EP0115984B1 - Dispositif d'étanchéité d'aubages mobiles de turbomachine - Google Patents

Dispositif d'étanchéité d'aubages mobiles de turbomachine Download PDF

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EP0115984B1
EP0115984B1 EP84400155A EP84400155A EP0115984B1 EP 0115984 B1 EP0115984 B1 EP 0115984B1 EP 84400155 A EP84400155 A EP 84400155A EP 84400155 A EP84400155 A EP 84400155A EP 0115984 B1 EP0115984 B1 EP 0115984B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sectors
downstream
upstream
turbo
inner ring
Prior art date
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Expired
Application number
EP84400155A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0115984A1 (fr
Inventor
Louis François Jumelle
Marcel Robert Soligny
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA filed Critical Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Publication of EP0115984A1 publication Critical patent/EP0115984A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0115984B1 publication Critical patent/EP0115984B1/fr
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/16—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means
    • F01D11/18—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means using stator or rotor components with predetermined thermal response, e.g. selective insulation, thermal inertia, differential expansion

Definitions

  • the invention relates to a turbomachine in which a movable blading sealing device makes it possible to limit in operation to their strict minimum the clearances at the blade tips.
  • blade tip should be understood to mean “radial end of the peripheral heels blades ”, when the blades have such peripheral heels.
  • the ferrule carrying the seal is monolithic, the most obvious solution to obtain both in transient and permanent conditions that this ferrule ensures, at the interior part of its seal, a radius which "follows Without delay, the variations in radius of the blade tips is, as is well known in the prior art, to supply the periphery of the ferrule with a distributor in a homogeneous manner with air taken from one or more compressor stages, said distributor having the function of sending an “adjusted” air flow at any time. This adjustment must in any case be made for the temperature of the air taken off (for example by mixing in suitable proportions of more or less hot air, coming either from different stages of the compressor, or, for at least part of ventilation air, air cooled - or heated - in an exchanger).
  • Such a distributor can obviously be designed, but would be of an extreme complication and of a fairly random reliability (a breakdown of the distributor can in certain cases produce significant damage to the whole of the turbine and / or of the shell).
  • Such a distributor must therefore be capable of a high flow rate. It would therefore be heavy, complex, and ultimately very unreliable.
  • a variant of the invention however provides for the use of a pressure reducer-regulator placed in the air sampling pipe intended for the ventilation of the sealing device, as will be described later. But it will be noted that this regulator is only intended to ensure a pressure, as the operation will be explained later while the mechanisms mentioned above must be adjusted in flow and / or temperature.
  • GB-A-1 484288 relates to a turbomachine in which a sealing device comprises a sealing ring secured to a first ring with low thermal inertia bearing radially in one direction on an axial flange carried by a second outer ring with high thermal inertia.
  • the turbomachine provided with a mobile blading sealing device of the aforementioned type is characterized according to the present invention in that said inner shroud is in two respective parts upstream and downstream, linked by fallen edges of securing tabs secured respectively to the upstream and downstream monolithic parts of the shell, said securing tabs being regularly distributed over the periphery and spaced apart, in that said sectors are supported by elements in the form of hooks integral with elastic elements constituted by elastic tongues interposed in each gap between the securing tongues and respectively linked alternately to the monolithic upstream part and to the downstream part of the inner shell and in that said elastic elements are supported by hooks fixed to said outer ring so that during said transient mechanical acceleration phase, said sectors are subjected to a first servo-control in the radial position to the inner shroud and during said thermal stabilization phase to a second servo-control in the radial position, replaces uant to the first, to the outer ring, the ventilation air being supplied by means of a multiplicity
  • the ventilation conditions of said inner shroud, its coefficient of thermal expansion ⁇ , and the air intake stage are determined so that during a mechanical acceleration phase of the turbomachine from any which speed up to a higher speed, and in particular up to the maximum load of the turbomachine, the thermal expansions of said ferrule "follow" without delay the centrifugal expansion of the disc and of the blades increased, at least in large part, by the thermal expansion of the blades.
  • the expansion coefficient a 2 , the thermal inertia and the ventilation conditions of the outer ring are determined so that during the phase - which can last several minutes - of thermal stabilization of all the elements of the turbomachine, and in particular of the corresponding disc, the thermal expansions of said ring impose on the sectors carrying the seal which are slaved to it during said phase a radial expansion which "follows" the thermal expansion of said disc.
  • the sector support hooks cooperate upstream and downstream with fallen edges of the sectors inserted in the hooks.
  • said elastic tabs enslave the sectors carrying the seal to the expansions of said first ferrule without these tabs deforming themselves during the period when the first servo is effective, and allow the servo of the sectors carrying the seal at the expansions of said second ring, by deformation of these tongues in the elastic domain during the period when the second servo replaces the first.
  • the first ferrule includes heat exchange accelerators (multiple holes traversed by ventilation air, fins, pins, etc.) so that its temperature “follows” practically without delay the temperature of the air of the compressor, the density of these exchange accelerators being determined so that the expansion of the first shell as a function of the time for an acceleration is adjusted to the centrifugal expansion of the disc and of the blades, increased by the thermal expansion of the blades, and their distribution being determined to ensure temperature uniformity at said first shell both longitudinally and peripherally.
  • heat exchange accelerators multiple holes traversed by ventilation air, fins, pins, etc.
  • the turbine casing comprises means for centering the sealing device according to the invention.
  • At least one pressure reducing valve between the air intake pipe to the compressor and a pipe opening into a hole in the turbine casing, comprising an inlet connected by a pipe to a pressure tap located in the downstream part of the external platform of a distributor placed upstream of the mobile blading so that a pressure always very slightly greater than the static pressure at the wall of the gas circulation stream of the turbo-machine is established on the radially outer side of the sectors carrying the seals.
  • This latter arrangement advantageously makes it possible to eliminate the seals provided upstream and downstream of the sectors carrying the seals and thus to eliminate friction which could in certain cases interfere with optimal operation.
  • FIG 1 in which we did not ignore gurer everything related to ventilation, we can see a turbine housing which in the example shown is in three parts, an upstream part 2, a middle part 4, a downstream part 6, the three parts being joined by bolts not shown bringing together radial flanges 8a, 8b and 8c, 8d, said radial flanges also having the role of giving mechanical inertia to the assembly so that it is practically undeformable by ovalization.
  • the upstream part 2 of the casing has a conical extension 10 inwards, in which radial grooves are machined 12.
  • the downstream part 6 of the casing has a conical extension 14 inwards, in which grooves are machined radial 16, similar to the grooves 12, but making them opposite.
  • An outer ring with high inertia 20, comprising for example ribs towards the outside 22, and which can be provided with internal insulation 24, and / or external 26, to give it a suitable response time, also comprises ribs respectively upstream 28 and downstream 30, in which are machined radial grooves 12 'and 16' which cooperate with the radial grooves 12 and 16 to center the ring 20 in the casing.
  • This ring further comprises in its upstream part of the known fixing means for a multiplicity of hooks 32 turned downstream, and in its downstream part of the equivalent fixing means of hooks 34 turned upstream (only the latter elements of attachment being shown). These hooks are used to radially move sectors 84 carrying seals 86 by pressing radially, in the centrifugal direction, directly or by means of shims on longitudinal elements carried by the sectors, as will be described in detail later.
  • the upstream part 2 of the turbine casing comprises, further upstream, a radial flange 40, towards the inside, on which is fixed in a known manner a radial flange 42 towards the outside of an internal ferrule 44 (see FIG. 2).
  • the upstream part comprises, downstream of the radial flange 42, a cylindrical part 46, and in the example shown another radial flange 48, again towards the inside, then an internal ferrule 50 intended mainly to give it inertia.
  • the inner ferrule 50 ends with a radial sealing flange 52.
  • the assembly of the upstream part of the ferrule 44, described above, is monolithic.
  • blades 56 there are regularly spaced and leaving an interval between them blades 56, terminated by an outer fallen edge 58.
  • Each of these is fixed by a bolt nut assembly 60 to a fallen edge 62 of the downstream part of the inner shell 44, this fallen edge 62 is extended by blades 64, similar to the blades 56, which connect the monolithic downstream part of the shell 44 to the upstream part.
  • This monolithic downstream part comprises, from a longitudinal position marked 54b, a cylindrical part 66, similar to the upstream cylindrical part 46 of the ferrule 44, an internal radial flange 68, extended upstream, to give this part downstream monolithic sufficient inertia, by a cylindrical ferrule 70 (similar to 50 but directed upstream), then a radial flange inward 73 (similar to the upstream flange 52), intended to ensure sealing between the sectors and the downstream part of the shell 44.
  • FIG. 3 we will explain schematically how the ventilation works which has not been shown in FIGS. 1 and 2.
  • the air taken from one of the downstream compressor stages arrives in a known manner through holes 100 drilled in the upstream part 2 of the turbine casing and regularly distributed along the periphery of this casing. This ventilation air is distributed, according to arrow A, in the enclosure 102 forming a plenum.
  • downstream part of the ring is ventilated (arrows E ') by a multiplicity of holes also marked 104 drilled in the tongues (of securing or slaving) of the downstream part, in passing, for the part right of Figure 3, around the hooks 34.
  • the ventilation air having traversed the inner ring 44 in the part opposite the sectors passes through downstream stiffeners 90 (see FIG. 1) of the sectors through holes 108 regularly distributed in the enclosure 108 ′ according to arrow F, d 'where it escapes into a downstream enclosure 118 through holes 110 drilled in the downstream monolithic part 66 of the shell 44, according to the arrows F ' .
  • the part of the air circulating between the ring 20 and the ferrule 44 also ventilates the interior of the ring 20, but with a much longer response time, due to the thermal insulation 24.
  • Another part of the ventilation air arriving in the enclosure 102 also ventilates the outside of the ring 20, following the following route: through holes 112, regularly distributed over the conical extension 10, it penetrates according to the arrow G in the enclosure 114 between median casing 4 and ring 20, the external part of this ring 20 and in particular its reinforcement ribs being suitably insulated; this part of the air escapes from the enclosure 114 by holes 116 drilled in the internal conical extension 14 of the downstream casing 6, along arrow H, and it mixes in the enclosure 118 with the ventilation air having followed the path described above (arrows D, E or E ', F, F').
  • substitution action of said second control can be done either directly by pressing the hooks on the end of the fallen edges 92 of the sectors carrying the seals, or, as shown in the accompanying drawings, by indirect support, by l 'Intermediate hooks 78, 82, respectively on the one hand downstream of the tabs 72 and turned upstream and on the other hand upstream of the tabs 74 and turned downstream.
  • the sealing sectors will have a peripheral dimension such that they are controlled both by at least three bearing surfaces of the hooks integral with the inner shell 44 and also by at least three direct or indirect bearing surfaces of the hooks 32 and 34 fixed to the outer shell 20.
  • this control is by only three spans.
  • the hooks 32 (respectively 34) and 82 (respectively 78) can be slightly shifted peripherally which makes it possible to have trapezoidal sectors on four supports close to the four corners of a trapezoid, both when the sectors are slaved to expansion of the ferrule 44 only when they are to that of the ring 20.
  • the radial clearance between the sectors 84 and the internal edge of the angle elements 132 is smaller than under the conditions of stabilized partial speed, which increases the pressure drop between enclosures 134 and 136 when the engine is under heavy load. This corresponds to the direction of variation of the pressure in the vein, since the pressure drop in the moving wheel is greater the greater the engine load, although this favorable effect is partially offset by the leak rate may exist between the angle elements 132 and the elastic elements 72, 74 when these are moved outward during the phases where the second control comes into action.
  • the pressure reducer-regulator 124 provides in the enclosure 134 an extremely reduced overpressure relative to the static pressure at wall, measured by the pressure tap 120. As a result, the flow rate according to the arrow K by the clearance j is reduced to a minimum.
  • a pressure reducer-regulator 124 In FIG. 7 is shown a pressure reducer-regulator 124. It comprises a casing 138 provided with a boss 140 (on the left side of the figure) connected to the static wall pressure tap 120 by the pipe 122 ( see figure 4). It further comprises an air intake boss 142 taken from a downstream stage of the compressor by the pipe 126 (see FIG. 4), for example the last one, and a local expansion 144, terminated by a boss 146, delivering the air at reduced pressure and regulated via a pipe 128 (see FIG. 4) at enclosure 102.
  • a jacket 148 which comprises, opposite the boss 142, a hole 150 communicating with an annular enclosure 152 around the drawer 154 whose function will be described later.
  • the shirt 148 has, in line with the local development 144, a slot 156 intended to regulate the pressure supplying the enclosure 102.
  • the drawer 154 has at its two ends cylindrical surfaces 155 cooperating with the internal part of the shirt 148 for example by carbon segments or seals 158.
  • an oblique hole 160 places the annular enclosure 152 in communication with the enclosure 162 of the reduction-regulator opposite the boss 140.
  • the casing 138 is closed by a cover 164, fixed by known means (for example by screwing) to the casing 138, the seal between the casing 138 and the cover 164 being ensured by a seal 166.
  • the pressure prevailing at 162 on the right side of the slide in the figure is equal to the pressure taken from a downstream stage of the compressor, for example the last one. It is therefore higher than the pressure prevailing in the enclosure 168 on the side of the inlet of static wall pressure 120 through the pipe 122 connected to the boss 140.
  • the static pressure at the wall downstream of the distributor corresponds to the downstream pressure of the compressor, reduced by the pressure drop in the chamber and by the static pressure drop in the upstream distributor of the impeller (or even by the pressure losses of one or more turbine stages upstream if the device is used for one of the turbine wheels BP).
  • the force exerted on the slide 154 to the left equal to the pressure difference between the enclosures 162 and 168 multiplied by the internal section of the jacket is balanced by a spring 170.
  • the operation of the reducer-regulator is as follows. For determined operating conditions (engine load, altitude, flight speed, etc.), the various parameters are determined, in particular the dimensions of the reducer-regulator 124, the dimensions of the slot 156, the diameter and the number of turns of the spring 170, and the pressure drop in the multi-holes 104 so that the pressure prevailing in the enclosure 134 is very slightly greater than the static pressure at the wall upstream of the moving wheel. The corresponding calculation obviously depends on each turbomachine and is within the reach of those skilled in the art.
  • the pressure taken from the compressor is generally itself increased, which is a step in the right direction. It will be assumed in what follows that this increase in pressure is insufficient to completely compensate, taking into account the pressure drops in multi-holes 104, the increase in pressure at the wall of the hot gas stream upstream of the moving wheel. , which is generally the case (in the opposite case, several means can be used: diaphragm on the line 126, change of the sampling stage, modification of the reduction-regulator, in particular of the position of its slot).
  • the reducing-regulator will make it possible to adjust the pressure in the enclosure 134 by the following mechanism: the increase in static pressure at the wall upstream of the moving wheel is detected by the static pressure tap at the wall 120, and is sent to the left face (in FIG. 7) of the drawer 154 of the reduction-regulator 124. As a result, the drawer 154 will move to the right, revealing an additional section of the slot 156 of the jacket 148. The pressure drop in this slot will decrease due to the increase in passage cross-section and an increase in pressure will follow in the enclosure 102 which will be reflected after deduction of the pressure drops by the multi-holes 104, in the enclosure 134.
  • slot 156 By playing on the shape of slot 156, the pressure in enclosure 134 will "follow" the pressure 120, that is to say that it will always remain higher, but by a small amount at the static pressure measured by pressure tap 120. Again this is the s skill of the skilled person who will give the slot 156 the shape to ensure that the pressure in the enclosure 134 "follows” as closely as possible the pressure at the wall of the vein of hot gases, but always remaining slightly higher than the pressure at the wall of the vein.
  • the pressure drop which occurs during the bypassing of the angle elements 132 has the consequence that the pressure in the enclosure 136 is lower than the pressure in the enclosure 134.
  • This pressure drop is in common sense to ensure in the enclosure 134 a pressure not too much higher than the pressure in the stream downstream of the turbine wheel.
  • the pressure drop in the vein is generally greater than the pressure drop between the enclosure 134 and the enclosure 136. It is for this reason that it is preferable to have a clearance i downstream positive but less than clearance j.
  • the holes 110 are in this version increased in number and / or in section relative to the holes 110 of the basic patent. This leads, if we want to collect the flows according to the arrows F 'and H, for example to serve for the cooling of a downstream low-pressure distributor, to decrease in number and / or in section the holes 116, in order to equalize the pressures in the enclosure 118 at a lower level, practically equal to that prevailing in the enclosure 136, this in order to reduce the flow rate according to arrow N, passing through the clearance j ' .
  • two reducers-regulators 124 can be used, one supplying the upstream space 134, via the enclosure 102, the other supplying the downstream space 136 (by a pipe not shown similar to the line 128 but opening directly into the enclosure 136), the latter reducer-regulator being governed by a line similar to line 122 by a static wall pressure tap not shown, similar to the wall tap 120, and mounted at the front of the external platform of the downstream distributor 107 of the turbine wheel.
  • a single reducer-regulator 124 is used, but the latter comprises 2 slots 156, offset peripherally with, of course, a local opening 144 and a connection boss 146 opposite each slot, the first connection boss 146 supplying the enclosure 134 via the enclosure 102 and the multi-holes 104, the second directly supplying the enclosure 136, via a non-re presented, the cross section of the slot supplying the enclosure 136 being, for each position of the drawer, smaller than that of the slot supplying the enclosure 102, in order to take account of the drop in static pressure in the gas stream hot, when the moving wheel passes.

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Description

  • L'invention concerne une turbomachine dans laquelle un dispositif d'étanchéité d'aubage mobile permet de limiter en fonctionnement à leur strict minimum les jeux en extrémités d'aubes.
  • On connaît l'importance pour le rendement d'une part, mais aussi pour l'obtention d'une poussée maximale et pour la réserve au pompage de réduire les fuites dues aux jeux entre parties tournantes et parties fixes d'une turbomachine notamment au niveau de la (ou des) turbine(s).
  • Pour réduire ces jeux, et corrélativement les fuites, aussi bien en régime stabilisé qu'en régime transitoire, il faut respecter un certain nombre de conditions dont certaines sont incompatibles avec les autres ou en tout cas très difficiles à bien réaliser toutes ensembles: concentricité avec l'axe de rotation de la turbomachine des extrémités d'aubes ou de leurs talons périphériques et également du dispositif d'étanchéité, indéformabilité de celui-ci (sous le jour qu'il doit toujours rester de révolution), augmentation (respectivement diminution) du rayon du dispositif d'étanchéité en suivant l'augmentation (respectivement la diminution) du rayon des extrémités d'aubes ou de leurs talons périphériques sous l'effet des dilatations tant centrifuges que thermiques, et ceci aussi bien en stabilisé qu'en transitoire.
  • S'il est relativement facile d'assurer que l'extrémité des parties tournantes (extrémité des aubes, ou talons périphériques) décrit bien au cours des rotations une surface de révolution par exemple par mise à longueur des aubes ou des talons par rectification sur disque aileté tournant, il est beaucoup plus difficile d'assurer à la virole entourant les parties tournantes une forme de révolution dans les différentes conditions de fonctionnement, en égard notamment aux forces d'inertie pouvant intervenir pour les turbomachines aéronautiques (facteurs de charge dans le sens z ou y notamment) et surtout en égard aux déformations d'origine thermique. Il est nécessaire sans être du reste suffisant que la virole d'étanchéité (ou les éléments qui portent la garniture d'étanchéité ou qui définissent la position des secteurs d'étanchéité) reste parfaitement centrée sur l'axe de rotation de la turbomachine, d'une part, et ne s'ovalise pas, d'autre part. Cela oblige à prévoir pour cette virole, soit une construction monolithique d'inertie suffisante, soit un système plus compliqué assurant la concentricité des supports de secteurs autour de l'axe de la machine d'une part, et l'absence quasi complète d'ovalisation d'autre part. Si cette condition n'est pas réalisée et si de ce fait il y a ovalisation ou ex- centrage et si on désigne par «a» la distance maximum vers l'intérieur entre le cercle de même longueur développée et la partie intérieure de la virole ovalisée (ou excentrée) ou des supports de segments la plus proche des extrémités d'aubes au maximum d'ovalisation (ou d'excentrage) possible sous un des effets sus-mentionnés, il sera nécessaire de prévoir:
    • - soit un jeu supérieur ou égal à «a» dans toute condition de fonctionnement prévue,
    • - soit une garniture d'étanchéité d'épaisseur minimale égale à «a», qui sera d'ailleurs en tout cas localement enlevée par abrasion à la première occurence d'ovalisation (ou d'excentrage) maximale «a», formant ainsi au moins une lunule de fuite par un jeu qui localement est égal à «a» et qui, selon toute probabilité, compte-tenu du fait que l'ovalisation (ou l'excentrage) peut se produire suivant des axes différents, sera rapidement égal ou très voisin de «a» sur toute la périphérie de la virole ou de l'ensemble des secteurs d'étanchéité.
  • Si on sait en fait pratiquement obtenir, par exemple par le moyen décrit par EP-A- 0 079 272 (tombant sous l'article 54 (3) de la CBE), que le carter supportant la virole portant directement ou indirectement la garniture d'étanchéité soit bien centré par rapport à l'axe de la turbomachine, et si on sait également bien centrer cette virole dans le carter, et lui donner une inertie suffisante pour que sa déformation par ovalisation soit pratiquement négligeable, on ne peut pas pour autant assurer à tous les régimes de fonctionnement, et notamment en transitoire, une dimension radiale de la virole d'étanchéité ou des secteurs reconstituant une virole qui maintienne un jeu positif mais très faible entre les extrémités d'aubes (ou de leurs talons périphériques) et virole (ou secteurs) d'étanchéité dans toutes les conditions de fonctionnement, y compris les conditions transitoires.
  • Dans ce qui suit, par souci de simplification, nous décrirons le cas où les aubes mobiles n'ont pas de talons périphériques, mais il doit être bien entendu que le terme «extrémité d'aube» devra se comprendre «extrémité radiale des talons périphériques d'aubes», lorsque les aubes comportent de tels talons périphériques.
  • Si la virole portant la garniture d'étanchéité est monolithique, la solution la plus évidente pour obtenir aussi bien en régime transitoire qu'en régime permanent que cette virole assure, à la partie intérieure de sa garniture d'étanchéité, un rayon qui «suive» sans retard les variations de rayon des extrémités d'aubes est, comme il est bien connu dans l'art antérieur, d'alimenter par un distributeur, d'une façon homogène, la périphérie de la virole par de l'air prélevé à un ou plusieurs étages de compresseur, ledit distributeur ayant pour fonction d'envoyer un débit d'air «ajusté» à tout instant. Cet ajustement doit en tout cas se faire pour la température de l'air prélevé (par exemple par mélange dans des proportions convenables d'air plus ou moins chaud, provenant soit d'étages différents du compresseur, soit, pour au moins une partie de l'air de ventilation, d'air refroidi - ou réchauffé - dans un échangeur). Ceci permet d'ajuster avec précision le rayon de la garniture d'étanchéité au rayon des extrémités d'aubes en régime stabilisé. Mais pour que la dilatation de l'anneau «suive» sans retard la dilatation centrifuge du disque et des aubes, et la dilatation thermique de l'aube (dilatations qui se font en quelques secondes), puis la dilatation thermique du disque (qui se fait en plusieurs minutes), il faut également ajuster ce débit en quantité. Plusieurs brevets tels que la demande FR-A-2 467 292 décrivent un tel contrôle actif des jeux. Mais en fait le problème n'est pas résolu pour autant, il n'est que reporté à un mécanisme de distribution d'air, ajusté en débit et/ou en température pour assurer, non seulement en régime stabilisé, mais aussi en régime transitoire, la température instantanée convenable de la structure de la virole qui, par l'effet de son coefficient de dilatation a, imposera à la garniture d'étanchéité le rayon assurant un jeu positif mais très faible vis-à-vis des extrémités d'aubes.
  • Un tel distributeur peut évidemment être conçu, mais serait d'une complication extrême et d'une fiabilité assez aléatoire (une panne du distributeur pouvant dans certains cas produire des dégâts importants à l'ensemble de la turbine et/ ou de la virole). Il faut, de plus, remarquer que du fait que notamment la dilatation (respectivement rétraction) centrifuge du disque et de l'aube se produit en un temps très court, de l'ordre de quelques secondes, puisqu'il est pratiquement égal au temps d'accélération (respectivement réduction) de la charge de la turbomachine, il faut que le flux d'air de ventilation envoyé sur la virole soit très important pour assurer à la virole portant la garniture d'étanchéité une température, donc par le jeu de son coefficient de dilatation a, un rayon qui suive sans retard la dilatation (respectivement contraction) centrifuge quasi instantanée du disque et des aubes. Un tel distributeur doit donc être capable d'un fort débit. Il serait donc lourd, complexe, et en définitive très peu fiable. De plus, il serait gros consommateur d'air de ventilation au détriment du rendement d'ensemble de la turbomachine.
  • Une variante de l'invention prévoit cependant l'utilisation d'un réducteur-régulateur de pression placé dans la canalisation de prélèvement de l'air destiné à la ventilation du dispositif d'étanchéité, comme il sera décrit plus loin. Mais on notera que ce régulateur n'est destiné qu'à assurer une pression, comme le fonctionnement en sera expliqué plus loin alors que les mécanismes évoqués plus haut doivent être ajustés en débit et/ou en température.
  • On connaît également des tentatives de solution de ce problème très délicat de faire suivre sans retard à la partie intérieure d'une virole la dilatation (respectivement la rétraction) des extrémités d'aubes, c'est-à-dire en fait permettant que par exemple en accélération, la virole porteuse de la bande d'étanchéité réponde d'abord rapidement à la dilatation centrifuge du disque et des aubes, puis beaucoup plus lentement à la dilatation thermique du disque, notamment dans les demandes de brevets français FR-A-2450344 et FR-A-2 450 345. Toutefois, l'agencement prévu dans ces brevets, d'une part, est applicable à des turbomachines de faible puissance comportant des chambres de combustion à retour. L'homme de métier pourrait sans doute déduire des enseignements de ces brevets un équivalent pour les chambres, habituellement à flux direct, des turbomachines de grande puissance, mais aux dépens d'une complication importante et irréaliste.
  • D'autre part, la solution décrite dans l'un et l'autre brevet fait appel à un «manchon» dit élastique, c'est-à-dire capable de déformation lorsqu'on lui fait subir des efforts. L'élasticité de ce manchon présente le risque et l'inconvénient d'introduire des défauts de concentricité et d'ovalisation notamment sous l'effet des facteurs de charge rencontrés en vol. Il faut rappeler comme indiqué ci-dessus que le respect d'une concentricité quasi parfaite autour de l'axe de rotation du mobile et l'absence d'ovalisation de la garniture d'étanchéité sont une nécessité impérative pour éviter les jeux intempestifs et ces derniers brevets sont loin de satisfaire ces conditions d'une façon satisfaisante. On observe également que du fait des efforts hyperstatiques considérables mis en jeu par des arcs-boute- ments dans un anneau segmenté selon le brevet FR-A-2450 345, la moindre hétérogénéité de température ou d'inertie dans le sens périphérique provoquera des déformations importantes de l'anneau segmenté.
  • Par ailleurs, GB-A-1 484288 concerne une turbomachine dans laquelle un dispositif d'étanchéité comporte un anneau d'étanchéité solidaire d'un premier anneau à faible inertie thermique en appui radial dans une seule direction sur un rebord axial porté par un second anneau extérieur à forte inertie thermique.
  • C'est un des objectifs de la présente invention d'assurer pour tous le régimes stabilisés et pour le régime transitoire en accélération un jeu entre les extrémités d'aubes et la garniture d'étanchéité, qui soit minime, mais positif afin d'éviter l'usure de ladite garniture, usure qui provoquerait un jeu et par conséquent des fuites dans tous les régimes stabilisés ou d'accélération ultérieurs. Pour les conditions transitoires en décélération, le jeu entre les extrémités d'aubes et la garniture d'étanchéité est positif (donc il n'y a pas d'usure), mais il n'est plus minime. Cependant, il est au plus égal à celui obtenu par les solutions de l'art antérieur. Le spécialiste sait d'ailleurs que l'influence d'un jeu notable mais non excessif, pour le seul cas de transitoire en décélération, est presque négligeable dans l'économie générale d'une turbomachine.
  • C'est un deuxième objectif de la présente invention d'obtenir ce résultat remarquable sans les graves inconvénients de complexité et de défaut de fiabilité des distributeurs de l'art antérieur.
  • C'est un troisième objectif de la présente invention d'obtenir ce résultat avec un débit notablement diminué par rapport aux débits de ventilation de l'art antérieur.
  • La turbomachine munie d'un dispositif d'étanchéité d'aubage mobile du type précité est caractérisée selon la présente invention en ce que ladite virole intérieure est en deux parties respectivement amont et aval, liées par des bords tombés de languettes de solidarisation solidaires respectivement des parties monolithiques amont et aval de la virole lesdites languettes de solidarisation étant régulièrement réparties sur la périphérie et espacées entre elles, en ce que lesdits secteurs sont supportés par des éléments en forme de crochets solidaires d'éléments élastiques constitués de languettes élastiques intercalées dans chaque intervalle entre les languettes de solidarisation et respectivement liées alternativement à la partie amont et à la partie aval monolithiques de la virole intérieure et en ce que lesdits éléments élastiques sont supportés par des crochets fixés audit anneau extérieur de telle sorte que pendant ladite phase transitoire d'accélération mécanique, lesdits secteurs sont soumis à un premier asservissement en position radiale à la virole intérieure et pendant ladite phase de stabilisation thermique, à un deuxième asservissement en position radiale, se substituant au premier, à l'anneau extérieur, l'air de ventilation étant amené au moyen d'une multiplicité de tuyaux débouchant dans des trous percés dans le carter de turbomachine qui enveloppe le dispositif.
  • Les conditions de ventilation de ladite virole intérieure, son coefficient de dilatation thermique Œ, et l'étage de prélèvement de l'air sont déterminés pour qu'au cours d'une phase d'accélération mécanique de la turbomachine à partir de n'importe quel régime jusqu'à un régime supérieur, et notamment jusqu'à la charge maximale de la turbomachine, les dilatations thermiques de ladite virole «suivent» sans retard la dilatation centrifuge du disque et des aubes augmentée, au moins en grande partie, de la dilatation thermique des aubes. De manière analogue, le coefficient de dilatation a2, l'inertie thermique et les conditions de ventilation de l'anneau extérieur sont déterminés pour qu'au cours de la phase - pouvant durer plusieurs minutes - de stabilisation thermique de tous les éléments de la turbomachine, et notamment du disque correspondant, les dilatations thermiques dudit anneau imposent aux secteurs portant la garniture d'étanchéité qui lui sont asservis durant ladite phase une dilatation radiale qui «suive» la dilatation thermique dudit disque.
  • Avantageusement, les crochets de support des secteurs coopèrent en amont et en aval avec des bords tombés des secteurs insérés dans les crochets.
  • De cette manière, lesdites languettes élastiques asservissent les secteurs portant la garniture d'étanchéité aux dilatations de ladite première virole sans que ces languettes se déforment elles-mêmes au cours de la période où le premier asservissement est efficace, et laissent agir l'asservissement des secteurs portant la garniture d'étanchéité aux dilatations dudit deuxième anneau, par déformation de ces languettes dans le domaine élastique au cours de la période où le deuxième asservissement se substitue au premier.
  • Préférablement, la première virole comporte des accélérateurs d'échange thermique (trous multiples parcourus par de l'air de ventilation, ailettes, picots, etc...) pour que sa température «suive» pratiquement sans retard la température de l'air du compresseur, la densité de ces accélérateurs d'échange étant déterminée pour que la dilatation de la première virole en fonction du temps pour une accélération soit ajustée à la dilatation centrifuge du disque et des aubes, augmentée de la dilatation thermique des aubes, et leur répartition étant déterminée pour assurer une homogénéité de température à ladite première virole tant longitudinalement que périphériquement.
  • Préférablement le carter de turbine comporte des moyens de centrage du dispositif d'étanchéité conforme à l'invention.
  • Il peut être avantageux également de placer au moins un réducteur-régulateur de pression entre la canalisation de prélèvement d'air au compresseur et un tuyau débouchant dans un trou du carter de turbine, comportant une entrée reliée par une canalisation à une prise de pression située dans la partie aval de plateforme extérieure d'un distributeur placé en amont de l'aubage mobile de telle sorte qu'une pression toujours très faiblement supérieure à la pression statique à la paroi de la veine de circulation des gaz de la turbo- machine est établie du côté radialement extérieur des secteurs portant les garnitures d'étanchéité.
  • Cette dernière disposition permet avantageusement de supprimer les joints d'étanchéité prévus en amont et en aval des secteurs portant les garnitures d'étanchéité et ainsi d'éliminer les frottements qui pourraient dans certains cas gêner le fonctionnement optimal.
  • L'invention sera mieux comprise par la description d'un des modes de réalisation, en regard des dessins annexés, dans lesquels:
    • la fig. 1 représente une coupe longitudinale simplifiée selon I-I de la figure 2 de ce mode de réalisation du dispositif d'étanchéité, conforme à l'invention;
    • la fig. 2 est une vue développée simplifiée, selon II-II de la figure 1;
    • la fig. 3 est une vue analogue à la figure 1 montrant quelques détails de la ventilation qui ne figuraient pas sur les figures 1 et 2 par souci de simplification;
    • la fig. 4 est une vue analogue à la figure 1, en coupe longitudinale simplifiée selon IV-IV de la figure 5 et représentant un dispositif d'étanchéité selon l'invention, qui comporte au moins un réducteur-régulateur de pression;
    • la fig. 5 est une vue développée simplifiée, selon V-V de la figure 4;
    • la fig. 6 est une vue analogue à la figure 4 montrant quelques détails de la ventilation de manière analogue à la figure 3;
    • la fig. 7 est une coupe simplifiée d'un réducteur-régulateur de pression conforme à l'invention.
  • Sur la figure 1, dans laquelle on n'a pas fait figurer tout ce qui avait trait à la ventilation, on peut voir un carter de turbine qui dans l'exemple représenté est en trois parties, une partie amont 2, une partie médiane 4, une partie aval 6, les trois parties étant réunies par des boulons non représentés réunissant des brides radiales 8a, 8b et 8c, 8d, lesdites brides radiales ayant par ailleurs le rôle de donner de l'inertie mécanique à l'ensemble pour qu'il soit pratiquement indéformable par ovalisation. La partie amont 2 du carter comporte un prolongement conique 10 vers l'intérieur, dans lequel sont usinées des cannelures radiales 12. De même, la partie aval 6 du carter comporte un prolongement conique 14 vers l'intérieur, dans lequel sont usinées des cannelures radiales 16, analogues aux cannelures 12, mais leur faisant vis-à-vis.
  • Un anneau extérieur à grande inertie 20, comportant par exemple des nervures vers l'extérieur 22, et pouvant être muni d'un calorifugeage interne 24, et/ou externe 26, pour lui conférer un temps de réponse convenable, comporte par ailleurs des nervures respectivement amont 28 et aval 30, dans lesquelles sont usinées des cannelures radiales 12' et 16' qui coopèrent avec les cannelures radiales 12 et 16 pour centrer l'anneau 20 dans le carter. Cet anneau comporte de plus dans sa partie amont des moyens de fixation connus pour une multiplicité de crochets 32 tournés vers l'aval, et dans sa partie aval des moyens de fixation équivalents de crochets 34 tournés vers l'amont (seuls ces derniers éléments de fixation étant représentés). Ces crochets servent à déplacer radialement des secteurs 84 portant des garnitures d'étanchéité 86 en appuyant radialement, dans la direction centrifuge, directement ou par l'intermédiaire de cales sur des éléments longitudinaux portés par les secteurs, comme il sera décrit en détail ultérieurement.
  • La partie amont 2 du carter de turbine comporte plus en amont une bride 40 radiale, vers l'intérieur, sur laquelle est fixée de façon connue une bride radiale 42 vers l'extérieur d'une virole intérieure 44 (voir figure 2). Celle-ci est en deux parties pour des raisons de montage. La partie amont comporte en aval de la bride radiale 42 une partie cylindrique 46, et dans l'exemple représenté une autre bride radiale 48, à nouveau vers l'intérieur,puis une virole intérieure 50 destinées principalement à lui donner de l'inertie. La virole intérieure 50 se termine par une bride radiale d'étanchéité 52. L'ensemble de la partie amont de la virole 44, décrite ci-dessus, est monolithique.
  • En aval de la bride radiale 48 et à partir d'une position longitudinale repérée 54a, des découpes longitudinales dans la virole cylindrique prolongeant la partie 46 existent qui sont plus visibles sur la figure 2 sur laquelle ne figurent que les éléments nécessaires à la compréhension, sans notamment les accélérateurs d'échange (trous, nervures et picots).
  • D'une part, il y a régulièrement espacées et laissant un intervalle entre elles des lames 56, terminées par un bord tombé extérieur 58. Chacun de ceux-ci est fixé par un ensemble boulon écrou 60 à un bord tombé 62 de la partie aval de la virole intérieure 44, ce bord tombé 62 se prolonge par des lames 64, analogues aux lames 56, qui relient la partie aval monolithique de la virole 44 à la partie amont. Cette partie aval monolithique comporte, à partir d'une position longitudinale repérée 54b, une partie cylindrique 66, analogue à la partie cylindrique amont 46 de la virole 44, une bride radiale interne 68, prolongée vers l'amont, pour donner à cette partie aval monolithique une inertie suffisante, par une virole cylindrique 70 (analogue à 50 mais dirigée vers l'amont), puis une bride radiale vers l'intérieur 73 (analogue à la bride amont 52), destinée à assurer l'étanchéité entre les secteurs et la partie aval de la virole 44.
  • D'autre part, dans les intervalles entre les languettes 56 et 64 (voir figure 2) accouplées par les bords tombés 58, 62 grâce aux boulons et écrous 60, on trouve alternativement des lames déformables élastiquement, les unes 72 solidaires de la partie amont de la virole 44 en deux parties et s'étendant vers l'aval, les autres 74 solidaires de la partie aval 66 de la virole 44 en deux parties, et s'étendant vers l'amont. Les lames 72 comportent, dans leur partie aval, un bord tombé doublement vers l'intérieur d'abord 76, puis vers l'amont 78, formant ainsi crochet qui sert à l'asservissement en position des secteurs 84 portant la garniture d'étanchéité 86 aux dilatations de la virole intérieure 44. De même, les lames 74 comportent dans leur partie amont un bord tombé doublement vers l'intérieur d'abord 80, puis vers l'aval 82, formant ainsi crochet qui sert à l'asservissement en position des secteurs portant la garniture d'étanchéité aux dilatations de la virole intérieure 44.
  • Les secteurs 84 portant la garniture d'étanchéité comportent des raidisseurs 88 évitant leur gauchissement mais laissant du jeu avec les éléments 56 et 64 de la virole 44. Dans leur partie amont (respectivement aval) les secteurs 84 portant la garniture d'étanchéité comportent:
    • - d'une part, vers l'extérieur, des raidisseurs 90 à bord tombé vers l'amont (respectivement aval) 92 qui s'inséreront au montage de la partie aval sur la partie amont de la virole 44, entre les crochets 80, 82 (respectivement 76, 78);
    • - d'autre part, vers l'intérieur, un flasque comportant un logement 94 pour la mise en place d'un joint d'étanchéité avec les brides radiales 52 (respectivement 73) et un bourrelet 96 de retenue des garnitures d'étanchéité 86.
  • Nous reportant maintenant à la figure 3, on va expliquer schématiquement comment fonctionne la ventilation qui n'a pas été représentée sur les figures 1 et 2.
  • L'air prélevé d'un des étages aval de compresseur arrive d'une façon connue par des trous 100 percés dans la partie amont 2 du carter de turbine et régulièrement répartis le long de la périphérie de ce carter. Cet air de ventilation est réparti, suivant la flèche A, dans l'enceinte 102 formant chambre de tranquillisation. Une partie de cet air impose sa température par une multiplicité de trous 104 à la virole intérieure 44, tant dans la partie cylindrique la plus en amont 46, d'où il est conduit à l'aval du distributeur 106 selon les flèches B et C, que dans la partie médiane ou aval où se trouvent des languettes de solidarisation 56, 64 et/ou d'asservissement 72 et 74, selon les flèches D (autour des crochets 32) et E, par les trous 104 sur les languettes solidaires de la partie amont de la virole intérieure. De la même façon, la partie aval de l'anneau est ventilée (flèches E') par une multiplicité de trous également repérés 104 percés dans les languettes (de solidarisation ou d'asservissement) de la partie aval, en passant, pour la partie droite de la figure 3, autour des crochets 34.
  • L'air de ventilation ayant travresé la virole intérieure 44 dans la partie en regard des secteurs passe au travers des raidisseurs aval 90 (voir figure 1) des secteurs par des trous 108 régulièrement répartis dans l'enceinte 108' selon la flèche F, d'où il s'échappe dans une enceinte aval 118 par des trous 110 percés dans la partie monolithique aval 66 de la virole 44, suivant les flèches F'.
  • La partie de l'air circulant entre l'anneau 20 et la virole 44 ventile également l'intérieur de l'anneau 20, mais avec un temps de réponse beaucoup plus long, du fait du calorifugeage 24.
  • Une autre partie de l'air de ventilation arrivant dans l'enceinte 102 ventile également l'extérieur de l'anneau 20, en suivant le parcours suivant: par des trous 112, régulièrement répartis sur le prolongement conique 10, il pénètre selon la flèche G dans l'enceinte 114 comprise entre carter médian 4 et anneau 20, la partie extérieure de cet anneau 20 et notamment ses nervures de rai- dissage étant convenablement calorifugées; cette partie de l'air s'échappe de l'enceinte 114 par des trous 116 percés dans le prolongement conique intérieur 14 du carter aval 6, suivant la flèche H, et il se mélange dans l'enceinte 118 avec l'air de ventilation ayant suivi le trajet ci-dessus décrit (flèches D, E ou E', F, F').
  • Il est rappelé que la figure 2 ne montre que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention, et non le détail des éléments accélérateur d'échange (répartition des trous, ailettes d'échange, picots, etc...) qui permettent d'assurer:
    • - d'une part une température homogène aussi bien périphériquement que longitudinalement, cette répartition étant bien entendu fondamentale pour obtenir qu'il n'y ait pas d'ovalisation thermique de l'anneau 44 en deux parties. Mais cette répartition fait partie du savoir-faire de l'homme de métier;
    • - d'autre part une température maximale relativement modérée (celle qui correspond à la température à la sortie de l'étage de compresseur où le prélèvement est effectué), ceci afin que les languettes d'asservissement 72, 74 travaillent dans le domaine élastique lorsque l'on substitue l'asservissement à long temps de réponse par l'anneau 20 dit deuxième asservissement à l'asservissement à court temps de réponse par la virole 44 dit premier asservissement. Le métal de cette virole sera donc préférablement un métal ayant à la fois un coefficient de dilatation relativement élevé et un domaine d'élasticité allant jusqu'à des températures de l'ordre de 450 à 500°C, du type désigné parZ50 NMC 12 (Norme AFNOR).
  • L'action de substitution dudit deuxième asservissement peut se faire soit directement par appui des crochets sur l'extrémité des bords tombés 92 des secteurs portant les garnitures d'étanchéité, soit, comme cela est représenté aux dessins annexés, par appui indirect, par l'intermédiaire des crochets 78, 82, respectivement d'une part à l'aval des languettes 72 et tournés vers l'amont et d'autre part à l'amont des languettes 74 et tournées vers l'aval.
  • De préférence, les secteurs d'étanchéité auront une dimension périphérique telle qu'ils soient asservis à la fois par au moins trois portées des crochets solidaires de la virole intérieure 44 et aussi par au moins trois portées directes ou indirectes des crochets 32 et 34 fixés à la virole extérieure 20. Sur la figure 2 on a représenté le cas où cet asservissement est par trois portées seulement.
  • Les limites de secteurs adjacents sont tracées sur la figure 2 en traits interrompus. Les «surfaces d'appui» sont représentées en hachures croisées. On voit que le secteur inférieur de la figure 2 est asservi par deux appuis amont et un appui aval tandis que les secteurs adjacents sont asservis par deux appuis aval et un appui amont.
  • Ces surfaces d'appui doivent tenir compte du fait que les languettes d'asservissement 72 et 74 prennent en fin de stabilisation thermique, après une accélération, une obliquité, du reste minime, par rapport à leur position parallèle à l'axe représenté aux dessins. L'homme de métier comprendra aisément que pour éviter tout risque de coincement, il est nécessaire de donner un très léger «arrondi» notamment aux appuis quasi cylindriques des crochets 32 et 34 et aux bords tombés 92 amont et aval des secteurs 84. Cet arrondi est du reste très faible et de ce fait n'a pas été représenté aux dessins, mais il faut remarquer qu'il évite de donner du jeu entre les surfaces d'appui, au bénéfice de la précision de la position radiale des secteurs 84.
  • Bien entendu, on ne sortirait pas du cadre de la présente invention par l'emploi de moyens équivalents, notamment par une répartition différente des points d'appui des crochets imposant la position des secteurs portant la garniture d'étanchéité successivement suivant le premier mode d'asservissement puis suivant le second. Par exemple, les crochets 32 (respectivement 34) et 82 (respectivement 78) peuvent être légèrement décalés périphériquement ce qui permet d'avoir des secteurs trapézoïdaux sur quatre appuis voisins des quatre coins d'un trapèze, aussi bien lorsque les secteurs sont asservis aux dilatations de la virole 44 que quand ils le sont à celles de l'anneau 20.
  • Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 4 à 7, on relève suivant la figure 4 les différences ci-après par rapport au mode de réalisation représenté sur la figure 1:
    • - les joints 94 amont et aval sont supprimés;
    • - il y a un jeu, respectivement j et j', appréciable entre les faces amont (respectivement aval) des secteurs 84 portant les garnitures d'étanchéité 86 et les brides radiales 52 (respectivement 73) et préférablement, le jeu en amont est un peu plus grand qu'à l'aval (par exemple 0,3 à l'amont et 0,1 à l'aval);
    • - il y a une prise de pression statique de paroi 120, dans la partie aval de la platteforme extérieure du distributeur en amont de la roue mobile, prise de pression qui est raccordée par une canalisation 122 à une «entrée» d'un réducteur-régulateur de pression 124 qui sera décrit plus loin;
    • - ce réducteur-régulateur est relié à une étage aval du compresseur par une canalisation 126 et à l'enceinte 102 (voir figure 6) par une canalisation 128;
    • - la virole 46 comporte vers l'aval préférentiellement des accélérateurs d'échange sous forme d'aillettes 130 (voir aussi figure 5) à tout le moins sur leur face extérieure, plutôt que sous forme de multitrous tels que 104, plus nombreux au contraire dans la partie antérieure de ladite virole 46;
    • - sur les languettes de solidarisation 64 sont fixés vers l'intérieur par un moyen connu (soudage ou brasage) des éléments en forme de cornière 132 (voir aussi figure 5), se recouvrant avec jeu entre eux, en vue de créer une perte de charge entre l'enceinte amont 134 et l'enceinte arrière 136, comprises entre respectivement les éléments de structure 48, 50 ou les secteurs 84 et la virole 46 pour l'enceinte 134 et les éléments de structure 58, 70 et la partie cylindrique aval 66 de la virole 44 pour l'enceinte 136. Bien entendu, ces éléments en forme de cornière 132 laissent également du jeu avec les secteurs 84, et leur longueur radiale est elle que ce jeu s'annule pratiquement lorsque la distance entre secteurs 84 et virole 44 est la plus faible (fin de décélération mécanique comme cela sera expliqué ultérieurement);
    • - enfin, les trous 110 sont agrandis et/ou augmentés en nombre et les trous 116 sont réduits en section et/ou en nombre en vue d'égaliser les pressions lorsque les débits suivant les flèches F' et H se réunissent, et en vue d'un abaissement de la pression dans l'enceinte 136.
  • Il est à remarquer qu'avec cette disposition, au plein gaz stabilisé, le jeu radial entre les secteurs 84 et le bord interne des éléments en cornière 132 est plus petit que dans les conditions de régime partiel stabilisé, ce qui augmente la perte de charge entre les enceintes 134 et 136 lorsque le moteur est à forte charge. Cela correspond au sens de variation de la pression dans la veine, puisque la chute de pression dans la roue mobile est d'autant plus grande que la charge du moteur est plus grande, bien que cet effet favorable soit partiellement compensé par le débit de fuite pouvant exister entre les éléments de cornière 132 et les éléments élastiques 72, 74 lorsque ceux-ci sont déplacés vers l'extérieur au cours des phases où le deuxième asservissement entre en action.
  • Pour la figure 6 on se reportera à la description qui en est donnée plus haut, les différences par rapport à la ventilation précédemment décrite étant expliquées ci-dessous.
  • Le débit d'air de ventilation provenant d'un étage aval de compresseur, par l'intermédiaire du réducteur-régulateur de pression 124, ayant traversé la virole 46, par les trous 104 débouchant dans l'enceinte 134, est en partie envoyé par le jeu j en amont des secteurs portant la garniture d'étanchéité suivant la flèche K. Comme il sera expliqué plus loin, le réducteur-régulateur de pression 124 assure dans l'enceinte 134 une surpression extrêmement réduite par rapport à la pression statique à la paroi, mesurée par la prise de pression 120. De ce fait, le débit selon la flèche K par le jeu j est réduit au minimum.
  • Une autre partie du débit arrivant dans l'enceinte 134 contourne les éléments en cornière 132, soit par le jeu faible entre chaque cornière 132 et ses voisines (flèche L voir aussi figure 5) soit par le jeu entre les cornières 132 et les secteurs portant la garniture d'étanchéité (flèche M), soit même dans certains cas par le jeu entre les cornières 132 et les éléments élastiques 72 et 74. Du fait de ces contournements et de la faiblesse de ces jeux, le débit d'air arrivant dans l'enceinte 136 est à une pression inférieure à celle existant dans l'enceinte 134. Une partie de ce débit passe par la fente j' suivant la flèche N, l'autre partie suivant le circuit décrit dans le brevet de base (flèches F et F'
  • Sur la figure 7 est représenté un réducteur-régulateur de pression 124. Il comporte un carter 138 muni d'un bossage 140 (sur la face à gauche de la figure) raccordé à la prise de pression statique de paroi 120 par la canalisation 122 (voir figure 4). Il comporte en outre un bossage 142 d'arrivée d'air prélevé à un étage aval de compresseur par la canalisation 126 (voir figure 4), par exemple le dernier, et un épanouissement local 144, terminé par un bossage 146, délivrant l'air à pression réduite et régulée par l'intermédiaire d'une canalisation 128 (voir figure 4) à l'enceinte 102.
  • A l'intérieur du réducteur-régulateur 124 est fixée, par un moyen connu non représenté, une chemise 148 qui comporte en regard du bossage 142 un trou 150 communiquant avec une enceinte annulaire 152 autour du tiroir 154 dont al fonction sera décrite plus loin. La chemise 148 comporte au droit de l'épanouissement local 144 une fente 156 destinée à réguler la pression alimentant l'enceinte 102. Le tiroir 154 comporte à ses deux extrémités des portées cylindriques 155 coopérant avec la partie interne de la chemise 148 par exemple par des segments ou des joints carbone 158. De plus, un trou oblique 160 met en communication l'enceinte annulaire 152 avec l'enceinte 162 du réducteur-régulateur à l'opposé du bossage 140. Le carter 138 est fermé par un couvercle 164, fixé par un moyen connu (par exemple par vissage) sur le carter 138, l'étanchéité entre carter 138 et couvercle 164 étant assurée par un joint 166.
  • Du fait du trou 160, la pression régnant en 162 du côté droit du tiroir sur la figure est égale à la pression prélevée à une étage aval de compresseur par exemple le dernier. Elle est donc plus forte que la pression régnant dans l'enceinte 168 du côté de l'arrivée de pression statique de paroi 120 par la canalisation 122 raccordée au bossage 140. En effet, la pression statique à la paroi en aval du distributeur correspond à la pression aval du compresseur, diminuée de la perte de charge dans la chambre et à la chute de pression statique dans le distributeur amont de la roue mobile (voire aux pertes de pression de un ou plusieurs étages de turbine en amont si le dispositif est employé pour une des roues BP de la turbine). La force s'exerçant sur le tiroir 154 vers la gauche égale à la différence de pression entre les enceintes 162 et 168 multipliée par la section interne de la chemise est équilibrée par un ressort 170.
  • Le fonctionnement du réducteur-régulateur est le suivant. Pour des conditions de fonctionnement déterminées (charge du moteur, altitude, vitesse de vol, etc...), on détermine les différents paramètres et notamment les dimensions du réducteur-régulateur 124, les dimensions de la fente 156, le diamètre et le nombre de spires du ressort 170, et la perte de charge dans les multitrous 104 pour que la pression régnant dans l'enceinte 134 soit très légèrement supérieure à la pression statique à la paroi à l'amont de la roue mobile. Le calcul correspondant dépend évidemment de chaque turbomachine et est à la portée de l'homme du métier. Si les conditions de fonctionnement (charge du moteur, altitude, vitesse de vol, etc...) changent, par exemple provoquant une augmentation de pression statique à la paroi à l'amont de la roue mobile, la pression prélevée au compresseur est généralement elle-même augmentée, ce qui va dans le bon sens. On supposera dans ce qui suit que cette augmentation de pression est insuffisante pour compenser complètement, compte tenu des pertes de charge dans les multitrous 104, l'augmentation de pression à la paroi de la veine de gaz chauds à l'amont de la roue mobile, ce qui est généralement le cas (dans le cas contraire, plusieurs moyens peuvent être employés: diaphragme sur la canalisation 126, changement de l'étage de prélèvement, modification du réducteur-régulateur, notamment de la position de sa fente). Dans ces conditions, le réducteur-régulateur permettra d'ajuster la pression dans l'enceinte 134 par le mécanisme suivant: l'augmentation de pression statique à la paroi à l'amont de la roue mobile est détectée par la prise de pression statique à la paroi 120, et est envoyée sur la face gauche (sur la figure 7) du tiroir 154 du réducteur-régulateur 124. De ce fait, le tiroir 154 se déplacera vers la droite, découvrant une section supplémentaire de la fente 156 de la chemise 148. La perte de charge dans cette fente diminuera du fait de l'augmentation de section de passage et il s'ensuivra une augmentation de pression dans l'enceinte 102 qui se répercutera après déduction des pertes de charge par les multitrous 104, dans l'enceinte 134. En jouant sur la forme de la fente 156, la pression dans l'enceinte 134 «suivra» la pression 120, c'est-à-dire qu'elle restera toujours supérieure, mais d'une quantité faible à la pression statique mesurée par la prise de pression 120. Là aussi c'est le savoir-faire de l'homme de métier qui permettra de donner à la fente 156 la forme permettant d'assurer que la pression dans l'enceinte 134 «suit» au plus près la pression à la paroi de la veine des gaz chauds, mais en restant toujours légèrement supérieure à la pression à la paroi de la veine.
  • Comme évoqué plus haut, la chute de pression qui se produit au cours du contournement des éléments en cornière 132 a pour conséquence que la pression dans l'enceinte 136 est plus faible que la pression dans l'enceinte 134. Cette chute de pression est dans le bon sens pour assurer dans l'enceinte 134 une pression pas trop supérieure à la pression dans la veine en aval de la roue de turbine. Toutefois, la chute de pression dans la veine est généralement supérieure à la chute de pression entre l'enceinte 134 et l'enceinte 136. C'est pour cette raison qu'il est préférable d'avoir un jeu j' vers l'aval positif mais inférieur au jeu j.
  • C'est pour augmenter la chute de pression entre enceinte 134 et enceinte 136 que, comme il est dit plus haut, les trous 110 sont dans cette version augmentés en nombre et/ou en section par rapport aux trous 110 du brevet de base. Ceci conduit, si l'on veut rassembler les débits suivant les flèches F' et H, par exemple pour servir au refroidissement d'un distributeur basse-pression aval, à diminuer en nombre et/ou en section les trous 116, afin d'égaliser les pressions dans l'enceinte 118 à un niveau plus bas, pratiquement égal à celui régnant dans l'enceinte 136, ceci afin de diminuer le débit suivant flèche N, passant par le jeu j'.
  • Selon une variante de la présente invention on peut employer deux réducteurs-régulateurs 124, l'un alimentant l'espace amont 134, via l'enceinte 102, l'autre alimentant l'espace aval 136 (par une canalisation non représentée analogue à la canalisation 128 mais débouchant directement dans l'enceinte 136), ce dernier réducteur-régulateur étant gouverné grâce à une canalisation analogue à la canalisation 122 par une prise de pression statique de paroi non représentée, analogue à la prise de paroi 120, et montée à l'avant de la plateforme extérieure du distributeur aval 107 de la roue de turbine. Selon une autre variante de la présente invention un seul réducteur-régulateur 124, est employé, mais celui-ci comporte 2 fentes 156, décalées périphériquement avec, bien entendu, un épanouissement local 144 et un bossage de raccordement 146 en regard de chaque fente, le premier bossage de raccordement 146 alimentant l'enceinte 134 via l'enceinte 102 et les multitrous 104, le deuxième alimentant directement l'enceinte 136, par une canalisation non représentée, la section efficace de la fente alimentant l'enceinte 136 étant, pour chaque position du tiroir, plus faible que celle de la fente alimentant l'enceinte 102, en vue de tenir compte de la chute de pression statique dans la veine de gaz chauds, au passage de la roue mobile.

Claims (12)

1. Turbomachine dans laquelle un dispositif d'étanchéité d'aubage mobile comporte des secteurs portant une garniture d'étanchéité en matériau susceptible de s'user, placée au droit des extrémités d'aubes et comporte également, d'une part, une virole intérieure qui se dilate d'une façon homogène pendant une phase transitoire d'accélération mécanique de la turbomachine, par l'effet de la ventilation sur toute sa longueur et sa périphérie par de l'air provenant d'un étage aval de compresseur et, d'autre part, un anneau extérieur qui se dilate d'une façon homogène pendant une phase de stabilisation thermique de la turbomachine succédant à la phase d'accélération mécanique, également par l'effet de la ventilation sur toute sa longueur et sa périphérie par de l'air provenant d'un étage aval de compresseur, l'inertie thermique de l'anneau extérieur étant supérieure à celle de la virole intérieure, caractérisée en ce que ladite virole intérieure (44) est en deux parties respectivement amont et aval, liées par des bords tombés (58, 62) de languettes de solidarisation (56, 64) solidaires respectivement des parties monolithiques amont (46) et aval (66) de la virole (44), lesdites languettes de solidarisation (56, 64) étant régulièrement réparties sur la périphérie et espacées entre elles, en ce que lesdits secteurs (84) sont supportés par des éléments en forme de crochets (76-78, 80-82) solidaires d'éléments élastiques constitués de languettes élastiques (72, 74) intercalées dans chaque intervalle entre les languettes de solidarisation (56, 64) et respectivement liées alternativement à la partie amont (46) et à la partie aval (66) monolithiques de la virole intérieure (44) et en ce que lesdits éléments élastiques (72, 74) sont supportés par des crochets (34, 32) fixés audit anneau extérieur (20) de telle sorte que pendant ladite phase transitoire d'accélération mécanique, lesdits secteurs (84) sont soumis à un premier asservissement en position radiale à la virole intérieure (44) et pendant ladite phase de stabilisation thermique, à un deuxième asservissement en position radiale se substituant au premier, à l'anneau extérieur (20), l'air de ventilation étant amené au moyen d'une multiplicité de tuyaux débouchant dans des troux (100) percés dans le carter de turbomachine qui enveloppe le dispositif.
2. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits crochets (76-78, 80-82) de support des secteurs (84) coopèrent en amont et en aval avec des bords tombés (92) des secteurs (84) insérés dans les crochets.
3. Turbomachine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les crochets (34, 32) fixés sur l'anneau extérieur (20) s'appuient sur les bords tombés (92) des secteurs (84) par l'intermédiaire des crochets (78, 82) des languettes élastiques (72, 74) de la virole (44) substituant ainsi l'action d'asservissement aux dilatations de l'anneau (20) par l'intermédiaire des crochets (34, 32) à l'action d'asservissement aux dilatations de la virole (44), par l'intermédiaire des languettes (72,74).
4. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la virole intérieure (44) comporte une multiplicité d'accélérateurs d'échange thermique (104) répartis pour assurer l'homogénéité des températures de ladite virole intérieure (44) à la fois dans le sens longitudinal et dans le sens périphérique, pour toutes les conditions de fonctionnement.
5. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'anneau extérieur (20) comporte des éléments raidisseurs radiaux (22) et des calorifugeages intérieur (24) et extérieur (26), ce dernier calorifugeant notamment les éléments raidisseurs (22) et en ce que cet anneau extérieur est centré dans le carter médian (4) au droit du dispositif par des éléments radiaux (12) appartenant au carter et (12') appartenant à une bride radiale (28) de l'anneau (20), coopérant entre eux, et par des éléments radiaux (16) appartenant au carter et (16') appartenant à une bride radiale (30) de l'anneau extérieur (20) et coopérant entre eux.
6. Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les débits d'air prélevées pour ventiler la virole intérieure (44) et pour ventiler l'anneau extérieur (20), proviennent du même étage de compresseur, et sont collectés dans une enceinte (102) servant de chambre de tranquillisation située en amont du dispositif d'étanchéité.
7. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce qu'au moins un réducteur-régulateur de pression (124) est placé entre la canalisation (126) de prélèvement d'air au compresseur et un tuyau (128) débouchant dans un trou (100) du carter de turbine et comporte une entrée reliée par une canalisation (122) à une prise de pression (120) située dans la partie aval de plateforme extérieure d'un distributeur (106) placé en amont de l'aubage mobile de telle sorte que une pression toujours très faiblement supérieure à la pression statique à la paroi de la veine de circulation des gaz de la turbomachine est établie du côté radialement extérieur des secteurs (84) portant les garnitures d'étanchéité (86).
8. Turbomachine selon la revendication 7, caractérisée en ce que le réducteur-régulateur de pression (124) se compose:
- d'un carter (138) fermé par un couvercle (164) et doublé par une chemise interne (148) comportant une fente (156) en face de la sortie du réducteur-régulateur (124):
- d'un tiroir (154) chargé par un ressort (170) et ménageant entre ses deux extrémités (155) coopérant avec la chemise (148) une enceinte annulaire (152) qui communique par un trou oblique (160) avec l'enceinte fermée (162) du réducteur-régulateur (124).
9. Turbomachine selon la revendication 7, caractérisée en ce que des éléments en forme de cornière (132) se recouvrant entre-eux avec jeu sont fixées vers l'intérieur sur les languettes de liaison (64).
10. Turbomachine selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que deux réducteurs-régulateurs de pression (124) alimentent respectivement, le premier, un espace amont (134) situé du côté radialement intérieur de la virole intérieure (44) en amont et au droit des secteurs (84) et le second, un espace aval (136) situé en aval des secteurs (84) entre les deux viroles (66, 70) radialement décalées appartenant à la virole intérieure (44).
11. Turbomachine selon la revendication 7, caractérisée en ce que le réducteur-régulateur de pression (124) se compose:
- d'un carter (138) fermé par un couvercle (164) et doublé par une chemise interne (148) comportant deux fentes (156) décalées périphériquement correspondant chacune à une sortie du réducteur-régulateur (124), la première sortie étant reliée à un espace amont (134) situé du côté radialement intérieur de la virole intérieure (44) en amont et au droit des secteurs (84) et la seconde sortie étant reliée à un espace aval (136) située en aval des secteurs (84) entre les deux viroles (66, 70) radialement décalées appartenant à la virole intérieure (44),
-d'un tiroir (154) chargé par un ressort (170) et ménageant entre ses deux extrémités (155) coopérant avec la chemise (148) une enceinte annulaire (152) qui communique par un trou oblique (160) ave l'enceinte fermée (162) du réducteur-régulateur (124), la section efficace de la première fente (156) correspondant à la première sortie étant toujours plus forte que la section efficace de la seconde fente (156) correspondant à la deuxième sortie du réducteur-régulateur (124).
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