EP0017534A1 - Garniture d'étanchéité amovible pour segment de distributeur de turbomachine - Google Patents
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- F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
Definitions
- the present invention relates to a removable seal for a turbomachine distributor segment.
- Distributors of turbines consist of sectors comprising several blades cast in clusters which are fixed by their feet to the turbine casing by an external ferrule and whose heads are connected by an internal ferrule having a flange to which is fixed a ring carrying a seal which cooperates with the wipers of a rotor to form a labyrinth seal.
- the rings are fixed to the internal flange by means of bolts, but due to the high thermal stresses which the fasteners undergo, it is necessary to use screws of a large diameter and the corresponding nuts are subjected to a considerable heating in turbulence caused by the proximity of the rotor wipers.
- the present invention relates to a removable seal which avoids fixing by bolts.
- the gasket is fixed to the bottom of a support member in the form of a gutter with a U-section on which is engaged the internal ring of the distributor segments which has a corresponding shape with a U-section.
- said ferrule comprising on its radial faces L-shaped housings extending radially and circumferentially in which are engaged tongues formed in the radial faces of the support member of the seal.
- the L-shaped housings formed on the radial faces of the ferrule can be either slots cut in the wall of these faces, or machined cells, by electro-erosion for example, in the thickness of bosses coming from foundry.
- the seal is integral with the distributor, the latter being integral with the turbine housing, the expansion of which is controlled by an alternating cooling and heating system, so that the clearance between the stator is perfectly controlled. and the rotor.
- FIG 1 there is shown a distributor segment 1 which consists of a casting part comprising vanes 2 which are connected together by an external ferrule 3 having fixing members 4, 4a on the turbine casing and by an internal ferrule 5.
- the internal ferrule 5 has the shape of a gutter with a U-section, the radial faces 6, 6a of which, in the example shown, have slots 7 in the shape of an L, having a radial part 7a, opening onto the edge of said faces. and extending by a circumferentially extending part 7b.
- a support member 8 for the seal Inside the shell 5 is engaged (FIG. 3) a support member 8 for the seal.
- the support member 8 ( Figures 2 and 3) consists of a folded sheet metal gutter with a U-section, the length of which is likely to correspond to that of several sectors 1, 1a on which the support member 8 is engaged. .
- the support member B has on its radial faces 9, 9a (FIG. 2) series of slots 10, 10a, 10b regularly spaced whose pitch corresponds to that of the slots 7 in L provided on the internal ferrule of the distributor, such so that each series of slots 10, 10a, 10b delimits tongues 11 and 12, one of which 12 is raised at a right angle by relative to the radial faces 9, 9n is engaged (FIG. 3) in the circumferential part 7b of the slot 7 of the shell 5 of the distributor segments and the other 11 of which after folding is engaged in the radial part 7a of the slot 7.
- shutter members 13 of U-section which are located in line with the slots 10, 10a, 1Db, so that when the tongues 12 are raised for their engagement in the slots 7, the upstream-downstream gas tightness is always ensured.
- the seal 14 which is constituted in particular by a honeycomb coating, is fixed to the bottom of the support member 8 ( Figures 2 and 3) in particular by brazing.
- the seal between two segments 1, 1a of the distributor at the level of the vein can be supplemented by plates 15 (FIGS. 3, 4, 5) which are engaged in circumferential slots 16 formed in the internal ferrule 5 of the distributor segments and laterally having an opening 17 for engaging the plate 15.
- the plate 15 After its engagement through the opening 17 in the slot 16, the plate 15 is pushed to the end and it takes its place in said groove.
- a force F and then a push P are exerted with a rule introduced between two distributor segments.
- a support member 8 for the gasket 14 is introduced into the internal shroud 5 of the distributor so that the folded tabs 12 engage in the radial part 7a slots 7 in L provided on the radial faces 6, 6a of the ferrule.
- the tongues 12 are made to penetrate into the circumferential part 7b of the slots 7 of the dispenser, which has the effect of radially locking the support member of the packing.
- the slots 7 in L are oriented so that the rotation of the mobile forces the tongues 12 to engage at the bottom of the part 7b of the slot in the locking direction; the rupture of a tongue 11 cannot therefore cause the loss of a sealing support member 8.
- the second tab would be likely to be used during reassembly if it were found that the first is not healthy enough.
- the seal is integral with the distributor, the latter being integral with the turbine casing, the expansion of which is controlled by an alternating cooling and heating system; the clearance between the stator and the rotor is perfectly controlled.
- the seal between two segments 1, the at the level of the vein can be completed by the plates 15 which are introduced into the housings 16 provided on the internal ferrule 5.
- This arrangement does not improve the upstream-downstream seal produced by the seal 14, but it actually reconstructs the vein; this is particularly important at the trailing edge.
- Such a device makes it possible to link the seal to the movements of the turbine casing and thus to optimize the play between the rotor and the stator of the labyrinth; in addition,. he keeps the sectors in their plan.
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Abstract
Description
- La présente invention a pour objet une garniture d'étanchéité amovible pour segment de distributeur de turbomachine.
- On connait des distributeurs de turbines qui sont constitués de secteurs comprenant plusieurs aubes coulées en grappes qui sont fixées par leur pied sur le carter de turbine par une virole externe et dont les têtes sont reliées par une virole interne présentant une bride sur laquelle est fixé un anneau portant une garniture d'étanchéité qui coopère avec les léchettes d'un rotor pour constituer un joint labyrinthe.
- De façon connue,les anneaux sont fixés sur la bride interne au moyen de boulons, mais du fait des contraintes thermiques élevées que subissent les attaches, il est nécessaire d'utiliser des vis d'un fort diamètre et les écrous correspondants sont soumis à un échauffement considérable dans les turbulences qu'engendre la proximité des léchettes du rotor.
- Dr, l'encombrement excessif des boulons qui en résulte crée des turbulences dans les zones de fixation, ce qui est préjudiciable à l'écoulement du fluide dans le distributeur.
- Par ailleurs, la perte d'un boulon aurait des conséquences graves pour le fonctionnement de la turbomachine.
- La présente invention a pour objet une garniture d'étanchéité amovible qui permet d'éviter la fixation par des boulons.
- Conformément à la présente invention, la garniture d'étanchéité est fixée au fond d'un organe de support en forme de gouttière à 'section en U sur lequel est engagée la virole interne des segments de distributeur qui présente une forme correspondante à section en U, ladite virole comportant sur ses faces radiales des logements en L s'étendant radialement et circonférentiellement dans lesquels sont engagées des languettes conformées dans les faces radiales de l'organe de support de la garniture d'étanchéité.
- Les logements en L ménagés sur les faces radiales de la virole peuvent être soit des fentes découpées dans la paroi de ces faces, soit des alvéoles usinés, par électro-érosion par exemple, dans l'épaisseur de bossages venus de fonderie.
- Avec cette disposition la garniture d'étanchéité est solidaire du distributeur, ce dernier étant solidaire du carter de turbine dont la dilatation est pilotée par un système de refroidissement et de réchauffage alternés, de telle sorte que l'on contrôle parfaitement le jeu entre le stator et le rotor.
- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un segment de distributeur avant montage de la garniture d'étanchéité ;
- la figure 2 est une vue en perspective de l'organe de support d'étanchéité ;
- la figure 3 est une vue en perspective d'un organe de support d'étanchéité qui est monté sur plusieurs segments de distributeur ;
- la figure 4 est une vue en perspective de la virole interne et du montage de plaquettes de liaison entre les segments de distributeur ;
- la figure 5 est une vue en coupe transversale montrant une plaquette de liaison entre deux segments de distributeur.'
- A la figure 1, on a représenté un segment 1 de distributeur qui est constitué d'une pièce de fonderie comportant des aubes 2 qui sont reliées entre elles par une virole externe 3 présentant des organes de fixation 4, 4a sur le carter de la turbine et par une virole interne 5.
- Au cours du fonctionnement aux régimes transitoires des variations de jeu axial entre le distributeur et les arêtes des plateformes des aubes mobiles peuvent amener ces dernières à frotter contre les viroles internes 5. Pour cette raison, il est possible de décaler, soit radialement, soit axialement, lesdites viroles internes 5 par rapport aux segments de distributeur 1. Ces variantes qui ne changent en rien la mise en oeuvre de l'invention n'ont pas été représentées.
- La virole interne 5 présente la forme d'une gouttière à section en U dont les faces radiales 6, 6a comportent, dans l'exemple représenté, des fentes 7 en forme de L, présentant une partie radiale 7a, débouchant sur le bord desdites faces et se prolongeant par une partie 7b s'étendant circonférentiellement.
- A l'intérieur de la virole 5 est engagée (figure 3) un organe de support 8 de garniture d'étanchéité.
- L'organe de support 8 (figures 2 et 3) est constitué d'une gouttière en tôle pliée à section en U dont la longueur est susceptible de correspondre à celle de plusieurs secteurs 1, 1a sur lesquels est engagé l'organe de support 8.
- L'organe de support B présente sur ses faces radiales 9, 9a (figure 2) des séries de fentes 10, 10a, 10b régulièrement espacées dont le pas correspond à celui des fentes 7 en L prévues sur la virole interne du distributeur, de telle sorte que chaque série de fentes 10, 10a, 10b délimite des languettes 11 et 12 dont l'une 12 relevée à angle droit par rapport aux faces radiales 9, 9n est engagée (figure 3) dans la partie circonférentielle 7b de la fente 7 de la virole 5 des segments de distributeur et dont l'autre 11 après repliage est engagée dans la partie radiale 7a de la fente 7.
- A l'intérieur de l'organe de support 8 sont fixés notamment par soudure, des organes d'obturation 13 à section en U qui sont situés au droit des fentes 10, 10a, 1Db, de telle sorte que lorsque les languettes 12 sont relevées pour leur engagement dans les fentes 7, l'étanchéité amont-aval au gaz est toujours assurée.
- La garniture d'étanchéité 14 qui est constituée notamment par un revêtement en nids d'abeilles, est fixée sur le fond de l'organe de support 8 (figures 2 et 3) notamment par brasage.
- L'étanchéité entre deux segments 1, 1a de distributeur au niveau de la veine peut être complétée par des plaquettes 15 (figures 3, 4, 5) qui sont engagées dans des fentes circonférentielles 16 ménagées dans la virole interne 5 des segments de distributeur et présentant latéralement une ouverture 17 pour l'engagement de la plaquette 15.
- Après son engagement par l'ouverture 17 dans la fente 16, la plaquette 15 est poussée jusqu'au bout et elle prend sa place dans ladite rainure. Pour extraire la plaquette 15 on exerce une force F puis une poussée P avec un réglet introduit entre deux segments de distributeur.
- Pour procéder au montage de la garniture d'étanchéité, on procède de la manière suivante.
- Lorsque tous-les segments 1 de distributeur sont en place, on introduit un organe de support 8 de garniture d'étanchéité 14 dans la virole interne 5 du distributeur de telle sorte que les languettes 12 repliées s'engagent dans la partie radiale 7a des fentes 7 en L prévues sur les faces radiales 6, 6a de la virole.
- Puis en frappant à petits coups de maillet sur le bord avant de l'organe de support 8, on fait pénétrer les languettes 12 dans la partie circonférentielle 7b des fentes 7 du distributeur, ce qui a pour effet de verrouiller radialement l'organe de support de la garniture d'étanchéité.
- Cette opération est reproduite pour tous les organes de support de garniture d'étanchéité qui sont tous semblables, les jeux entre les organes de support étant suffisants pour qu'en les serrant les uns contre les autres, au moyen d'un maillet, on puisse gagner l'espace nécessaire permettant l'introduction du dernier organe de support. On desserre ensuite les organes de support de garniture d'étanchéité pour répartir les jeux entre eux.
- Si pour des raisons de construction les jeux sont insuffisants pour procéder ainsi, on peut introduire tous les organes de support dans les viroles internes, puis on les frappe tangentiellement et successivement par dessous en s'aidant c'un outil qui s'engage dans les encoches des ailes 9 et 9a réalisées par le repli des languettes 12.
- Ensuite, on replie vers l'extérieur les languettes 11 qui sont engagées dans la partie radiale 7a des fentes 7, ce qui a pour effet de verrouiller circonférentiellement la garniture d'étanchéité 14 au distributeur.
- Il peut être avantageux de relever les languettes 11 seulement d'un angle suffisant pour assurer le verrouillage circonférentiel des organes de support d'étanchéité, car elles participent alors à l'étanchéité, et l'on pourrait envisager de supprimer les organes d'obturation 13.
- Par ailleurs, les fentes 7 en L sont orientées de telle sorte que la rotation du mobile oblige les languettes 12 à s'engager au fond de la partie 7b de la fente dans le sens du verrouillage ; la rupture d'une languette 11 ne peut donc pas provoquer la perte d'un organe de support d'étanchéité 8.
- Pour assurer le verrouillage circonférentiel, on peut ne rabattre qu'une languette 11 sur deux. La deuxième languette serait susceptible d'être utilisée lors d'un remontage si on venait à constater que la première n'est pas suffisamment saine.
- Ainsi, la garniture d'étanchéité est solidaire du distributeur, ce dernier étant solidaire du carter de turbine dont la dilatation est pilotée par un système de refroidissement et de réchauffage alternés ; on contrôle parfaitement le jeu entre le stator et le rotor.
- L'étanchéité entre deux segments 1, la au niveau de la veine peut être complétée par les plaquettes 15 qui sont introduites dans les logements 16 prévus sur la virole interne 5.
- Cette disposition n'améliore pas l'étanchéité amont-aval réalisée par la garniture d'étanchéité 14, mais elle reconstitue en fait la veine ; ceci est particulièrement important au bord de fuite.
- Un tel dispositif permet de lier la garniture d'étanchéité aux mouvements du carter de la turbine et ainsi d'optimiser le jeu entre le rotor et le stator du labyrinthe ; en outre,. il maintient les secteurs dans leur plan.
- Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention.
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