EP1205637B1 - Ensemble de ventilation d'un anneau de stator - Google Patents

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EP1205637B1
EP1205637B1 EP01402865A EP01402865A EP1205637B1 EP 1205637 B1 EP1205637 B1 EP 1205637B1 EP 01402865 A EP01402865 A EP 01402865A EP 01402865 A EP01402865 A EP 01402865A EP 1205637 B1 EP1205637 B1 EP 1205637B1
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EP
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stator ring
ventilating
ring
manifolds
stator
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Jean-Baptiste Arilla
Thierry Fachat
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Safran Aircraft Engines SAS
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SNECMA Moteurs SA
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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
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    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
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    • F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/24—Actively adjusting tip-clearance by selectively cooling-heating stator or rotor components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05B2230/606—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centering, e.g. pins using maintaining alignment while permitting differential dilatation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2230/642—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins using maintaining alignment while permitting differential dilatation

Definitions

  • Such ventilation assemblies are commonly used in jet engines and consist of ducts branching to several times and whose ends are pierced to blow gas and especially air to a big number of points, judiciously distributed, of the ring.
  • Terminal ducts are very often ramps current around the rings, shaped like a circular arc and kissing part of their perimeter. Often too, the gas is blown in the axial direction, on outer ribs of the ring rather than on the ring itself, so that the diameter is controlled by those ribs that are stiffer and govern therefore the deformations of the ring proper.
  • the set that will be described here is characterized in that it is easy to manufacture, despite the large number of ducts it usually takes to use, and to assemble to the ring despite the complications that can be dilated differential thermals at different times of operation of the machine.
  • the invention thus concerns a set of ventilation of a ring stator consisting of branched ducts comprising supply ducts, distributors and ramps adjacent to the ring and provided with drill holes blowing of gas directed towards the ring, characterized in what ramps are made up of pairs of half-shells comprising a flange and a border surrounding the flange, pairs of half-shells being joined by the borders, the distributors include coil spacers between the ramps and provided with shaped end edges for adjusting on side cheek openings of the flanges.
  • a stator ring 1 is associated with a group of 2 ventilation assemblies in accordance with invention, each of which occupies a portion of the circumference of ring 1 and includes a group of ramps 3 parallel and in an arc, a distributor 4 for distributing air from ventilation between all ramps 3 and a duct 5 (shown in FIG. distributor 4.
  • the supply ducts 5 come together after one or more others distributors, which are however not shown because they are not the subject of this invention; this one more specifically the end of the sets ventilation 2, that is, their parts which are close to the ring 1 to ventilate.
  • each of the ramps 3 is composed of a half-shell left 7 and a half-shell of right 8 of which each of these is assembled to one of these.
  • the half-shells 7 and 8 of the two genres each include a flange 9 substantially flat and a border 10 established around the flange 9, the 10 borders of pairs of half-shells 7 and 8 complementary information being put in extension and attached to form a single ramp.
  • the half-shells 7 and 8 can be made by a simple operation stamping and the connections between the borders 10 can be performed by welding. This mode of manufacturing is extremely simple and avoids having to to machine tubes to bring them to the shapes and desired dimensions, which would probably be a lot more tedious.
  • half-shells of left 7 can usually be built to from the same tool as the right half-shells 8 which are symmetrical to the previous ones by the plane of seal.
  • This overall similarity would not exclude some dissimilarities of details.
  • half-shells 7 and 8 could be built with borders 10 of different width, so for example to favor the ventilation by the ramps 3 the most wide.
  • An example of application of this method appears in Figure 2, where three ramps 3 ventilate two ribs 11, the central ramp being placed between the two ribs 11 and ventilating both, which justify that its width is double.
  • cheeks 14 flanges 9 Other openings, wider, carry reference 13 and are executed through cheeks 14 flanges 9, except for an extreme half-shell 10, to form the dispenser 4.
  • the cheeks 14 extend laterally from the centers of flanges 9 in this embodiment and their are coplanar.
  • the ends of the ramps 3 are closed by continuous sheets welded to them.
  • Distributor 4 still includes coils 15 in the form of a short cylinder serving of spacers between the ramps 3 and with the conduit 5. It is often advantageous for are similar, but they can also be different in particular in length. They understand generally edges 16 to engage in the openings 13 ramps 3 to keep them in place, and flanges 17 resting on the ramps 3 to define the spacing of these.
  • the distributor 4 is formed when the coils 15 were soldered to 3. However, the distribution duct 5 remains typically separate from the distributor 4 and can slide in the input coil 15, a seal However, the seal 18 is added between them.
  • one of the coils 15 comprises plane faces and opposed 19 enclosing the end 20 (here enlarged) of the rib 11 that the corresponding coil 15 overcomes.
  • the reduction of the axial clearance between the coil 15 and the enlarged portion of the rib 11 helps to ensure the axial positioning of the distributors 4 on the ring 1. This ensures the axial positioning of the distributor 4, to adjust to the most precise gaps between the ramps 3 and the control rings 11 and master the convective exchanges created by the air-drying of the rings 11.
  • the second spool overlaps its ring with axial play, this to allow relative dilations between housings 4 and the casing 1 without generating a connection hyperstatic and unwanted constraints.
  • Brackets 22 are connected to one end of the stator ring 1 by fixing bolts 23 and include a wing 24 under one end of the ruler 6; the other end of it is placed on a boss 25 of the stator ring 1.
  • Bolts 26 and 27 are screwed to Wing 24 and Boss 25. They are hold the ends of rule 6 on these by compressing springs 28 resting on the ruler 6 by washers 29.
  • Such an arrangement has the property of to better control the support effort of the rules 6 on equets 24 and 25. If this effect is excessive, the assembly is rigid and does not allow the thermal breathing.
  • rule 6 to which ramps 3 are welded, is provided with wide openings 30 around bolts 26 and 27, so as to be able to move axially and tangentially compared to the stator ring.
  • This flexible assembly avoids therefore produce excessive internal stresses in the ventilation set 2, since the ramps 3 have the ability to move over the ring 1 without exerting too much effort.
  • the support of one of the coils 15 against the end 20 of the corresponding rib 11 offers also some flexibility in allowing all of ventilation 2 to move to the ends while being recalled back to the stator ring 1 and the bottom of the 21 of the springs 28. This flexibility is valuable in allowing to absorb dilations thermal differentials inevitable with such equipment.

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Description

Cet exposé traite d'un ensemble de ventilation d'un anneau de stators tel que defini par le préambule de la revendication 1. un tel ensemble est connu du document US-A-5 399 066 et est destiné à acheminer un gaz à une température déterminée jusqu'à un anneau de stator de turbomachine afin de régler son diamètre et le jeu qu'il fera avec des extrémités d'aubes de rotor tournant en lui.
De tels ensembles de ventilation sont couramment utilisés dans les turboréacteurs et consistent en des conduits se ramifiant à plusieurs reprises et dont les extrémités sont munies de perçages pour souffler du gaz et notamment de l'air à un grand nombre de points, répartis judicieusement, de l'anneau. Les conduits terminaux sont très souvent des rampes courant autour des anneaux, en forme d'arc de cercle et embrassant une partie de leur périmètre. Souvent aussi, le gaz est soufflé en direction axiale, sur des nervures extérieures de l'anneau plutôt que sur l'anneau lui-même, afin que le diamètre soit contrôlé par ces nervures qui sont plus rigides et régissent donc les déformations de l'anneau proprement dit.
L'ensemble qui sera décrit ici se caractérise en ce qu'il est facile à fabriquer, malgré le grand nombre de conduits qu'il faut généralement employer, et à assembler à l'anneau malgré les complications qui peuvent naítre de dilatations thermiques différentielles à différents moments de fonctionnement de la machine.
Sous sa forme la plus générale, l'invention concerne ainsi un ensemble de ventilation d'un anneau de stator composé de conduits ramifiés comprenant des conduits d'alimentation, des distributeurs et des rampes adjacentes à l'anneau et munies de perçages de soufflage de gaz dirigés vers l'anneau, caractérisé en ce que les rampes sont composées de paires de demi-coquilles comprenant un flasque et une bordure entourant le flasque, les paires de demi-coquilles étant jointes par les bordures, les distributeurs comprennent des bobines en entretoises entre les rampes et munies de bords d'extrémité façonnés pour s'ajuster sur des ouvertures de joues latérales des flasques.
D'autres aspects caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront plus nettement à la description des figures suivantes :
  • la figure 1 est une vue générale de l'ensemble,
  • la figure 2 est une vue d'un distributeur à la ramification d'un conduit,
  • la figure 3 expose un mode de support de l'ensemble sur l'anneau,
  • et la figure 4 représente un groupe de rampes en coupe près de leur extrémité, ainsi qu'un moyen de maintien sur l'anneau.
Un anneau de stator 1 est associé à un groupe d'ensembles 2 de ventilation conformes à l'invention, dont chacun occupe une portion de la circonférence de l'anneau 1 et comprend un groupe de rampes 3 parallèles et en arc de cercle, un distributeur 4 permettant de répartir de l'air de ventilation entre toutes les rampes 3 et un conduit d'alimentation 5 (visible à la figure 2) abouché au distributeur 4. En général, les conduits d'alimentation 5 se rejoignent après un ou plusieurs autres distributeurs, qui ne sont cependant pas montrés car ils ne font pas l'objet de cette invention ; celle-ci concerne plus spécifiquement l'extrémité des ensembles de ventilation 2, c'est-à-dire leurs parties qui sont proches de l'anneau 1 à ventiler. On remarquera encore des moyens de maintien des rampes 3 sur l'anneau 1, comprenant des règles 6 dont les extrémités sont assujetties à l'anneau 1 et qui couvrent chacun une des extrémités d'un des groupes de rampes 3 en les croisant.
Comme on le voit aussi à la figure 2, chacune des rampes 3 est composée d'une demi-coquille de gauche 7 et d'une demi-coquille de droite 8 dont chacune de celles-ci est assemblée à une de celles-là. Plus précisément, les demi-coquilles 7 et 8 des deux genres comprennent chacune un flasque 9 sensiblement plat et une bordure 10 établie autour du flasque 9, les bordures 10 de paires de demi-coquilles 7 et 8 complémentaires étant mises en prolongement et jointes pour former une rampe unique. Les demi-coquilles 7 et 8 peuvent être fabriquées par une simple opération d'estampage et les liaisons entre les bordures 10 peuvent être exécutées par soudage. Ce mode de fabrication est extrêmement simple et évite d'avoir à usiner des tubes pour les amener aux formes et aux dimensions voulues, ce qui serait probablement beaucoup plus fastidieux. De plus, toutes les demi-coquilles de gauche 7 pourront généralement être construites à partir du même outil que les demi-coquilles de droite 8 qui sont symétriques aux précédentes par le plan de joint. Cette similitude d'ensemble n'exclurait pas certaines dissemblances de détails. Par exemple, les demi-coquilles 7 et 8 pourraient être construites avec des bordures 10 de largeur différente, afin par exemple de privilégier la ventilation par les rampes 3 les plus larges. Un exemple d'application de ce procédé apparaít à la figure 2, où trois rampes 3 ventilent deux nervures 11, la rampe centrale étant placée entre les deux nervures 11 et les ventilant toutes deux, ce qui justifie que sa largeur soit double. Les orifices de soufflage 12 par lesquels l'air s'échappe des rampes 3 sont exécutés à volonté avant ou après l'estampage des demi-coquilles 7 et 8, en n'omettant par exemple que les demi-coquilles d'extrémité, qui ne sont situées devant aucune des nervures 11.
D'autres ouvertures, plus larges, portent la référence 13 et sont exécutées à travers des joues 14 des flasques 9, hormis à une demi-coquilles extrême 10, pour former le distributeur 4. Les joues 14 s'étendent latéralement à partir des centres des flasques 9 dans ce mode de réalisation et leur sont coplanaires. Les extrémités des rampes 3 sont closes par des tôles continues qui leur sont soudées.
Le distributeur 4 comprend encore des bobines 15 en forme de cylindre court servant d'entretoises entre les rampes 3 et avec le conduit d'alimentation 5. Il est souvent avantageux qu'elles soient semblables, mais elles peuvent aussi être différentes notamment en longueur. Elles comprennent généralement des bords 16 à engager dans les ouvertures 13 des rampes 3 pour les maintenir en place, et des collerettes 17 en appui sur les rampes 3 pour définir l'écartement de celles-ci. Le distributeur 4 est constitué quand les bobines 15 ont été soudées aux rampes 3. Toutefois, le conduit de distribution 5 reste généralement distinct du distributeur 4 et peut coulisser dans la bobine 15 d'entrée, un joint d'étanchéité 18 étant cependant ajouté entre eux.
Pour conclure avec la figure 2, on notera qu'une des bobines 15 comprend des faces planes et opposées 19 enserrant l'extrémité 20 (ici élargie) de la nervure 11 que la bobine 15 correspondante surmonte. La réduction du jeu axial entre la bobine 15 et la portion élargie de la nervure 11 contribue à assurer le positionnement axial des distributeurs 4 sur l'anneau 1. Ceci permet d'assurer le positionnement axial du distributeur 4, de régler au plus précis les entrefers entre les rampes 3 et les anneaux de contrôle 11 et de maítriser au mieux les échanges convectifs créés par le douchage en air des anneaux 11. On notera que la seconde bobine chevauche son anneau avec un jeu axial, ceci pour permettre les dilations relatives entre les boítiers 4 et le carter 1 sans générer de liaison hyperstatique et de contraintes indésirées.
La constitution de l'ensemble de ventilation en éléments standardisés et soudés entre eux est particulièrement simple et avantageuse. On va maintenant, dans la suite de cet exposé, décrire la façon dont l'ensemble de ventilation 2 est assujetti à l'anneau 1. La figure 3 montre encore que l'extrémité 20 de cette nervure 11 possède une entaille en vé 21 dans laquelle la portion centrale, cylindrique, de la bobine 15 repose en s'auto-centrant, ce qui garantit le distributeur 4 contre les mouvements radiaux et tangents à l'anneau 1 : une mise en position parfaite radiale, tangentielle et en orientation selon l'axe du moteur est réalisée.
Les moyens aux règles 6 vont maintenant être décrits complètement, en liaison à la figure 4 pour montrer comment ils parachèvent le maintien des rampes 3. Des équerres 22 sont liées à une extrémité de l'anneau de stator 1 par des boulons de fixation 23 et comprennent une aile 24 sous une extrémité de la règle 6 ; l'autre extrémité de celle-ci est posée sur un bossage 25 de l'anneau de stator 1. Des boulons 26 et 27 sont vissés à l'aile 24 et au bossage 25. Ils maintiennent les extrémités de la règle 6 sur ceux-ci en comprimant des ressorts 28 s'appuyant sur la règle 6 par des rondelles 29. Un tel montage a la propriété de permettre de mieux maítriser l'effort d'appui des règles 6 sur les équettes 24 et 25. Si cet effet est excessif, l'assemblage est rigide et ne permet pas la respiration thermique. La meilleure maítrise vient du fait qu'il est plus facile de calibrer un effort de compression d'un ressort 28 par la hauteur sous collerette de la coupelle 31, que de régler un effort de traction dans un boulon 26 en le serrant au couple. De plus, la règle 6, à laquelle les rampes 3 sont soudées, est ménagée avec des ouvertures 30 larges autour des boulons 26 et 27, de manière à pouvoir se déplacer en glissant axialement et tangentiellement par rapport à l'anneau de stator. Ce montage souple évite donc de produire des contraintes internes excessives dans l'ensemble de ventilation 2, puisque les rampes 3 ont la faculté de se déplacer au-dessus de l'anneau 1 sans exercer trop d'efforts. Ces déplacements relatifs sont dus généralement à des dilatations thermiques différentielles. L'appui d'une des bobines 15 contre l'extrémité 20 de la nervure 11 correspondante offre aussi quelque souplesse en autorisant l'ensemble de ventilation 2 à se déplacer aux extrémités, tout en étant rappelé vers l'anneau 1 de stator et le fond du vé 21 par les ressorts 28. Cette souplesse est précieuse en permettant d'absorber les dilatations thermiques différentielles inévitables avec un tel appareillage.

Claims (7)

  1. Ensemble de ventilation (2) d'un anneau (1) de stator, composé de conduits ramifiés comprenant des conduits d'alimentation (5), des distributeurs (4) et des rampes (3) adjacentes à l'anneau et munies de perçages (12) de soufflage de gaz dirigés vers l'anneau, les rampes sont composées de paires de demi-coquilles (7, 8) comprenant un flasque (9) et une bordure (10) entourant le flasque, les paires de demi-coquilles étant jointes par les bordures, caractérisé en ce que les distributeurs comprennent des bobines (15) en entretoises entre les rampes et munies de bords d'extrémité (16) façonnés pour s'ajuster sur des ouvertures (13) de joues (14) latérales des flasques.
  2. Ensemble de ventilation d'un anneau de stator selon la revendication 1, caractérisé en ce que les demi-coquilles ont des flasques identiques, mais des bordures pouvant avoir des largeurs différentes.
  3. Ensemble de ventilation d'un anneau de stator selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des entailles en vé (21) dans des nervures (11) où viennent s'appuyer en s'auto-centrant les bobines (15), assurant ainsi une mise en position parfaite des distributeurs sur l'anneau (1) radialement, tangentiellement et en orientation selon un axe de moteur.
  4. Ensemble de ventilation d'un anneau de stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend, sur une des bobines, des surfaces (19) planes, parallèles aux rampes, d'appui sur une nervure (11) de l'anneau (1) de stator et la nervure (11) s'élargit localement pour réduire le jeu axial avec ladite bobine pour assurer le positionnement axial des distributeurs (4) sur l'anneau (1).
  5. Ensemble de ventilation d'un anneau de stator selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des règles (6) de maintien des rampes vers l'anneau de stator, couvrant les rampes (3) en les croisant et assujetties à l'anneau de stator.
  6. Ensemble de ventilation d'un anneau de stator selon la revendication 5, caractérisé en ce que les règles de maintien sont assujetties à l'anneau de stator par des liaisons élastiques en direction de l'anneau de stator.
  7. Ensemble de ventilation d'un anneau de stator selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les règles de maintien sont assujetties à l'anneau du stator par des liaisons (26, 27) permettant un déplacement de glissement des règles aux extrémités.
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