EP2516807A1 - Procede de refroidissement de stators de turbines, système de refroidissement pour sa mise en uvre - Google Patents

Procede de refroidissement de stators de turbines, système de refroidissement pour sa mise en uvre

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Publication number
EP2516807A1
EP2516807A1 EP10795376A EP10795376A EP2516807A1 EP 2516807 A1 EP2516807 A1 EP 2516807A1 EP 10795376 A EP10795376 A EP 10795376A EP 10795376 A EP10795376 A EP 10795376A EP 2516807 A1 EP2516807 A1 EP 2516807A1
Authority
EP
European Patent Office
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cooling
stator
outlet
turbine
vein
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10795376A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Denis Luc Alain Chanteloup
Manuel Philippe Jean Pierre
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 Helicopter Engines SAS
Original Assignee
Turbomeca SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Turbomeca SA filed Critical Turbomeca SA
Publication of EP2516807A1 publication Critical patent/EP2516807A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
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    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
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    • 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
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    • F05D2220/30—Application in turbines
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    • F05D2220/321—Application in turbines in gas turbines for a special turbine stage
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/205—Cooling fluid recirculation, i.e. after cooling one or more components is the cooling fluid recovered and used elsewhere for other purposes
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling stators, distributors or rings of gas turbines equipping the aircraft propulsion turbomachines, in particular helicopters, and a cooling system implementation of the method.
  • thermodynamic cycles of turbomachines are increasingly high in temperature, which requires extensive cooling to the stator parts of the turbine: the fixed blade of the turbine distributor, and the smooth ring carrier or to seal (hereinafter referred to as ring support) of the moving blade or rotor.
  • the air is then introduced through the vanes of the distributor and then above the rotor ring.
  • the air is then reintroduced into the exit vein.
  • the outlet nozzle has at low speeds a recovery coefficient (Cp) can reach negative values, which results in an inversion of the pressure difference between the atmosphere and the exit plane of the turbine. Reintroductions of hot air can then occur by backflow and prevent the stator cooling.
  • the use of cooling air taken from the compressor has a cost in performance because it no longer contributes to the engine work.
  • the invention aims to overcome these disadvantages by providing an ambient air suction at the stator to cool.
  • the subject of the invention is a method for cooling turbine parts of an engine exhibiting at the exhaust a positive Cp architecture on all the operating speeds for which cooling is desired, consisting of taking a flow of ambient air by suction at at least one room to be cooled, followed by a crossing producing a forced convection in connection with this piece, then of a reintroduction downstream of the air in the exit vein.
  • upstream and downstream refer to the direction of the flow of air in the engine and the terms “internal” - respectively “external” - refer to locations “views of” - respectively “In the direction of” - the axis of rotation of the turbine.
  • This method is particularly effective in the case of turbine or engine configurations that allow to define a sufficient output vacuum to ensure a Cp remains positive over a set of operating conditions. It's like that :
  • the cooling being intended for at least one pair of parts comprising an upstream stator and a downstream ring support adjacent to the stator, this cooling is carried out in series mode by successive circulation of the same air flow in the two parts , in parallel mode by independent circulation of air flow in each of the rooms or in mixed mode by the successive circulation of the same flow and an independent circulation in the second room by sampling the ambient air at the upstream stator for series and mixed cooling, and at each room for parallel and mixed cooling;
  • the return reintroductions in the exit vein are made by parallel escapements; the sampled air is also brought into contact with at least one engine component to be cooled, such as, for example, the latch for holding the ring support on the crankcase arm.
  • the invention also relates to a turbine engine turbomachine cooling system comprising at least one upstream stator stationary vanes, a movable blade ring support, a turbine casing and an outlet vein, the system being able to implement the above method.
  • This system comprises an opening in the casing facing at least one room to be cooled, a forced air flow in connection with this room and at least one exit down into the vein.
  • an opening is formed in the casing opposite an air circulation inlet in each vane of the distributor to be cooled, this circulation being carried out by a radial circuit comprising at least two channels, as well as an air outlet in the outlet vein of the turbine;
  • An axisymmetric cavity is provided between the two channels to homogenize the pressure of the air flow and achieve a better cooling of the blades;
  • the distributor and the sealing ring support of the rotor of a turbine are cooled in series by a communication channel at the outlet of a distributor vane, which channel opens into a cavity in radial connection with the external face of the ring support then to the exit vein of the turbine by at least one orifice formed in the ring support;
  • the ring holder has at least one upstream hook adapted to grip sectored or unamelled flanges of the housing and the distributor to form the communication channel;
  • the channel of each vane of the distributor has an extension opening directly into the cavity to form the communication channel; the cooling being carried out in parallel mode, the radial circuit of the vane of the distributor opens opposite a channel inlet arranged in the ring support of the rotor to cross it to the outlet vein, and an orifice is formed in the housing opposite the ring support to draw a flow of ambient air by suction and form a parallel air flow path through the cavity and the ring carrier through an outlet port ;
  • a perforated annular plate is provided in the cavity of the ring support cooling circuit to improve the heat exchange with the air taken; the cooling is carried out in series mode and / or in parallel by combining the series or parallel air circulations above;
  • the circulation of air is carried out by counterboring the structures of the stator vanes and / or casings participating in this circulation;
  • At least one air circuit is equipped with air check valves that could be at the openings in the housing.
  • FIG. 1 a partial sectional view of FIG.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an example of a series cooling circuit of a distributor and a rotor rotor ring carrier without heel
  • FIG. 4 is a partial sectional view of FIG. an example of a cooling circuit in parallel with a turbine with a moving blade without heel.
  • the turbine 1 is composed in particular of a housing 3, an air distribution stator or stationary vanes 7, a ring support 9 sealing d a moving blade 1 1, and an outlet vein 13 for access to the nozzles (not shown).
  • the housing 3 sets the position of the distributor and the ring support by supporting arms 3a, 3b and 3c.
  • the air under the hood is sucked in the form of a flow Fs by depression through an inlet 15 of the housing 3 and up to the outlet vein 13 through the distributor 7 and the ring support 9.
  • the orifice 15 is disposed facing an air inlet opening 17 provided at one end of a first radial circulation channel 19 inside the distributor 7.
  • the upstream seal of the distributor 7 on the casing 3 is provided by a seal 20 between the first upstream arm 3a of the casing 3 and an upstream flange 7r of the distributor 7.
  • a central radial wall 22 separates the first channel 19 from a second circulation channel 24, the channels being also bordered by the leading edges 7a and vanishing 7f vanes of the distributor 7.
  • the two channels communicate by a cavity 25 which allows the flow Fs to flow from the first to the second channel in two opposite directions.
  • a part 25a is fixed by any known means (screw, weld) at the end of the blade 7 to ensure the transition between the channels 19 and 24.
  • the interior of this part is machined so as to constitute an axisymmetrical cavity 25b located between the two channels 19 and 24 to homogenize the pressure of the air flow FS and thus obtain a better cooling of the fixed blades 7.
  • This configuration of insert also favors the manufacture of dawn 7 since its inner radial end is open.
  • Airflow disturbers 28, of the so-called "trombone" type are provided inside the channels in order to increase heat transfer.
  • the flow Fs enters and circulates causing a forced convection in a cavity 26 located between the casing 3 and the outer face Fe of the ring support 9.
  • a radially outer annular plate 30 is secured at its ends to the fixed ring support 9.
  • the connection between the channel 24 and the cavity 26 is formed by counterbores 7e and 2> ê formed in the arms 7b and 3b, respectively, of the distributor 7 and the casing 3. These flanges are held in a hook 32 constituting the upstream end of the ring support 9.
  • Perforations 30a are made in the annular plate to form an impact jet at increased annular air speed 30 in order to facilitate heat transfer between the ring support 9 and the cavity 26.
  • the annular plate is secured at its upstream end to a radial face of the hook 32.
  • the blades 1 1 are equipped with heels 34 at their outer ends, facing an abradable material honeycomb 36.
  • This abradable material is secured to the inner face Fi of the ring support 9.
  • the downstream end of the ring support 9, on which the downstream end of the annular plate 30 is secured, and the flange swallows 3c of casing 3 are held tight by a latch 38.
  • This material makes it possible to limit the clearances between the blades 1 1 and the sealing ring support 9 during the expansions of the blades, in particular at high speeds: the lips 34a of the heel 34 can then penetrate the material 36 without degrading to seal between the rotor and the ring.
  • the flow F s back by depression, always ensuring forced convection, to the downstream end of the ring holder and is sucked by an opening 40 made in the ring holder 9.
  • the heat transfer can be enhanced by forced convection on a rough surface formed on the annular plate 30.
  • the flow then escapes into the vein 13 through passages 42 downstream of the moving blade 1 1.
  • the upstream gasket 20 of the fixed blade 7 may be a "w" lip seal and, on the other hand, the ring support may present itself. in continuous annular form or in the form of annular sectors (sectorization).
  • the upstream seal of the distributor 7 is doubled: a location for a second seal 44 is formed by the presence of a shoulder 46, formed on a protrusion of the leading edge 7a, facing a groove 48 formed in the upstream flange 3a of the housing 3.
  • Figure 2 shows a variant passage of the flow of the second cooling channel 24 of the distributor 7 to the cavity 26.
  • This passage is obtained by an extension 24p of the channel 24.
  • This extension comes, curving and narrowing in the illustrated example, lead directly into the cavity 26 through an opening 50 formed in the flange 3b of the housing 3.
  • the mobile blade does not have a heel.
  • the ring support 9 remains at a sufficient distance from the edge 1 1 b of the blade 1 1 in order to prevent any contact during thermal expansions of the moving blade 1 1.
  • a layer of abradable material 37 may be projected on the ring support to seal at the top of the blade.
  • This configuration has the advantage of having a cavity 26 of larger volume and therefore a larger amount of air flow Fs allowing better heat transfer with the outer face Fe of the ring support, before exhaust by the opening 56 to the outlet vein 13.
  • a perforated annular plate 30 may also be provided in this cavity, for example by welding at mid-height.
  • the mounting of the ring support 9 is simplified by holding on the housing 3 by means of a flange 33.
  • FIG 4 illustrates an example of a parallel mode cooling system according to the invention from a mobile blade configuration 1 1 without heel.
  • This cooling system comprises two air flow circulation circuits Fs and Fs' independent.
  • the first circuit relates to the cooling of the distributor 7 from the suction through the opening 15 of the housing 3 and the flow of air flow Fs in the channels 19 and 24, as described with reference to Figures 1 and 2 until the first countersink 7 formed in the arm 7b of the distributor 7.
  • No countersink is here formed in the flange 3b of the casing 3.
  • a direct outlet channel 52 is formed in the ring support 9 vis-à-vis -en the countersink 7 and opens into the outlet vein 13. At the outlet of counterbore 7e, the air flow Fs then enters the inlet 53 of the channel 52 to exit into the vein 13.
  • the second air circuit is made from a second orifice 54 formed in the casing 3 at the ring support 9. By depression, the air flow Fs' passes through the cavity 26 and leaves by a second opening 56 made in the ring support 9, parallel to the outlet of the channel 52. The two circuits thus contribute to the cooling of the ring support 9.
  • the air flows in connection with the stator and with the support Sealing ring can be completely independent by providing an outlet of the radial channel 24 of the vanes 7 of the stator directly in the vein 13. It is also possible to provide a number of radial channels greater than two in the vanes of the distributor, several openings in the housing at each stator, distributor, or ring support, or the mounting of the distributor or ring support on the housing by any suitable means known to those skilled in the art (crimping, shrinking, welding, etc.). Moreover, the number of distributors and rotors is not limited to one but corresponds to any turbine targeted by the present invention.

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un système de refroidissement de turbines (1) de turbomachines comportant au moins un couple de pièces à refroidir composé d'un stator amont de distributeur à aubes fixes (7) et d'un support d'anneau d'étanchéité (9) d'un rotor à aubage mobile aval (11) adjacent au stator (7), un carter de turbine (3) et une veine de sortie (13). En particulier, ce système comporte au moins une ouverture (15) dans le carter (3) en regard d'au moins une pièce à refroidir (7, 9), un circuit d'air produisant une convection forcée (19, 24, 26, 30) en liaison avec ces pièces (7, 9) et au moins une sortie avale (56) dans la veine (13), pour aspirer et acheminer un flux d'air ambiant (Fs).

Description

PROCÉDÉ DE REFROIDISSEMENT DE STATORS DE TURBINES, SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT POUR SA MISE EN ŒUVRE
[0001] L'invention concerne un procédé de refroidissement de stators, distributeurs ou anneaux de turbines à gaz équipant les turbomachines de propulsion d'aéronefs, en particulier d'hélicoptères, ainsi qu'un système de refroidissement de mise en œuvre du procédé.
[0002] Les cycles thermodynamiques des turbomachines sont de plus en plus élevés en température, ce qui nécessite un refroidissement étendu aux parties statoriques de la turbine : l'aubage fixe du distributeur de la turbine, ainsi que le support d'anneau lisse ou à joint d'étanchéité (ci-après dénommé support d'anneau) de l'aubage mobile ou rotor. L'air est alors introduit à travers les aubes du distributeur puis au-dessus de l'anneau du rotor. L'air est ensuite réintroduit dans la veine de sortie. [0003] Or, la tuyère de sortie présente aux faibles régimes un coefficient de récupération (Cp) pouvant atteindre des valeurs négatives, ce qui se traduit par une inversion de l'écart de pressions entre l'atmosphère et le plan de sortie de la turbine. Des réintroductions d'air chaud peuvent alors se produire par refoulement et empêcher le refroidissement du stator. [0004] Par ailleurs, l'utilisation d'air de refroidissement prélevé au niveau du compresseur a un coût en performance car il ne contribue plus au travail moteur.
[0005] L'invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant une aspiration d'air ambiant au niveau du stator à refroidir.
[0006] Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de refroidissement de pièces de turbine d'un moteur présentant à l'échappement une architecture à Cp positif sur l'ensemble des régimes de fonctionnement pour lesquels un refroidissement est souhaité, consistant à prélever un flux d'air ambiant par aspiration au niveau d'au moins une pièce à refroidir, suivi d'une traversée produisant une convection forcée en liaison avec cette pièce, puis d'une réintroduction avale de l'air dans la veine de sortie.
[0007] Les termes « amont » et « aval » se rapportent au sens de l'écoulement de l'air dans le moteur et les termes « interne » - respectivement « externe » - se rapportent à des localisations « vues de » - respectivement « en direction de » - l'axe de rotation de la turbine.
[0008] Ce procédé est particulièrement efficace dans le cas de configurations de turbines ou de moteurs qui permettent de définir une dépression en sortie suffisante pour garantir un Cp qui reste positif sur un ensemble de régimes de fonctionnement. Il en est ainsi :
- des turbines mono - étage travaillant au même taux de détente qu'une turbine bi - étages, ce qui permet d'obtenir une pression statique en sortie sensiblement plus faible qu'avec une turbine bi-étage ;
- des moteurs à tuyères axisymétriques, utilisées en particulier avec une architecture à arbre traversant.
[0009] Selon des modes de mise en œuvre préférés :
- le refroidissement étant destiné à au moins un couple de pièces comportant un stator amont et un support d'anneau aval adjacent au stator, ce refroidissement est réalisé en mode série par une circulation successive d'un même flux d'air dans les deux pièces, en mode parallèle par des circulations indépendantes de flux d'air dans chacune des pièces ou en mode mixte par la circulation successive d'un même flux et une circulation indépendante dans la deuxième pièce par prélèvement de l'air ambiant au niveau du stator amont pour des refroidissements série et mixte, et au niveau de chaque pièce pour des refroidissements parallèle et mixte ;
- les réintroductions avales dans la veine de sortie sont réalisées par des échappements parallèles ; - l'air prélevé est également mis en contact avec au moins une pièce moteur à refroidir comme par exemple le verrou de maintien du support d'anneau sur le bras du carter. [0010] L'invention a également pour objet un système de refroidissement de turbines de turbomachines comportant au moins un stator amont de distributeur à aubes fixes, un support d'anneau d'aubage mobile, un carter de turbine et une veine de sortie, le système étant apte à mettre en œuvre le procédé ci-dessus. Ce système comporte une ouverture dans le carter en regard d'au moins une pièce à refroidir, une circulation d'air forcée en liaison avec cette pièce et au moins une sortie avale dans la veine.
[0011]Selon des modes de réalisation particuliers :
- une ouverture est formée dans le carter en regard d'une entrée de circulation d'air dans chaque aube du distributeur à refroidir, cette circulation étant réalisée par un circuit radial comportant au moins deux canaux, ainsi qu'une sortie d'air dans la veine de sortie de la turbine ;
- une cavité axisymétrique est prévue entre les deux canaux pour homogénéiser la pression du flux d'air et réaliser un meilleur refroidissement des aubes fixes ; - le distributeur et le support d'anneau d'étanchéité du rotor d'une turbine sont refroidis en série par un canal de communication en sortie d'une aube de distributeur, lequel canal débouche dans une cavité en liaison radiale avec la face externe du support d'anneau puis vers la veine de sortie de la turbine par au moins un orifice formé dans le support d'anneau ; - le support d'anneau présente au moins un crochet amont apte à enserrer des brides sectorisées ou non lamées du carter et du distributeur pour former le canal de communication ;
- le canal de chaque aube du distributeur comporte un prolongement débouchant directement dans la cavité pour former le canal de communication ; - le refroidissement étant effectué en mode parallèle, le circuit radial de l'aube du distributeur débouche en regard d'une entrée de canal aménagé dans le support d'anneau du rotor pour le traverser jusqu'à la veine de sortie, et un orifice est formé dans le carter en vis-à-vis du support d'anneau pour prélever un flux d'air ambiant par aspiration et former un circuit de circulation d'air parallèle traversant la cavité et le support d'anneau par un orifice de sortie;
- une tôle annulaire perforée est prévue dans la cavité du circuit de refroidissement du support d'anneau pour améliorer l'échange thermique avec l'air prélevé; - le refroidissement est effectué en mode série et/ou en parallèle par combinaison des circulations d'air série ou parallèle ci-dessus ;
- la circulation d'air est réalisée par lamage des structures des aubes de stator et/ou des carters participant à cette circulation;
- au moins un circuit d'air est équipé de clapets anti-retour d'air qui pourraient se situer au niveau des ouvertures pratiquées dans le carter.
[0012] L'invention s'applique en particulier aux turbines mono - étages, et aux architectures moteurs à arbre traversant, permettant avantageusement l'utilisation de tuyères axisymétriques qui présentent des courbes de CP particulièrement favorables sur l'ensemble des régimes. [0013] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'exemples de réalisation ci-après, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : la figure 1 , une vue partielle en coupe d'un exemple de circuit de refroidissement en série d'un distributeur statorique et d'un support d'anneau d'étanchéité de rotor d'une turbine de turbomachine ; les figures 1 a et 1 b, un agrandissement de l'assemblage entre le distributeur et le carter par un crochet et une vue en coupe partielle selon I - 1 de la figure 1 a au niveau de cet assemblage ; la figure 1 c, une vue partielle en coupe d'une cavité axisymétrique située entre les deux canaux de refroidissement ; la figure 2, l'exemple de la figure 1 avec une étanchéité amont doublée et une variante de canal de circulation d'air dans le distributeur ; la figure 3, une vue partielle en coupe d'un exemple de circuit de refroidissement en série d'un distributeur et d'un support d'anneau de rotor à aubes sans talon, et la figure 4, une vue partielle en coupe d'un exemple de circuit de refroidissement en parallèle d'une turbine à aubage mobile sans talon.
[0014] Les termes « interne » ou « externe » qualifient un élément vu du côté de l'axe de rotation de la turbine ou du côté opposé à cet axe. Par ailleurs, des signes de référence identiques sur les figures se rapportent à des éléments identiques ou équivalents.
[0015] En référence à la figure 1 , la turbine 1 se compose notamment d'un carter 3, d'un stator de distribution d'air ou distributeur à aubes fixes 7, d'un support d'anneau 9 d'étanchéité d'un aubage mobile 1 1 , et d'une veine de sortie 13 d'accès aux tuyères (non représentées). Le carter 3 fixe la position du distributeur et du support d'anneau par des bras de support 3a, 3b et 3c. L'air sous capot est aspiré sous forme d'un flux Fs par dépression à travers un orifice d'admission 15 du carter 3 et jusqu'à la veine de sortie 13 à travers le distributeur 7 et le support d'anneau 9. [0016] L'orifice 15 est disposé en regard d'une ouverture d'entrée d'air 17 prévue à une extrémité d'un premier canal radial de circulation 19 à l'intérieur du distributeur 7. L'étanchéité amont du distributeur 7 sur le carter 3 est assurée par un joint 20 entre le premier bras amont 3a du carter 3 et un rebord amont 7r du distributeur 7.
[0017] Une paroi radiale centrale 22 sépare le premier canal 19 d'un deuxième canal de circulation 24, les canaux étant également bordés par les bords d'attaque 7a et de fuite 7f des aubes du distributeur 7. Les deux canaux communiquent par une cavité 25 qui permet au flux Fs de circuler du premier au deuxième canal selon deux sens opposés. Dans une solution alternative, montrée à la figure 1 c, une pièce 25a est fixée par tout moyen connu (vis, soudure) à l'extrémité de l'aube 7 pour assurer la transition entre les canaux19 et 24. L'intérieur de cette pièce est usinée de façon à constituer une cavité axisymétrique 25b située entre les deux canaux 19 et 24 pour homogénéiser la pression du flux d'air FS et obtenir ainsi un meilleur refroidissement des aubes fixes 7. Cette configuration de pièce rapportée favorise également la fabrication de l'aube 7 puisque son extrémité radiale interne est ouverte. Des perturbateurs d'écoulement d'air 28, du type dit en « trombone », sont prévus à l'intérieur des canaux afin d'augmenter les transferts thermiques.
[0018] A l'extrémité radiale du deuxième canal 24, le flux Fs pénètre et circule provoquant une convection forcée dans une cavité 26 située entre le carter 3 et la face externe Fe du support d'anneau 9. Une tôle annulaire 30 radialement externe est solidarisée en ses extrémités au support d'anneau fixe 9. Comme illustré plus particulièrement sur les figures 1 a et 1 b, la liaison entre le canal 24 et la cavité 26 est réalisée par des lamages 7ê et 2>ê formées dans les bras 7b et 3b, respectivement, du distributeur 7 et du carter 3. Ces brides sont maintenues dans un crochet 32 constituant l'extrémité amont du support d'anneau 9. Des perforations 30a sont réalisées dans la tôle annulaire pour former un jet d'impact à vitesse d'air augmentée annulaire 30 afin de faciliter le transfert thermique entre le support d'anneau 9 et la cavité 26. La tôle annulaire est solidarisée en son extrémité amont à une face radiale du crochet 32.
[0019] Dans l'exemple illustré, les aubes mobiles 1 1 sont équipées de talons 34 à leurs extrémités externes, en regard d'un matériau abradable en nid d'abeille 36. Ce matériau abradable est solidaire de la face interne Fi du support d'anneau 9. L'extrémité avale du support d'anneau 9, sur laquelle l'extrémité avale de la tôle annulaire 30 est solidarisée, et la bride avale 3c du carter 3 sont maintenues serrés par un verrou 38. Ce matériau permet de limiter les jeux entre les aubes mobiles 1 1 et le support d'anneau d'étanchéité 9 lors des dilatations des aubes, en particulier aux régimes élevés : les lèvres 34a du talon 34 peuvent alors pénétrer dans le matériau 36 sans se dégrader pour assurer l'étanchéité entre le rotor et l'anneau.
[0020] Le flux Fs remonte par dépression, toujours en assurant une convection forcée, vers l'extrémité avale du support d'anneau puis est aspiré par une ouverture 40 réalisée dans le support d'anneau 9. Avantageusement, le transfert thermique peut être amélioré par convection forcée sur une surface rugueuse formée sur la tôle annulaire 30. Le flux s'échappe ensuite dans la veine 13 par des passages 42 en aval de l'aubage mobile 1 1 . [0021] De manière alternative, d'une part, le joint d'étanchéité amont 20 de l'aube fixe 7 peut être un joint à lèvres en « w » et, d'autre part, le support d'anneau peut se présenter sous forme annulaire continue ou sous forme de secteurs annulaires (sectorisation).
[0022] En variante, telle que représentée en figure 2, l'étanchéité amont du distributeur 7 est doublée : un emplacement pour un deuxième joint 44 est réalisé par la présence d'un épaulement 46, formé sur une excroissance du bord d'attaque 7a, en regard d'une rainure 48 aménagée dans la bride amont 3a du carter 3.
[0023] De plus, la figure 2 montre une variante de passage du flux du deuxième canal de refroidissement 24 du distributeur 7 vers la cavité 26. Ce passage s'obtient par un prolongement 24p du canal 24. Ce prolongement vient, en se courbant et se rétrécissant dans l'exemple illustré, déboucher directement dans la cavité 26 par une ouverture 50 formée dans la bride 3b du carter 3. [0024] Selon une autre alternative, illustrée à la figure 3, l'aubage mobile ne présente pas de talon. Le support d'anneau 9 reste à distance suffisante du bord 1 1 b de l'aube 1 1 afin d'empêcher tout contact lors de dilatations thermiques de l'aubage mobile 1 1 . De plus, une couche de matériau abradable 37 peut être projetée sur le support d'anneau pour assurer l'étanchéité en sommet de l'aubage. Cette configuration présente l'avantage de pouvoir disposer d'une cavité 26 de plus grand volume et donc d'une plus grande quantité de flux d'air Fs permettant un meilleur transfert thermique avec la face externe Fe du support d'anneau, avant échappement par l'ouverture 56 vers la veine de sortie 13. Une tôle annulaire perforée 30 peut également être prévue dans cette cavité, par exemple par soudage à mi-hauteur. De plus, le montage du support d'anneau 9 est simplifié par maintien sur le carter 3 à l'aide d'une bride 33.
[0025] La figure 4 illustre un exemple de système de refroidissement en mode parallèle conforme à l'invention à partir d'une configuration d'aubage mobile 1 1 sans talon. Ce système de refroidissement comporte deux circuits de circulation de flux d'air Fs et Fs' indépendants. Le premier circuit se rapporte au refroidissement du distributeur 7 à partir de l'aspiration par l'ouverture 15 du carter 3 et la circulation de flux d'air Fs dans les canaux 19 et 24, telle que décrite en référence aux figures 1 et 2, jusqu'au premier lamage 7 formé dans le bras 7b du distributeur 7. Aucun lamage n'est ici formé dans la bride 3b du carter 3. Un canal 52 de sortie directe est formé dans le support d'anneau 9 en vis-à-vis du lamage 7 et débouche dans la veine de sortie 13. En sortie du lamage 7ê, l'air du flux Fs pénètre alors dans l'entrée 53 du canal 52 pour sortir dans la veine 13.
[0026] Le deuxième circuit d'air est réalisé à partir d'un deuxième orifice 54 formé dans le carter 3 au niveau du support d'anneau 9. Par dépression, le flux d'air Fs' traverse la cavité 26 et sort par une deuxième ouverture 56 pratiquée dans le support d'anneau 9, parallèlement à la sortie du canal 52. Les deux circuits contribuent ainsi au refroidissement du support d'anneau 9.
[0027] L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Ainsi, les circulations d'air en liaison avec le stator et avec le support d'anneau d'étanchéité peuvent être totalement indépendantes en prévoyant une sortie du canal radial 24 des aubes 7 du stator directement dans la veine 13. Il est par ailleurs possible de prévoir un nombre de canaux radiaux supérieur à deux dans les aubes du distributeur, plusieurs ouvertures dans le carter au niveau de chaque stator, distributeur, ou support d'anneau, ou encore des montages du distributeur ou du support d'anneau sur le carter par tout moyen approprié connu de l'homme de l'art (sertissage, frettage, soudage, etc.). Par ailleurs, le nombre de distributeurs et de rotors n'est pas limité à un mais correspond à toute turbine visée par la présente invention.

Claims

Revendications
1 . Procédé de refroidissement de pièces (7, 9) de turbine (1 ) d'un moteur présentant à l'échappement une architecture à Cp positif sur l'ensemble des régimes de fonctionnement pour lesquels un refroidissement est souhaité, destiné à au moins un couple de pièces comportant un stator amont (7) et un support d'anneau d'étanchéité (9) d'un aubage mobile (1 1 ) aval adjacent au stator (7), consistant à prélever (15, 54) un flux d'air ambiant (Fs, Fs') par aspiration au niveau d'au moins une pièce à refroidir (7, 9), suivi d'une traversée produisant une convection forcée (19, 24, 52, 26, 30) en liaison avec cette pièce (7, 9), puis d'une réintroduction avale (42, 56) de l'air dans la veine de sortie (13), caractérisé en ce que le refroidissement est réalisé en mode série par une circulation successive du même flux d'air (Fs) dans les deux pièces (7, 9), en mode parallèle par des circulations indépendantes de flux d'air (Fs, Fs') dans chacune des deux pièces (7, 9), ou en mode mixte par la circulation successive d'un même flux (Fs) dans les deux pièces et la circulation indépendante d'un deuxième flux (Fs') dans la deuxième pièce
(9), par prélèvement d'air ambiant au niveau du stator amont (7) pour des refroidissements série et mixte, et de chaque pièce (7, 9) pour des refroidissements parallèle et mixte.
2. Procédé de refroidissement selon la revendication 1 , dans lequel les réintroductions avales (52, 56) dans la veine de sortie(13) sont réalisées par des échappements parallèles.
3. Système de refroidissement de turbines de turbomachines pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, comportant au moins un couple de pièces à refroidir composé d'un stator amont de distributeur à aubes fixes (7) et d'un support d'anneau d'étanchéité (9) d'un rotor à aubage mobile aval (1 1 ) adjacent au stator (7), un carter de turbine (3) et une veine de sortie (13), au moins une ouverture (15, 54) dans le carter (3) en regard d'au moins une pièce à refroidir (7, 9), une circulation d'air forcée (19, 24, 26) en liaison avec cette pièce (7, 9) et au moins une sortie avale (42, 56) dans la veine (13), caractérisé en ce que le refroidissement du distributeur (7) et du support d'anneau d'étanchéité (9) de rotor de turbine sont effectués en série, un canal de communication {2>ê, 7ê; 24p) en sortie d'une aube du distributeur (7) débouchant dans une cavité (26) en liaison radiale avec la face externe (Fe) du support d'anneau (9) puis vers la veine de sortie (13) de la turbine par au moins un orifice (40) formé dans le support d'anneau (9).
4. Système de refroidissement selon la revendication précédente, dans lequel une ouverture (15) est formée dans le carter (3) en regard d'une entrée (17) de circulation d'air dans chaque aube (7) du distributeur à refroidir, cette circulation étant réalisée par un circuit radial comportant au moins deux canaux (19, 24), ainsi qu'une sortie d'air (42) dans la veine de sortie (13) de la turbine.
5. Système de refroidissement selon la revendication précédente, dans lequel une cavité axisymétrique (25b) est prévue entre les deux canaux (19, 24) afin d'homogénéiser la pression du flux (FS) et réaliser un meilleur refroidissement des aubes fixes (7).
6. Système de refroidissement selon la revendication précédente, dans lequel le support d'anneau présente au moins un crochet amont (32) apte à enserrer des brides lamées (3b, 7b) du carter et de l'aube du distributeur pour former le canal de communication.
7. Système de refroidissement selon la revendication 6, dans lequel le canal de circulation (19, 24) dans chaque aube (7) du stator comporte un prolongement (24p) débouchant directement dans la cavité (26) pour former le canal de communication.
8. Système de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel une tôle annulaire perforée (30) est prévue dans la cavité (26) du circuit de refroidissement de l'anneau (9).
9. Système de refroidissement de turbines de turbomachines pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, comportant au moins un couple de pièces à refroidir composé d'un stator amont de distributeur à aubes fixes (7) et d'un support d'anneau d'étanchéité (9) d'un rotor à aubage mobile aval (1 1 ) adjacent au stator (7), un carter de turbine (3) et une veine de sortie (13), au moins une ouverture (15, 54) dans le carter (3) en regard d'au moins une pièce à refroidir (7, 9), une circulation d'air forcée (19, 24, 26) en liaison avec cette pièce (7, 9) et au moins une sortie avale (42, 56) dans la veine (13), caractérisé en ce que le refroidissement est effectué en mode parallèle, le circuit radial de l'aube du distributeur (7) débouchant en regard d'une entrée (52) de canal aménagé dans le support d'anneau (9) du rotor pour le traverser jusqu'à la veine de sortie (13), et un orifice (54) étant formé dans le carter (3) en vis-à-vis du support d'anneau (9) pour prélever un flux d'air ambiant (Fs') par aspiration et former un circuit de circulation d'air parallèle traversant la cavité (26) et le support d'anneau (9) par un orifice de sortie (56).
10. Système de refroissement de turbines de turbomachines pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, comportant au moins un couple de pièces à refroidir composé d'un stator amont de distributeur à aubes fixes (7) et d'un support d'anneau d'étanchéité (9) d'un rotor à aubage mobile aval (1 1 ) adjacent au stator (7), un carter de turbine (3) et une veine de sortie (13), au moins une ouverture (15, 54) dans le carter (3) en regard d'au moins une pièce à refroidir (7, 9), une circulation d'air forcée (19, 24, 26) en liaison avec cette pièce (7, 9) et au moins une sortie avale (42, 56) dans la veine (13), caractérisé en ce que le refroidissement est effectué en mode mixte par une circulation successive du même flux (Fs) dans les deux pièces (7, 9) pour un refroidissement en mode série selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, et par une circulation de flux (Fs) indépendante dans la deuxième pièce (9) pour un refroidissement en mode parallèle selon la revendication précédente.
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