FR2989722A1 - Etage de turbine dans une turbomachine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un étage de turbine (10) dans une turbomachine comprenant un distributeur à aubes radiales (14) dont les extrémités radialement externes sont solidaires d'une couronne annulaire (16, 88) s'étendant d'une pièce sur 360°, qui est reliée à un carter externe (22) entourant le distributeur par des moyens annulaires élastiquement déformables.

Description

ETAGE DE TURBINE DANS UNE TURBOMACHINE La présente invention concerne un étage de turbine dans une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion.

Un étage de ce type comprend un distributeur formé d'une rangée annulaire d'aubes fixes portées extérieurement par une couronne elle-même montée dans un carter de la turbine, et une roue montée en aval du distributeur et comportant une pluralité d'aubes tournant à l'intérieur d'un anneau sectorisé accroché sur le carter.

Dans la technique actuelle, le distributeur est formé de plusieurs secteurs cylindriques agencés successivement et circonférentiellement bout à bout à l'intérieur du carter. Le secteur de couronne de chaque secteur de distributeur comporte un rebord circonférentiel amont engagé sur un rail amont et un rebord circonférentiel aval appliqué radialement sur un rail aval du carter et bloqué sur celui-ci par un organe de verrouillage à section en C. Chaque secteur de distributeur est monté dans le carter par un mouvement de basculement ou bien axialement. Dans le premier cas, chaque secteur de distributeur est monté dans le carter par une translation axiale depuis l'aval suivie d'un mouvement de basculement du secteur de distributeur. Pour cela, le secteur de distributeur est incliné par rapport à une direction radiale de manière à ce que son extrémité radialement interne soit décalée vers l'amont par rapport à son extrémité externe. Le secteur de distributeur est déplacé vers l'amont de manière à ce que le rebord circonférentiel amont s'engage sur le rail amont du carter, puis l'extrémité radialement interne du secteur de distributeur est basculée vers l'aval pour terminer la mise en place du secteur de distributeur sur le rail aval du carter. Le basculement des secteurs de distributeurs sur le carter impose une longueur axiale minimale pour la turbine, ce qui augmente la masse de la turbine et de la turbomachine.

De plus, l'utilisation de secteurs de distributeurs juxtaposés impose l'intégration de moyens d'étanchéité dans les zones de jonction entre les secteurs de distributeurs, ce qui amène à augmenter l'épaisseur des extrémités circonférentielles des couronnes des secteurs de distributeur et augmente la masse du distributeur et de la turbomachine. Ces moyens d'étanchéité consistent par exemple en des lamelles s'étendant pour partie à l'intérieur d'une fente d'une extrémité circonférentielle d'une couronne d'un secteur de distributeur et pour l'autre partie dans une fente correspondante formée dans une extrémité circonférentielle en vis-à-vis circonférentiel d'une couronne d'un secteur de distributeur adjacent. En outre, l'utilisation de lamelles d'étanchéité ne permet pas de garantir une étanchéité parfaite des zones de jonction entre les secteurs de distributeurs. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à au moins une partie de ces problèmes. A cette fin, elle propose un étage de turbine dans une turbomachine comprenant un distributeur à aubes radiales, caractérisé en ce que les extrémités radialement externes des aubes sont solidaires d'une couronne annulaire s'étendant d'une pièce sur 360°, qui est reliée à un carter externe entourant le distributeur par des moyens annulaires élastiquement déform ables. Selon l'invention, le distributeur est formé essentiellement d'une couronne aubagée s'étendant d'une seule pièce sur 360°, ce qui permet de garantir une étanchéité circonférentielle parfaite du distributeur et élimine toutes les fuites d'air inter-secteurs de la technique antérieure. La masse du distributeur est également réduite puisque l'utilisation de moyens d'étanchéité et l'ajout de surépaisseurs dans les zones inter-secteurs, comme dans la technique antérieure, ne sont plus nécessaires. La couronne aubagée est relié au carter par des moyens annulaires 30 élastiquement déformables qui autorisent les dilatations radiales en fonctionnement du distributeur dues à la circulation de gaz chauds à l'intérieur de la couronne annulaire. Avantageusement, les moyens annulaires élastiquement déformables comprennent une virole annulaire flexible s'étendant sur 360° autour de ladite couronne, cette virole étant solidaire à une extrémité amont de l'extrémité amont de la couronne du distributeur et en appui radialement vers l'extérieur à son extrémité aval sur le carter. La liaison de l'extrémité amont de la virole avec la couronne du distributeur et la liaison de son extrémité aval avec le carter permet de former une liaison élastiquement déformable entre le carter et la couronne du distributeur, et de compenser les différences de dilatations radiales en fonctionnement entre le distributeur et le carter. Selon une autre caractéristique de l'invention, la virole annulaire comprend un rebord annulaire radial en appui radial sur le carter pour le centrage de la virole dans le carter.

Dans une variante de réalisation de l'invention, le rebord annulaire de la virole est relié extérieurement à une paroi cylindrique s'étendant vers l'amont et comportant au moins une encoche débouchant vers l'amont et engagée axialement autour d'un pion radial formé ou rapporté sur la surface interne du carter.

Dans cette réalisation, le distributeur est monté depuis l'aval dans le carter et le pion du carter s'engage dans l'encoche de la virole, ce qui permet de bloquer circonférentiellement le distributeur sur le carter. L'extrémité aval de la virole peut être bloquée axialement vers l'aval sur un élément amont d'un anneau de matériau abradable entourant une roue mobile agencée en aval du distributeur, cet élément amont étant solidaire du carter. Dans une autre variante de réalisation de l'invention, le rebord annulaire de la virole comprend des moyens de crabotage s'étendant vers l'amont et coopérant avec des moyens complémentaires de crabotage formés sur la surface interne du carter pour le montage et le blocage axial de la virole dans le carter par translation axiale vers l'amont et par rotation.

Avantageusement, les moyens de crabotage de la virole comprennent des parties pleines en crochets fermées à une extrémité circonférentielle pour réaliser une butée circonférentielle de positionnement de la virole sur le carter.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le rebord annulaire radial de la virole comprend des indentations orientées vers l'aval coopérant avec des indentations complémentaires d'un élément amont d'un anneau de matériau abradable entourant une roue mobile agencée en aval du distributeur, cet élément amont étant solidaire du carter.

Ainsi, les indentations de la virole coopèrent avec les indentations complémentaires de l'élément solidaire du carter, ce qui permet de bloquer la virole et le distributeur sur le carter en direction circonférentielle. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité amont de la virole comprend une denture radiale de crabot coopérant avec une denture radiale de crabot formée à l'extrémité amont de la couronne du distributeur pour le blocage axial du distributeur sur la virole. L'extrémité amont de la couronne peut être fixée par soudure ou brasage à l'extrémité amont de la virole. L'utilisation d'une denture de crabot conjointement à une fixation par 20 soudure ou brasage par rapport à une fixation par soudure ou brasage de l'extrémité amont de la virole sur l'extrémité amont de la couronne permet de ne solliciter les zones de soudure ou de brasage qu'en direction radiale. Afin de limiter les circulations d'air à l'extrémité amont de la couronne, un joint annulaire d'étanchéité peut être intercalé et comprimé entre une surface 25 d'appui axial du carter et l'extrémité amont de la virole. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant au moins un étage de turbine de type décrit précédemment. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à 30 la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une demi-vue schématique partielle d'un étage de turbine selon l'invention et selon un plan de coupe passant par un crochet amont de retenue axiale du distributeur sur le carter; la figure 2 est une vue schématique partielle de l'étage de la figure 1 selon un plan de coupe ne passant pas par un crochet de retenue axiale du distributeur sur le carter ; la figure 3 est une vue schématique de dessus montrant simultanément deux crochets de retenue du distributeur de la figure 1 ; la figure 4 est une demi-vue schématique partielle d'un étage de turbine selon une autre réalisation de l'invention ; la figure 5 est une vue schématique de dessus des moyens de retenue circonférentielle du distributeur de la figure 4 sur le carter. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un étage 10 de turbine d'un turboréacteur selon l'invention, comprenant un distributeur 12 formé d'une rangée annulaire d'aubes radiale fixes 14 reliées extérieurement les unes autres par une couronne 16 s'étendant d'une pièce sur 360°, et une roue de rotor 18 montée en aval du distributeur 12 et tournant à l'intérieur d'un anneau 20 sectorisé formé d'une pluralité de secteurs qui sont agencés circonférentiellement bout à bout et portés par le carter 22 de la turbine. Les aubes 14 du distributeur s'étendent radialement entre une couronne interne (non visible) et la couronne externe 16, qui délimitent entre elles la veine annulaire d'écoulement des gaz en provenance d'une chambre de combustion agencée en amont (non représentée).

Chaque aube mobile 24 comprend à son extrémité radialement externe deux parois radiales 26 amont et aval coopérant avec un matériau abradable 28 porté par l'anneau sectorisé. Chaque secteur d'anneau 20 comprend à son extrémité amont un rebord circonférentiel 30 en L orienté vers l'intérieur et vers l'amont. Ce 30 rebord 30 forme avec l'extrémité amont 32 du secteur d'anneau 20 une gorge annulaire dans laquelle est engagé un rebord circonférentiel 34 du carter, qui s'étend axialement vers l'aval. L'extrémité aval de chaque secteur d'anneau 20 comprend un rebord circonférentiel aval 36 orienté vers l'aval et serré radialement sur un autre rebord circonférentiel 38 du carter 22 au moyen d'un organe annulaire de verrouillage 40 à section en C dont l'ouverture est orientée axialement vers l'amont et qui est engagé axialement depuis l'aval sur le rebord circonférentiel 38 du carter 22 et sur les rebords circonférentiels aval 36 des secteurs d'anneau 20. L'organe de verrouillage 40 est sectorisé et formé de plusieurs verrous disposés circonférentiellement les uns à la suite des autres. Chaque verrou comprend deux branches coaxiales de révolution, radialement interne 44 et radialement externe 42, respectivement, qui sont reliées entre elles à leurs extrémités aval par une paroi radiale 46, et qui sont engagées respectivement à l'intérieur des rebords circonférentiels aval 36 des secteurs d'anneau et à l'extérieur du rebord circonférentiel 38 du carter 22. Le rebord circonférentiel 38 du carter 22 comprend plusieurs doigts axiaux coopérant avec des encoches correspondantes des organes de verrouillage pour le blocage en direction circonférentielle des organes de verrouillage sur le carter 22.

Selon l'invention, la couronne externe 16 du distributeur 12 est reliée au carter 22 par des moyens annulaires élastiquement déformables. Ces moyens sont formés par une virole annulaire flexible 48 s'étendant sur 360° autour de la couronne externe du distributeur. La virole comprend une paroi tronconique 50 à section augmentant vers l'aval, reliée à son extrémité amont à une première paroi annulaire 52 s'étendant radialement vers l'extérieur et à une seconde paroi annulaire 54 s'étendant radialement vers l'intérieur. Un joint annulaire 56 d'étanchéité ondulé en direction axiale est intercalé et comprimé axialement entre la première paroi radiale 52 et une surface radiale 58 formée radialement entre la paroi annulaire 60 du carter 22 et le rebord circonférentiel 38 du carter 22 servant à la fixation de l'extrémité aval d'un anneau d'abradable 62 agencé en amont du distributeur 12. L'extrémité amont de la paroi tronconique 50 de la virole 48 comprend une denture de crabot 64 formée sur sa surface interne et espacée vers l'amont de la seconde paroi radiale 54. Cette denture de crabot 64 coopère avec une denture de crabot 66 correspondante formée sur la surface externe de la partie amont de la couronne externe 16 pour bloquer axialement la virole 48 sur le distributeur 12. L'extrémité aval de paroi tronconique 50 de la virole 48 comprend un rebord annulaire radial 68 en appui radial vers l'extérieur sur le rebord circonférentiel 34 servant à la fixation de l'anneau abradable aval. Cet appui radial assure un centrage de la virole 48 dans le carter 22. Le rebord radial 68 comprend des moyens de crabotage s'étendant vers l'amont, ces moyens de crabotage étant formés par une paroi cylindrique 70 s'étendant vers l'amont depuis le rebord radial 68 et raccordée à son extrémité amont à une pluralité de parois régulièrement espacées circonférentiellement les unes des autres et s'étendant radialement vers l'extérieur, ces parois radiales 72 formant avec la paroi cylindrique 70 des parties pleines en crochets.

La surface interne de la paroi 60 du carter 22 comprend une denture de crabotage 74 complémentaire coopérant avec les crochets de la virole 48 de manière à permettre un montage axial de la virole 48 à l'intérieur du carter 22 jusqu'à ce que la denture de crabot 74 du carter 22 vienne en appui axial sur le rebord radial 68 de l'extrémité amont de la virole 48. Une rotation de la virole 48 permet de la bloquer axialement sur la denture 74 du carter 22. Les crochets sont fermés à une extrémité circonférentielle 76 pour réaliser une butée circonférentielle de positionnement de la virole 48 et du distributeur 12 sur le carter 22.

Le rebord annulaire radial 68 de l'extrémité amont de la virole 48 comprend des indentations 78 coopérant avec des indentations complémentaires 80 formées à l'extrémité libre amont du rebord circonférentiel 30 de l'anneau abradable 20 agencé en aval du distributeur, ce qui permet d'immobiliser circonférentiellement la virole 48 et le distributeur 12 sur l'anneau abradable 20.

Le montage est réalisé de la manière suivante : la couronne externe 16 du distributeur 12 est tout d'abord assemblée par crabotage à la virole 48 flexible puis des soudures ou brasures sont réalisées pour solidariser en rotation la virole 48 sur la couronne externe 16 du distributeur 12. L'ensemble formé de la virole 50 et du distributeur 12 est ensuite monté par crabotage à l'intérieur du carter 22. Enfin, l'anneau de support d'abradable est monté en aval et permet d'immobiliser la virole 48 et le distributeur 12 en direction axiale( ?) . Les figures 4 et 5 représentent une autre réalisation de l'invention d'une virole flexible selon l'invention. Dans cette réalisation, l'extrémité amont de la paroi tronconique 80 de la virole 82 comprend sur sa surface interne une paroi radiale 84 espacée de l'extrémité amont de la paroi tronconique 82 et formant un logement annulaire dans lequel est engagée et fixée par soudure ou brasure l'extrémité radialement externe d'une paroi radiale 86 portée par la couronne externe 88 du distributeur 90.

Le rebord annulaire radial 92 formé à l'extrémité aval de la virole 82 est relié extérieurement à une paroi cylindrique 94 s'étendant vers l'amont et comportant au moins une encoche 96 débouchant vers l'amont et engagée axialement autour d'un pion radial 98 formé ou rapporté sur la surface interne du carter 22.

Dans cette réalisation, l'anneau aval 100 de support d'abradable porte sur sa surface extérieure deux organes 102 de retenue axiale comportant chacun un rebord circonférentiel 104 s'étendant vers l'aval et coopérant axialement avec des rebords circonférentiels 106 correspondants orientés vers l'amont et formés sur la surface interne d'une paroi cylindrique 108 reliée à une bride radiale 110 fixée par boulonnage sur des brides radiales 112, 114 du carter 22. Le rebord annulaire radial 92 de la virole 82 est maintenu axialement par l'extrémité amont de la paroi cylindrique 108. A la différence de la réalisation de la figure 1, le joint annulaire 58 est en appui sur l'extrémité amont de la paroi tronconique 80 de la virole 82.

Dans une variante de réalisation de l'invention, l'extrémité amont de la virole flexible 82 peut être retenue axialement sur l'extrémité amont de la couronne externe 88 par crabotage et soudure ou brasure comme décrit en référence à la figure 1.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Etage de turbine (10) dans une turbomachine, comprenant un distributeur à aubes radiales (14), caractérisé en ce que les extrémités radialement externes des aubes (14) sont solidaires d'une couronne annulaire (16, 88) s'étendant d'une pièce sur 360°, qui est reliée à un carter externe (22) entourant le distributeur par des moyens annulaires élastiquement déformables.
2. 2. Etage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens annulaires élastiquement déformables comprennent une virole annulaire flexible (48, 82) s'étendant sur 360° autour de ladite couronne (16, 88), cette virole (48, 82) étant solidaire à une extrémité amont de l'extrémité amont de la couronne (16, 88) du distributeur (12, 90) et en appui radialement vers l'extérieur à son extrémité aval sur le carter (22).
3. 3. Etage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la virole annulaire (48, 82) comprend un rebord annulaire radial en appui radial sur le carter (22) pour le centrage de la virole (48, 82) dans le carter (22).
4. 4. Etage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rebord annulaire (92) de la virole (82) est relié extérieurement à une paroi cylindrique (94) s'étendant vers l'amont et comportant au moins une encoche (96) débouchant vers l'amont et engagée axialement autour d'un pion (98) radial formé ou rapporté sur la surface interne du carter (22).
5. 5. Etage selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'extrémité aval de la virole (48, 82) est bloquée axialement vers l'aval sur un élément amont d'un anneau de matériau abradable entourant une roue mobile agencée en aval du distributeur, cet élément amont étant solidaire du carter (22).
6. 6. Etage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rebord annulaire (48) de la virole comprend des moyens de crabotage s'étendant 30 vers l'amont et coopérant avec des moyens complémentaires de crabotage formés sur la surface interne du carter (22) pour le montage et le blocageaxial de la virole (48) dans le carter (22) par translation axiale vers l'amont et par rotation.
7. 7. Etage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de crabotage de la virole (48) comprennent des parties pleines en crochets 5 fermées à une extrémité circonférentielle pour réaliser une butée circonférentielle de positionnement de la virole (48) sur le carter (22).
8. 8. Etage selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le rebord annulaire (68) de la virole (48) comprend des indentations orientées vers l'aval coopérant avec des indentations complémentaires d'un élément 10 amont d'un anneau de matériau abradable entourant une roue mobile agencée en aval du distributeur (12), cet élément amont étant solidaire du carter (22).
9. 9. Etage selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que l'extrémité amont de la virole (48) comprend une denture radiale de crabot 15 (66) coopérant avec une denture radiale de crabot (64) formée à l'extrémité amont de la couronne (16) du distributeur (12).
10. 10. Etage selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que l'extrémité amont de la couronne (16, 88) est fixée par soudure ou brasage à l'extrémité amont de la virole (48, 82). 20
11. 11. Etage selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce qu'un joint (58) annulaire d'étanchéité est intercalé et comprimé entre une surface d'appui axial du carter (22) et l'extrémité amont de la virole.
12. 12. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un étage de turbine (10) 25 selon l'une des revendications précédentes.