EP0669451A1 - Garniture d'étanchéité entre des aubes et des plates-formes intermédiaires - Google Patents
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- 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
- F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
- F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
- F01D11/008—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor by spacer elements between the blades, e.g. independent interblade platforms
Definitions
- the invention relates to a seal arranged in an assembly of blades on a fan disk and intermediate platforms, thus forming a rotor.
- a common design is to produce the platform segments of a block with the vanes. It has been exposed in numerous patents and has the advantage that the platform segments join halfway between the blades by straight junctions which it is easy to fill with a gasket. The disadvantage is that the platforms, whose extension is substantially perpendicular to that of the blades, complicate their production.
- the invention thus applies to constructions where the platforms are produced as separate parts of the blades and each extend between a pair of blades, forming a clearance with each of them, which unfortunately implies that the games are important along the blades because of the complexity of the shape thereof and in particular of their curvature and the need to dismantle the platforms.
- the platforms are held in position between the blades by two ferrules, one located upstream of the rotor, the other downstream.
- the invention can also be applied to a rotor, the platforms of which have a foot which is housed in cells machined in the disc.
- the invention relates to a seal which can be placed in each of these sets and which fills them correctly. More specifically, it relates to an assembly for a rotor, composed of vanes embedded in the rotor and of platforms located between pairs of consecutive vanes, substantially longitudinal clearances remaining between the vanes and the platforms, and this assembly is characterized in that it comprises seals occupying the games and formed of an envelope composed of a face bearing against the sides of the platforms and a flexible face directed towards the surfaces of the blades.
- the envelope may, in an equivalent manner, be composed of a face bearing against the surfaces of the blades and of a flexible face directed towards the sides of the platforms.
- the linings are also formed of a solid elongated piece in the envelope, which can be sectored or composed of a plurality of elements.
- FIG. 1 essentially represents a turbomachine provided as usual with several stages of compressors, turbines, etc., and which opens, on the left in the figure, by an inlet fan S composed of a rotor disk 8 carrying a circular stage of radial vanes 1 which separate platforms 2 delimiting a flow stream.
- FIG. 3 We now deal with FIG. 3.
- the cores 4 have external flanks 6 oriented towards the blades 1 and which widen in the radial direction towards the outside.
- the clearance 7, determined by the mounting method, with the blades 1 is only a few millimeters.
- the platform parts 2 are made of composite material, which significantly lightens the rotor. We see in Figure 2 that they extend over all the length of the disc 8, and protrude from both sides by an upstream appendage 10 and a downstream appendage 11. An upstream ferrule 12 and a downstream ferrule 13 attached to the lateral faces of the disc 8 and fixed to these faces according to known arrangements respectively cover the appendages 10 and 11 of the platform parts 2 and thus retain these parts against the axial and radial movements. In this embodiment, the platform pieces 2 are held by the ferrules 12 and 13 a few tenths of a millimeter from the surface of the disc 8.
- the seals which occupy the sets 7 have the general reference 15 in FIG. 3.
- Each consists of an envelope 16 formed of an internal face 17, an external face 18 and a radially internal heel 19 .
- the section of the envelope 16 is therefore triangular as shown, at the time of the insertion of the platform parts 2.
- a long, baguette-shaped part 20 is engaged in the envelope 16 and occupies part of the volume it encompasses.
- the rod 20 is not necessarily flexible and can be formed from metal or composite material, but whose mass is sufficient for it to move in the envelope 16 under the action of centrifugal forces created during operation.
- the casing 16 is made of elastomer, its outer face 18 and the heel 19 have the ability to deform, and the rod 20 has the freedom to slide in the casing 16 towards outside to get closer to the place of game 7 and fill it.
- the rod 20 is advantageously cylindrical with all its sections to facilitate its sliding.
- the envelope 16 then takes the form of a triangle, the point of which is inwards in the radial direction instead of being outwards.
- the internal face 17 remains for its part glued to the corresponding flank 6.
- FIG. 4 illustrates this embodiment of the invention in centripetal view.
- Each platform piece 2 carries two similar seals 15, even if the respective clearances 7a and 7b which separate the edge of the platform piece 2 from the blades 1 between which it is located may be different: the flexibility of the casing 16 makes it possible to fill wide as well as narrow clearances 7.
- the sides 6 of the platform parts 2 are substantially parallel to the sides of the blades 1 in front of which they extend, and that the seals 15 are similarly curved.
- the games 7 are thus filled over their entire length by a substantially uniform movement of translation of the rods 20.
- FIG. 6 illustrates an embodiment in which the platform parts 2 have, like the blades 1, a foot 5 engaged in a cell of the disc 8 produced by a broaching.
- the ferrules 12 and 13 can then be omitted.
- FIG. 7 illustrates another embodiment of the invention, in which the internal face, here 17 ′, of the envelope 16 ′ of the seals 15 is glued to the flank of the blade 1, and the external face 18 ′ and the heel 19 ′ are directed towards the flank 6 of the platform 2. It can be seen that the operation is the same because the centrifugal forces move the rod 20 towards the narrow portion of the game and therefore fill it.
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Abstract
Assemblage pour rotor sur le disque duquel sont disposées alternativement des aubes (1) et des plates-formes (2). Les jeux (7) sont comblés par des garnitures (15) composées d'une enveloppe (16) substantiellement souple et occupée par une baguette (20) qui se déplace vers l'extérieur sous l'action des forces centrifuges pour combler le jeu (7). <IMAGE>
Description
- L'invention concerne une garniture d'étanchéité disposée dans un assemblage d'aubes sur un disque de soufflante et de plates-formes intermédiaires formant ainsi un rotor.
- La conception la plus classique de rotors aubagés indispensables notamment dans les turboréacteurs consiste à construire séparément le disque du rotor et les aubes, et à assembler celles-ci à celui-là en engageant des pieds d'aubes dans des rainures du disque. En effet, il est souvent avantageux de produire à part les aubes, qui sont des pièces incurvées de forme souvent compliquée à réaliser.
- On se heurte alors à la difficulté d'installer des plates-formes entre les aubes pour border le disque par une surface circulaire et lisse dont la fonction est de délimiter la veine d'écoulement des gaz, car ces plates-formes sont parfois des pièces rapportées entre l'extrados et l'intrados d'aubes adjacentes, ce qui laisse subsister des jeux qui détruisent la continuité de la surface de la veine et qu'il faut donc réduire autant qu'on le peut afin de ne pas compromettre la qualité de l'écoulement.
- Une conception courante consiste à produire les segments de plate-forme d'un bloc avec les aubes. Elle est exposée dans de nombreux brevets et présente l'avantage que les segments de plates-formes se joignent à mi-distance des aubes par des jonctions droites qu'il est facile de combler par une garniture d'étanchéité. L'inconvénient est que les plates-formes, dont l'extension est sensiblement perpendiculaire à celle des aubes, compliquent leur réalisation.
- Il est d'ailleurs avantageux d'alléger le rotor en construisant ces pièces moins exposées aux efforts en matériau composite afin de les alléger, ce qui peut concerner les plates-formes et oblige alors à les séparer des aubes.
- L'invention s'applique ainsi aux constructions où les plates-formes sont réalisées en tant que pièces détachées des aubes et s'étendent chacune entre une paire d'aubes en formant un jeu avec chacune d'elles, ce qui implique malheureusement que les jeux sont importants le long des aubes à cause de la complexité de la forme de celles-ci et notamment de leur courbure et la nécessité du démontage des plates-formes. Dans une série de réalisations, les plates-formes sont maintenues en position entre les aubes par deux viroles, l'une située en amont du rotor, l'autre en aval.
- En variante, l'invention peut également s'appliquer à un rotor dont les plates-formes possèdent un pied qui vient se loger dans des alvéoles usinés dans le disque.
- L'invention est relative à une garniture d'étanchéité qui peut être placée dans chacun de ces jeux et qui les comble correctement. Plus précisément, elle est relative à un assemblage pour rotor, composé d'aubes encastrées dans le rotor et de plates-formes situées entre des paires d'aubes consécutives, des jeux substantiellement longitudinaux subsistant entre les aubes et les plates-formes, et cet assemblage est caractérisé en ce qu'il comprend des garnitures d'étanchéité occupant les jeux et formées d'une enveloppe composée d'une face portant contre les flancs des plates-formes et d'une face souple dirigée vers les surfaces des aubes. L'enveloppe peut, de façon équivalente, être composée d'une face portant contre les surfaces des aubes et d'une face souple dirigée vers les flancs des plates-formes. De plus, les garnitures sont encore formées d'une pièce longiligne massive dans l'enveloppe, qui peut être sectorisée ou composée d'une pluralité d'éléments.
- On va maintenant décrire l'invention plus en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif :
- la figure 1 est une vue générale d'une machine où l'invention est utilisée,
- la figure 2 est une coupe transversale de l'assemblage représentant une plate-forme maintenue en place par des viroles amont et aval,
- la figure 3 est une coupe dans le sens circonférentiel de l'assemblage de la figure 2,
- la figure 4 est une vue de dessus partiellement éclatée,
- la figure 5 est un détail de la figure 3 et qui illustre le comportement de la garniture d'étanchéité lorsque le moteur tourne conformément à l'invention,
- la figure 6 est une coupe dans le sens circonférentiel d'une variante de l'invention,
- et la figure 7 est une vue analogue à la figure 5 qui illustre une autre réalisation de l'invention.
- On se reporte tout d'abord aux figures 1 à 3. La figure 1 représente essentiellement une turbomachine pourvue comme d'habitude de plusieurs étages de compresseurs, de turbines, etc., et qui s'ouvre, à gauche sur la figure, par une soufflante d'entrée S composée d'un disque 8 de rotor portant un étage circulaire d'aubes 1 radiales qui séparent des plates-formes 2 délimitant une veine d'écoulement. On aborde maintenant la figure 3. On y voit deux aubes 1 adjacentes et une plate-forme 2 intermédiaire, composée d'un longeron central 3 et de noyaux 4 de part et d'autre du longeron 3. Les noyaux 4 présentent des flancs 6 externes orientés vers les aubes 1 et qui s'évasent en direction radiale vers l'extérieur. Le jeu 7, déterminé par le mode de montage, avec les aubes 1 n'est que de quelques millimètres.
- Les pièces de plate-forme 2 sont en matériau composite, ce qui allège sensiblement le rotor. On voit sur la figure 2 qu'elles s'étendent sur toutes la longueur du disque 8, et en dépassent des deux côtés par un appendice amont 10 et un appendice aval 11. Une virole amont 12 et une virole aval 13 accolées aux faces latérales du disque 8 et fixées à ces faces selon des dispositions connues coiffent respectivement les appendices 10 et 11 des pièces de plate-forme 2 et retiennent ainsi ces pièces contre les mouvements axiaux et radiaux. Dans cette réalisation, les pièces de plate-forme 2 sont maintenues par les viroles 12 et 13 à quelques dixièmes de millimètre de la surface du disque 8.
- Les garnitures d'étanchéité qui occupent les jeux 7 portent la référence générale 15 sur la figure 3. Chacune est composée d'une enveloppe 16 formée d'une face interne 17, d'une face externe 18 et d'un talon 19 radialement interne. La section de l'enveloppe 16 est donc triangulaire telle qu'elle est représentée, au moment de l'insertion des pièces de plate-forme 2. Une pièce longiligne en forme de baguette 20 est engagée dans l'enveloppe 16 et occupe une partie du volume qu'elle englobe. La baguette 20 n'est pas forcément souple et peut être formée de métal ou de matériau composite, mais dont la masse est suffisante pour qu'elle se déplace dans l'enveloppe 16 sous l'action des forces centrifuges créées au fonctionnement.
- En effet, comme on le représente à la figure 5, l'enveloppe 16 est en élastomère, sa face externe 18 et le talon 19 ont la faculté de se déformer, et la baguette 20 a la liberté de glisser dans l'enveloppe 16 vers l'extérieur pour se rapprocher de l'endroit du jeu 7 et le combler. La baguette 20 est avantageusement cylindrique à toutes ses sections pour faciliter son glissement. L'enveloppe 16 prend alors la forme d'un triangle dont la pointe est vers l'intérieur en direction radiale au lieu d'être vers l'extérieur. La face interne 17 reste pour sa part collée au flanc 6 correspondant.
- La figure 4 illustre cette réalisation de l'invention en vue centripète. Chaque pièce de plate-forme 2 porte deux garnitures d'étanchéité 15 semblables, même si les jeux respectifs 7a et 7b qui séparent le bord de la pièce de plate-forme 2 des aubes 1 entre lesquelles elle est située peuvent être différents : la souplesse de l'enveloppe 16 permet de combler des jeux 7 larges aussi bien qu'étroits. On remarque aussi que les flancs 6 des pièces de plate-forme 2 sont sensiblement parallèles aux flancs des aubes 1 devant lesquels ils s'étendent, et que les garnitures d'étanchéité 15 sont courbées de façon semblable. Les jeux 7 sont ainsi comblés sur toute leur longueur par un mouvement sensiblement uniforme de translation des baguettes 20.
- La figure 6 illustre une réalisation dans laquelle les pièces de plate-forme 2 possèdent comme les aubes 1 un pied 5 engagé dans un alvéole du disque 8 réalisé par un brochage. Les viroles 12 et 13 peuvent alors être omises.
- La figure 7 illustre une autre réalisation de l'invention, dans laquelle la face interne, ici 17', de l'enveloppe 16' des garnitures d'étanchéité 15 est collée au flanc de l'aube 1, et la face externe 18' et le talon 19' sont dirigés vers le flanc 6 de la plate-forme 2. On s'aperçoit que le fonctionnement est le même car les forces centrifuges déplacent la baguette 20 vers la portion étroite du jeu et le comblent donc.
Claims (3)
- Assemblage pour rotor, composé d'aubes (1) encastrées dans le rotor, de plates-formes (2) situées et maintenues en place entre des paires d'aubes (1) consécutives, des jeux (7) substantiellement longitudinaux subsistant entre les aubes (1) et les plates-formes (2), caractérisé en ce qu'il comprend des garnitures d'étanchéité (15) occupant en fonctionnement les jeux (7) et formées d'une enveloppe (16) composée d'une face (17) portant contre des flancs (6) des plates-formes (2) et d'une face souple (18, 19) dirigée vers les surfaces des aubes, les garnitures (15) étant encore formées d'une pièce longiligne massive (20) dans l'enveloppe (16).
- Assemblage pour rotor, composé d'aubes (1) encastrées dans le rotor, de plates-formes (2) situées et maintenues en place entre des paires d'aubes (1) consécutives, des jeux (7) substantiellement longitudinaux subsistant entre les aubes (1) et les plates-formes (2), caractérisé en ce qu'il comprend des garnitures d'étanchéité (15) occupant en fonctionnement les jeux (7) et formées d'une enveloppe (16') composée d'une face (17') portant contre des flancs des aubes et d'une face souple (18', 19') dirigée vers les surfaces des plate-formes, les garnitures (15) étant encore formées d'une pièce longiligne massive (20) dans l'enveloppe (16).
- Assemblage pour rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enveloppe (16) a une section substantiellement triangulaire s'amincissant radialement vers l'extérieur.
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