CA2500947C - Turbomachine comprenant deux sous-ensembles assembles sous contrainte axiale - Google Patents

Turbomachine comprenant deux sous-ensembles assembles sous contrainte axiale Download PDF

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Abstract

Turbomachine comprenant deux sous-ensembles définissant entre eux une chambre annulaire abritant un joint d'étanchéité. Les deux sous-ensembles sont assemblés sous contrainte axiale en définissant une chambre annulaire (18) abritant le joint d'étanchéité (20) et une pièce intercalaire annulaire (50) est insérée entre les surfaces en aboutement des deux parties de la chambre annulaire.

Description

TURBOMACHINE COMPRENANT DEUX SOUS-ENSEMBLES ASSEMBLÉS
SOUS CONTRAINTE AXIALE
L'invention se rapporte en général à une turbomachine, notamment un turbocompresseur chargé de fournir l'air comburant, sous pression, à la chambre de combustion d'un moteur d'avion à réaction. Elle concerne plus particulièrement un perfectionnement renforçant l'étanchéité de la jonction entre deux sous-ensembles d'une telle machine, par exemple la jonction sous contrainte entre un carter et un support d'aubes fixes du stator.
Dans un turbocompresseur du genre indiqué ci-dessus, le stator est assemblé à un carter extérieur. Pour éviter les fuites d'air, deux sous-ensembles, du carter et du stator, sont conformés pour définir entre eux une chambre annulaire dans laquelle est inséré un joint. Celui-ci prend appui entre deux parois annulaires en vis-à-vis appartenant respectivement aux deux sous-ensembles. Les deux parties annulaires en contact des deux sous-ensembles sont appliquées l'une contre l'autre avec contrainte axiale. La contrainte peut s'exprimer en millimètres, cette valeur désignant l'interférence axiale qui existerait entre les deux sous-ensembles, si ceux-ci n'étaient pas en aboutement sous contrainte.
Jusqu'à présent, on a mis en oeuvre des contraintes relativement faibles, classiquement de l'ordre de 0,3 mm. Plus récemment, cette contrainte au montage a été portée à 0,75 mm.
Pendant certaines phases de fonctionnement, la chambre abritant le joint peut s'ouvrir sous l'effet de déformations d'origine thermique. Par ailleurs, en fonctionnement le joint subit des déformations et des usures qui peuvent aller jusqu'à la perte de fragments qui, entraînées par la différence de pression, viennent se coincer entre les faces en regard de la chambre annulaire. Ces faces sont endommagées et les fuites d'air augmentent.
L'invention a pour but d'éviter l'ouverture de la chambre pour éviter la libération de morceaux du joint et la dégradation des surfaces contre lesquelles il repose.
2 Plus particulièrement, l'invention concerne une turbomachine comprenant:
un premier sous-ensemble formant un carter extérieur et comportant une première membrure interne et une seconde membrure interne;
un second sous-ensemble comprenant une première couronne fixée par un ensemble de boulons à la première membrure interne dudit premier sous-ensemble, ledit second sous-ensemble comprenant de plus une seconde couronne enfoncée contre la seconde membrure interne dudit premier sous-ensemble, une contrainte axiale étant causée entre ledit second sous-ensemble et ladite seconde membrure interne du premier sous-ensemble par le serrage des boulons, des portions collaboratrices dudit second sous-ensemble et de ladite seconde membrure interne définissant une chambre annulaire;
un joint inséré dans ladite chambre annulaire; et une pièce annulaire insérée entre une première surface en aboutement dudit premier sous-ensemble et une seconde surface en aboutement dudit second sous-ensemble, la première surface en aboutement dudit premier sous-ensemble s'appuyant axialement en aboutement contre une première portion de ladite pièce annulaire et la seconde surface en aboutement dudit second sous-ensemble s'appuyant axialement en aboutement contre une seconde portion de ladite pièce annulaire, ladite première portion étant axialement opposée à ladite seconde portion de sorte que la pièce annulaire transfère ladite contrainte axiale entre lesdits premier et second sous-ensembles au moyen desdites première et seconde surfaces en 2a aboutement, lesdites surfaces en aboutement étant situées radialement vers l'intérieur par rapport audit joint, et une surface de contact de ladite première surface en aboutement en contact avec ladite première portion étant supérieure à la surface de contact de ladite seconde surface en aboutement en contact avec ladite seconde portion de sorte à augmenter un contact axial entre le second sous-ensemble et la seconde membrure interne du premier sous-ensemble, évitant ainsi une ouverture de ladite chambre annulaire et une destruction du joint.
De préférence, l'invention concerne une turbomachine comprenant au moins deux sous-ensembles assemblés l'un à l'autre et définissant entre eux une chambre annulaire abritant un joint d'étanchéité, caractérisée en ce que deux parties annulaires en contact appartenant respectivement aux deux sous-ensembles et définissant ladite chambre sont sollicitées l'une vers l'autre, de façon connue en soi, avec contrainte axiale et en ce qu'une pièce intercalaire annulaire est insérée entre leurs surfaces en aboutement.
De préférence, lorsqu'une telle pièce intercalaire annulaire (dite pièce "martyre") est installée entre les deux sous-ensembles, la contrainte axiale peut être notablement augmentée. Elle peut notamment être comprise entre 1,5 et 3 mm.
Une valeur de contrainte actuellement préférée est voisine de 2,25 mm. Cette forte contrainte au montage permet d'absorber les variations d'origine thermique et évite ainsi l'ouverture de la chambre et la destruction du joint. Cette pièce est peu coûteuse et facile à changer si elle est endommagée. Par conséquent, les deux sous-ensembles sont protégés et ne risquent plus d'être endommagés.
L'agencement est tel que la surface de contact entre les deux sous-ensembles en aboutement est augmentée. Il en résulte une diminution de la pression de matage et un meilleur comportement vis-à-vis des déplacements relatifs entre les sous-ensembles. De plus, il est relativement facile de réaliser un traitement de surface de cette pièce intercalaire, améliorant sa résistance. L'invention s'applique tout 2b particulièrement à la liaison entre un carter extérieur et un élément de stator portant les aubes fixes d'un turbocompresseur.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue schématique illustrant deux sous-ensembles assemblés et constituant une partie d'un turbocompresseur, l'assemblage étant classique, avec contrainte axiale au voisinage d'une chambre de joint ;
la figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle de l'encadré 2 de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 illustrant le perfectionnement conforme à l'invention ; et la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 illustrant une variante.
En considérant plus particulièrement les figures 1 et 2 relatives à l'art antérieur, on a représenté une partie d'un turbocompresseur 11 entrant dans la constitution d'un réacteur de moteur d'avion. Deux sous-
3 ensembles 14,16 sont assemblés sous contrainte axiale en définissant entre eux une chambre annulaire 18 à l'intérieur de laquelle est inséré un joint 20. Le sous-ensemble 14 constitue un carter extérieur tandis que le sous-ensemble 16 constitue le support d'une pluralité d'aubes fixes 22 du turbocompresseur. Les aubes mobiles non représentées se situent entre les aubes fixes. Le support d'aubes fixes est constitué de plusieurs segments 26 assemblés bout à bout, chaque segment portant une série d'aubes fixes. L'ensemble du support est fixé à un carter intérieur 27. Ce carter intérieur ce prolonge radialement vers l'extérieur par trois couronnes annulaires, une première couronne 30 est fixée par un ensemble de boulon 31 à une première membrure interne 32 du carter extérieur, une seconde couronne 34 vient en appui sans contrainte contre une seconde membrure 36 du carter extérieur, s'étendant vers l'intérieur.
La troisième couronne 37 est fixée par un ensemble de boulons 38 à une membrure interne 39 du carter extérieur 14.
Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 2, la seconde couronne 34 comporte une surface annulaire plate 40 s'étendant radialement vers l'intérieur, prolongée par une portion cylindrique axiale 42 prenant appui par son champ circulaire 43 contre ladite seconde membrure 36. Plus particulièrement, celle-ci comporte une autre surface annulaire plate 45 faisant face à celle de la couronne, surmontée d'une excroissance 46 approximativement tubulaire venant recouvrir avec jeu une partie cylindrique extérieure de la seconde couronne. Cet agencement définit donc la chambre annulaire 18 à l'intérieur de laquelle est installé le joint 20 qui prend appui entre les deux surfaces plates 40, 45. Comme mentionné ci-dessus, le dimensionnement des sous-ensembles 14, 16 est tel que le montage s'effectue avec une contrainte provoquée par le serrage des boulons 31. Cette contrainte s'exerce donc entre le champ circulaire 43 de la seconde couronne et l'extrémité intérieure de la surface plate 45 de la seconde membrure. L'agencement décrit jusqu'à présent est classique. Cependant, la contrainte de montage était relativement faible, de l'ordre de 0,3 mm. Dans certains cas, la contrainte a été portée jusqu'à
0,75 mm sans pouvoir complètement résoudre le problème des fuites et de la destruction du joint, comme expliqué ci-dessus.
L'invention apparaît sur la figure 3 et propose de disposer une pièce intercalaire annulaire 50 entre les surfaces en aboutement des deux
4 sous-ensembles, c'est-à-dire ici entre le champ circulaire 43 de la couronne 34 et l'extrémité circulaire de la surface plate 45 de la membrure 36. La présence de cette pièce 50 permet d'augmenter la contrainte de montage qui peut dorénavant se situer entre 1,5 mm et 3 mm, typiquement aux environs de 2,25 mm. En effet, on voit que la pièce intercalaire 50 est conformée pour augmenter la surface de contact à
l'extrémité d'au moins l'une des parties annulaires, en l'occurrence ici plus particulièrement la surface plate 45 de ladite seconde membrure 36. En outre, la portion cylindrique axiale 42 de la couronne permet de guider le positionnement de la pièce intercalaire 50 du fait que celle-ci comporte une surface cylindrique 52 s'ajustant sur ladite portion cylindrique 42. Une portion radiale 54 de la pièce intercalaire prend appui contre la surface plate 45 de ladite seconde membrure. Globalement, comme cela apparaît clairement sur la figure 3, la section radiale de la pièce intercalaire 50 a donc la forme d'un L. La pièce intercalaire peut subir un traitement de surface, avant montage, renforçant sa résistance. Le traitement peut notamment concerner la portion radiale 54. Il n'est donc pas nécessaire d'appliquer un traitement de ce genre à la couronne ou à la membrure.
En variante, comme le montre la figure 4, la pièce intercalaire 50a se prolonge par une partie formant déflecteur 56, vers l'intérieur. Dans l'exemple, cette partie a une forme sensiblement conique.
Ainsi, en cas de fuite résiduelle, l'air chaud ne vient plus frapper localement le carter intérieur mais se diffuse dans la chambre 58 définie entre le carter et le support d'aubes.

Claims (10)

1. Une turbomachine comprenant:
- un premier sous-ensemble formant un carter extérieur et comportant une première membrure interne et une seconde membrure interne;
- un second sous-ensemble comprenant une première couronne fixée par un ensemble de boulons à la première membrure interne dudit premier sous-ensemble, ledit second sous-ensemble comprenant de plus une seconde couronne enfoncée contre la seconde membrure interne dudit premier sous-ensemble, une contrainte axiale étant causée entre ledit second sous-ensemble et ladite seconde membrure interne du premier sous-ensemble par le serrage des boulons, des portions collaboratrices dudit second sous-ensemble et de ladite seconde membrure interne définissant une chambre annulaire;
- un joint inséré dans ladite chambre annulaire; et - une pièce annulaire insérée entre une première surface en aboutement dudit premier sous-ensemble et une seconde surface en aboutement dudit second sous-ensemble, la première surface en aboutement dudit premier sous-ensemble s'appuyant axialement en aboutement contre une première portion de ladite pièce annulaire et la seconde surface en aboutement dudit second sous-ensemble s'appuyant axialement en aboutement contre une seconde portion de ladite pièce annulaire, ladite première portion étant axialement opposée à ladite seconde portion de sorte que la pièce annulaire transfère ladite contrainte axiale entre lesdits premier et second sous-ensembles au moyen desdites première et seconde surfaces en aboutement, lesdites surfaces en aboutement étant situées radialement vers l'intérieur par rapport audit joint, et une surface de contact de ladite première surface en aboutement en contact avec ladite première portion étant supérieure à la surface de contact de ladite seconde surface en aboutement en contact avec ladite seconde portion de sorte à augmenter un contact axial entre le second sous-ensemble et la seconde membrure interne du premier sous-ensemble, évitant ainsi une ouverture de ladite chambre annulaire et une destruction du joint.
2. La turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle ladite contrainte axiale entre ledit second sous-ensemble et ladite seconde membrure interne est entre 1.5 et 3mm.
3. La turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle une parmi le second sous-ensemble et la seconde membrure interne, comprend une portion cylindrique et ladite pièce annulaire comprenant une surface cylindrique s'ajustant sur ladite portion cylindrique et une portion radiale prenant appui contre une surface plate de l'autre parmi ledit second sous-ensemble et ladite seconde membrure interne.
4. La turbomachine selon la revendication 3, dans laquelle la portion radiale de ladite pièce annulaire est en forme de L.
5. La turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle la pièce annulaire se prolonge par une partie formant un déflecteur.
6. La turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle les premier et second sous-ensembles constituent respectivement un carter et un élément de stator.
7 7. La turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle le joint s'étend axialement dans ladite chambre annulaire entre ledit second sous-ensemble et ladite seconde membrure interne dudit premier sous-ensemble.
8. La turbomachine selon la revendication 7, dans laquelle ledit second sous-ensemble constitue le support d'une pluralité d'aubes fixes de stator, ladite seconde couronne s'étendant radialement entre lesdites aubes de stator et ladite seconde membrure interne dudit premier sous-ensemble.
9. La turbomachine selon la revendication 8, dans laquelle ladite pièce annulaire comporte une portion cylindrique s'étendant autour desdites aubes de stator.
10. La turbomachine selon la revendication 2 dans laquelle la contrainte axiale est d'environ 2.25 mm.
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