EP2458157B1 - Abradable de virole intérieure de stator - Google Patents

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EP2458157B1
EP2458157B1 EP10193061.8A EP10193061A EP2458157B1 EP 2458157 B1 EP2458157 B1 EP 2458157B1 EP 10193061 A EP10193061 A EP 10193061A EP 2458157 B1 EP2458157 B1 EP 2458157B1
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abradable
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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
    • F01D11/12—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
    • F01D11/122—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 with erodable or abradable material

Definitions

  • the present invention aims to provide a new family of abradables having a non-axisymmetrical shape for generating a greater pressure drop and thus ensuring a better seal.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Description

    Objet de l'invention
  • La présente invention se rapporte à un stator de compresseur ou de turbine pour turbomachines terrestres, marines ou aéronautiques. Elle se rapporte plus particulièrement à un joint d'étanchéité abradable du stator.
    • Etat de la technique
  • Les compresseurs axiaux de turbomachines comportent plusieurs étages d'aubes tournantes, encore appelées aubes rotoriques, qui sont séparés par des étages redresseurs qui ont pour but de repositionner le vecteur vitesse du fluide sortant de l'étage précédent avant de l'envoyer vers l'étage suivant, tout en ralentissant l'écoulement du fluide, ce qui engendre une augmentation de la pression de celui-ci.
  • Les étages redresseurs ou stators sont constitués essentiellement d'aubes fixes, encore appelées aubes statoriques, reliant une virole extérieure à une virole intérieure, toutes deux concentriques et délimitant la zone d'écoulement d'air ou veine aérodynamique. Les étages d'aubes rotoriques sont attachés à un tambour et un abradable est présent sur la virole intérieure du stator pour assurer l'étanchéité de la cavité située entre le stator et le tambour. L'abradable est déposé sous la virole intérieure en vis-à-vis de léchettes présentes sur le tambour ou rotor. La figure 1 présente une coupe partielle d'une turbomachine et permet de visualiser les aubes rotoriques 1, les aubes statoriques 2, respectivement les viroles intérieures 3 et extérieures 4 du stator, le tambour 5, les léchettes 6 du rotor et les abradables 7 des viroles intérieures.
  • Le système léchettes/abradables forme un labyrinthe destiné à limiter le débit de recirculation sous le stator induit par la différence de pression entre les parties respectives aval et amont de chaque étage statorique et vise ainsi à augmenter le rendement du compresseur.
  • Actuellement, l'abradable présent sous le pied du stator a une forme axisymétrique, parfois étagée, telle qu'illustrée à la figure 2, et permet d'obtenir une perte de charge en opposant un obstacle (marche axiale 8) à la composante axiale (selon l'axe de la turbomachine) de l'écoulement de fuite. Cependant, l'écoulement, de par la rotation des aubes rotoriques, présente également une composante circonférentielle importante à laquelle les formes des abradables actuels n'offrent pas d'obstacles.
  • On connaît également des documents FR 2 339 741 A , US 2001/004436 A1 et US 2003/175116 A1 des abradables présentant une structure alvéolaire. Cependant, ces documents décrivent des abradables disposés entre la virole extérieure et les aubes rotoriques.
  • Le document EP 1302559 A1 divulgue un joint disposé sur une virole intérieure de stator.
    • Buts de l'invention
  • La présente invention vise à fournir une nouvelle famille d'abradables présentant une forme non axisymétrique permettant de générer une plus grande perte de charge et assurant ainsi une meilleure étanchéité.
    • Résumé de l'invention
  • La présente invention se rapporte à un joint d'étanchéité d'un stator de turbomachine conformément à la revendication 1.
  • Selon des modes particuliers de l'invention, le joint comporte au moins une ou une combinaison appropriée des caractéristiques suivantes:
    • la marche circonférentielle et la marche axiale de l'unité constitutive définissent les contours d'un profil qui peut revêtir une pluralité de formes distinctes;
    • les unités constitutives ont des profils et/ou des dimensions variables selon la direction circonférentielle de la virole intérieure;
    • les profils des différentes unités constitutives sont décalés selon la direction axiale de la turbomachine;
    • les unités constitutives ont un même profil se répétant périodiquement le long de la circonférence de la virole intérieure, formant alors des unités répétitives;
    • chaque unité répétitive couvre dans la direction circonférentielle de la virole intérieure un secteur angulaire correspondant à quatre à dix pas des aubes rotoriques entraînées par ladite partie rotorique;
    • la partie rotorique en regard de la première surface abradable comporte des léchettes solidaires d'un tambour;
    • le joint est en silicone ou époxy.
  • La présente invention se rapporte également à un stator de turbomachine comportant au moins un joint d'étanchéité tel que décrit ci-dessus.
    • Brève description des figures
    • La figure 1 représente une coupe partielle et axiale d'une turbomachine selon l'état de la technique.
    • La figure 2 représente une partie d'un abradable selon l'état de la technique.
    • La figure 3 représente huit unités constitutives d'un abradable selon l'invention.
    • La figure 4 représente une pluralité de formes que peut revêtir le profil des unités constitutives de la piste de l'abradable selon l'invention.
    Légende:
    1. (1) Aube rotorique
    2. (2) Aube statorique
    3. (3) Virole intérieure
    4. (4) Virole extérieure
    5. (5) Tambour
    6. (6) Léchette
    7. (7) Abradable ou joint d'étanchéité
    8. (8) Marche axiale de la piste de l'abradable
    9. (9) Marche circonférentielle de la piste de l'abradable
    10. (10) Unité constitutive de l'abradable
    Description détaillée de l'invention
  • Comme déjà mentionné, l'efficacité du labyrinthe créé par le système léchettes/abradables est conditionnée par les pertes de charge générées au travers de ce dernier. Un des mécanismes utilisés pour augmenter les pertes de charge est de créer des marches dans l'abradable qui forcent la création de tourbillons générateurs de pertes. La présente invention se base sur le fait que l'écoulement dans la cavité n'est pas strictement axial mais possède une forte composante giratoire issue de l'écoulement principal dans la veine.
  • Ainsi, selon l'invention, l'abradable 7, et plus précisément la piste de l'abradable, c'est-à-dire la face en regard des léchettes, comporte également des marches dans le sens circonférentiel (c.à.d. selon la direction circonférentielle de la virole intérieure) afin d'augmenter encore les pertes de charge. La figure 3 présente une partie de l'abradable 7 selon l'invention comportant huit marches axiales 8 et huit marches circonférentielles 9 sur la piste d'abradable. L'abradable 7 dans son entièreté est constitué d'une pluralité d'unités constitutives 10 comportant chacune une marche axiale 8 et une marche circonférentielle 9. Dans l'exemple de la figure 3, huit unités constitutives 10 de l'abradable 7 sont ainsi représentées.
  • La marche circonférentielle 9 et la marche axiale 8 de l'unité constitutive 10 définissent les contours d'un profil qui peut revêtir plusieurs formes. A titre indicatif et non limitatif pour la présente invention, la figure 4 présente six profils différents des unités constitutives de la piste d'abradable. Selon l'invention, tout abradable comportant des marches circonférentielles permettant de générer une perte de charge convient.
  • Les unités constituant l'abradable peuvent présenter sur leurs pistes d'abradable un même profil ou des profils différents tout comme elles peuvent être de même dimension dans le sens circonférentiel ou de dimensions différentes. A la figure 3, les profils des unités 10 sont identiques ou similaires et alignés selon la direction circonférentielle. Selon l'invention, les profils peuvent être également décalés l'un par rapport à l'autre selon la direction axiale de la turbomachine. Préférentiellement, les unités constitutives présentent une répétitivité cyclique vu le caractère cyclique de la virole, on parlera alors d'unité répétitive. Toujours préférentiellement selon l'invention, l'unité répétitive couvre un secteur angulaire correspondant à quatre à dix pas des aubes mobiles entraînées par le tambour.
  • Les profils des unités constitutives ne peuvent généralement pas être réalisés par tournage, comme c'est actuellement le cas. Par contre, le profil peut facilement être obtenu par moulage à cote(s) finie(s) ou quasiment finie(s), notamment sur des secteurs de viroles.
  • Préférentiellement, l'abradable est en silicone ou en époxy.
    • Avantages de l'invention
  • La composante circonférentielle de l'écoulement de fuite étant généralement nettement plus importante que la composante axiale, l'obstacle formé par les marches circonférentielles selon l'invention permet une perte de charge plus importante et donc une efficacité accrue par rapport aux formes traditionnelles.

Claims (9)

  1. Joint d'étanchéité (7) pour un stator de turbomachine comportant des aubes statoriques reliant une virole extérieure à une virole intérieure, toutes deux concentriques et délimitant une zone d'écoulement d'air, ledit joint (7) comportant une première surface abradable destinée à être positionnée en regard d'une partie rotorique de la turbomachine et une seconde surface destinée à être en contact avec la virole intérieure (3) du stator, ledit joint (7) présentant une forme étagée et comportant une pluralité d'unités constitutives (10), caractérisé en ce que chaque unité constitutive (10) comporte sur sa première surface abradable une marche circonférentielle (9) créant un obstacle dans la direction circonférentielle de la virole intérieure (3) et une marche axiale (8) créant un obstacle dans la direction axiale de la turbomachine chaque unité constitutive (10) présentant une forme non axisymétrique.
  2. Joint d'étanchéité (7) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la marche circonférentielle (9) et la marche axiale (8) de l'unité constitutive (10) définissent les contours d'un profil qui peut revêtir une pluralité de formes distinctes.
  3. Joint d'étanchéité (7) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les unités constitutives (10) ont des profils et/ou des dimensions variables selon la direction circonférentielle de la virole intérieure (3).
  4. Joint d'étanchéité (7) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les profils des différentes unités constitutives (10) sont décalés selon la direction axiale de la turbomachine.
  5. Joint d'étanchéité (7) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les unités constitutives (10) ont un même profil se répétant périodiquement le long de la circonférence de la virole intérieure (3), formant alors des unités répétitives.
  6. Joint d'étanchéité (7) selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque unité répétitive couvre dans la direction circonférentielle de la virole intérieure (3) un secteur angulaire correspondant à quatre à dix pas des aubes rotoriques (1) entraînées par ladite partie rotorique.
  7. Joint d'étanchéité (7) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première surface abradable du joint est destinée à être positionnée en regard de la partie rotorique de la turbomachine, ladite partie rotorique comportant des léchettes (6) solidaires d'un tambour (5).
  8. Joint d'étanchéité (7) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit joint (7) est en silicone ou époxy.
  9. Stator de turbomachine comportant au moins un joint d'étanchéité (7) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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