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Elément de répartition d'un fluide de refroidissement et ensemble
d'anneau de turbine associé
Arrière-plan de l'invention
L'invention se rapporte à un ensemble d'anneau de turbine
comprenant une pluralité de secteurs d'anneau en matériau composite à
matrice céramique (matériau CMC) ou en matériau métallique et concerne
plus particulièrement un élément de répartition d'un fluide de
refroidissement.
Le domaine d'application de l'invention est notamment celui des
moteurs aéronautiques à turbine à gaz. L'invention est toutefois applicable
à d'autres turbomachines, par exemple des turbines industrielles.
Dans des moteurs aéronautiques à turbine à gaz, l'amélioration
du rendement et la réduction de certaines émissions polluantes conduisent
à rechercher un fonctionnement à des températures toujours plus élevées.
Dans le cas d'ensembles d'anneau de turbine entièrement métalliques, il
est nécessaire de refroidir tous les éléments de l'ensemble et en particulier
l'anneau de turbine qui est soumis à des flux très chauds. Le
refroidissement d'un anneau de turbine métallique nécessite l'utilisation
d'une grande quantité de fluide, typiquement d'air, de refroidissement, ce
qui a un impact significatif sur la performance du moteur puisque le flux
de refroidissement utilisé est prélevé sur le flux principal du moteur.
L'utilisation de secteurs d'anneau en matériau CMC a été
proposée afin de limiter la ventilation nécessaire au refroidissement de
l'anneau de turbine et ainsi augmenter la performance du moteur.
Toutefois, même si des secteurs d'anneau en CMC sont utilisés,
il reste nécessaire d'utiliser une quantité significative de fluide de
refroidissement. L'anneau de turbine est, en effet, confronté à une source
chaude (la veine dans laquelle s'écoule le flux de gaz chaud) et une source
froide (la cavité délimitée par l'anneau et le carter, désignée par la suite
par l'expression cavité anneau ). La cavité anneau doit être à une
pression supérieure à celle de la veine afin d'éviter que du gaz provenant
de la veine ne remonte dans cette cavité et vienne brûler les pièces
métalliques. Cette surpression est obtenue en prélevant du fluide froid
au niveau du compresseur, qui n'a pas traversé la chambre de
combustion, et en l'acheminant jusqu'à la cavité anneau. Le maintien
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d'une telle surpression rend donc impossible la coupure totale de
l'alimentation en fluide froid de la cavité anneau.
En outre, des études menées par la Déposante ont montré
qu'un anneau, en matériau CMC ou métallique, refroidi par des systèmes
de refroidissement connus peut présenter des gradients thermiques
pénalisants qui génèrent des contraintes mécaniques défavorables. De
surcroît, les technologies de refroidissement utilisées pour un anneau
métallique peuvent ne pas être aisément transposables à un anneau en
matériau CMC.
Quelle que soit la nature du matériau mis en uvre pour les
secteurs d'anneau, il serait donc souhaitable de perfectionner les systèmes
de refroidissement existants afin de limiter les gradients thermiques
défavorables dans les secteurs d'anneau refroidis et donc la génération de
contraintes défavorables. Il serait, en outre, souhaitable de perfectionner
les systèmes de refroidissement existants afin d'optimiser la quantité de
fluide de refroidissement effectivement utilisée pour le refroidissement de
l'anneau en limitant notamment les fuites de fluide de refroidissement.
L'invention vise spécifiquement à répondre aux besoins
précités.
Objet et résumé de l'invention
A cet effet, l'invention propose un élément de répartition d'un
fluide de refroidissement destiné à être fixé à une structure de support
. pour
alimenter en fluide de refroidissement une paroi à refroidir lui faisant
face, ledit élément de répartition comprenant un corps définissant un
volume interne de répartition du fluide de refroidissement et une plaque
multi-perforée qui délimite ce volume interne et comprend une pluralité de
perforations de sortie traversantes qui mettent en communication ledit
volume interne de répartition du fluide de refroidissement avec ladite paroi
à refroidir, l'élément de répartition comprenant en outre un orifice
d'entrée débouchant dans ledit volume interne de répartition du fluide de
refroidissement, caractérisé en ce que ledit volume interne de répartition
du fluide de refroidissement comporte des ailettes directionnelles
sensiblement à égale distance dudit orifice d'entrée et de ladite plaque
multi-perforée, pour diriger le fluide de refroidissement dudit orifice
d'entrée vers lesdites perforations de sortie traversantes.
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La mise en oeuvre, pour chaque secteur d'anneau, d'un élément
de répartition du fluide, typiquement de l'air, de refroidissement tel que
décrit ci-dessus présente plusieurs avantages.
Tout d'abord, les ailettes directionnelles permettent de mieux
distribuer l'alimentation en air frais et donc de refroidir de manière
homogène la paroi à refroidir, par exemple le secteur d'anneau placé en
aval de l'écoulement. Ensuite, l'air de refroidissement étant mieux
canalisé, on limite les recirculations inutiles et les pertes de charge ainsi
que l'échauffement associé du gaz de refroidissement. Enfin, en faisant
aussi fonction de piliers de construction, les ailettes simplifient
notablement le processus de fabrication en offrant plusieurs orientations
de construction (donc de géométries) possibles et en limitant les
opérations de post-fusion notamment du fait qu'il n'y a plus de supports à
retirer lors de la construction du volume interne selon un procédé de
fusion laser sur lit de poudre.
De préférence, ledit corps présente une forme sensiblement
pyramidale dont une base est destinée à recevoir ladite plaque multi-
perforée comportant lesdites perforations de sortie traversantes diffusant
le fluide de refroidissement et dont les faces inclinées se rejoignent au
sommet au niveau dudit orifice d'entrée de l'air de refroidissement.
Avantageusement, lesdites ailettes directionnelles sont réparties
régulièrement à l'intérieur dudit volume interne.
De préférence, lesdites ailettes directionnelles comportent des
sommets respectifs formant une voute assurant le soutien d'une surface
en plafond dudit volume interne.
Avantageusement, lesdites ailettes directionnelles comportent une
ailette centrale disposée dans un axe central passant par l'axe dudit orifice
d'entrée, au moins deux autres ailettes étant réparties identiquement de
chaque côté de ladite ailette centrale avec des angles d'inclinaison a et [3
.. par rapport au dit axe central allant croissant.
De préférence, ladite première ailette est inclinée par rapport au dit
axe central dans une plage de l'ordre de 30 à 44 et ladite deuxième
ailette est inclinée par rapport au dit axe central dans une plage de l'ordre
de 45 à 59 .
Avantageusement, lesdites ailettes directionnelles sont en un
nombre compris entre 3 et 9.
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La présente invention vise également un ensemble d'anneau de
turbine comprenant une pluralité de secteurs d'anneau formant un anneau
de turbine, une structure de support d'anneau et une pluralité d'éléments
de répartition tels que précités ainsi qu'une turbomachine comprenant un
tel ensemble d'anneau de turbine.
L'invention concerne également un procédé de fusion laser sur lit
de poudre pour la fabrication d'un élément de répartition tel que précité,
dans lequel lesdites ailettes directionnelles font fonction de support
permanent lors de la construction dudit volume interne.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront
de la description suivante de modes particuliers de réalisation de
l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux
dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée
d'un ensemble d'anneau de turbine intégrant un élément de répartition de
fluide de refroidissement selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en bout, plaque multi-perforée ôtée,
de l'élément de répartition de fluide de refroidissement de la figure 1, et
- la figure 3 est une vue partielle en coupe de l'élément de
répartition de fluide de refroidissement de la figure 1, et
- la figure 4 illustre un exemple d'un dispositif permettant la
réalisation d'un élément de répartition.
Description détaillée de modes de réalisation
La figure 1 présente une vue schématique en perspective
éclatée d'une partie d'un ensemble d'anneau de turbine haute pression
comprenant un anneau de turbine 11 en matériau composite à matrice
céramique (CMC) ou en matériau métallique et une structure métallique
de support d'anneau 13. Lorsque l'anneau 11 est en CMC, la structure de
support d'anneau 13 est en un matériau ayant un coefficient de dilatation
thermique supérieur au coefficient de dilatation thermique du matériau
constituant les secteurs d'anneau. L'anneau de turbine 11 entoure un
ensemble de pales rotatives (non représentées) et est formé d'une
pluralité de secteurs d'anneau 110. La flèche DA indique la direction axiale
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de l'anneau de turbine 11 tandis que la flèche DR indique la direction
radiale de l'anneau de turbine 11. La flèche Dc indique quant à elle la
direction circonférentielle de l'anneau de turbine.
Chaque secteur d'anneau 110 présente, selon un plan défini par
5 les directions axiale DA et radiale DR, une section sensiblement en forme
de la lettre grecque n inversée. Le secteur 110 comprend en effet une
base annulaire 112 et des pattes radiales d'accrochage amont et aval 114
et 116. Les termes "amont" et "aval" sont utilisés ici en référence au sens
d'écoulement du flux gazeux dans la turbine lequel s'effectue le long de la
direction axiale DA.
La base annulaire 112 comporte, suivant la direction radiale DR
de l'anneau 11, une face interne 112a et une face externe 112b opposées
l'une à l'autre. La face interne 112a de la base annulaire 112 est revêtue
d'une couche 113 de matériau abradable formant une barrière thermique
et environnementale et définit une veine d'écoulement de flux gazeux
dans la turbine.
Les pattes radiales d'accrochage amont et aval 114 et 116
s'étendent en saillie, suivant la direction DR, à partir de la face externe
112b de la base annulaire 112 à distance des extrémités amont et aval
1121 et 1122 de la base annulaire 112. Les pattes radiales d'accrochage
amont et aval 114 et 116 s'étendent sur toute la longueur circonférentielle
du secteur d'anneau 110, c'est-à-dire sur tout l'arc de cercle décrit par le
secteur d'anneau 110.
La structure de support d'anneau 13 qui est solidaire d'un
carter de turbine 130 comprend une couronne centrale 131, s'étendant
dans la direction axiale DA, et ayant un axe de révolution confondu avec
l'axe de révolution de l'anneau de turbine 11 lorsqu'ils sont fixés
ensemble. La structure de support d'anneau 13 comprend en outre une
bride radiale annulaire amont 132 et une bride radiale annulaire aval 136
qui s'étendent, suivant la direction radiale DR, depuis la couronne centrale
31 vers le centre de l'anneau 11 et dans la direction circonférentielle de
l'anneau 11.
La bride radiale annulaire aval 136 comprend une première
extrémité 1361 libre et une seconde extrémité 1362 solidaire de la
couronne centrale 131. La bride radiale annulaire aval 136 comporte une
première portion 1363, une seconde portion 1364, et une troisième
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portion 1365 comprise entre la première portion 1363 et la seconde
portion 1364. La première portion 1363 s'étend entre la première
extrémité 1361 et la troisième portion 1365, et la seconde portion 1364
s'étend entre la troisième portion 1365 et la seconde extrémité 1362. La
première portion 1363 de la bride radiale annulaire 136 est au contact de
la patte radiale d'accrochage aval 116. La seconde portion 1364 est
amincie par rapport à la première portion 1363 et la troisième portion
1365 de manière à donner une certaine souplesse à la bride radiale
annulaire 136 et ainsi ne pas trop contraindre l'anneau de turbine 11.
La structure de support d'anneau 13 comprend également un
premier et un second flasques amont 133 et 134 présentant chacun, dans
l'exemple illustré, une forme annulaire. Les deux flasques amont 133 et
134 sont fixés ensemble sur la bride radiale annulaire amont 132. En
variante, les premier et second flasques amont 133 et 134 pourraient être
segmentés en une pluralité de sections d'anneau.
Le premier flasque amont 133 comprend une première
extrémité 1331 libre et une seconde extrémité 1332 au contact de la
couronne centrale 131. Le premier flasque amont 133 comprend en outre
une première portion 1333 s'étendant depuis la première extrémité 1331,
une seconde portion 1334 s'étendant depuis la deuxième extrémité 1332,
et une troisième portion 1335 s'étendant entre la première portion 1333 et
la deuxième portion 1334.
Le second flasque amont 134 comprend une première extrémité
1341 libre et une seconde extrémité 1342 au contact de la couronne
centrale 131, ainsi qu'une première portion 1343 et une seconde portion
1344, la première portion 1343 s'étendant entre la première extrémité
1341 et la seconde portion 1344, et la seconde portion 1344 s'étendant
entre la première portion 1343 et la seconde extrémité 1342.
La première portion 1333 du premier flasque amont 133 est en
appui sur la patte radiale d'accrochage amont 114 du secteur d'anneau
110. Les premier et second flasques amont 133 et 134 sont conformés
pour avoir les premières portions 1333 et 1343 distantes l'une de l'autre et
les secondes portions 1334 et 1344 en contact, les deux flasques 133 et
134 étant fixés de manière amovible sur la bride radiale annulaire amont
132 à l'aide de vis 160 et d'écrous 161 de fixation, les vis 160 traversant
des orifices 13340, 13440 et 1320 prévus respectivement dans les
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secondes portions 1334 et 1344 des deux flasques amont 133 et 134 ainsi
que dans la bride radiale annulaire amont 132. Les écrous 161 sont quant
à eux solidaires de la structure de support d'anneau 13, étant par exemple
fixés par sertissage à celle-ci.
Le second flasque amont 134 est dédié à la reprise de l'effort
du distributeur haute pression (DHP), d'une part, en se déformant, et,
d'autre part, en faisant transiter cet effort vers la ligne carter qui est
plus
robuste mécaniquement, c'est-à-dire vers la ligne de la structure de
support d'anneau 13.
Dans la direction axiale DA, la bride radiale annulaire aval 136
de la structure de support d'anneau 13 est séparée du premier flasque
amont 133 d'une distance correspondant à l'écartement des pattes
radiales d'accrochage amont et aval 114 et 116 de manière à maintenir
ces dernières entre la bride radiale annulaire aval 136 et le premier
flasque amont 133. Il est possible de réaliser une précontrainte axiale de
la bride 136. Cela permet de reprendre les différences de dilatation entre
les éléments métalliques et les secteurs d'anneau en CMC lorsque ces
derniers sont utilisés.
Pour davantage maintenir en position les secteurs d'anneau
110, et donc l'anneau de turbine 11, avec la structure de support
d'anneau 13, l'ensemble d'anneau comprend, dans l'exemple illustré, deux
premiers pions 119 coopérant avec la patte d'accrochage amont 114 et le
premier flasque amont 133, et deux seconds pions 120 coopérant avec la
patte d'accrochage aval 116 et la bride radiale annulaire aval 136.
Pour chaque secteur d'anneau 110 correspondant, la troisième
portion 1335 du premier flasque amont 133 comprend deux orifices 13350
de réception des deux premiers pions 119, et la troisième portion 1365 de
la bride radiale annulaire 136 comprend deux orifices 13650 configurés
pour recevoir les deux seconds pions 120.
Pour chaque secteur d'anneau 110, chacune des pattes radiales
d'accrochage amont et aval 114 et 116 comprend une première extrémité,
1141 et 1161, solidaire de la face externe 112b de la base annulaire 112
et une seconde extrémité, 1142 et 1162, libre. La seconde extrémité 1142
de la patte radiale d'accrochage amont 114 comprend deux premières
oreilles 117 comportant chacune un orifice 1170 configuré pour recevoir
un premier pion 119. De manière similaire, la seconde extrémité 1162 de
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la patte radiale d'accrochage aval 116 comprend deux secondes oreilles
118 comportant chacune un orifice 1180 configuré pour recevoir un
second pion 120. Les premières et secondes oreilles 117 et 118 s'étendent
en saillie dans la direction radiale DR de l'anneau de turbine 11
respectivement de la seconde extrémité 1142 de la patte d'accrochage
radiale amont 114 et de la seconde extrémité 1162 de la patte
d'accrochage radiale aval 116.
Pour chaque secteur d'anneau 110, les deux premières oreilles
117 sont positionnées à deux positions angulaires différentes par rapport à
l'axe de révolution de l'anneau de turbine 11. De même, pour chaque
secteur d'anneau 110, les deux secondes oreilles 118 sont positionnées à
deux positions angulaires différentes par rapport à l'axe de révolution de
l'anneau de turbine 11.
Chaque secteur d'anneau 110 comprend en outre des surfaces
d'appuis rectilignes 1110 montées sur les faces des pattes radiales
d'accrochage amont et aval 114 et 116 en contact respectivement avec le
premier flasque annulaire amont 133 et la bride radiale annulaire aval 136,
c'est-à-dire sur la face amont 114a de la patte radiale d'accrochage amont
114 et sur la face aval 116b de la patte radiale d'accrochage aval 116.
Dans une variante, les appuis rectilignes pourraient être montés sur le
premier flasque annulaire amont 133 et sur la bride radiale annulaire aval
136.
Les appuis rectilignes 1110 permettent d'avoir des zones
d'étanchéités maîtrisées. En effet, les surfaces d'appui 1110 entre la patte
radiale d'accrochage amont 114 et le premier flasque annulaire amont
133, d'une part, et entre la patte radiale d'accrochage aval 116 et la bride
radiale annulaire aval 136 sont compris dans un même plan rectiligne.
Plus précisément, avoir des appuis sur des plans radiaux
permet de s'affranchir des effets de décambrage dans l'anneau de turbine
11. Par ailleurs, les anneaux en fonctionnement basculent autour d'une
normale au plan (DA, DR). Un appui curviligne générerait un contact entre
l'anneau 11 et la structure de support d'anneau 13 sur un ou deux points.
A l'inverse, un appui rectiligne permet un appui sur une ligne.
Conformément à l'invention, l'ensemble d'anneau comprend en
outre, pour chaque secteur d'anneau 110, un élément de répartition de
fluide de refroidissement 150. Cet élément de répartition 150 constitue un
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diffuseur de fluide (typiquement d"air) permettant l'impact d'un flux de
refroidissement FR sur la face externe 112b du secteur d'anneau 110 (voir
la figure 3). L'élément 150 est présent dans l'espace délimité entre
l'anneau de turbine 11 et la structure de support d'anneau 13 et plus
particulièrement entre le premier flasque annulaire amont 133, la
couronne centrale 131 et les pattes radiales d'accrochage amont et aval
114 et 116. L'élément de répartition 150 comprend un corps creux 151 qui
définit un volume interne de répartition de l'air de refroidissement ainsi
qu'une plaque multi-perforée 152 qui délimite ce volume interne et
comprend une pluralité de perforations de sortie traversantes 153A qui
mettent en communication le volume interne du corps creux 151 avec
l'espace en regard de la face externe 112b du secteur d'anneau 110.
Le corps creux 151 présente avantageusement une forme
sensiblement pyramidale (c'est-à-dire progressive avec une entrée moins
large que la sortie) dont la base est destinée à recevoir la plaque multi-
perforée 152 comportant les perforations de sortie traversantes radiales
153A et dont les faces inclinées se rejoignent au sommet au niveau d'un
orifice axial d'entrée de l'air de refroidissement 154 (illustré à la figure
3).
La plaque multi-perforée 152 est située en regard (en face) de
la face externe 112b du secteur d'anneau 110 et présente dans l'exemple
illustré une forme allongée le long de la direction circonférentielle Dc de
l'anneau de turbine 11. La plaque multi-perforée 152 comporte également
une pluralité de perforations de sortie traversantes latérales 153B qui
débouche entre les première 114 et seconde 116 pattes d'accrochage du
secteur d'anneau 110. Aucun élément tiers n'est présent entre la plaque
multi-perforée 152 et la face externe 112b du secteur d'anneau 110 ou les
première 114 et seconde 116 pattes d'accrochage afin de ne pas ralentir
ou perturber l'écoulement de l'air de refroidissement traversant la plaque
152 et venant impacter le secteur d'anneau 110. La plaque multi-perforée
152 qui délimite le volume interne du corps creux 151 est située du côté
du secteur d'anneau 110 (radialement vers l'intérieur). L'élément de
répartition 150 comprend en outre une portion de guidage de l'air de
refroidissement 155 qui s'étend à partir du corps 151 à la fois dans la
direction radiale DR et dans la direction axiale DA. La portion de guidage
155 est positionnée radialement vers l'extérieur par rapport à la plaque
multi-perforée 152. Cette portion de guidage 155 définit un canal intérieur
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(illustré par l'orifice d'entrée 154 de la figure 3 qui en définit sa sortie)
qui
est en communication avec les orifices d'alimentation en air de
refroidissement 192 et 190 respectivement ménagés dans les premier 133
et deuxième 134 flasques amont.
5 Le flux
d'air de refroidissement FR prélevé en amont dans la
turbine est destiné à traverser les orifices 190 et 192 en vue d'être
acheminé jusqu'au secteur d'anneau 110. La portion de guidage 155
définit le canal intérieur que le flux d'air de refroidissement FR est destiné
à traverser en vue d'être transféré au volume intérieur du corps creux 151
10 et être
distribué au secteur d'anneau 110 suite à sa traversée de la plaque
multi-perforée 152. Le canal intérieur présente un orifice d'entrée (non
visible sur la figure) qui est situé de préférence en regard (en face et au
contact) ou dans le prolongement (c'est-à-dire très peu espacé du premier
flasque amont 133) de l'orifice d'alimentation 192 et communiquant avec
ce dernier. Le canal intérieur débouche par ailleurs dans le volume interne
au travers de l'orifice d'entrée 154 qui émerge au sommet du volume
pyramidal 151 à une extrémité opposée à la plaque multi-perforée 152. Le
canal intérieur de la portion de guidage 155 a pour rôle de canaliser l'air
de refroidissement FR arrivant au travers de l'orifice 192 afin de le
transférer dans le volume intérieur puis vers le secteur d'anneau 110 et
ainsi minimiser les pertes ou fuites de cet air de refroidissement.
Afin d'assurer un refroidissement homogène du secteur
d'anneau 110 et comme l'illustrent les figures 2 et 3, le volume pyramidal
intérieur comporte des ailettes directionnelles 170, 172, 174, 176, 178,
régulièrement réparties à l'intérieur de ce volume et faisant aussi fonction
de supports de fabrication (piliers) permanents permettant la construction
de la surface en plafond 180, les faces latérales 182, 184 du volume
interne contribuant tout comme les piliers à guider le flux d'air de
refroidissement et à maintenir la surface en plafond lors de cette
construction.
Ainsi, les sommets respectifs 170A, 172A, 174A, 176A, 178A
des ailettes forment une voute assurant le soutien de la surface en
plafond 180 pour laquelle les solutions de supportage classiques ne
fonctionnement pas avec une telle zone non accessible depuis l'extérieur.
Les piliers et la voute qu'ils forment en leur sommet offrent ainsi une
solution de supportage permanent plus performante que les supports
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génériques classiques en terme de masse et de performance
aérodynamique et en outre rendant la géométrie entièrement compatible
avec un procédé de fusion laser sur lit de poudre.
En outre, en spécifiant individuellement chaque trou de
refroidissement (sections différentes de trou de surface, micro-perforation
droite, avec chanfrein ou avec congé, section ronde, losange ou
quelconque, axe de trous orthogonal ou incliné par rapport à la surface,
distribution de position de trous réglée de façon périodique ou
quelconque) en toute zone de la pièce (en zone plane comme dans ses
parties latérales (congés) on assure une meilleure distribution de
l'écoulement d'air frais servant à refroidir et homogénéiser la température
du secteur d'anneau en aval. Les ailettes directionnelles permettent de
mieux distribuer l'alimentation en air frais et donc de refroidir de
manière homogène le secteur d'anneau placé en aval de l'écoulement.
Plus particulièrement, l'ailette centrale 170 est disposée dans un axe
central passant par l'axe de l'orifice d'entrée 154 sensiblement à égale
distance de cet orifice et de la plaque multi-perforée 152. Les autres
ailettes sont réparties identiquement de chaque côté de cette ailette
centrale préférentiellement avec des angles d'inclinaison a et 13 par rapport
à l'axe central allant croissant en se rapprochant des faces latérales 182,
184. Ainsi, de part et d'autre de cette ailette centrale 170, est disposée
une première ailette 172, 174 inclinée par rapport à l'axe central dans une
plage de l'ordre de 30 à 44 et une deuxième ailette 176, 178 inclinée
dans une plage de l'ordre de 450 à 59 .
On notera que si ces ailettes ont été définies par un seul angle,
et peuvent donc être qualifiées de droites, il est bien entendu possible, en
fonction de la déviation de flux d'air souhaitée, de faire une géométrie
plus complexe, spécifique à l'image d'aubes de turbines avec des
inclinaisons et des courbures ayant un angle différent à l'amont comme à
l'aval. De même, selon la distribution d'air souhaitée homogène ou non,
l'ailette centrale peut ou non être présente. Bien entendu, le nombre
d'ailettes directionnelles ne saurait être limitatif et est avantageusement
compris entre 3 et 9.
La portion de guidage 155 définit également un logement 156
traversant, dans le cas présent, mais qui pourrait en variante être borgne
et dont une vis de fixation 163 destinée à coopérer avec ce logement 156
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assure la fixation de l'élément de répartition 150 à la structure de support
d'anneau 13. Comme on peut le voir en particulier sur la figure 1,
l'élément de répartition 150 comprend, dans l'exemple illustré, une portion
additionnelle de maintien 157 distincte de la portion de guidage 155 (la
portion 157 ne présentant pas nécessairement de canal intérieur
d'acheminement du fluide de refroidissement qui devra alors traverser une
paroi interne 186 ouverte entre ces deux portions). Les portions 155 et
157 d'un même élément de répartition 150 sont décalées le long de la
direction circonférentielle Dc. La portion de maintien 157 définit elle aussi
un logement 158 coopérant avec une vis de fixation 163 afin de permettre
la fixation de l'élément 150 à la structure de support d'anneau 13. Dans
l'exemple illustré, les vis de fixation 163 s'étendent le long de la direction
axiale DA de l'anneau de turbine et traversent les premier 133 et second
134 flasques amont lorsqu'elles sont logées dans les logements 156 et
158.
On décrit maintenant un procédé de réalisation d'un ensemble
d'anneau de turbine correspondant à celui représenté sur la figure 1.
Lorsque les secteurs d'anneau 110 sont réalisés en matériau
CMC, ces derniers sont réalisés par formation d'une préforme fibreuse
ayant une forme voisine de celle du secteur d'anneau et densification du
secteur d'anneau par une matrice céramique.
Pour la réalisation de la préforme fibreuse, on peut utiliser des
fils en fibres céramique, par exemple des fils en fibres SiC tels que ceux
commercialisés par la société japonaise Nippon Carbon sous la
dénomination "Hi-Nicalon S", ou des fils en fibres de carbone.
La préforme fibreuse est avantageusement réalisée par tissage
tridimensionnel, ou tissage multicouches avec aménagement de zones de
déliaison permettant d'écarter les parties de préformes correspondant aux
pattes 114 et 116 des secteurs 110.
Le tissage peut être de type interlock, comme illustré. D'autres
armures de tissage tridimensionnel ou multicouches peuvent être utilisées
comme par exemple des armures multi-toile ou multi-satin. On pourra se
référer au document WO 2006/136755.
Après tissage, l'ébauche peut être mise en forme pour obtenir
une préforme de secteur d'anneau qui est consolidée et densifiée par une
matrice céramique, la densification pouvant être réalisée notamment par
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infiltration chimique en phase gazeuse (CVI) qui est bien connue en soi.
Dans une variante, la préforme textile peut être un peu durcie par CVI
pour qu'elle soit suffisamment rigide pour être manipulée, avant de faire
remonter du silicium liquide par capillarité dans le textile pour faire la
densification.
Un exemple détaillé de fabrication de secteurs d'anneau en
CMC est notamment décrit dans le document US 2012/0027572.
Lorsque les secteurs d'anneau 110 sont en matériau métallique,
ces derniers peuvent par exemple être formés par l'un des matériaux
suivants : alliage AMI., alliage C263 ou alliage M509.
La structure de support d'anneau 13 est quant à elle réalisée en
un matériau métallique tel qu'un alliage Waspaloy ou Inconel 718 ou
encore C263.
Comme le montre la figure 4, l'élément de répartition 150 est
avantageusement réalisé par un procédé de fusion laser sur lit de poudre
(LBM pour Laser Beam Melting) qui garantit une meilleure précision
géométrique et une réduction de l'entrefer avec l'anneau du fait d'une
conception monobloc. Le procédé LBM en réduisant le volume global de
supports, les surfaces à reprendre en usinage, ou encore l'encombrement
sur le plateau de fabrication, permet d'obtenir une réduction sensible des
coûts de fabrication par une diminution de la masse (faible épaisseur) tout
en apportant une amélioration sur le plan de la performance
(refroidissement, légèreté).
Par un positionnement vertical de la paroi perforée 152 sur le
plateau de fabrication 194, on assure une meilleure maitrise de sa
géométrie tout en réduisant son niveau de rugosité (bénéfice tant
mécanique que aérodynamique). En outre, en rendant les piliers de
construction fonctionnels et permanents (1
ailette = 1 pilier de
construction), on créée ainsi une géométrie qui optimise la fonction
refroidissement tout en supportant la surface en plafond, assurant ainsi et
une meilleure fabricabilité et ceci sans pénaliser la masse.
La réalisation de l'ensemble d'anneau de turbine se poursuit par
le montage des secteurs d'anneau 110 sur la structure de support
d'anneau 13. Ce montage peut être effectué secteur d'anneau par secteur
d'anneau de la manière suivante.
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On place d'abord les premiers pions 119 dans les orifices 13350
prévus dans la troisième partie 1335 du premier flasque amont 133, et on
monte le secteur d'anneau 110 sur le premier flasque amont 133 en
engageant les premiers pions 119 dans les orifices 1170 des premières
oreilles de la patte d'accrochage amont 114 jusqu'à ce que la première
portion 1333 du premier flasque amont 133 soit en appui contre la surface
d'appui 1110 de la face amont 114a de la patte d'accrochage amont 114
du secteur d'anneau 110.
On fixe ensuite le deuxième flasque amont 134 au premier
flasque amont 133 et à l'élément de répartition 150 présent entre les
pattes 114 et 116 en positionnant les vis de fixation 163 au travers des
orifices 13440, 13340, 154 et 158.
Puis les deux seconds pions 120 sont insérés dans les deux
orifices 13650 prévus dans la troisième partie 1365 de la bride radiale
annulaire 136 de la structure de support d'anneau 13.
L'ensemble comprenant le secteur d'anneau 110, les flasques
133 et 134 et l'élément de répartition 150 précédemment obtenu est
ensuite monté sur la structure de support d'anneau 13 en insérant chaque
second pion 120 dans chacun des orifices 1180 des secondes oreilles 118
des pattes radiales d'accrochage aval 116 du secteur d'anneau 110. Lors
de ce montage, on met la deuxième portion 1334 du premier flasque
amont 133 en appui contre la bride radiale annulaire amont 132.
On finalise ensuite le montage du secteur d'anneau en venant
insérer les vis de fixations 160 dans les orifices 13440, 13340 encore libres
et 1320, coaxiaux, et on serre chacune des vis dans les écrous 161
solidaires de la structure de support d'anneau.
L'exemple de réalisation qui vient d'être décrit comprend, pour
chaque secteur d'anneau 110, deux premiers pions 119 et deux seconds
pions 120. On ne sort toutefois pas du cadre de l'invention si pour chaque
secteur d'anneau, on utilise deux premiers pions 119 et un seul second
pion 120 ou un seul premier pion 119 et deux seconds pions 120.
Dans une variante non illustrée, on pourrait encore utiliser un
élément de répartition 150 ayant la même structure que celle décrite à la
figure 1 et des pions s'étendant dans la direction radiale entre la couronne
centrale 131 et les pattes d'accrochage 114 et 116 afin de maintenir ces
pattes en position radiale. Selon cette variante, les extrémités de ces pions
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sont insérées en force dans des orifices réalisés dans la couronne centrale
131 afin d'assurer leur maintien. En variante, ces pions pourraient être
montés avec un jeu dans les orifices de la couronne centrale 131 puis être
soudés ensuite.
5 On notera que si la description précitée s'est essentiellement
intéressée à un élément de répartition pour secteurs d'anneau de turbine,
il est clair qu'un tel élément de répartition de type douche peut trouver
aussi application dans tous autres organes de moteurs, par exemple des
parois ou surfaces à refroidir, nécessitant une alimentation en air de
10 refroidissement comme un carter.
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