a est formé, au moins en partie, à travers la portion externe 62. Le trou 34 de chaque partie de fixation 32a peut être défini par un bord périphérique 34a. Ainsi, il est compris qu’au moins une partie du bord périphérique 34a du trou 34 de chaque partie de fixation 32a est agencée au niveau de la portion externe 62 de la partie de fixation 32a.
La partie du trou 34 formée au travers de la portion externe 62 s’étend suivant la direction radiale selon une dimension relative de la première dimension D1 qui est supérieure ou égale à 50%. En l’espèce, dans le premier mode de réalisation, la partie du trou 34 formée au travers de la portion externe 62 s’étend suivant la direction radiale selon une dimension relative de la première dimension D1 égale à 50%. Aussi, le bord périphérique 34a du trou 34 de chaque partie de fixation 32a est agencé au niveau de la portion externe 62 de la partie de fixation 32a sur une longueur relative de 50% de la longueur périphérique totale du bord périphérique 34a.
Dans le plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1, la portion externe 62 de chaque partie de fixation 32a est délimitée radialement à l’extérieur par le bord libre du feston 70. Aussi, dans le plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1, la portion externe 62 de chaque partie de fixation 32a est délimitée radialement à l’intérieur par :
- une première ligne 63 reliant une première extrémité circonférentielle de la base du feston 70 à un premier point du bord périphérique 34a du trou 34 ;
- une seconde ligne 64 reliant une seconde extrémité circonférentielle de la base du feston 70 à un second point du bord périphérique 34a du trou 34 ;
- la partie externe du bord périphérique 34a du trou 34 disposée entre le premier point et le second point.
La première ligne 63 et la seconde ligne 64 sont ici rectilignes. Le premier point et le second point du bord périphérique 34a du trou 34 sont disposés sur un cercle médian Cm du trou 34 centré sur l’axe longitudinal X1. Le premier point coïncide avec une première extrémité du bord périphérique 34a du trou 34. Le second point coïncide avec une seconde extrémité circonférentielle du bord périphérique 34a du trou 34. Aussi, les parties du trou 34 disposées radialement de part et d’autre du cercle médian Cm s’étendent chacune suivant la direction radiale selon une dimension relative de la première dimension D1 égale à 50%.
Enfin, la portion externe 62 de chaque partie de fixation 32a est réalisée en un premier matériau composite à matrice céramique et la portion interne 61 de chaque partie de fixation 32a est réalisée en un deuxième matériau composite à matrice céramique. Les matériaux composites à matrice céramique présentent l’avantage de conserver leur intégrité mécanique à des températures élevées. En outre, le premier matériau composite à matrice céramique présente un premier coefficient de dilatation thermique et le deuxième matériau composite à matrice céramique présente un deuxième coefficient de dilatation thermique. Le premier coefficient de dilatation thermique est supérieur au deuxième coefficient de dilatation thermique.
Ainsi, au moins une partie du bord périphérique 34a du trou 34 de chaque partie de fixation 32a peut être réalisée dans le premier matériau composite à matrice céramique. Un tel agencement permet une dilatation thermique supérieure de la portion externe 62 de chaque partie de fixation 32a de la bride annulaire 32 par rapport à la portion interne 61 lorsque l’anneau 30 est soumis à des températures élevées, ce qui permet une réduction des sollicitations mécaniques engendrées au niveau du trou 34 formé à travers chaque partie de fixation 32a de la bride annulaire 32. Cela permet donc de limiter, voire éviter, une déformation des trous 34 lors de son utilisation dans une turbomachine en fonctionnement. La fabrication d’un tel anneau 30 est notamment améliorée car le risque de mise au rebus pour cause de déformation des trous 34 est réduit. Aussi, la durée de vie d’un tel anneau 30 dans une turbomachine est améliorée.
En particulier, la différence entre le premier coefficient de dilatation thermique et le deuxième coefficient de dilatation thermique peut être supérieure ou égale à 0,1.10-6K-1, de préférence supérieure ou égale à 0,2.10-6K-1.
Le coefficient de dilatation thermique du premier matériau composite à matrice céramique et celui du deuxième matériau à matrice céramique sont chacun déterminés par une moyenne des coefficients de dilatation thermique de chacun des composants du matériau pondérés en fonction de la fraction volumique du composant correspondant. Ainsi, le premier et le deuxième matériau composite à matrice céramique peuvent comprendre des composants identiques dans des proportions volumiques différentes de manière à obtenir des coefficients de dilatations thermiques différents. Cela permet en outre une fabrication plus aisée de l’anneau 30. Le premier matériau composite à matrice céramique et le deuxième matériau composite à matrice céramique peuvent comprendre des fibres, une interface et une matrice céramique. Les fibres peuvent être réalisées en carbure de silicium (SiC). La matrice céramique peut comprendre du carbure de silicium (SiC) et du silicium (Si). D’autres types de matériau composite à matrice céramique peuvent être employés dans le cadre de la présente description, comme des matériaux composites à matrice céramique oxyde-oxyde.
Un taux volumique de fibres du premier matériau composite peut être inférieur à un taux volumique de fibres du deuxième matériau composite à matrice céramique. Il a été constaté que la réduction du taux volumique de fibre dans le premier matériau composite à matrice céramique permet une augmentation du coefficient de dilatation thermique du premier matériau composite à matrice céramique. La réduction du taux volumique de fibre dans le premier matériau composite à matrice céramique permet aussi de réduire la rigidité de la portion externe 62 de chaque partie de fixation 32a, ce qui permet de réduire encore plus les sollicitations mécaniques au niveau du trou 34 de chaque partie de fixation 32a. De plus, la réduction du taux volumique de fibre dans le premier matériau composite à matrice céramique est un paramètre facilement contrôlable lors de la fabrication de l’anneau 30. La différence du taux volumique de fibre (en pourcentage) dans le premier matériau composite à matrice céramique par rapport au deuxième matériau composite à matrice céramique peut être supérieure à 10%. Cela permet une augmentation du coefficient de dilatation thermique du premier matériau composite à matrice céramique par rapport au deuxième matériau composite à matrice céramique d’au moins 0,1.10-6K-1.
Alternativement ou simultanément, un taux volumique de silicium dans la matrice céramique du premier matériau composite peut être inférieur à un taux volumique de silicium dans la matrice céramique du deuxième matériau composite à matrice céramique. La réduction du taux volumique de silicium dans le premier matériau composite à matrice céramique permet une augmentation du coefficient de dilatation thermique du premier matériau composite à matrice céramique. Le taux volumique de silicium dans la matrice céramique du premier matériau composite à matrice céramique peut être divisé par deux par rapport au taux volumique de silicium dans la matrice céramique du deuxième matériau composite à matrice céramique. Cela permet une augmentation du coefficient de dilatation thermique du premier matériau composite à matrice céramique par rapport à celui du deuxième matériau composite à matrice céramique d’au moins 0,1.10-6K-1. La combinaison d’un taux volumique réduit de fibres et de silicium dans la matrice dans le premier matériau composite à matrice céramique selon les valeurs précitées permet une augmentation du coefficient de dilatation thermique du premier matériau composite à matrice céramique par rapport à celui du deuxième matériau composite à matrice céramique d’au moins 0,2.10-6K-1.
La réduction du taux volumique de fibres, ou de silicium dans la matrice céramique, dans le premier matériau composite à matrice céramique par rapport à ceux du deuxième matériau composite peut être compensée par une augmentation du taux volumique de carbure de silicium dans la matrice céramique.
Enfin, dans le premier mode de réalisation, chaque portion intercalaire 50 de la paroi annulaire radiale 40 est entièrement réalisée dans le deuxième matériau composite à matrice céramique.
Il est maintenant fait référence aux figures 6 et 7 qui représentent partiellement un anneau 30 pour turbine de turbomachine d’axe longitudinal X1 selon un deuxième mode de réalisation, respectivement en perspective et en coupe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1.
L’anneau 30 selon le deuxième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que le trou 34 de chaque partie de fixation 32a est entièrement formé au travers de la portion externe 62 de la partie fixation. Autrement dit, la partie du trou 34 qui est formée au travers de la portion externe 62 s’étend suivant la direction radiale selon une dimension relative de la première dimension D1 égale à 100%. Un tel agencement permet de réduire davantage les sollicitations mécaniques engendrées au niveau du trou 34 de chaque partie de fixation 32a.
Le premier point et le second point du bord périphérique 34a du trou 34, reliés respectivement par la première ligne 63 et la seconde ligne 64 délimitant la portion externe 62 dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1, sont situés sur un cercle Ci centré sur l’axe longitudinal X1 qui passe par l’extrémité radialement interne du bord périphérique 34a du trou 34.
Il est maintenant fait référence aux figures 8 et 9 qui représentent partiellement un anneau 30 pour turbine de turbomachine d’axe longitudinal X1 selon un troisième mode de réalisation, respectivement en perspective et en coupe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1.
L’anneau 30 selon le troisième mode de réalisation diffère d’abord du premier mode de réalisation en ce que la première ligne 63 et la seconde ligne 64 qui délimitent la portion externe 62 de chaque partie de fixation 32a dans le plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1, comprennent chacune un segment radial 65 et un segment circonférentiel 66. En particulier, le segment circonférentiel 66 de la première ligne 63 et le segment circonférentiel 66 de la seconde ligne 64 coïncident avec un premier cercle C1 centré sur l’axe longitudinal X1. Le premier cercle C1 coïncide ici avec le cercle médian Cm de la section du trou 34 dans le plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1.
Par ailleurs, dans le troisième mode de réalisation, chaque portion intercalaire 50 de la paroi annulaire radiale 40 est, en partie, réalisée dans le deuxième matériau composite à matrice céramique. Chaque portion intercalaire 50 de la paroi annulaire radiale 40 comporte une portion externe 52 et une portion interne 51. La portion externe 52 étant réalisée dans le premier matériau composite à matrice céramique et la portion interne 51 étant réalisée dans le deuxième matériau composite.
De manière remarquable dans le plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1, la portion externe 52 de chaque portion intercalaire 50 est délimitée radialement à l’intérieur par le premier cercle C1 centré sur l’axe longitudinal X1. Ainsi, les portions externes 62 des parties de fixation et les portions externes 52 des portions intercalaires 50 forment une bande annulaire radiale réalisée dans le premier matériau composite à matrice céramique. Cela permet de faciliter la fabrication de l’anneau 30.
Dans le plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1, la portion externe 52 de chaque portion intercalaire 50 est ici délimitée radialement à l’extérieur par l’extrémité radialement externe 41 de la paroi annulaire radiale 40. Cela facilite ainsi la fabrication de l’anneau 30. La portion externe 52 de chaque portion intercalaire 50 est délimitée circonférentiellement de chaque côté par une extrémité circonférentielle respective de la portion intercalaire 50.
Il est maintenant fait référence à la qui représente partiellement un anneau 30 pour turbine de turbomachine d’axe longitudinal X1 selon un quatrième mode de réalisation, en coupe dans un plan de coupe perpendiculaire à l’axe longitudinal X1.
L’anneau 30 selon le quatrième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que chaque partie de fixation 32a comprend une portion intermédiaire 67 agencée radialement entre la portion interne 61 et la portion externe 62.
La portion intermédiaire 67 est réalisée dans un troisième matériau composite à matrice céramique qui présente un gradient radial de coefficient de dilatation thermique entre le premier coefficient de dilatation thermique et le deuxième coefficient de dilatation thermique. Le troisième matériau composite à matrice céramique présente un coefficient de dilatation thermique égal au premier coefficient de dilatation thermique au niveau de la jonction avec la portion externe 62 et un coefficient de dilatation thermique égal au deuxième coefficient de dilatation thermique au niveau de la jonction avec la portion interne 61.
Alternativement, le troisième coefficient de dilatation thermique peut être compris entre le premier coefficient de dilatation thermique et le deuxième coefficient de dilatation thermique. De préférence, le troisième coefficient de dilatation thermique peut être égal à la moyenne du premier coefficient de dilatation thermique et du deuxième coefficient de dilatation thermique.

Claims (10)

  1. Anneau (30) pour turbine de turbomachine d’axe longitudinal (X1), l’anneau (30) comprenant une plateforme annulaire (31) et au moins une bride annulaire (32), la bride annulaire (32) comprenant une paroi annulaire radiale (40) qui comprend une succession circonférentielle de portions festonnées (60) et de portions intercalaires (50), chaque portion festonnée (60) portant un feston (70), chaque portion festonnée (60) et le feston (70) associé définissant une partie de fixation (32a) de la bride annulaire (32), chaque partie de fixation (32a) comportant une portion interne (61), une portion externe (62) qui comprend au moins le feston (70), et un trou (34) formé, au moins en partie, à travers la portion externe (62), et dans lequel la portion externe (62) de chaque partie de fixation (32a) est réalisée en un premier matériau composite à matrice céramique présentant un premier coefficient de dilatation thermique et la portion interne (61) de chaque partie de fixation (32a) est réalisée en un deuxième matériau composite à matrice céramique présentant un deuxième coefficient de dilatation thermique, le premier coefficient de dilatation thermique étant supérieur au deuxième coefficient de dilatation thermique.
  2. Anneau (30) selon la revendication précédente, dans lequel le trou (34) de chaque partie de fixation (32a) est entièrement formé au travers de la portion festonnée (60) correspondante.
  3. Anneau (30) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le trou (34) de chaque partie de fixation (32a) s’étend suivant la direction radiale selon une première dimension (D1), et dans lequel la partie du trou (34) formée au travers de la portion externe (62) s’étend suivant la direction radiale selon une dimension relative de la première dimension (D1) qui est supérieure ou égale à 50%.
  4. Anneau (30) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque partie de fixation (32a) comprend une portion intermédiaire (67) agencée radialement entre la portion interne (61) et la portion externe (62), la portion intermédiaire (67) étant réalisée dans un troisième matériau composite à matrice céramique présentant un gradient radial de coefficient de dilatation thermique entre le premier coefficient de dilatation thermique et le deuxième coefficient de dilatation thermique, le troisième matériau composite à matrice céramique présentant un coefficient de dilatation thermique égal au premier coefficient de dilatation thermique au niveau de la jonction avec la portion externe (62) et un coefficient de dilatation thermique égal au deuxième coefficient de dilatation thermique au niveau de la jonction avec la portion interne (61).
  5. Anneau (30) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la différence entre le premier coefficient de dilatation thermique et le deuxième coefficient de dilatation thermique est supérieure ou égale à 0,1.10-6K-1, de préférence supérieure ou égale à 0,2.10-6K-1.
  6. Anneau (30) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau composite à matrice céramique et le deuxième matériau composite à matrice céramique comprennent chacun des fibres, et dans lequel un taux volumique de fibres du premier matériau composite est inférieur à un taux volumique de fibres du deuxième matériau composite à matrice céramique.
  7. Anneau (30) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau composite à matrice céramique et le deuxième matériau composite à matrice céramique comprennent chacun une matrice céramique qui comporte du silicium et dans lequel un taux volumique de silicium du premier matériau composite est inférieur à un taux volumique de silicium du deuxième matériau composite à matrice céramique.
  8. Anneau (30) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque portion intercalaire (50) de la paroi annulaire radiale (40) est, en tout ou partie, réalisée dans le deuxième matériau composite à matrice céramique.
  9. Anneau (30) selon la revendication précédente, dans laquelle chaque portion intercalaire (50) de la paroi annulaire radiale (40) comporte une portion externe (52) et une portion interne (51), la portion externe (52) étant réalisée dans le premier matériau composite à matrice céramique et la portion interne (51) étant réalisée dans le deuxième matériau composite.
  10. Anneau (30) selon la revendication précédente, dans lequel les portions externes (62) des parties de fixation (32a) et les portions externes (52) des portions intercalaires (50) forment une bande annulaire radiale réalisée dans le premier matériau composite à matrice céramique.
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