DEVICE FOR CONTROLLING CLEARANCE IN A GAS TURBINE

DISPOSITIF DE CONTROLE DE JEU DANS UNE TURBINE A GAZ

English Abstract

The turbine housing (10) features a circumferential wall (22) which coaxially surrounds a ring (30) surrounding the mobile blades (32) of the turbine. It includes a plurality of perforations (12) which brings air in to evenly ventilate the external face (22 e) of the circumferential wall (22).

French Abstract

Le carter (10) de turbine comporte une paroi circonférentielle (22) qui
entoure
coaxialement un anneau (30) entourant les aubes mobiles (32) de la turbine. Il

comporte une pluralité de perforations (12) qui apportent de l'air pour
ventiler de façon
homogène la face externe (22 e) de la paroi circonférentielle (22).

Claims

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REVENDICATIONS
1. Carter de turbine, comprenant un support pour fixer un anneau entourant des
aubes
mobiles de ladite turbine, ledit support comportant une paroi
circonférentielle entourant
co-axialement ledit anneau, ledit carter comportant une pluralité de
perforations
permettant d'apporter de l'air pour ventiler de façon homogène une face
externe de
ladite paroi circonférentielle, dans lequel lesdites perforations sont
pratiquées sur une
paroi radiale s'étendant radialement vers l'intérieur dudit carter, ladite
paroi radiale
fermant sensiblement un espace de ventilation, délimité par ailleurs par une
face
interne dudit carter et par la face externe de ladite paroi circonférentielle
dudit support,
ledit espace de ventilation comportant une ouverture réduite pour l'évacuation
de l'air.
2. Carter selon la revendication 1, dans lequel lesdites perforations sont
constituées par
une pluralité de trous de dimension identique pratiqués régulièrement le long
d'une
circonférence de ladite paroi radiale.
3. Carter selon la revendication 2, dans lequel l'axe de chaque trou est
incliné
circonférentiellement par rapport à l'axe de ladite turbine, avec un angle
compris dans
un intervalle compris entre 30° et 60° de façon à permettre
d'animer l'air d'un
mouvement de giration.
4. Carter selon la revendication 3, dans lequel ledit angle est égal à
45°.
5. Turbine comportant un carter selon l'une quelconque des revendications 1 à
4.
6. Turbomachine comportant une turbine selon la revendication 5.

Description

CA 02560227 2006-09-20
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Dispositif de contrôle de jeu dans une turbine à gaz.
Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général du
contrôle de jeu entre le sommet d'aubes rotatives et un ensemble à
anneau fixe dans une turbine à gaz.
Une turbine à gaz, par exemple une turbine haute pression de
turbomachine, comporte typiquement une pluralité d'aubes fixes disposées
en alternance avec une pluralité d'aubes mobiles dans le passage de gaz
chauds issus de la chambre de combustion de la turbomachine. Les aubes
mobiles de la turbine sont entourées sur toute la circonférence par un
ensemble à anneau fixe. Cet ensemble à anneau fixe définit la veine
d'écoulement des gaz chauds à travers les aubes de la turbine.
Afin d'accroître le rendement d'une telle turbine, il est connu de
réduire autant que possible le jeu existant entre le sommet des aubes
mobiles de la turbine et les parties de l'ensemble à anneau fixe qui leur
font face.
Pour y parvenir, des moyens permettant de faire varier le
diamètre de l'ensemble à anneau fixe ont été élaborés.
Cependant, cette solution s'avère insuffisante lorsque le support
de fixation de l'anneau subit également des déformations thermiques
hétérogènes sur sa circonférence, ces déformations ayant pour effet
d'entraîner une déformation de l'anneau de turbine.
Ob;iet et résumé de l'invention
La présente invention vise à pallier de tels inconvénients en
proposant un carter de turbine dans lequel peut être monté un support
pour fixer un anneau entourant les aubes mobiles de la turbine, le support
comportant une paroi circonférentielle entourant co-axialement l'anneau,
le carter étant caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de
perforations permettant d'apporter de l'air pour ventiler de façon
homogène la face externe de la paroi circonférentielle.
Le carter de turbine selon l'invention permet ainsi
d'homogénéiser le champ thermique du support d'anneau, de sorte que ce
support se déforme de façon homogène sur toute sa circonférence, sans
influence négative sur le jeu en sommet d'aubes.


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Préférentiellement, les perforations sont pratiquées sur une
paroi radiale interne du carter, cette paroi fermant sensiblement un
espace de ventilation, délimité par ailleurs par une face interne du carter
et par la face externe de la paroi circonférentielle du support, cet espace
comportant une ouverture réduite pour l'évacuation de l'air.
Dans un mode préféré de réalisation, les perforations sont
constituées par des trous de même dimension pratiqués régulièrement le
long d'une circonférence de la paroi radiale interne du carter.
Préférentiellement, l'axe de ces trous est incliné par rapport à
l'axe de la turbine avec un angle permettant avantageusement d'animer
l'air d'un mouvement de giration nécessaire et suffisant pour assurer
l'homogénéité thermique recherchée, à savoir un angle compris dans
l'intervalle [30°, 60°].
Préférentiellement, cet angle est choisi égal à 45°.
Dans un mode préféré de réalisation, l'axe des trous est
horizontal dans le plan de coupe longitudinal de la turbine, de sorte que le
mouvement de giration de l'air n'impacte pas directement le support.
Le carter selon l'invention permet ainsi d'améliorer les
performances du moteur, d'augmenter la durée de vie du support
d'anneau du fait des moindres gradients thermiques et donc des
contraintes mécaniques réduites.
Au surplus, la mise en oeuvre de l'invention peut être réalisée à
très faible coût.
L'invention vise aussi une turbine telle que mentionnée
brièvement ci-dessus, et une turbomachine comportant une telle turbine.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins
annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout
caractère limitatif. Sur les figures
- la figure 1 est une demi-vue en coupe longitudinale d'une
turbomachine conforme à l'invention, dans un mode préféré de
réalisation ;
- la figure 2 est une vue partielle en perspective du carter de
turbine de la turbomachine de la figure 1, dans son environnement ; et


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- la figure 3 est une coupe longitudinale du carter de turbine de
a figure 2.
Description détaillée d'un mode de réalisation
La figure 1 illustre, dans une demi- vue en coupe longitudinale,
une turbomachine 100 selon l'invention dans un mode préféré de
réalisation.
Cette turbomachine 100 comporte, de façon connue, une
chambre de combustion 110.
En aval de la chambre de combustion 110, la turbomachine 100
comporte une turbine 120 conforme à l'invention, dont le carter, conforme
à l'invention porte la référence 10.
Sur cette figure, on a référencé 30 un anneau fixe qui entoure
les aubes 32 mobiles de la turbine 120.
Cet anneau 30 est fixé sur un support annulaire 20. A cet effet,
dans le mode de réalisation décrit ici, l'anneau 30 présente une première
gorge circulaire 30a dans sa partie amont, adaptée à recevoir un rail 21 de
montage du support 20.
Dans sa partie aval, l'anneau 30 présente un méplat
circonférentiel 31 contre lequel vient s'appuyer un bord annulaire 23 du
support 20. Sensiblement au niveau de la première gorge circulaire 30a,
l'anneau 30 possède, en aval, une deuxième gorge circulaire 30b
sensiblement au-dessous du méplat 31.
Le support 20 est ainsi fixé à l'anneau 30, dans sa partie aval,
par une pièce de maintien 40 annulaire de type C-clip agencée dans la
deuxième gorge 30b pour maintenir par serrage du bord annulaire 23 du
support 20 en appui contre le méplat circonférentiel 31 de l'anneau 30.
On comprend ainsi que toute déformation du support 20
entraîne, via le rail de montage 21 et la pièce annulaire de serrage 40,
une déformation de l'anneau 30 modifiant ainsi le jeu entre le sommet de
l'aube 32 et la surface interne de cet anneau.
Le support 20 comporte une paroi circonférentielle 22 entourant
coaxialement l'anneau 30, cette paroi circonférentielle se terminant, dans
sa partie amont, par une bride annulaire radiale 27 dirigée vers l'extérieur.
Dans l'exemple décrit ici, cette bride annulaire radiale 27
permet, par un boulonnage 11, la fixation du support 20 au carter 10.


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Du fait de ce contact, la chaleur du carter 10 est transmise, via
la bride annulaire 27, à la paroi circonférentielle 22, ce qui entraîne un
champ thermique fortement hétérogène.
L'homme du métier comprendra que ce champ thermique
fortement hétérogène tend à déformer le support 20 de façon non
homogène sur la circonférence de ce support, ce qui, comme nous l'avons
démontré précédemment, est susceptible de déformer le jeu entre l'aube
32 et la face interne de l'anneau 30.
Dans le mode préféré de réalisation décrit ici, le carter 10
présente une paroi radiale 14 qui vient à fleur d'une nervure radiale 28 du
support 20 définissant ainsi une chambre 29 délimitée par ailleurs par la
face interne 10i du carter 10 et la face externe 22e de la paroi
circonférentielle 22.
Conformément à l'invention, le carter de turbine 10 comporte
une pluralité de perforations 12 permettant d'apporter de l'air pour
ventiler de façon homogène la face externe 22e de la paroi
circonférentielle 22.
Dans le mode de réalisation décrit ici, ces perforations 12 sont
pratiquées sur la paroi radiale interne 14 du carter, l'air s'échappant de
cette chambre de ventilation 29 par une ouverture réduite entre la nervure
radiale 28 du support 20 et la face interne 14i de la paroi radiale 14.
Dans le mode préféré de réalisation décrit ici, l'air destiné à
ventiler la face externe 22e de la paroi circonférentielle 22 est prélevé d'un
étage d'un compresseur haute-pression de la turbomachine 100, et
acheminé par une entrée 130 pratiquée en aval de la paroi radiale l4dans
le carter de turbine 10.
La figure 2 représente en perspective, une vue partielle et en
écorché du carter 10 de la figure 1, dans son environnement.
Cette figure 2 correspond à un mode préféré de réalisation du
carter 10 selon l'invention, dans lequel les perforations 12 sont constituées
par des trous de même dimension pratiqués régulièrement le long d'une
circonférence de la paroi radiale 14 interne du carter 10.
Dans le mode de réalisation décrit ici, cette circonférence
présente 22 trous de diamètre 1,2 mm.
La figure 3 représente une coupe AA du montage de la figure
1.


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Sur cette figure 3, on a fait apparaître l'angle a d'orientation des
perforations 12 par rapport à l'axe XX de la turbine.
Dans le mode préféré de réalisation décrit ici, cet angle a est un
angle de 30° qui permet d'établir dans l'espace de ventilation 29 une
5 circulation d'air établie en giration.

Representative Drawing