EP1555394B1 - Dispositif de contrôle de jeu dans une turbine à gaz - Google Patents

Dispositif de contrôle de jeu dans une turbine à gaz Download PDF

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EP1555394B1
EP1555394B1 EP04292774A EP04292774A EP1555394B1 EP 1555394 B1 EP1555394 B1 EP 1555394B1 EP 04292774 A EP04292774 A EP 04292774A EP 04292774 A EP04292774 A EP 04292774A EP 1555394 B1 EP1555394 B1 EP 1555394B1
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EP
European Patent Office
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perforations
air
downstream
upstream
ridge
Prior art date
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Active
Application number
EP04292774A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP1555394A1 (fr
Inventor
Denis Amiot
Anne-Marie Arraitz
Thierry Fachat
Alain Gendraud
Pascal Lefebvre
Delphine Roussin-Moynier
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
SNECMA SAS
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Publication date
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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
    • F01D11/08—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
    • F01D11/20—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
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/10—Manufacture by removing material
    • F05D2230/13—Manufacture by removing material using lasers

Definitions

  • the present invention relates to the general field of play control between the rotary blade tip and a fixed ring assembly of a gas turbine.
  • a gas turbine for example a turbomachine high-pressure turbine, typically comprises a plurality of stationary vanes arranged alternately with a plurality of blades in the passage of hot gases from the combustion chamber of the turbomachine.
  • the turbine blades are surrounded around the circumference of the turbine by a fixed ring assembly. This fixed ring assembly defines a wall of the hot gas flow vein through the blades of the turbine.
  • Such means are generally in the form of annular conduits which surround the fixed ring assembly and which are traversed by air taken from other parts of the turbomachine. This air is injected onto the outer surface of the fixed ring assembly and thereby causes thermal expansion or contraction of the fixed ring assembly which is adapted to vary its diameter. Thermal expansions and contractions are controlled according to the operating speed of the turbine through a valve that controls the flow and temperature of the air supplying the pipes.
  • the assembly constituted by the pipes and the valve thus forms a game steering box at the top of the blades.
  • Pilot boxes known until now do not always make it possible to obtain a great uniformity of temperature over the entire circumference of the fixed ring assembly.
  • a lack of temperature homogeneity causes distortions of the fixed ring assembly which are particularly detrimental to the efficiency and life of the gas turbine.
  • the injection of air on the outer surface of the fixed ring assembly is generally not optimized so that it is often necessary to take a large amount of air to ensure cooling of the fixed ring assembly. Too much air intake impairs the performance of the turbomachine.
  • the present invention therefore aims to overcome such drawbacks by providing a game control device that optimizes the injection of air to obtain a better efficiency and homogeneity of the cooling of the fixed ring assembly.
  • a device for controlling the clearance between a top of rotating blades and a stationary ring assembly of a gas turbine said fixed ring assembly comprising an annular housing having a longitudinal axis and provided with at least two annular fins axially spaced from one another and extending radially outwardly of the housing, the game control device comprising a circular control box surrounding the housing of the fixed ring assembly, the control unit comprising air circulation means formed of at least three annular ramps spaced axially from one another and arranged on either side of lateral faces of each of the fins, feed means air to supply air to the air circulation ramps, and air discharge means on the vanes to change the temperature of the fixed ring assembly, characterized in that the air discharge means is trained, for each airflow ramp, by at least one upper row of N bores arranged facing one of the lateral faces of the fins and by at least one row bottom of 2N holes arranged with respect to a connecting radius between the fins and the casing of the fixed ring assembly.
  • the distribution and positioning of the air discharge bores makes it possible to optimize the heat exchange coefficient between the fins and the flow of air passing through them. This provides a better efficiency and homogeneity of cooling fins, and thus a greater range of displacement of the housing to control the game at the top of the blades of the turbine.
  • the central ramp preferably comprises at least two upper rows of each N bores arranged facing side faces of the upstream and downstream fins, and at least two lower rows each of 2N holes arranged with respect to connection radii between the upstream and downstream fins and the casing of the fixed ring assembly.
  • the upstream and downstream ramps each have substantially identical air flow sections and the central ramp has an air flow section which is substantially twice as large as that of the upstream and downstream ramps.
  • the N bores of each upper row and the 2N bores of each lower row have substantially identical air flow sections.
  • the N bores of each upper row and the 2N bores of each lower row are arranged in staggered rows.
  • the figure 1 illustrates, in longitudinal section, a turbomachine high-pressure turbine 2 of longitudinal axis XX.
  • the present invention could also be applied to a turbomachine low-pressure turbine or to any other gas turbine equipped with a blade tip control device.
  • the high-pressure turbine 2 is composed in particular of a plurality of blades 4 arranged in a flow path 6 of hot gases from a combustion chamber (not shown) of the turbomachine. These blades 4 are arranged downstream of the blades 8 of the turbine relative to the flow direction 10 of the hot gases in the flow line 6.
  • the blades 4 of the high-pressure turbine 2 are surrounded by a plurality of ring segments 12 arranged circumferentially around the axis X-X of the turbine so as to form a circular and continuous surface.
  • the ring segments 12 are mounted on an annular casing 14, also of longitudinal axis X-X, through a plurality of spacers 16.
  • the assembly formed by the ring segments 12, the casing 14 and the spacers 16 will be referred to as the "fixed ring assembly”.
  • the casing 14 of the fixed ring assembly is provided with at least two annular fins or bosses 18, 20 which are axially spaced from one another and which extend radially outwardly of the casing 14. These two fins will differentiate with respect to the flow direction of the hot gases in the flow duct 6 by designating them by upstream fin 18 and downstream fin 20.
  • the main function of the upstream and downstream fins 18 is to act as heat exchangers.
  • the ring segments 12 each have an inner surface 12a which is in direct contact with the hot gases and which partly defines the flow channel 6 of the gases through the high-pressure turbine 2.
  • a radial clearance 22 is left between the inner surface 12a of the ring segments 12 and the top 4a of the blades 4 of the high-pressure turbine 2 to allow rotation of the latter. In order to increase the efficiency of the turbine, it is necessary to reduce this game as much as possible.
  • the game control device 24 comprises in particular a circular control box 26 surrounding the fixed ring assembly, and more precisely the casing 14.
  • control unit 26 is intended to cool or heat the upstream fins 18 and downstream 20 of the housing 14 by discharge (or impact) of air thereon. Under the effect of this air discharge, the housing 14 retracts or expands, which decreases or increases the diameter of the fixed ring segments 12 of the turbine to adjust the game 22 at the top of the blades.
  • the control unit 26 comprises in particular at least three annular air circulation ramps 28, 30 and 32 which surround the casing 14 of the fixed ring assembly. These ramps are spaced axially from one another and are substantially parallel to each other. They are arranged on either side of the lateral faces of each of the fins 18, 20 of which they conform approximately to the shape.
  • the air circulation ramps 28, 30 and 32 consist of an upstream ramp 28 which is arranged upstream of the upstream fin 18 (with respect to the direction of flow of the hot gases in the flow vein 6), a downstream ramp 30 which is arranged downstream of the downstream fin 20 and a central ramp which is disposed between the upstream fins 18 and downstream 20.
  • the control unit 26 also comprises an air collection tube (not shown in the figures) for supplying air to the air circulation ramps 28, 30 and 32.
  • This air collection tube surrounds the ramps 28, 30 and 32 and feeds air through air ducts (not shown in the figures).
  • each air circulation ramp 28, 30 and 32 of the control box 26 have at least one upper row of N bores 34 arranged facing one of the side faces of the fins 18, 20 and at least a lower row of 2N holes 36 arranged with respect to a connecting radius between the fins 18, 20 and the housing 14 of the fixed ring assembly.
  • the holes 34, 36 which are for example obtained by laser, can discharge the air flowing in the ramps 28, 30 and 32 on the fins 18, 20 to change the temperature.
  • the upstream ramp 28 comprises, on the side of its downstream wall 28b, at least one upper row of N bores 34 arranged with respect to the upstream side face 18a of the upstream fin 18 and at least one lower row of 2N bores 36 arranged with regard to a connection radius 18c between the upstream fin 18 and the casing 14 of the fixed ring assembly. No drilling is performed on the upstream wall 28a of the upstream ramp 28.
  • the downstream ramp 30 comprises, on the side of its upstream wall 30a, at least one upper row of N bores 34 arranged with respect to the downstream side face 20b of the downstream vane 20 and at least one lower row of 2N bores. 36 arranged with respect to a connecting radius 20d between the downstream fin 20 and the casing 14 of the fixed ring assembly. No drilling is performed on the downstream wall 30b of the downstream ramp 30.
  • the central ramp 32 comprises at least two upper rows of each N bores 34 arranged facing the side faces 18b, 20a of the upstream fins 18 and downstream 20, and at least two lower rows of each 2N holes 36 arranged with respect to connecting radii 18d, 20c between the upstream fins 18 and downstream 20 and the casing 14 of the fixed ring assembly.
  • the central ramp 32 comprises at least one upper row of N bores 34 arranged with respect to the downstream side face 18b of the upstream fin 18 and at least one lower row of 2N holes 36 arranged in relation to a radius of connection 18d between the upstream vane 18 and the casing 14 of the fixed ring assembly.
  • the central ramp 32 comprises at least one upper row of N bores 34 arranged facing the upstream side face 20a of the downstream vane 20 and at least one lower row of 2N bores 36 arranged in the view a connecting radius 20c between the downstream fin 20 and the casing 14 of the fixed ring assembly.
  • the air discharge bores 34, 36 are arranged in two rows, with two thirds of the bores on the lower row. and the remaining third on the top row.
  • the air issuing from the 2N bores 36 of each lower row "impacts" on the lower zone of the fins 18, 20, whereas the air discharged by the N bores 34 of each upper row impinges on a central zone of the fins.
  • the heat exchange obtained with fins is thus homogeneous and allows a greater range of movement of the housing to control the game at the top of the blades of the turbine. Calculations of thermal influences made it possible to show that such a configuration makes it possible to gain up to more than 50 ° C on the mean temperature of a fin compared to a single-row configuration of bores.
  • the upstream and downstream ramps 28 each have substantially identical air flow sections and the central ramp 32 has an air flow section which is substantially twice as large as that of the upstream ramps. 28 and downstream 30.
  • the central ramp 32 is advantageously pierced on both sides, the flow rate of air flowing in this ramp must be twice the flow of air flowing in the upstream ramps 28 and downstream 30.
  • the N bores 34 of each upper row and the 2N bores 36 of each lower row have, for each airflow ramp 28, 30 and 32, substantially identical airflow sections. .
  • the N bores 34 of each upper row and the 2N bores 36 of each lower row are staggered for each airflow ramp.
  • the bores 34 of each upper row and the bores 36 of each lower row are preferably regularly spaced around the longitudinal axis XX of the casing 14 of the casing. fixed ring assembly.
  • the angular spacing between two adjacent bores 34 of the same upper row advantageously corresponds to at least three times the diameter of the bores.
  • the choice of the number and the diameter of the air discharge bores 34, 36 can be optimized by modeling based on a compromise between efficient ventilation of the fins and the manufacturing constraints of the control box.
  • the diameter of each hole can be fixed at 1 mm and the spacing between two adjacent holes of an upper row may be 3.8 mm (which corresponds to 3.8 times the diameter of the holes).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

    Arrière-plan de l'invention
  • La présente invention se rapporte au domaine général du contrôle de jeu entre le sommet d'aubes rotatives et un ensemble à anneau fixe d'une turbine à gaz.
  • Une turbine à gaz, par exemple une turbine haute-pression de turbomachine, comporte typiquement une pluralité d'aubes fixes disposées en alternance avec une pluralité d'aubes mobiles dans le passage de gaz chauds issus de la chambre de combustion de la turbomachine. Les aubes mobiles de la turbine sont entourées sur toute la circonférence de la turbine par un ensemble à anneau fixe. Cet ensemble à anneau fixe définit une paroi de la veine d'écoulement des gaz chauds à travers les aubes de la turbine.
  • Afin d'augmenter le rendement de la turbine, il est connu de réduire autant que possible le jeu existant entre le sommet des aubes mobiles de la turbine et les parties de l'ensemble à anneau fixe qui leur font face.
  • Pour y parvenir, des moyens permettant de faire varier le diamètre de l'ensemble à anneau fixe ont été élaborés. De tels moyens se présentent généralement sous la forme de conduites annulaires qui entourent l'ensemble à anneau fixe et qui sont parcourues par de l'air prélevé sur d'autres parties de la turbomachine. Cet air est injecté sur la surface externe de l'ensemble à anneau fixe et provoque ainsi des dilatations ou des contractions thermiques de l'ensemble à anneau fixe qui sont aptes à faire varier son diamètre. Les dilatations et contractions thermiques sont commandées selon le régime de fonctionnement de la turbine par l'intermédiaire d'une vanne qui permet de contrôler le débit et la température de l'air alimentant les conduites. L'ensemble constitué par les conduites et la vanne forme ainsi un boîtier de pilotage du jeu en sommet d'aubes.
  • Les boîtiers de pilotage connus jusqu'à présent (voir le document EP0541325 ) ne permettent pas toujours d'obtenir une grande uniformité de température sur toute la circonférence de l'ensemble à anneau fixe. Un manque d'homogénéité de température engendre des distorsions de l'ensemble à anneau fixe qui sont particulièrement préjudiciables au rendement et à la durée de vie de la turbine à gaz.
  • Par ailleurs, dans les boîtiers de pilotage connus, l'injection d'air sur la surface externe de l'ensemble à anneau fixe n'est en général pas optimisée de sorte qu'il est souvent nécessaire de prélever une importante quantité d'air afin d'assurer le refroidissement de l'ensemble à anneau fixe. Un prélèvement d'air trop important nuit au rendement de la turbomachine.
    • Objet et résumé de l'invention
  • La présente invention vise donc à pallier de tels inconvénients en proposant un dispositif de contrôle de jeu qui permet d'optimiser l'injection d'air afin d'obtenir une meilleure efficacité et homogénéité du refroidissement de l'ensemble à anneau fixe.
  • A cet effet, il est prévu un dispositif de contrôle de jeu entre un sommet d'aubes rotatives et un ensemble à anneau fixe d'une turbine à gaz, ledit ensemble à anneau fixe comportant un carter annulaire ayant un axe longitudinal et muni d'au moins deux ailettes annulaires espacées axialement l'une de l'autre et s'étendant radialement vers l'extérieur du carter, le dispositif de contrôle de jeu comprenant un boîtier circulaire de pilotage entourant le carter de l'ensemble à anneau fixe, le boîtier de pilotage comportant des moyens de circulation d'air formés d'au moins trois rampes annulaires espacées axialement l'une de l'autre et disposées de part et d'autre de faces latérales de chacune des ailettes, des moyens d'alimentation en air pour fournir de l'air aux rampes de circulation d'air, et des moyens de décharge d'air sur les ailettes pour modifier la température de l'ensemble à anneau fixe, caractérisé en ce que les moyens de décharge d'air sont formés, pour chaque rampe de circulation d'air, par au moins une rangée supérieure de N perçages disposés au regard de l'une des faces latérales des ailettes et par au moins une rangée inférieure de 2N perçages disposés au regard d'un rayon de raccordement entre les ailettes et le carter de l'ensemble à anneau fixe.
  • La répartition et le positionnement des perçages de décharge d'air permet d'optimiser le coefficient d'échange thermique entre les ailettes et le flux d'air les traversant. On obtient ainsi une meilleure efficacité et homogénéité de refroidissement des ailettes, et donc une plus grande amplitude de déplacement du carter pour piloter le jeu en sommet des aubes de la turbine.
  • Lorsque les ailettes se composent d'une ailette amont et d'une ailette aval et que les rampes se composent d'une rampe amont disposée en amont de l'ailette amont, d'une rampe aval disposée en aval de l'ailette aval et d'une rampe centrale disposée entre l'ailette amont et l'ailette aval, la rampe centrale comporte de préférence au moins deux rangées supérieures de chacune N perçages disposés au regard de faces latérales des ailettes amont et aval, et au moins deux rangées inférieures de chacune 2N perçages disposés au regard de rayons de raccordement entre les ailettes amont et aval et le carter de l'ensemble à anneau fixe.
  • Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les rampes amont et aval présentent chacune des sections débitantes d'air sensiblement identiques et la rampe centrale présente une section débitante d'air qui est sensiblement deux fois plus importante que celle des rampes amont et aval.
  • Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les N perçages de chaque rangée supérieure et les 2N perçages de chaque rangée inférieure présentent des sections débitantes d'air sensiblement identiques
  • Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les N perçages de chaque rangée supérieure et les 2N perçages de chaque rangée inférieure sont disposés en quinconce.
    • Brève description des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
    • la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de contrôle de jeu selon l'invention ;
    • la figure 2 est une vue partielle et en perspective des rampes de circulation d'air du dispositif de contrôle de jeu de la figure 1 ; et
    • la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 1.
    Description détaillée d'un mode de réalisation
  • La figure 1 illustre, en coupe longitudinale, une turbine haute-pression 2 de turbomachine d'axe longitudinal X-X. Toutefois, la présente invention pourrait également s'appliquer à une turbine basse-pression de turbomachine ou à tout autre turbine à gaz équipée d'un dispositif de contrôle de jeu en sommet d'aubes.
  • La turbine haute-pression 2 se compose notamment d'une pluralité d'aubes mobiles 4 disposées dans une veine d'écoulement 6 de gaz chauds issus d'une chambre de combustion (non représentée) de la turbomachine. Ces aubes mobiles 4 sont disposées en aval d'aubes fixes 8 de la turbine par rapport à la direction d'écoulement 10 des gaz chauds dans la veine d'écoulement 6.
  • Les aubes mobiles 4 de la turbine haute-pression 2 sont entourées par une pluralité de segments d'anneau 12 disposés circonférentiellement autour de l'axe X-X de la turbine de façon à former une surface circulaire et continue. Les segments d'anneau 12 sont montés sur un carter annulaire 14, également d'axe longitudinal X-X, par l'intermédiaire d'une pluralité d'entretoises 16.
  • Pour la suite de la description, on désignera l'ensemble formé des segments d'anneau 12, du carter 14 et des entretoises 16 par l'expression « ensemble à anneau fixe ».
  • Le carter 14 de l'ensemble à anneau fixe est muni d'au moins deux ailettes ou bosses annulaires 18, 20 qui sont espacées axialement l'une de l'autre et qui s'étendent radialement vers l'extérieur du carter 14. On différenciera ces deux ailettes par rapport à la direction d'écoulement 10 des gaz chauds dans la veine d'écoulement 6 en les désignant par ailette amont 18 et ailette aval 20. Les ailettes amont 18 et aval 20 ont pour fonction principale d'agir comme échangeurs de chaleur.
  • Les segments d'anneau 12 présentent chacun une surface interne 12a qui est directement en contact avec les gaz chauds et qui définit en partie la veine d'écoulement 6 des gaz au travers de la turbine haute-pression 2.
  • Un jeu radial 22 est laissé entre la surface interne 12a des segments d'anneau 12 et le sommet 4a des aubes mobiles 4 de la turbine haute-pression 2 pour permettre la rotation de ces dernières. Afin d'accroître le rendement de la turbine, il est nécessaire de réduire autant que possible ce jeu 22.
  • Afin de réduire le jeu 22 en sommet 4a des aubes mobiles 4, il est prévu un dispositif de contrôle de jeu 24. Le dispositif de contrôle de jeu 24 comprend notamment un boîtier circulaire de pilotage 26 entourant l'ensemble à anneau fixe, et plus précisément le carter 14.
  • Selon les régimes de fonctionnement de la turbomachine, le boîtier de pilotage 26 est destiné à refroidir ou à réchauffer les ailettes amont 18 et aval 20 du carter 14 par décharge (ou impact) d'air sur celles-ci. Sous l'effet de cette décharge d'air, le carter 14 se rétracte ou se dilate, ce qui diminue ou augmente le diamètre des segments d'anneau fixe 12 de la turbine afin d'ajuster le jeu 22 en sommet d'aubes.
  • Le boîtier de pilotage 26 comporte notamment au moins trois rampes annulaires de circulation d'air 28, 30 et 32 qui entourent le carter 14 de l'ensemble à anneau fixe. Ces rampes sont espacées axialement l'une de l'autre et sont sensiblement parallèles les unes par rapport aux autres. Elles sont disposées de part et d'autre de faces latérales de chacune des ailettes 18, 20 dont elles épousent approximativement la forme.
  • Les rampes de circulation d'air 28, 30 et 32 se composent d'une rampe amont 28 qui est disposée en amont de l'ailette amont 18 (par rapport à la direction d'écoulement 10 des gaz chauds dans la veine d'écoulement 6), d'une rampe aval 30 qui est disposée en aval de l'ailette aval 20 et d'une rampe centrale qui est disposée entre les ailettes amont 18 et aval 20.
  • Le boîtier de pilotage 26 comporte également un tube collecteur d'air (non représenté sur les figures) pour alimenter en air les rampes de circulation d'air 28, 30 et 32. Ce tube collecteur d'air entoure les rampes 28, 30 et 32 et les alimente en air par l'intermédiaire de conduites d'air (non représentées sur les figures).
  • Selon l'invention, chaque rampe de circulation d'air 28, 30 et 32 du boîtier de pilotage 26 présentent au moins une rangée supérieure de N perçages 34 disposés au regard de l'une des faces latérales des ailettes 18, 20 et au moins une rangée inférieure de 2N perçages 36 disposés au regard d'un rayon de raccordement entre les ailettes 18, 20 et le carter 14 de l'ensemble à anneau fixe.
  • Les perçages 34, 36, qui sont par exemple obtenus par laser, permettent de décharger l'air circulant dans les rampes 28, 30 et 32 sur les ailettes 18, 20 afin d'en modifier la température.
  • Comme illustré sur les figures 1 et 2, la rampe amont 28 comporte, du côté de sa paroi aval 28b, au moins une rangée supérieure de N perçages 34 disposés au regard de la face latérale amont 18a de l'ailette amont 18 et au moins une rangée inférieure de 2N perçages 36 disposés au regard d'un rayon de raccordement 18c entre l'ailette amont 18 et le carter 14 de l'ensemble à anneau fixe. Aucun perçage n'est pratiqué sur la paroi amont 28a de la rampe amont 28.
  • De même, la rampe aval 30 comporte, du côté de sa paroi amont 30a, au moins une rangée supérieure de N perçages 34 disposés au regard de la face latérale aval 20b de l'ailette aval 20 et au moins une rangée inférieure de 2N perçages 36 disposés au regard d'un rayon de raccordement 20d entre l'ailette aval 20 et le carter 14 de l'ensemble à anneau fixe. Aucun perçage n'est pratiqué sur la paroi aval 30b de la rampe aval 30.
  • De préférence, la rampe centrale 32 comporte au moins deux rangées supérieures de chacune N perçages 34 disposés au regard des faces latérales 18b, 20a des ailettes amont 18 et aval 20, et au moins deux rangées inférieures de chacune 2N perçages 36 disposés au regard des rayons de raccordement 18d, 20c entre les ailettes amont 18 et aval 20 et le carter 14 de l'ensemble à anneau fixe.
  • En effet, du côté de sa paroi amont 32a, la rampe centrale 32 comporte au moins une rangée supérieure de N perçages 34 disposés au regard de la face latérale aval 18b de l'ailette amont 18 et au moins une rangée inférieure de 2N perçages 36 disposés au regard d'un rayon de raccordement 18d entre l'ailette amont 18 et le carter 14 de l'ensemble à anneau fixe.
  • Du côté de sa paroi aval 32b, la rampe centrale 32 comporte au moins une rangée supérieure de N perçages 34 disposés au regard de la face latérale amont 20a de l'ailette aval 20 et au moins une rangée inférieure de 2N perçages 36 disposés au regard d'un rayon de raccordement 20c entre l'ailette aval 20 et le carter 14 de l'ensemble à anneau fixe.
  • En d'autres termes, pour chaque rampe de circulation d'air 28, 30 et 32 du boîtier de pilotage 26, les perçages de décharge d'air 34, 36 sont disposés sur deux rangées, avec deux tiers des perçages sur la rangée inférieure et le tiers restant sur la rangée supérieure. L'air issu des 2N perçages 36 de chaque rangée inférieure vient « impacter » sur la zone inférieure des ailettes 18, 20, tandis que l'air déchargé par les N perçages 34 de chaque rangée supérieure vient impacter sur une zone médiane des ailettes.
  • L'échange thermique obtenu avec ailettes est ainsi homogène et permet une plus grande amplitude de déplacement du carter pour piloter le jeu en sommet des aubes de la turbine. Des calculs d'influences thermiques ont permis de montrer qu'une telle configuration permet de gagner jusqu'à plus de 50°C sur la température moyenne d'une ailette par rapport à une configuration à une seule rangée de perçages.
  • Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les rampes amont 28 et aval 30 présentent chacune des sections débitantes d'air sensiblement identiques et la rampe centrale 32 présente une section débitante d'air qui est sensiblement deux fois plus importante que celle des rampes amont 28 et aval 30. En effet, la rampe centrale 32 étant avantageusement percée sur ses deux côtés, le débit d'air circulant dans cette rampe doit être le double du débit d'air circulant dans les rampes amont 28 et aval 30.
  • Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les N perçages 34 de chaque rangée supérieure et les 2N perçages 36 de chaque rangée inférieure présentent, pour chaque rampe de circulation d'air 28, 30 et 32 des sections débitantes d'air sensiblement identiques.
  • De la sorte, un tiers du débit d'air circulant dans la rampe centrale 32 est déchargé par chacune des deux rangées inférieures de perçages 36 et un sixième du même débit d'air est évacué par chacune des deux rangées supérieures de perçages 34. De même, deux tiers du débit d'air circulant dans les rampes amont 28 et aval 30 est déchargé par les rangées inférieures de perçages 36 de ces rampes et un tiers du même débit d'air est évacué par les rangées supérieures de perçages 34 de ces rampes.
  • Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention illustrée sur la figure 3, les N perçages 34 de chaque rangée supérieure et les 2N perçages 36 de chaque rangée inférieure sont disposés en quinconce pour chaque rampe de circulation d'air.
  • De plus, pour chaque rampe de circulation d'air 28, 30 et 32, les perçages 34 de chaque rangée supérieure et les perçages 36 de chaque rangée inférieure sont de préférence régulièrement espacés tout autour de l'axe longitudinal X-X du carter 14 de l'ensemble à anneau fixe.
  • Lorsque les perçages 34, 36 des rangées inférieure et supérieure présentent chacun une section droite sensiblement circulaire, l'espacement angulaire entre deux perçages 34 adjacents d'une même rangée supérieure correspond avantageusement à au moins trois fois le diamètre des perçages.
  • Le choix du nombre et du diamètre des perçages 34, 36 de décharge d'air peut être optimisé par une modélisation se basant sur un compromis entre une ventilation efficace des ailettes et les contraintes de fabrication du boîtier de pilotage. A titre d'exemple, pour des ailettes ayant une hauteur radiale de 18 mm, on pourra réaliser 288 perçages pour chaque rangée supérieure et 576 perçages pour chaque rangée inférieure (ce qui correspond à une valeur de 288 pour N). Pour cette configuration, le diamètre de chaque perçage pourra être fixé à 1 mm et l'espacement entre deux perçages adjacents d'une rangée supérieure pourra être de 3,8 mm (ce qui correspond à 3,8 fois le diamètre des perçages).

Claims (8)

  1. Dispositif de contrôle de jeu entre un sommet (4a) d'aubes rotatives (4) et un ensemble à anneau fixe d'une turbine à gaz (2), ledit ensemble à anneau fixe comportant un carter annulaire (14) ayant un axe longitudinal (X-X) et muni d'au moins deux ailettes annulaires (18, 20) espacées axialement l'une de l'autre et s'étendant radialement vers l'extérieur dudit carter (14), ledit dispositif de contrôle de jeu comprenant un boîtier circulaire de pilotage (26) entourant le carter (14) de l'ensemble à anneau fixe, ledit boîtier de pilotage (26) comportant :
    des moyens de circulation d'air formés d'au moins trois rampes annulaires (28, 30, 32) espacées axialement l'une de l'autre et disposées de part et d'autre de faces latérales de chacune des ailettes (18, 20) ;
    des moyens d'alimentation en air pour fournir de l'air aux rampes de circulation d'air (28, 30, 32) ; et
    des moyens de décharge d'air sur les ailettes (18, 20) pour modifier la température de l'ensemble à anneau fixe ;
    caractérisé en ce que les moyens de décharge d'air sont formés, pour chaque rampe de circulation d'air (28, 30, 32), par au moins une rangée supérieure de N perçages (34) disposés au regard de l'une des faces latérales (18a, 18b, 20a, 20b) des ailettes (18, 20) et par au moins une rangée inférieure de 2N perçages (36) disposés au regard d'un rayon de raccordement (18c, 18d, 20c, 20d) entre les ailettes (18, 20) et le carter (14) de l'ensemble à anneau fixe.
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les ailettes se composent d'une ailette amont (18) et d'une ailette aval (20) et les rampes se composent d'une rampe amont (28) disposée en amont de l'ailette amont (18), d'une rampe aval (30) disposée en aval de l'ailette aval (20) et d'une rampe centrale (32) disposée entre l'ailette amont (18) et l'ailette aval (20), caractérisé en ce que la rampe centrale (32) comporte au moins deux rangées supérieures de chacune N perçages (34) disposés au regard de faces latérales (18b, 20a) des ailettes amont (18) et aval (20), et au moins deux rangées inférieures de chacune 2N perçages (36) disposés au regard de rayons de raccordement (18d, 20c) entre les ailettes amont et aval et le carter (14) de l'ensemble à anneau fixe.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les rampes amont (28) et aval (30) présentent chacune des sections débitantes d'air sensiblement identiques et la rampe centrale (32) présente une section débitante d'air qui est sensiblement deux fois plus importante que celle desdites rampes amont et aval.
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les N perçages (34) de chaque rangée supérieure et les 2N perçages (36) de chaque rangée inférieure sont disposés en quinconce.
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les N perçages (34) de chaque rangée supérieure et les 2N perçages (36) de chaque rangée inférieure présentent des sections débitantes d'air sensiblement identiques.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les N perçages (34) de chaque rangée supérieure et les 2N perçages (36) de chaque rangée inférieure sont régulièrement espacés tout autour de l'axe longitudinal (X-X) du carter (14) de l'ensemble à anneau fixe.
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les perçages (34, 36) des rangées inférieure et supérieure présentent chacun une section droite sensiblement circulaire, caractérisé en ce que l'espacement angulaire entre deux perçages adjacents (34, 36) d'une même rangée supérieure correspond à au moins trois fois le diamètre desdits perçages.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les rampes de circulation d'air (28, 30, 32) épousent approximativement la forme des ailettes (18, 20).
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