EP0356305A1 - Anneau de stator de turbine associé à un support de liaison au carter de turbine - Google Patents

Anneau de stator de turbine associé à un support de liaison au carter de turbine Download PDF

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EP0356305A1
EP0356305A1 EP89402256A EP89402256A EP0356305A1 EP 0356305 A1 EP0356305 A1 EP 0356305A1 EP 89402256 A EP89402256 A EP 89402256A EP 89402256 A EP89402256 A EP 89402256A EP 0356305 A1 EP0356305 A1 EP 0356305A1
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Safran Aircraft Engines SAS
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    • 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
    • F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/11—Shroud seal segments

Definitions

  • the present invention relates to a turbine stator ring, in particular for a low-pressure turbine of a turbofan engine, associated with a support for connection to the turbine casing.
  • FR-A-2 407 342 and FR-A-2 407 343 thus illustrate an example of such an assembly in which the support of a turbine ring is constituted, on its upstream edge, by a segmented ferrule fixed by fasteners on an external envelope and, on its downstream edge, by a radial flange of said envelope and a flange of the neighboring distributor stage.
  • FIG. 1 also represents a known example of embodiment of the front part, seen in longitudinal section of the low pressure turbine of a known turbofan engine.
  • a turbine ring 2 is mounted on an annular support 3 which is bolted to the upstream flange 4 of the turbine casing 5.
  • a layer 6 of insulating material can be interposed between the ring 2 and its support 3.
  • the invention aims to improve the thermal insulation of the casing and of the ring support itself while reducing the mass, which is a particularly important selection criterion for aeronautical applications.
  • One of the aims is also to make the ring support independent of the turbine casing.
  • a turbine stator ring associated with a ring support characterized in that said ring consists of a sheet metal ferrule formed of a plurality of sectors each comprising two segments, a first segment, generally oriented in a longitudinal direction relative to the turbine, carrying an abradable type seal and the downstream edge of which bears on a spoiler of the blades of the neighboring distributor stage and a second segment, generally oriented in a radial direction relative to the turbine, secured by its radially internal end with the upstream end of said first segment and cooperating by its radially external end with said ring support which has an S-shaped section and whose radially outer groove cooperates with an annular hook carried by the turbine housing.
  • a turbine stator ring 10 is constituted by a plurality of sectors, for example eighteen in number in the example shown.
  • Each sector comprises two sheet metal shell segments, a first segment 10a generally oriented in a longitudinal direction relative to the turbine and a second segment 10b, generally oriented in a radial direction and whose radially internal end 10c is secured, for example by welding, with the upstream end 10d of the first segment 10a.
  • the first segments 10a carry, on their internal face and in line with the ends of the moving blades 11 of the first stage of the turbine rotor, a seal 12 of abradable type.
  • the downstream edge 10e of the first segments 10a bears on the upstream spoilers 13a of the fixed vanes 13 of the turbine distributor.
  • the turbine casing 14 carries at its upstream end an annular hook 14a which cooperates with the radially outer groove 15a of a ring support 15 which has an S-shaped section.
  • This support 15 is of annular shape having a slot which gives said audit support 15 freedom of thermal expansion.
  • the end radially outer second segments 10b has a rim 10f which cooperates with the radially inner groove 15b of the support 15. The turbine ring 10 is thus suspended between the support 15 and the spoilers of blades 13.
  • Between the turbine casing 14 and the turbine ring 10 is provided with a space allowing to have on the external face of the first segments 10a a first layer 16 of thermally insulating material which is covered with a sheet in the shape of a ferrule 17, itself carrying a second layer 18 of thermally insulating material.
  • the front part of the turbine comprising the stator ring according to the invention can be mounted in the manner described below.
  • the ring support 15 is mounted on the turbine casing 14; the second layer 18 of thermal insulator is placed in the casing; the covering ring 17 is positioned then the first layer 16 of thermal insulation is put in place.
  • the downstream edge 10e of the turbine ring sectors 10 is then tilted towards the axis of the turbojet engine, then said sectors are engaged on the upstream side in the internal groove 15b of the support 15 and moved axially until they press at the bottom of the groove 15b of the support 15 and the downstream edge 10e is tilted outwards.
  • Said downstream edge 10e of the first segments 10a further carries an anti-rotation stud 19 which is then used to position them angularly, said studs 19 being held by a tool.
  • the first movable stage 11 of the rotor is then mounted, then the distributor 13 which comprises, on the upstream side of the external ring, a housing 20 cooperating with the pins 19 by which the turbine ring 10 is thus prevented from rotating.

Abstract

Un anneau (10) de turbine est constitué d'une virole en tôle formé d'une pluralité de secteurs comprenant chacun deux segments, un premier segment (10a) longitudinal étant en appui par son bord aval (10e) sur un becquet (13a) des aubes fixes (13) du distributeur voisin et un second segment (10b) radial, solidarisé par son extrémité interne (10c) avec l'extrémité amont (10d) du premier segment (10a), coopérant par son extrémité externe (10f) avec un support (15) d'anneau qui présente une section en S et dont la gorge extérieure (15a) coopère avec un crochet (14a) annulaire porté par le carter (14) de turbine.

Description

  • La présente invention concerne un anneau de stator de turbine, notamment pour une turbine basse-pression d'un turboréacteur à double flux, associé à un support de liaison au carter de turbine.
  • Dans une turbine, et c'est notamment le cas pour une turbine destinée à des applications aéronautiques plus particulièrement visées par la présente invention, il est habituel d'interposer entre les extrémités des aubes du rotor de turbine et le carter de turbine proprement dit qui forme l'enveloppe et le support des éléments de stator, notamment des aubes fixes, une pièce fixe de forme générale annulaire qui porte une garniture d'étanchéité de type abradable, au droit des extrémités des aubes mobiles, et qui sera dénommée anneau de turbine.
  • Divers moyens ont été proposés pour le montage dudit anneau de turbine sur le carter. FR-A-2 407 342 et FR-A-2 407 343 illustrent ainsi un exemple d'un tel montage dans lequel le support d'un anneau de turbine est constitué, sur son bord amont, par une virole segmentée fixée par des attaches sur une enveloppe externe et, sur son bord aval, par une bride radiale de ladite enveloppe et un rebord de l'étage distributeur voisin.
  • La figure 1 représente également un exemple connu de réalisation de la partie avant, vue en coupe longitudinale de la turbine basse pression d'un turboréacteur connu à double flux. Au niveau du premier étage 1 du rotor de turbine, un anneau de turbine 2 est monté sur un support annulaire 3 qui est boulonné sur la bride amont 4 du carter 5 de turbine. Une couche 6 de matériau isolant peut être interposée entre l'anneau 2 et son support 3.
  • L'invention vise à améliorer l'isolation thermique du carter et du support d'anneau lui-même tout en réduisant la masse qui est un critère de choix particulièrement important pour les applications aéronautiques. Un des buts recherchés est également de rendre le support d'anneau indépendant du carter de turbine.
  • Ces problèmes sont résolus par un anneau de stator de turbine associé à un support d'anneau caractérisé en ce que ledit anneau est constitué d'une virole en tôle formée d'une pluralité de secteurs comprenant chacun deux segments, un premier segment, orienté généralement suivant une direction longitudinale par rapport à la turbine, portant une garniture d'étanchéité de type abradable et dont le bord aval est en appui sur un becquet des aubes de l'étage de distributeur voisin et un second segment, orienté généralement suivant une direction radiale par rapport à la turbine, solidarisé par son extrémité radialement interne avec l'extrémité amont dudit premier segment et coopérant par son extrémité radialement externe avec ledit support d'anneau qui présente une section en S et dont la gorge radialement extérieure coopère avec un crochet annulaire porté par le carter de turbine.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • - la figure 1 précédemment décrite en détails représente une vue en coupe longitudinale par un plan passant par l'axe de rotation de la turbine d'une partie avant d'une turbine basse pression d'un turboréacteur à double flux d'un type connu, montrant une réalisation antérieure connue d'un anneau de stator de turbine monté sur un carter de turbine ;
    • - la figure 2 représente, selon une vue en coupe analogue à celle de la figure 1, un anneau de stator suivant un mode de réalisation conforme à l'invention monté sur une turbine.
  • Un anneau 10 de stator de turbine, selon un mode de réalisation de l'invention et tel que représenté sur la figure 2, est constitué par une pluralité de secteurs, par exemple au nombre de dix-huit dans l'exemple représenté. Chaque secteur comprend deux segments de virole en tôle, un premier segment 10a orienté généra­lement selon une direction longitudinale par rapport à la turbine et un second segment 10b, orienté généra­lement selon une direction radiale et dont l'extrémité radialement interne 10c est solidarisée, par exemple par soudure, avec l'extrémité amont 10d du premier segment 10a. Les premiers segments 10a portent, sur leur face interne et au droit des extrémités des aubes mobiles 11 du premier étage de rotor de turbine, une garniture 12 d'étanchéité de type abradable. Le bord aval 10e des premiers segments 10a est en appui sur les becquets amont 13a des aubes fixes 13 de distributeur de turbine. Le carter de turbine 14 porte à son extrémité amont un crochet annulaire 14a qui coopère avec la gorge radia­lement extérieure 15a d'un support d'anneau 15 qui présente une section en S. Ce support 15 est de forme annulaire comportant une fente qui confère audit support 15 une liberté de dilatation thermique. L'extrémité radialement externe des seconds segments 10b présente un rebord 10f qui coopère avec la gorge radialement intérieure 15b du support 15. L'anneau de turbine 10 se trouve ainsi suspendu entre le support 15 et les becquets d'aubes 13. Entre le carter de turbine 14 et l'anneau de turbine 10 se trouve ménagé un espace permettant de disposer sur la face externe des premiers segments 10a une première couche 16 de matériau thermiquement isolant qui est recouverte d'une tôle en forme de virole 17, portant elle-même une seconde couche 18 de matériau thermiquement isolant.
  • La partie avant de la turbine comportant l'anneau de stator conforme à l'invention peut être montée de la manière ci-après décrite. Le support 15 d'anneau est monté sur le carter de turbine 14 ; la seconde couche 18 d'isolant thermique est mise en place dans le carter ; la virole 17 de recouvrement est positionnée puis la première couche 16 d'isolant thermique est mise en place. Successivement, le bord aval 10e des secteurs d'anneau de turbine 10 est alors basculé vers l'axe du turboréacteur puis lesdits secteurs sont engagés du côté amont dans la gorge intérieure 15b du support 15 et déplacés axialement jusqu'à les appuyer au fond de la gorge 15b du support 15 et le bord aval 10e est rebasculé vers l'extérieur. Ledit bord aval 10e des premiers segments 10a porte en outre un tenon antirotation 19 qui est alors utilisé pour les positionner angulairement, lesdits tenons 19 étant maintenus par un outillage. Le premier étage mobile 11 de rotor est alors monté puis le distributeur 13 qui comporte du côté amont de l'anneau externe un logement 20 coopérant avec les tenons 19 par lesquels l'anneau de turbine 10 est ainsi bloqué en rotation.

Claims (4)

1. Anneau de stator de turbine associé à un support (15) de liaison au carter de turbine caractérisé en ce que ledit anneau (10) est constitué d'une virole en tôle formée d'une pluralité de secteurs comprenant chacun deux segments, un premier segment (10a), orienté généralement suivant une direction longitudinale par rapport à la turbine, portant une garniture (12) d'étanchéité de type abradable et dont le bord aval (10e) est en appui sur un becquet (13a) des aubes (13) de l'étage de distributeur voisin et un second segment (10b), orienté généralement suivant une direction radiale par rapport à la turbine, solidarisé par son extrémité radialement interne (10c) avec l'extrémité amont (10d) dudit premier segment (10a) et coopérant par son extrémité radialement externe (10f) avec ledit support (15) d'anneau qui présente une section en S et dont la gorge radialement extérieure (15a) coopère avec un crochet (14a) annulaire porté par le carter (14) de turbine.
2. Anneau de stator de turbine selon la revendication 1 caractérisé en ce que la face externe du premier segment (10a) est recouverte d'une première couche (16) de matériau isolant thermiquement qui supporte une tôle de recouvrement en forme de virole (17), elle-même recouverte d'une deuxième couche (18) de matériau isolant thermiquement.
3. Anneau de stator de turbine selon l'une des reven­dications 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit support (15) d'anneau présente une forme annulaire coupée par une fente de dilatation thermique.
4. Anneau de stator de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que chaque secteur (10a et 10b) d'anneau porte sur son bord aval (10e) un tenon (19) antirotation coopérant avec un logement (20) ménagé sur le bord amont du distributeur (13) de turbine voisin
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