FR2961849A1 - Etage de turbine dans une turbomachine - Google Patents

Abstract

Etage de turbine pour une turbomachine, comprenant une roue à aubes tournant à l'intérieur d'un anneau sectorisé porté par un carter de la turbine et comprenant un rebord circonférentiel aval accroché sur une patte annulaire du carter par un verrou en C engagé axialement sur le rebord circonférentiel et la patte annulaire du carter, une tôle annulaire fendue d'étanchéité (52) étant montée entre l'anneau et le verrou et ayant des parties d'extrémités circonférentielles (54, 56) de la tôle (52) se chevauchant à froid et à chaud.

Description

1 ETAGE DE TURBINE DANS UNE TURBOMACHINE La présente invention concerne un étage de turbine dans une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur. Un étage de ce type comprend une rangée annulaire d'aubes fixes portées par un carter de la turbine, et une roue de rotor montée en aval comportant une pluralité d'aubes et tournant à l'intérieur d'un anneau sectorisé accroché sur le carter. L'anneau comprend des moyens d'accrochage au carter formés par des rebords circonférentiels amont et aval. Le rebord circonférentiel aval est serré radialement sur une patte annulaire du carter grâce à un organe annulaire de verrouillage à section sensiblement en C, qui est engagé axialement sur la patte annulaire du carter et sur le rebord circonférentiel de l'anneau. L'organe de verrouillage comprend deux branches, respectivement interne et externe, qui sont reliées entre elles par une paroi sensiblement radiale. Il est connu de monter une tôle annulaire d'étanchéité axialement entre l'extrémité aval de l'anneau et l'extrémité amont d'une paroi de révolution externe du distributeur de l'étage suivant, cette tôle étant intercalée radialement entre les branches internes des organes de verrouillage et l'extrémité aval de l'anneau sectorisé. Ce montage permet notamment de limiter les réintroductions vers les organes de verrouillage et le carter de turbine de gaz chauds circulant dans la turbine. Dans la technique actuelle, la tôle annulaire est métallique et fendue pour pouvoir se dilater circonférentiellement du fait de la circulation de gaz chauds dans la turbine. Comme la température des gaz sortant de la chambre de combustion augmente avec le régime moteur, la largeur de la fente, c'est-à-dire la distance entre les deux extrémités libres de la tôle, est déterminée de manière à s'annuler en régime de fonctionnement plein gaz. Ainsi, une étanchéité annulaire parfaite est assurée pour ce régime de fonctionnement spécifique correspondant par exemple à une phase de décollage. Toutefois, il en résulte que l'étanchéité ne peut être assurée pour tous les autres régimes de fonctionnement de la turbomachine pour lesquels la température ne permet pas une dilatation circonférentielle suffisante de la tôle pour avoir un espacement nul entre les extrémités libres de la tôle, ce qui se traduit par une réintroduction de gaz chauds en aval de l'anneau sectorisé. 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 pour une turbomachine, comprenant une roue à aubes tournant à l'intérieur d'un anneau sectorisé porté par un carter de la turbine et comprenant un rebord circonférentiel aval accroché sur une patte annulaire du carter par un verrou en C engagé axialement sur le rebord circonférentiel et la patte annulaire du carter et comportant deux branches interne et externe reliées l'une à l'autre par une paroi radiale, une tôle annulaire fendue d'étanchéité étant montée entre l'anneau et la branche interne du verrou, caractérisé en ce que les parties d'extrémités circonférentielles de la tôle se chevauchent à froid et à chaud.

Selon l'invention, le chevauchement des parties d'extrémités de la tôle annulaire pour tous les régimes de fonctionnement de la turbomachine, évite les réintroductions de gaz chauds en direction des verrous et des éléments environnants. Les bords des extrémités circonférentielles de la tôle peuvent être des bords droits ou en biseau ou des bords amincis. Avec des bords en biseau ou amincis, on limite l'augmentation d'épaisseur radiale au niveau des parties d'extrémités qui se chevauchent. Selon une autre caractéristique de l'invention, la tôle d'étanchéité est un feuillard en matériau composite à matrice céramique, ce qui permet d'une part d'augmenter significativement la durée de vie de la tôle annulaire puisque ce type de matériau résiste bien aux températures élevées régnant dans une turbine et d'autre part de limiter la conduction de chaleur jusqu'aux verrous et à l'anneau du fait d'un coefficient de conduction thermique environ quatre fois plus petit que celui d'un alliage métallique dans lequel est habituellement formée cette tôle.

L'anneau peut également être réalisé en matériau composite à matrice céramique pour limiter la conduction de chaleur jusqu'aux verrous et augmenter la durée de vie de l'anneau. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant un étage de turbine haute pression tel que décrit précédemment. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques 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 partie de turbine d'un type connu ; la figure 2 est une vue en perspective d'une tôle annulaire selon l'invention, les figures 3, 4 et 5 sont des vues en coupe transverse des parties d'extrémités d'une tôle annulaire d'étanchéité selon l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une partie d'une turbine 10 d'un turboréacteur, comprenant un rangée annulaire d'aubes fixes 12 portées par un carter 14 de la turbine, et une roue de rotor 16 montée en amont des aubes fixes 12 et tournant à l'intérieur d'un anneau sectorisé 18 formé d'une pluralité de secteurs 20 qui sont agencés circonférentiellement bout à bout et portés par le carter 14 de la turbine. Les aubes fixes 12 s'étendent radialement entre deux parois de révolution interne (non visible) et externe 22, respectivement, qui délimitent entre elles la veine annulaire d'écoulement des gaz en provenance d'une chambre de combustion. La paroi externe 22 comprend un rebord cylindrique 24 orienté vers l'amont et engagé dans une gorge annulaire 26 orientée vers l'aval du carter 14. Les secteurs 20 de l'anneau sont supportés par une paroi tronconique 28 du carter 14 comportant deux pattes annulaires radiales amont 30 et aval 32 dirigées vers l'intérieur de la turbine. A leurs extrémités radialement internes, les pattes annulaires 30, 32 comprennent des rebords axiaux 34, 36. Chaque secteur d'anneau 20 comprend une paroi à orientation circonférentielle qui comprend à ses extrémités amont et aval des rebords circonférentiels amont 38 et aval 40. Ces rebords 38, 40 ont une section en L et sont à l'extérieur du secteur d'anneau. Le rebord circonférentiel amont 38 est orienté vers l'amont et forme avec l'extrémité amont du secteur d'anneau une gorge annulaire permettant un engagement axial du secteur d'anneau sur le rebord axial 34 de la patte annulaire amont 30. Le rebord circonférentiel aval 40 est orienté vers l'aval et serré radialement sur le rebord axial 36 de la patte annulaire aval 32 au moyen d'un organe annulaire de verrouillage 42 à section en C dont l'ouverture est orientée axialement vers l'amont et qui est engagé axialement depuis l'aval sur le rebord axial 36 et sur les rebords circonférentiels aval 40 des secteurs d'anneau.

L'organe de verrouillage 42 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 46, respectivement, qui sont reliées entre elles à leurs extrémités aval par une paroi radiale 48, et qui sont engagées respectivement à l'intérieur des rebords circonférentiels aval 40 des secteurs d'anneau et à l'extérieur du rebord axial 36. Une tôle annulaire 50 d'étanchéité est montée entre les secteurs d'anneau 20 et la paroi de révolution externe 22 pour empêcher les fuites de gaz chauds depuis la veine de la turbine radialement vers l'extérieur.

L'extrémité amont de cette tôle 50 est engagée axialement entre les extrémités aval des parois circonférentielles des secteurs d'anneau 20 et par la branche interne 44 de l'organe 42. Son extrémité aval est en appui radial sur une face externe de l'extrémité amont de la paroi de révolution externe 22. Dans la technique actuelle, cette tôle est fendue et se dilate plus ou moins dans la direction circonférentielle selon le régime de la turbomachine. Ainsi au régime plein gaz, la température des gaz étant maximale, la dilatation de la tôle est également maximale et la largeur de la fente de la tôle est prévue pour s'annuler et ainsi éviter une circulation de gaz chauds vers l'extérieur de la veine. Toutefois, il n'est pas possible de garantir cette étanchéité pour tous les régimes de fonctionnement de la turbomachine et il s'ensuit que la fente de la tôle reste ouverte pour les autres régimes de la turbomachine. L'invention permet de remédier à ce problème ainsi qu'à ceux mentionnés précédemment en utilisant une tôle annulaire 52 dont les parties d'extrémités 54, 56 se chevauchent radialement à froid et à chaud (figure 2). La tôle d'étanchéité 52 est réalisée en matériau composite à matrice céramique. Ce type de matériau est particulièrement avantageux puisque son coefficient de conduction thermique est environ quatre fois plus faible que celui d'un alliage métallique composant la tôle annulaire d'étanchéité, ce qui limite le transfert de chaleur aux secteurs d'anneau et à l'organe de verrouillage 42 et assure leur protection thermique. De plus, ce matériau résiste bien aux températures élevées telles que celles régnant dans une turbine haute pression, ce qui augmente la durée de vie de la tôle et de l'anneau. Les figures 3 à 5 représentent trois réalisations particulières de l'invention. Dans la première réalisation, les bords des extrémités circonférentielles sont des bords droits ayant des faces radiales (figure 3). Dans une deuxième réalisation, les extrémités 58, 60 de la tôle sont amincies, c'est-à-dire ont une épaisseur plus petite que celle du reste de la tôle annulaire. Ces extrémités 58, 60 ont des formes complémentaires permettant un emboîtement circonférentiel des extrémités. Ainsi, le bord mince 58 d'une extrémité est reçu dans un renfoncement externe 64 de l'autre extrémité et de même le bord mince 60 de l'autre extrémité est reçu dans la première extrémité.

Dans une troisième réalisation de la tôle annulaire selon l'invention, les parties d'extrémités 54, 56 ont des bords biseautés. Ainsi, lorsque la tôle 52 est montée radialement entre l'extrémité aval de l'anneau 18 et les verrous 42, il n'y a plus d'espacement circonférentiel entre les extrémités de la tôle 52. En fonctionnement, l'augmentation de la température induit une dilatation circonférentielle de la tôle 52 qui conduit les parties d'extrémités 54, 56 à coulisser circonférentiellement l'une sur l'autre.

Claims (5)

1. REVENDICATIONS1. Etage de turbine pour une turbomachine, comprenant une roue à aubes (16) tournant à l'intérieur d'un anneau sectorisé (18) porté par un carter (14) de la turbine et comprenant un rebord circonférentiel aval (40) accroché sur une patte annulaire (32) du carter (14) par un verrou en C (42) engagé axialement sur le rebord circonférentiel (40) et la patte annulaire (32) du carter et comportant deux branches interne et externe (44, 46) reliées l'une à l'autre par une paroi radiale (50), une tôle annulaire fendue d'étanchéité (52) étant montée entre l'anneau (18) et la branche interne (44) du verrou (42), caractérisé en ce que les parties d'extrémités circonférentielles (54, 56) de la tôle (52) se chevauchent à froid et à chaud.
2. 2. Etage de turbine selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bords des extrémités circonférentielles de la tôle sont des bords droits ou en biseau ou des bords amincis.
3. 3. Etage de turbine selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tôle d'étanchéité (52) est un feuillard en matériau composite à matrice céramique.
4. 4. Etage de turbine selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'anneau (18) est en matériau composite à matrice céramique.
5. 5. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un étage de turbine haute pression selon l'une des revendications 1 à 4.