Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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Etage de turbine pour une turbomachine
L'invention concerne un étage de turbine pour une turbomachine,
telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion.
Typiquement, un étage de turbine de ce type comprend un
distributeur fixe et une roue de turbine montée en aval du distributeur et à
l'intérieur d'un carter annulaire. Le distributeur comprend deux plates-
formes coaxiales s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et reliées entre
elles par des aubes sensiblement radiales. La plate-forme externe
comprend deux pattes annulaires, respectivement amont et aval, qui
s'étendent radialement vers l'extérieur et qui comportent à leurs périphéries
externes des moyens d'accrochage sur le carter. Le distributeur est
maintenu radialement par des crochets du carter. La patte annulaire aval
du distributeur est en appui radial vers l'extérieur sur un rail cylindrique
du
carter et en appui axial vers l'aval sur un jonc annulaire fendu logé dans
une gorge annulaire du rail débouchant radialement vers l'intérieur.
La roue est formée d'un disque de rotor portant à sa périphérie des
aubes. Elle est montée tournante à l'intérieur d'un anneau sectorisé porté
par le carter. Chaque secteur d'anneau comprend à son extrémité amont
un organe circonférentiel à section en C qui est engagé sur le rail de carter
et qui maintient radialement le jonc dans la gorge précitée du rail.
L'organe en C est engagé sur le rail de carter par une translation
axiale depuis l'aval suivie d'un mouvement de basculement du secteur
d'anneau. Pour cela, le secteur d'anneau est d'abord disposé de sorte que
son extrémité amont soit située radialement à l'extérieur par rapport à son
extrémité aval. Le secteur d'anneau est déplacé vers l'amont, l'organe en C
est engagé sur le rail de carter sur une distance axiale donnée, puis
l'extrémité aval du secteur d'anneau est basculée radialement vers
l'extérieur pour terminer l'engagement de l'organe sur le rail.
Dans la technique actuelle, le bord circonférentiel amont de la paroi
radialement interne de l'organe en C de chaque secteur d'anneau est
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séparé par un jeu axial de la patte annulaire aval du distributeur, ce jeu
étant nécessaire pour autoriser le montage précité par basculement du
secteur d'anneau. Du fait de ce jeu axial, la paroi radialement interne de
l'organe en C s'étend radialement à l'intérieur d'une petite partie de la
dimension axiale du jonc, qui est en principe suffisante pour maintenir
radialement le jonc dans la gorge. Dans un cas particulier de réalisation, le
jeu précité est de l'ordre de 1,9mm +/-0,25.
Cependant, du fait des tolérances de fabrication et des dilatations
thermiques différentielles des pièces en fonctionnement, la partie
d'extrémité amont de la paroi radialement interne de l'organe en C qui
retient le jonc peut avoir une dimension axiale insuffisante voire nulle dans
les conditions les plus défavorables. Le risque de désengagement du jonc
de la gorge est alors possible, ce qui se traduirait par la perte du blocage
axial vers l'aval du distributeur et ne serait pas acceptable.
L'invention a pour but d'apporter une solution simple, efficace et
économique à ce problème de la technique antérieure.
Elle propose à cet effet un étage de turbine pour une turbomachine,
comprenant un distributeur fixe et une roue montée en aval du distributeur
et à l'intérieur d'un carter annulaire, le distributeur étant accroché au
carter
et étant retenu axialement vers l'aval par appui sur un jonc annulaire fendu
monté dans une gorge annulaire d'un rail du carter, la roue étant montée à
l'intérieur d'un anneau sectorisé porté par le carter, les secteurs d'anneau
comprenant chacun à leurs extrémités amont un organe à section en C qui
est engagé sur le rail de carter et qui maintient radialement le jonc dans la
gorge précitée, caractérisé en ce que la paroi radialement interne de
l'organe en C de chaque secteur d'anneau s'étend à l'intérieur du jonc sur
toute la dimension axiale de ce dernier et sa partie d'extrémité amont est
engagée dans au moins un évidement du distributeur, le bord
circonférentiel amont de la paroi radialement interne de l'organe en C de
chaque secteur d'anneau comprenant au moins une encoche coopérant
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avec des moyens complémentaires du distributeur pour empêcher la
rotation du secteur d'anneau vis-à-vis du distributeur.
Selon l'invention, l'organe en C est configuré pour que sa paroi
radialement interne s'étende axialement sur toute la dimension axiale du
jonc et assure ainsi la retenue radiale du jonc quelles que soient les
tolérances de fabrication et les dilatations différentielles des pièces. Pour
autoriser le montage de cet organe en C, en particulier par basculement,
comme décrit dans ce qui précède, le distributeur comprend un évidement
dans lequel la partie d'extrémité amont de la paroi radialement interne de
l'organe est destinée à être engagée.
La partie d'extrémité amont de la paroi radialement interne de
l'organe en C de chaque secteur d'anneau peut être séparée par un jeu
axial du fond ou d'une paroi radiale de l'évidement précité du distributeur,
pour autoriser ce montage. Ce jeu axial peut être du même ordre de
grandeur que celui décrit précédemment, c'est-à-dire de l'ordre de 2mm
environ.
La partie d'extrémité amont de la paroi radialement interne de
chaque organe en C peut également être séparée par un jeu radial faible
ou nul d'une paroi cylindrique externe de l'évidement, cette paroi s'étendant
autour de cette partie d'extrémité qui forme des moyens de retenue radiale
du distributeur. Le crochet de carter de la technique antérieure, qui était
dédié à cette retenue radiale, peut donc être supprimé, ce qui permet de
simplifier le distributeur et de réduire la masse du carter d'environ 3kg dans
un cas particulier de réalisation de l'invention.
Le blocage en rotation de l'anneau par le distributeur évite
l'installation d'un pion spécifique d'anti-rotation de l'anneau sur le carter
qui
nécessiterait d'augmenter l'épaisseur et le diamètre du carter pour assurer
une bonne tenue mécanique du pion et augmenterait la masse du carter.
L'anti-rotation selon l'invention permet ainsi de réduire
l'encombrement radial de l'étage de turbine.
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Selon un autre aspect de l'invention, les moyens complémentaires
du distributeur comprennent des surépaisseurs locales du distributeur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi radialement
interne de l'organe en C de chaque secteur d'anneau a une dimension
axiale supérieure à celle de la paroi radialement externe de cet organe.
Le distributeur peut comprendre à son extrémité aval une
patte annulaire radialement externe comportant une surface cylindrique
externe d'appui radial sur le rail de carter et une surface radiale aval
d'appui sur le jonc, le ou les évidements précités débouchant vers l'aval au
moins en partie sur cette surface radiale aval.
Le distributeur peut être sectorisé et formé de plusieurs secteurs
disposés circonférentiellement bout à bout. Les évidements précités
peuvent avoir une orientation circonférentielle, leurs extrémités
circonférentielles débouchant sur les extrémités circonférentielles des
secteurs de distributeur ou étant fermées par des voiles latéraux des
secteurs de distributeur.
Les bords latéraux en regard des secteurs de patte annulaire des
secteurs de distributeur comportent de préférence des rainures rectilignes
de logement de lamelles d'étanchéité qui s'étendent radialement vers
l'extérieur jusqu'à proximité du rail de carter et/ou du jonc, les rainures
s'étendant dans un plan situé en amont des évidements précités, ou
s'étendant au moins en partie dans les voiles latéraux précités des secteurs
de distributeur. Ces lamelles permettent de limiter les fuites de gaz inter-
secteurs.
L'invention concerne enfin une turbomachine, telle qu'un
turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle
comprend au moins un étage de turbine tel que décrit ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et
caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de
la
description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux
dessins annexés, dans lesquels :
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¨ la figure 1 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un
étage de turbine d'une turbomachine, selon la technique antérieure ;
¨ la figure 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 1
;
¨ la figure 3 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un
5 étage de turbine d'une turbomachine, selon l'invention ;
¨ la figure 4 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 3
et représente une étape de montage par basculement d'un secteur
d'anneau ;
¨ la figure 5 est une vue schématique en perspective d'une plate-forme
externe d'un secteur de distributeur selon l'invention ;
¨ la figure 6 est une vue schématique en perspective d'un secteur
d'anneau selon l'invention ;
¨ la figure 7 est une vue schématique en perspective de plates-formes
externes et de secteurs d'anneau du type de ceux des figures 5 et 6, en
position de montage ;
¨ la figure 8 est une vue correspondant à la figure 3 et représentant une
variante de réalisation de l'étage de turbine selon l'invention ;
¨ la figure 9 est une vue schématique partielle en perspective de l'étage
de la figure 8;
¨ la figure 10 est une vue schématique en perspective d'une plate-forme
externe d'un secteur de distributeur selon l'invention ;
¨ la figure 11 est une vue schématique en perspective d'un secteur
d'anneau selon l'invention ;
¨ la figure 12 est une vue schématique en perspective de plates-formes
externes et de secteurs d'anneau du type de ceux des figures 10 et 11,
en position de montage.
On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une turbine basse-
pression 10 d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un
turbopropulseur d'avion, cette turbine comportant plusieurs étages
comportant chacun un distributeur 12 accroché à un carter 14 de la turbine,
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et une roue à aubes 16 montée en aval du distributeur 12 et tournant dans
un anneau 18 accroché au carter 14.
Le distributeur 12 comprend deux plates-formes coaxiales,
respectivement interne et externe 20, reliées entre elles par des aubes
sensiblement radiales. La plate-forme externe 20 comprend deux pattes
annulaires, respectivement amont 22 et aval 24, qui s'étendent radialement
vers l'extérieur et qui comportent des moyens d'accrochage sur le carter.
Les pattes 22, 24 du distributeur 12 comprennent à leurs périphéries
externes des rebords cylindriques amont d'accrochage sur des rails
cylindriques 26 du carter. Le rebord cylindrique de la patte aval 24
comprend au moins une encoche radiale dans laquelle est engagé un pion
radial 28 porté par le carter 14 et destiné à bloquer en rotation le
distributeur par rapport au carter.
La patte aval 24 du distributeur 12 comprend une surface cylindrique
radialement externe 30 d'appui radial sur un autre rail 32 du carter et une
surface radiale aval 34 d'appui axial sur un jonc annulaire 36 fendu logé
dans une gorge annulaire 38 de ce rail, cette gorge 38 débouchant
radialement vers l'intérieur (figure 2). Ce jonc 36 assure la retenue axiale
vers l'aval du distributeur 12.
L'anneau 18 est sectorisé et formé de plusieurs secteurs qui sont
portés circonférentiellement bout à bout par le carter 14 de la turbine.
Chaque secteur d'anneau 18 comprend une paroi cylindrique ou
tronconique 40 et un bloc 42 de matière abradable fixé par brasage et/ou
soudage sur la surface radialement interne de la paroi 40, ce bloc 42 étant
du type en nid d'abeille et étant destiné à s'user par frottement sur des
léchettes annulaires externes des aubes de la roue 16 pour minimiser les
jeux radiaux entre la roue et les secteurs d'anneau 18.
Chaque secteur d'anneau 18 comprend à son extrémité amont un
organe circonférentiel 44 à section en C dont l'ouverture débouche vers
l'amont et qui est engagé axialement depuis l'aval sur le rail de carter 32 et
le jonc 36 (figure 2).
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L'organe 44 de chaque secteur d'anneau 18 comprend deux parois
cylindriques 46 et 48 s'étendant vers l'amont, radialement externe et
radialement interne respectivement, qui sont reliées entre elles à leurs
extrémités aval par une paroi radiale 50. La paroi 46 de l'organe est
appliquée radialement sur une face cylindrique radialement externe du rail
32 et sa paroi interne 48 s'étend radialement à l'intérieur d'une partie du
jonc 36, comme cela est représenté en figure 2.
Dans la technique actuelle, la paroi interne 48 de chaque organe 44
a une dimension axiale inférieure à celle de sa paroi externe 46 et le bord
circonférentiel amont de cette paroi interne est séparé de la surface d'appui
34 du distributeur 12 par un jeu axial J suffisamment grand pour autoriser le
montage des secteurs d'anneau 18 par basculement, comme décrit dans
ce qui précède. De ce fait, la partie d'extrémité amont de la paroi interne 48
de chaque organe 44 s'étend sur une petite dimension axiale L seulement
du jonc 36, qui peut ne pas être suffisante pour le retenir dans la gorge 38,
en particulier dans les conditions les plus défavorables où cette distance L
est diminuée du fait des tolérances de fabrication des pièces et des
dilations thermiques différentielles des pièces en fonctionnement.
L'invention permet de remédier à ce problème grâce à l'allongement
de la paroi interne de l'organe en C de chaque secteur d'anneau, la partie
d'extrémité amont de cette paroi interne étant logée dans un évidement
correspondant du distributeur pour autoriser le montage des secteurs
d'anneau.
On se réfère d'abord aux figures 3 à 7 qui représentent un premier
mode de réalisation de l'invention.
Le distributeur 112 représenté aux figures 3 à 7 diffère de celui décrit
dans ce qui précède notamment en ce que sa patte annulaire aval 124
comprend des évidements du type précité qui, dans l'exemple représenté,
sont formés par des gorges circonférentielles 160, 162 de la périphérie
externe de la patte 124, qui débouchent axialement vers l'aval (figures 3, 4
et 5). Les parties radialement externes de ces gorges 160, 162 débouchent
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sur la surface radiale 134 de la patte aval 124 destinée à être en appui sur
le jonc 136 porté par le rail 132 du carter 114.
Le distributeur 112 est sectorisé et comprend plusieurs secteurs de
distributeur disposés circonférentiellement bout à bout. La figure 5
représente une partie seulement d'un secteur de distributeur (seules la
plate-forme externe 120 et ses pattes annulaires 122, 124 sont
représentées).
Chaque secteur de distributeur 112 comprend une gorge annulaire
160 s'étendant sur plus de la moitié de la dimension circonférentielle du
secteur, et une gorge annulaire 162 de plus petite dimension. Ces gorges
160, 162 sont situées sur une même circonférence et sont séparées l'une
de l'autre par une surépaisseur axiale 164 de la patte aval 124.
Chaque gorge 160, 162 a une extrémité circonférentielle fermée par
la surépaisseur 164 précitée, et l'autre extrémité circonférentielle de
chaque gorge est fermée par un voile de matière 166 de la patte aval 124,
ce voile s'étendant axialement vers l'aval.
Comme cela est visible aux figures 3 et 5, les bords latéraux en
regard des secteurs de distributeur 112 comprennent des rainures
rectilignes de logement de lamelles d'étanchéité (non représentées).
Chaque bord latéral comprend une rainure rectiligne 170 s'étendant le long
du bord longitudinal de la plate-forme externe 124, une rainure rectiligne
172 s'étendant radialement le long du bord latéral d'un secteur de patte
amont 122, et une rainure rectiligne 174 s'étendant radialement le long du
bord latéral d'un secteur de patte aval 124. Chaque rainure 174 est formée
en partie dans le voile 166 précitée et s'étend jusqu'au voisinage immédiat
de la surface cylindrique externe 130 de la patte aval.
Les secteurs d'anneau 118 représentés aux figures 3 à 7 diffèrent de
ceux décrits précédemment notamment en ce que les parois radialement
internes 148 de leurs organes en C 144 ont une dimension axiale plus
grande que celle de leurs parois radialement externes 146. Comme cela
est visible en figure 1, la paroi radialement interne 148 de l'organe 144 de
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chaque secteur d'anneau 118 s'étend sur toute la dimension axiale du jonc
136 et au-delà de ce jonc en direction de l'amont jusque dans les gorges
160, 162 précitées du distributeur.
La figure 6 représente un secteur d'anneau 118. La paroi interne 148
de l'organe 144 comprend deux encoches radiales 180, 182 dans l'exemple
représenté, ces encoches étant destinées à coopérer avec des moyens
complémentaires du distributeur pour immobiliser le secteur vis-à-vis du
distributeur, comme cela sera décrit plus en détail dans ce qui suit.
Les encoches 180, 182 ont une forme sensiblement en U et sont
définies par deux bords latéraux parallèles reliés à leurs extrémités aval par
un bord circonférentiel. Dans l'exemple représenté, chaque bord latéral
d'une encoche est relié au bord circonférentiel de cette encoche par un
orifice 184 à section circulaire destiné à réduire les concentrations de
contraintes en fonctionnement dans cette zone.
L'encoche 180 de la paroi interne 148 de l'organe 144 de chaque
secteur d'anneau 118 est située sensiblement au milieu de cette paroi et
est destinée à recevoir la surépaisseur locale 164 de la patte aval 124 du
distributeur.
Comme cela est visible en figure 7, les secteurs d'anneau 118 sont
décalés en direction circonférentielle par rapport aux secteurs de
distributeur 112, de sorte que les bords longitudinaux des plates-formes
120 des secteurs de distributeur ne soient pas alignés axialement avec
ceux des secteurs d'anneau 118. Cela garantit notamment une meilleure
étanchéité de l'assemblage.
L'encoche 182 de la paroi interne 148 de l'organe 144 de chaque
secteur d'anneau 118 est destinée à recevoir les voiles de matière 166 en
regard de deux secteurs de distributeur 112 adjacents, comme cela est
visible en figure 7.
Comme cela est bien visible en figure 6, les encoches 180, 182
définissent entre elles trois parties d'extrémité aval 184, 186, 188
distinctes
de la paroi interne 148 de l'organe, l'une 184 étant engagée dans une
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partie de la gorge 160 d'un secteur de distributeur 112, l'autre 186 étant
engagée dans la gorge 162 de ce secteur et la dernière 188 étant engagée
dans une partie de la gorge 160 d'un secteur de distributeur adjacent
(figure 7).
5 La figure 4 représente une étape de montage d'un secteur d'anneau
118 sur le carter 114. Le secteur d'anneau 118 est disposé en oblique de
sorte que son extrémité amont soit située radialement à l'extérieur par
rapport à son extrémité aval. Le secteur d'anneau est déplacé depuis l'aval
vers le rail de carter 132 jusqu'à ce que ce rail s'engage entre les parois
10 146, 148 de l'organe en C 144 du secteur. La paroi interne 148 de
l'organe
s'engage alors dans les gorges 160, 162 précitées de la patte aval 124 du
distributeur 112, comme cela est représenté en figure 4. L'extrémité aval du
secteur d'anneau 118 est ensuite basculée radialement vers l'extérieur
pour appliquer cette extrémité aval contre un rail du carter (flèche 190). Le
basculement est réalisé par rotation du secteur d'anneau 118 autour d'un
point localisé sensiblement en C.
En position de montage représentée en figure 3, le bord
circonférentiel amont de la paroi interne 148 de l'organe 144 de chaque
secteur d'anneau 118 est séparé par un jeu axial J' suffisant des fonds ou
des parois radiales 159 des gorges 160, 162 pour autoriser ce montage par
basculement. Lors du basculement, ce jeu J' diminue comme cela est
visible en figure 4. Par ailleurs, les parties d'extrémité amont de la paroi
interne 148 de chaque organe 144 s'étendent à l'intérieur et parallèlement
à une paroi cylindrique externe 161 de chaque gorge 160, 162, et sont
séparées de cette paroi 161 par un jeu radial H faible voire nul. Ces parties
d'extrémité forment ainsi des moyens de retenue radiale de l'extrémité aval
des secteurs de distributeur.
On se réfère désormais aux figures 8 à 12 qui représentent une
variante de réalisation de l'invention dans laquelle les secteurs de
distributeur 212 se distinguent de ceux 112 décrits précédemment
essentiellement en ce que les gorges 260, 262 de réception des parois
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internes 246 des organes en C 244 des secteurs d'anneau 218 ont une de
leurs extrémités circonférentielles qui n'est pas fermée et qui débouche
donc en direction circonférentielle au niveau de l'un des bords latéraux d'un
secteur de distributeur.
La gorge 260 de plus grande dimension circonférentielle d'un
secteur de distributeur 212 a une extrémité circonférentielle fermée par la
surépaisseur locale 264 précitée et une extrémité circonférentielle qui
débouche sur l'un des bords latéraux du secteur. La gorge 262 de plus
petite dimension circonférentielle d'un secteur de distributeur 212 a une
extrémité circonférentielle fermée par la surépaisseur locale 264 précitée et
une extrémité circonférentielle qui débouche sur l'autre des bords latéraux
du secteur.
Les rainures rectilignes 270 formées dans les bords latéraux des
secteurs de patte aval 224 des secteurs de distributeur 212 s'étendent ici
sensiblement radialement dans un plan situé en amont des gorges 260,
262. Les extrémités radialement externes de ces rainures 270 sont situées
au voisinage immédiat de la surface cylindrique externe 230 de la patte
224.
Les secteurs d'anneau 218 se distinguent de ceux 118
précédemment décrits essentiellement en ce que les parois radialement
internes 248 de leurs organes en C comprennent chacune une seule
encoche 280 qui est similaire à l'encoche 180 décrite précédemment, cette
encoche 280 étant destinée à recevoir la surépaisseur 264 précitée d'un
secteur de distributeur.
Comme cela est visible en figure 11, l'encoche 280 délimite deux
parties d'extrémité aval 284, 286 distinctes de la paroi interne 248 de
l'organe, l'une 284 étant engagée dans une partie de la gorge 260 d'un
secteur de distributeur 212 et l'autre 286 étant engagée dans la gorge 262
de ce secteur ainsi que dans une partie de la gorge 260 d'un secteur de
distributeur adjacent (figure 12).
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Les secteurs d'anneau 218 sont montés de la même façon que celle
décrite précédemment en référence à la figure 4.
