FR2992018A1

FR2992018A1 - Montage d'un distributeur de turbine haute-pression sur une chambre a combustion d'une turbomachine

Info

Publication number: FR2992018A1
Application number: FR1255637A
Authority: FR
Inventors: Romain Lunel; Michel Cazalens; Patrice Commaret
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2013-12-20
Anticipated expiration: 2032-06-15
Also published as: FR2992018B1

Abstract

L'invention concerne un carter (30) de turbomachine comprenant une chambre de combustion (10) délimitée par des parois annulaires métalliques (12, 14) et un distributeur de turbine haute-pression (20) comprenant des plateformes interne (22) et externe (24) annulaires, solidaires d'une extrémité aval des parois (12, 14) de la chambre de combustion (10), caractérisé en ce que les plateformes interne (22) et externe (24) du distributeur haute-pression (20) sont métalliques et d'un seul tenant avec les parois (12, 14) de la chambre de combustion (10).

Description

L'invention concerne de manière générale les moteurs à turbine à gaz, et plus particulièrement le montage d'un distributeur de turbine sur une chambre de combustion. Des domaines d'application de l'invention sont les turboréacteurs et turbopropulseurs d'avions et les turbines à gaz industrielles. Un moteur à turbine à gaz comporte typiquement une nacelle qui forme une ouverture pour l'admission d'un flux déterminé d'air vers le moteur proprement dit. Généralement, le moteur comprend une section de compression de l'air admis dans le moteur et une chambre de combustion, dans laquelle l'air ainsi comprimé est mélangé avec du carburant avant d'y être brûlé. Les gaz issus de cette combustion sont alors dirigés vers une turbine haute-pression avant d'être évacués. La turbine haute-pression comporte classiquement une ou plusieurs rangées d'aubes de turbine espacées circonférentiellement tout autour du rotor de la turbine. Elle comprend également un distributeur haute-pression (DHP) permettant de diriger le flux de gaz issus de la chambre de combustion vers les aubes de turbine à un angle et une vitesse appropriés afin d'entraîner en rotation les aubes et le rotor de la turbine. Le distributeur haute-pression comporte généralement une pluralité d'aubes directrices qui s'étendent radialement entre des plateformes annulaires interne et externe et qui sont espacées circonférentiellement les unes par rapport aux autres. Ces plateformes d'aube sont ainsi directement en contact avec les gaz chauds issus de la chambre de combustion. Généralement, la chambre de combustion et le distributeur haute- pression de la turbine sont séparés axialement l'un de l'autre pour laisser un espace entre eux, de sorte que les parois de la chambre de combustion et les plateformes du distributeur haute-pression puissent se dilater librement lors du fonctionnement de la turbomachine. Afin de limiter le passage de gaz chauds de l'intérieur vers l'extérieur 30 de la chambre de combustion au niveau de cet espace, on a proposé dans le document FR 2 889 588 d'obturer l'espace au moyen d'un système de joints, généralement des joints à lamelles métalliques. Ces joints peuvent en outre comprendre des orifices de ventilation disposés extérieurement par rapport à la chambre de combustion afin de réaliser une ventilation de l'espace par une circulation d'air de l'extérieur vers l'intérieur de la chambre, ce qui permet de réduire le gradient thermique dans cet espace et d'éviter la dégradation des joints qui peut être la cause de fuites non contrôlées. Toutefois, le contrôle de la position relative des parois de la chambre de combustion en aval du flux gazeux et des plateformes du distributeur haute-pression est difficile, de sorte que le profil de température est dégradé.

Par ailleurs, les joints actuels ne permettent pas d'éliminer les fuites au niveau de l'espace entre la chambre de combustion et le distributeur haute-pression, ce qui génère des gradients thermiques responsables de la formation de criques au niveau de la chambre de combustion, réduisant ainsi la durée de vie de la chambre, et engendre des pertes de charge au niveau du moteur. Dans le domaine des turbomachines comprenant une chambre de combustion en matériaux composite à matrice céramique, on a proposé dans le document FR 2 871 847 de braser le distributeur haute-pression directement sur la chambre de combustion et de réaliser le distributeur haute-pression également en matériau composite à matrice céramique afin de simplifier l'assemblage des pièces. La technologie actuelle ne permet cependant pas de réaliser facilement une telle turbomachine. Un objet de l'invention est d'apporter une solution simple, efficace et économique à ces problèmes. En particulier, l'invention vise à proposer une turbomachine comprenant une chambre de combustion reliée au distributeur haute-pression, qui soit capable de respecter la carte de température requise en sortie de chambre, et qui permette de réduire les pertes de charges et d'améliorer la durée de vie de la chambre de combustion. Pour cela, l'invention propose un carter de turbomachine comprenant une chambre de combustion délimitée par des parois annulaires métalliques et un distributeur de turbine haute-pression comprenant des plateformes interne et externe annulaires, solidaires d'une extrémité aval des parois de la chambre de combustion, caractérisé en ce que les plateformes interne et externe du distributeur haute-pression sont métalliques et d'un seul tenant avec les parois de la chambre de combustion.

L'invention concerne également une turbomachine comprenant un tel carter. D'autres caractéristiques, buts et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées données à titre d'exemple non limitatif et sur lesquelles : La figure 1 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'un carter de turbomachine conforme à l'invention ; La figure 2 est un détail d'une première forme de réalisation de l'interface entre les parois de la chambre de combustion et les plateformes du distributeur de turbine haute-pression d'une carter conforme à l'invention ; La figure 3 est un détail d'une deuxième forme de réalisation de l'interface entre les parois de la chambre de combustion et les plateformes du distributeur de turbine haute-pression d'un carter conforme à l'invention ; La figure 4 est une vue tridimensionnelle d'une partie d'un exemple de réalisation d'une plateforme externe d'un distributeur de turbine haute- pression conforme à l'invention ; La figure 5a est une vue tridimensionnelle d'un premier exemple d'assemblage d'aubes directrices avec une plateforme interne ; La figure 5b est une vue tridimensionnelle d'un deuxième exemple d'assemblage d'aubes directrices avec une plateforme interne; et La figure 6 est une vue tridimensionnelle d'un exemple d'assemblage d'aubes directrices dans la plateforme externe de la figure 4. Une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, 30 comprend notamment, d'amont en aval dans le sens de l'écoulement des gaz dans la turbomachine, une section de compression des gaz et un carter 30 comprenant une chambre annulaire de combustion 10 et un distributeur de turbine haute-pression 20. La chambre de compression 10 est délimitée par des parois de révolution interne 12 et externe 14 qui s'étendent l'une à l'intérieur de l'autre 5 et sont reliées en amont à une paroi annulaire 16 de fond de chambre. La paroi externe 14 de la chambre 10 est fixée sur un carter externe 31, tandis que la paroi interne 12 de la chambre est fixée sur un carter interne 32. La paroi annulaire 16 de fond de chambre comporte des ouvertures à travers lesquelles entre du gaz provenant de la section de compression et du 10 carburant amené par des injecteurs 18 fixés sur le carter externe 31. Le distributeur haute-pression 20 est disposé en aval de la chambre de combustion 10 et comprend des plateformes annulaires interne 22 et externe 24 qui s'étendent l'une à l'intérieur de l'autre et qui sont reliées entre elles par une ou plusieurs rangées d'aubes directrices 26 sensiblement 15 radiales. La plateforme externe 24 du distributeur 20 est alignée axialement avec l'extrémité avale de la paroi externe 14 de la chambre 10, tandis que la plateforme interne 22 du distributeur 20 est alignée axialement avec l'extrémité avale de la paroi interne 12 de la chambre 10. Afin d'éliminer les fuites entre la chambre de combustion 10 et le 20 distributeur haute-pression et de gagner en consommation spécifique, la chambre 10 et le distributeur haute-pression 20 sont d'un seul tenant. Par un seul tenant, on entendra ici que la chambre de combustion 10 et le distributeur haute-pression 20 sont solidaires en mouvement et indissociables, soit parce qu'ils sont fabriqués en une seule et unique pièce, 25 soit parce qu'ils sont réalisés séparément puis solidarisés ensemble par soudage ou brasage. Les gradients de température au niveau de la jonction des parois 12, 14 de la chambre de combustion 10 et des plateformes 22, 24 du distributeur haute-pression sont donc mieux maitrisés, ce qui permet notamment de 30 réduire les risques d'apparition de criques sur les parois 12, 14 de la chambre de combustion 10 et d'accroître sa durée de vie. Par ailleurs, l'écoulement de la chambre de combustion 10 vers le distributeur haute-pression 20, et par conséquent le profil de température en sortie de la chambre de combustion 10, sont mieux contrôlés. Par exemple, l'ensemble formé par la chambre de combustion 10 et le distributeur haute-pression 20 peut être obtenu par fonderie d'un métal adapté dans un moule unique (Figure 3), notamment d'un alliage résistant à la chaleur, par exemple à base de nickel ou de cobalt. En variante, la chambre de combustion 10 et le distributeur haute-pression 20 peuvent être fabriqués séparément, dans des métaux identiques ou différents, puis solidarisés ensemble par soudage (Figure 2). Comme illustré sur les figures 5 et 6, les aubes directrices 26 sont montées entre les plateformes interne 22 et externe 24 du distributeur haute-pression 20. La plateforme interne 22 et/ou la plateforme externe 24 peut présenter des logements 27 adaptés pour recevoir une extrémité radiale des aubes directrices 26. Les logements 27 peuvent être traversants ou borgnes, selon l'épaisseur des plateformes 22, 24. Par exemple, pour des plateformes 22, 24 ayant une épaisseur de l'ordre de 0.8 à 1.6 millimètres, les logements 27 sont de préférence traversants. Les aubes directrices 26 sont alors brasées dans leur logement 27 correspondant afin d'améliorer leur verrouillage dans lesdits logements 27. Pour cela, chaque logement 27 présente une forme complémentaire de l'extrémité radiale de l'aube directrice 26 qu'il reçoit de manière à la maintenir fermement en position, dont les dimensions sont légèrement supérieures à celles de l'extrémité de l'aube directrice 26 afin de permettre le brasage. Selon une forme de réalisation, les aubes directrices 26 sont formées d'une seule pièce avec la plateforme interne 22, tandis que leur extrémité radiale, qui est libre, est insérée dans un logement traversant 27 correspondant de la plateforme externe 24 du distributeur haute-pression duquel elles font radialement saillie vers l'extérieur (Figures 5a et 6). Les aubes directrices sont alors brasées dans leur logement 27 correspondant, le long de leur bord latéral. Par ailleurs, la plateforme externe 24 peut être monobloc ou sectorisée, afin de faciliter le montage des aubes directrices 26. En variante, les aubes directrices 26 peuvent être rapportées sur la plateforme interne 22 et la plateforme externe 26. Pour cela, les aubes 5 directrices 26 sont par exemple insérées et brasées dans des logements traversants 27 des plateformes interne 22 et externe 24 du distributeur haute-pression (Figures 5b et 6). L'ensemble formé par la chambre de combustion 10 et le distributeur 10 haute-pression 20 est connecté au carter externe 31 et au carter interne 32 de la turbomachine d'une part par au moins un digon 34 (ou pion de fixation), de préférence trois, s'étendant entre la paroi annulaire de fond 16 de la chambre et le carter externe 32, et d'autre part par au moins deux brides 36, s'étendant entre la plateforme externe 24 du distributeur haute-pression et le 15 carter externe 32 et entre la plateforme externe 24 du distributeur haute- pression et le carter externe 34. La fixation de l'ensemble par le fond 16 de la chambre est en effet autorisée du fait que la chambre de combustion 10 et le distributeur haute-pression 20 sont formés d'un seul tenant et permet, avec la suppression des 20 joints entre la chambre de combustion 10 et le distributeur haute-pression 20, de réduire le poids global de l'ensemble formé par la chambre de combustion 10 et le distributeur haute-pression 20. 25

Claims

REVENDICATIONS1. Carter (30) de turbomachine comprenant une chambre de combustion (10) délimitée par des parois annulaires métalliques (12, 14) et un distributeur de turbine haute-pression (20) comprenant des plateformes interne (22) et externe (24) annulaires, solidaires d'une extrémité aval des parois (12, 14) de la chambre de combustion (10), caractérisé en ce que les plateformes interne (22) et externe (24) du distributeur haute-pression (20) sont métalliques et d'un seul tenant avec les parois (12, 14) de la chambre de combustion (10).
2. Carter (30) selon la revendication 1, dans lequel les plateformes interne (22) et externe (24) du distributeur haute-pression (20) et les parois 15 correspondantes (12, 14) de la chambre de combustion (10) sont monoblocs.
3. Carter (30) selon la revendication 1, dans lequel les plateformes interne (22) et externe (24) du distributeur haute-pression (20) sont soudées sur les parois correspondantes (12, 14) de la chambre de combustion (10). 20
4. Carter (30) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le distributeur haute-pression (20) comprend une pluralité d'aubes directrices (26) qui s'étendent radialement entre la plateforme interne (22) et la plateforme externe (24) et qui sont espacées circonférentiellement les unes 25 par rapport aux autres, la plateforme interne (22) et/ou la plateforme externe (24) comprenant une pluralité de logements (27) adaptés pour recevoir chacun une extrémité libre d'une aube directrice (26).
5. Carter (30) selon la revendication 4, dans lequel les aubes 30 directrices (26) sont formées d'une seule pièce avec la plateforme interne(22), leur extrémité libre étant insérée dans un logement (27) correspondant de la plateforme externe (24)
6. Carter (30) selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel les 5 extrémités libres des aubes directrices (26) sont brasées ou soudées dans leur logement (27) respectif.
7. Carter (30) selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel les logements (27) ont une forme sensiblement égale à la forme des aubes directrices (26) du distributeur haute-pression (20).
8. Carter (30) selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'ensemble formé de la chambre de combustion (10) et du distributeur haute-pression (20) est maintenu à l'intérieur du carter (30) au moyen d'organes de 15 liaison (34, 36), dont au moins un organe de liaison (34) qui s'étend depuis une paroi de fond (16) de la chambre de combustion (10).
9. Carter (30) selon la revendication 8, dans lequel les organes de liaison comprennent en outre une bride (36) s'étendant entre le distributeur 20 haute-pression (20) et le carter (30).
10. Turbomachine comprenant un carter (30) selon l'une des revendications 1 à 9. 25