ISOLATION D'UN REBORD CIRCONFERENTIEL D'UN CARTER EXTERNE DE TURBOMACHINE VIS-A-VIS D'UN SECTEUR D'ANNEAU CORRESPONDANT

INSULATION OF A CIRCUMFERENTIAL EDGE OF AN OUTER CASING OF A TURBINE ENGINE FROM A CORRESPONDING RING SECTOR

English Abstract

The invention relates to a turbine stage of a turbine engine, including a rotor wheel mounted inside a sectorised ring supported by an outer casing (4), the outer casing (4) comprising at least one circumferential edge (22) housed in said cavity for attaching the downstream end (13) of the ring sector (6), characterised in that the bottom wall (16) of the annular cavity of the ring sector (6) is radially separated from the circumferential edge (22) of the outer casing (4), such as to leave a thermally insulating space between the two and comprises a means (24) for radial positioning on said circumferential edge (22).

French Abstract

L'invention concerne un étage de turbine d'une turbomachine, comprenant une roue de rotor montée à l'intérieur d'un anneau sectorisé porté par un carter externe (4), le carter externe (4) comportant au moins un rebord circonférentiel (22) logé dans cette cavité pour l'accrochage de l'extrémité aval (13) du secteur d'anneau (6), caractérisé en ce que la paroi de fond (16) de la cavité annulaire du secteur d'anneau (6) reste écartée radialement du rebord circonférentiel (22) du carter externe (4), de façon à ménager un espace thermiquement isolant entre eux et comporte des moyens de positionnement radial (24) sur ce rebord circonférentiel (22).

Claims

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REVENDICATIONS
1. Etage de turbine (1) d'une turbomachine, comprenant une roue
de rotor (5) montée à l'intérieur d'un anneau sectorisé porté par un carter
externe (4), chaque secteur d'anneau (6) ayant une extrémité aval (13)
formée avec une cavité annulaire délimitée par une butée annulaire amont
(14), une butée annulaire aval (15) et une paroi de fond (16), le carter
externe (4) comportant au moins un rebord circonférentiel (22) logé dans
cette cavité annulaire pour l'accrochage de l'extrémité aval (13) du secteur
d'anneau (6), caractérisé en ce que la paroi de fond (16) de la cavité
annulaire du secteur d'anneau (6) reste écartée radialement du rebord
circonférentiel (22) du carter externe (4), de façon à ménager un espace
thermiquement isolant entre eux et comporte des moyens de
positionnement radial (24) sur ce rebord circonférentiel (22) formés par au
moins deux plots (24) en saillie sur la paroi de fond (16) de la cavité
annulaire.
2. Etage de turbine (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce
que les plots (24) sont situés aux extrémités circonférentielles de la paroi
de fond (16).
3. Etage de turbine (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce
que les plots (24) sont situés à distance du plan axial médian (P) de la
paroi de fond (16).
4. Etage de turbine (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce
que les plots (24) sont situés entre le plan axial médian (P) et les
extrémités circonférentielles de la paroi de fond (16).
5. Etage de turbine (1) selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que chaque butée annulaire (14, 15) comporte une
surface radiale s'étendant sur toute la circonférence du secteur d'anneau,
le rebord circonférentiel (22) du carter externe (4) étant monté sans jeu
entre les surfaces radiales des butées annulaires (14, 15) du secteur
d'anneau (6).

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6. Etage de turbine (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce
que le rebord circonférentiel (22) du carter externe (4) est contraint
axialement entre les butées annulaires (14, 15).
7. Etage de turbine (1) selon l'une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que les plots (24) sont parallélépipédiques.
8. Etage de turbine (1) selon l'une des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que le rapport entre la surface de contact des plots (24)
et la surface de fond (16) de la cavité annulaire est compris entre 0,1 et
0,25.
9. Turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur
d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un étage de turbine (1) selon
l'une des revendications 1 à 8.

Description

CA 02781936 2012-05-22
WO 2011/064496 PCT/FR2010/052495
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Isolation d'un rebord circonférentiel d'un carter externe de
turbomachine vis-à-vis d'un secteur d'anneau correspondant
La présente invention concerne un étage de turbine d'une
turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion.
Une turbine basse pression de turbomachine comprend plusieurs
étages comportant chacun un distributeur formé d'une rangée annulaire
d'aubes fixes portées par un carter externe et d'une roue à aubes montée
rotative en aval du distributeur dans une enveloppe cylindrique ou
tronconique formée par des secteurs d'anneau fixés circonférentiellement
bout à bout sur le carter externe.
Des gaz chaud sous pression sortant de la chambre de
combustion de la turbomachine passent entre les aubes des distributeurs et
s'écoulent sur les aubes des roues de la turbine, ce qui a pour effet d'élever
la température des enveloppes formées par les secteurs d'anneau.
Comme décrit par exemple dans le document FR 2 899 273, au
nom du Demandeur, le carter externe comporte au moins un rebord
circonférentiel d'accrochage des extrémités aval des secteurs d'anneau.
De manière connue en soi, chaque secteur d'anneau présente une
extrémité aval formée avec une cavité annulaire délimitée par une butée
annulaire amont, une butée annulaire aval et une paroi de fond et cette
cavité est engagée sur le rebord circonférentiel du carter, le secteur
d'anneau étant maintenu en position axiale sur le rebord par les butées
annulaires de la cavité.
La surface de contact entre le rebord circonférentiel du carter et
chaque secteur d'anneau étant importante, une grande partie de la chaleur
de l'anneau est conduite vers le carter externe, par l'intermédiaire de ce
rebord circonférentiel. En fonctionnement, ce dernier peut atteindre une
température de l'ordre de 730 C, qui est la limite tolérée pour le matériau
utilisé.

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Il en résulte des risques importants de dégradation du rebord
circonférentiel et du carter externe.
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple,
efficace et économique à ce problème.
A cet effet, elle propose un étage de turbine d'une turbomachine,
comprenant une roue de rotor montée à l'intérieur d'un anneau sectorisé
porté par un carter externe, chaque secteur d'anneau ayant une extrémité
aval formée avec une cavité annulaire délimitée par une butée annulaire
amont, une butée annulaire aval et une paroi de fond, le carter externe
comportant au moins un rebord circonférentiel logé dans cette cavité pour
l'accrochage de l'extrémité aval du secteur d'anneau, caractérisé en ce que
la paroi de fond de la cavité annulaire du secteur d'anneau reste écartée
radialement du rebord circonférentiel du carter externe, de façon à
ménager un espace thermiquement isolant entre eux et comporte des
moyens de positionnement radial sur ce rebord circonférentiel.
De cette manière, la surface de contact entre le rebord
circonférentiel et chaque secteur d'anneau est fortement réduite, limitant
ainsi l'échauffement du rebord circonférentiel et, plus généralement, du
carter externe.
Selon une forme de réalisation de l'invention, les moyens de
positionnement radial comprennent au moins deux plots formés en saillie
sur la paroi de fond de la cavité annulaire.
La surface de contact entre le secteur d'anneau et le rebord
circonférentiel est ainsi limitée à la surface de l'extrémité des plots.
Avantageusement, les plots sont situés aux extrémités
circonférentielles de la paroi de fond.
Ceci permet d'assurer un bon positionnement du secteur d'anneau
vis-à-vis du rebord circonférentiel. Toutefois, la dilatation
circonférentielle
de l'anneau étant plus importante que celle du rebord circonférentiel, il se
produit un déplacement relatif entre les plots et le rebord circonférentiel
lors

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du fonctionnement de la turbomachine, entraînant un frottement et une
usure de ceux-ci.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les plots sont situés
à distance du plan axial médian de la paroi de fond, de façon à assurer un
bon positionnement radial du secteur d'anneau.
De façon préférée, les plots sont situés entre le plan axial médian
et les extrémités circonférentielles de la paroi de fond, de façon à limiter
l'usure des éléments précités en contact.
Il est avantageux également que chaque butée annulaire comporte
une surface radiale s'étendant sur toute la circonférence du secteur
d'anneau, le rebord circonférentiel du carter externe étant monté sans jeu
entre ces surfaces des butées annulaires du secteur d'anneau.
On assure de cette manière l'étanchéité entre le rebord
circonférentiel et le secteur d'anneau.
Les plots peuvent être parallélépipédiques.
Il est avantageux également que le rebord circonférentiel du carter
externe soit contraint axialement entre les butées annulaires, de façon à
garantir le bon positionnement du secteur d'anneau sur le carter externe.
Préférentiellement, le rapport entre la surface de contact des plots
et la surface de fond de la cavité annulaire est compris entre 0,1 et 0,25.
L'invention concerne en outre une turbomachine telle qu'un
turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle
comprend un étage de turbine basse pression selon l'invention.
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails,
caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la
description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux
dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale
d'une turbine basse pression de l'art antérieur ;
- la figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1 ;

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- la figure 3 est une vue agrandie de la figure 2, représentant le
montage de l'extrémité aval d'un secteur d'anneau sur un rebord
circonférentiel du carter externe ;
- la figure 4 est une vue correspondant à la figure 3 et illustrant
l'invention ,
- la figure 5 est une vue partielle et en perspective, d'un secteur
d'anneau selon l'invention ,
- figure 6 est une vue, en perspective, du secteur d'anneau de la
figure 5.
Les figures 1 à 3 représentent une turbine basse pression 1 de
turbomachine de l'art antérieur, comprenant plusieurs étages comportant
chacun un distributeur 2 à aubes fixes 3 porté par un carter externe 4 de la
turbine, et une roue de rotor 5 montée en aval du distributeur 2 et tournant
dans une enveloppe sensiblement tronconique formée par des secteurs
d'anneau 6 portés circonférentiellement bout à bout par le carter 4 de la
turbine.
Les distributeurs 2 comprennent des parois de révolution interne
(non visible) et externe 7 qui délimitent entre elles une veine annulaire 8
d'écoulement des gaz dans la turbine et qui sont reliées radialement par les
aubes 3.
Les roues de rotor 2 sont solidaires d'un arbre de turbine, non
représenté, et comprennent chacune des viroles externes 9 et internes
(non visible), la virole externe 9 comprenant des nervures radiales externes
10 entourées extérieurement avec un faible jeu par les secteurs d'anneau
6.
Chaque secteur d'anneau 6 comporte une paroi tronconique 11 et
un bloc de matière abradable 12 fixé par brasage et/ou soudage sur la
surface radialement interne de la paroi tronconique 11, ce bloc 12 étant du
type en nid d'abeille et étant destiné à s'user par frottement sur les
nervures 10 de la roue 5 pour minimiser les jeux radiaux entre la roue 5 et
les secteurs d'anneaux 6.

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La paroi tronconique 11 du secteur d'anneau présente une
extrémité aval 13 formée avec une cavité annulaire ouverte vers l'extérieur
et délimitée par une butée annulaire amont 14, une butée annulaire aval 15
et une paroi de fond 16. Chaque butée annulaire 14, 15 comporte une
5 surface s'étendant sur toute la circonférence du secteur d'anneau 6. La
paroi de fond 16 présente en outre une gorge annulaire aval 17 et une
gorge annulaire amont 18, permettant l'usinage de la cavité (voir figure 3).
L'extrémité aval 13 de chaque secteur d'anneau 6 est engagée
dans un espace annulaire 19 délimité entre deux rebords annulaires de la
paroi externe 7 du distributeur 2 situé en aval, respectivement un rebord
radialement interne 20 et un rebord radialement externe 21, orientés vers
l'amont.
Le carter externe 4 comporte un rebord circonférentiel interne 22
dont la section a la forme d'un crochet tourné vers l'aval, engagé dans la
cavité de la paroi tronconique 11 du secteur d'anneau et maintenu dans
celle-ci par le rebord radialement externe 21 du distributeur 2. Le rebord
circonférentiel 22 du carter externe 4 est contraint axialement, entre les
butées annulaires 14, 15 du secteur d'anneau 6, cette contrainte subsistant
dans toutes les phases de fonctionnement de la turbomachine.
Plus particulièrement, ledit rebord 22 présentant une surface
annulaire radialement externe venant en appui contre le rebord radialement
externe 21 du distributeur et une surface annulaire radialement interne en
appui contre la paroi de fond 16 du secteur d'anneau.
Un jeu axial j1 est ménagé entre l'extrémité amont du rebord
radialement externe 21 et la zone de raccordement 23 entre le rebord 22 et
le carter externe 4. Ce jeu permet de compenser les effets de dilatation et
peut devenir quasiment nul lors du fonctionnement de la turbomachine.
Le secteur d'anneau 6 est ainsi verrouillé, à son extrémité aval 13,
sur le rebord circonférentiel 22 du carter par le distributeur 2, l'étanchéité
entre le rebord circonférentiel 22 et le secteur d'anneau 6 étant assurée par
les butées axiales 14, 15 et par la paroi de fond 16.

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Le secteur d'anneau 6 est également accroché, à son extrémité
amont, sur le carter par des moyens dont la structure ne sera pas détaillée
ici.
En fonctionnement, les gaz issus de la chambre de combustion
chauffent les secteurs d'anneau 6, la chaleur étant ensuite transmise par
conduction au rebord circonférentiel 22 du carter.
Or, la surface de conduction ou surface de contact entre le secteur
d'anneau 6 et le rebord circonférentiel 22 est importante, de sorte qu'en
pratique la température du rebord 22 peut atteindre une valeur limite, par
exemple de 730 C, qui est le maximum acceptable pour le matériau
classiquement utilisé.
Un secteur d'anneau selon l'invention est illustré aux figures 4 à 6.
Il diffère de celui décrit précédemment en ce que la paroi de fond 16 de la
cavité annulaire comprend au moins deux plots 24 en saillie radialement
vers l'extérieur, dont les extrémités forment des surfaces d'appui 25 sur le
rebord circonférentiel 22. Les plots 24 sont préférentiellement disposés à
proximité de la butée amont 14 du secteur d'anneau 6.
De cette manière, la surface de contact entre le rebord
circonférentiel 22 et le secteur d'anneau 6 est réduite et une lame d'air
isolante est formée entre la paroi de fond 16 et la paroi interne du rebord
circonférentiel 22.
Le rapport entre la surface de contact des plots 24 et la surface de
fond 16 est compris entre 0,1 et 0,25.
En pratique, une telle structure permet de réduire d'environ 40 C la
température du rebord circonférentiel 22 lors du fonctionnement de la
turbomachine.
Dans la forme de réalisation des figures 5 et 6, les plots 24 sont de
forme parallélépipédique et situés aux extrémités circonférentielles de la
paroi de fond 16.
De préférence, les plots 24 sont situés à distance d'un plan axial
médian P de la paroi de fond 16, de part et d'autre de celui-ci et se trouvent

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entre le plan axial médian P et l'une des extrémités circonférentielles de la
paroi de fond 16. En effet, comme chaque secteur d'anneau est immobilisé
circonférentiellement sur le carter par des moyens situés dans son plan
médian P, il se dilate par rapport au carter de part et d'autre du plan
médian P. Le fait de rapprocher les plots 24 du plan P réduit donc leurs
frottements sur le rebord circonférentiel 22 du carter. Les situer à distance
du plan P assure un bon positionnement radial du secteur d'anneau sur le
rebord circonférentiel 22 en évitant tout risque de basculement du secteur
d'anneau d'un côté ou de l'autre du plan médian P.
Par ailleurs, les plots 24 pourraient avoir toute autre forme
souhaitée, par exemple carrée, cylindrique, tronconique, etc.

Representative Drawing