EP3797212A1 - Secteur angulaire d'aubage de turbomachine avec etancheite entre secteurs - Google Patents

Secteur angulaire d'aubage de turbomachine avec etancheite entre secteurs

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EP3797212A1
EP3797212A1 EP19733849.4A EP19733849A EP3797212A1 EP 3797212 A1 EP3797212 A1 EP 3797212A1 EP 19733849 A EP19733849 A EP 19733849A EP 3797212 A1 EP3797212 A1 EP 3797212A1
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EP
European Patent Office
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cells
sector
sectors
angular sectors
adjacent
Prior art date
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Pending
Application number
EP19733849.4A
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German (de)
English (en)
Inventor
Alexis Hector Ulysse GEORGE
Christophe SCHOLTES
Antoine Robert Alain Brunet
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
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    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/36—Retaining components in desired mutual position by a form fit connection, e.g. by interlocking

Definitions

  • the invention relates to an angular sector of a turbomachine blade, in particular an angular sector of blading of a rectifier equipping a compressor or a distributor equipping a turbine of this turbomachine.
  • the gas turbine engines comprise, in known manner, fixed internal blade crowns, which are mounted in external casings of a primary flow stream of the engine and which are interposed axially between mobile compressor blade wheels or between mobile turbine blade wheels of these engines.
  • Each fixed rotor ring is mounted with a dynamic seal around a compressor or turbine rotor.
  • each ring of fixed blades has internally a block of abradable material which is intended to cooperate with wiper seals integral in rotation of the associated compressor rotor or turbine to allow to ensure gas tightness.
  • Part of the gas is nevertheless likely to creep between the fixed blades and the moving blades of the compressor or turbine rotors, in the opposite direction of the main flow circulating in the primary flow vein.
  • Fixed internal blade crowns are rectifiers when interposed between compressor wheels, or constitute distributors when interposed between turbine wheels.
  • the fixed blade crowns are often made in the form of an assembly of angular sectors which are juxtaposed with each other. next to the others until forming an entire crown of fixed blades. These crowns thus reveal an inter-sector clearance that allows for recirculation passages for gases, no longer around the feet of the angular sectors, but between them.
  • the difficulty in ensuring a satisfactory level of sealing lies in the fact that the angular sectors of the crown move because of the mechanical and thermal deformations occurring during the operation of the engine.
  • the clearance between the sectors and the leakage rate vary during the operation of the engine.
  • the hot play during operation of the engine must also never be zero because contact between the platforms of the sectors may cause ovalization of the casing which is external to the fixed blade and / or matting of the surfaces in contact, this which could increase drastically the stresses exerted on the fixed blade, with the consequence in particular a postponement of these constraints on the outer casing of the engine which receives the fixed blade.
  • a postponement of these constraints may have the consequence of causing an ovalization of the outer casing and of significantly modifying the radial clearances between this casing and the neighboring mobile blades, with a very negative impact for the engine in terms of service life.
  • the sealing between two adjacent adjacent fixed crown crown sectors is ensured by tongue-and-groove sealing systems interposed between these sectors in order to limit leaks between sectors.
  • These sealing systems can be used to seal fixed rotor crown sectors placed in the primary flow vein, and also, in the case of a double-flow motor, to seal sectors. fixed crown crown placed in the vein of secondary flow.
  • tabs are housed between two adjacent sectors in housings that have been machined in the sectors.
  • the tabs make it possible to hinder the flow of gases passing through the inter-sector clearance.
  • an angular sector of the blade crown comprises, with respect to the axis of the ring gear, a radially outer platform substantially in the form of an angular section of a cylinder, a radially inner platform in the form of an angular section of a cylinder, at least two vanes which extend between said platforms, a foot connected to the inner platform and at least one block of abradable honeycomb material which extends internally to the foot, as described in documents FR-2.552.159-A1 and JP-2008/180149-A.
  • the tabs interposed between two sectors are embedded in the mass of the two adjacent feet of the two sectors and in housing vis-à-vis the inner and outer platforms adjacent to the two sectors.
  • Documents FR-2.732.416-A1, EP-1.229.213-A1, and EP-0.017.534-A1 describe such configurations.
  • the tabs can not be arranged over the entire radial thickness of the foot. As a result, there remains between the gaming sectors through which the gases can circulate. There is therefore a need for an alternative sealing technology to dispense with such tongues and improve the seal between the fixed crown sectors.
  • the invention proposes for this purpose to take advantage of the block of abradable material arranged inside the inner platform to ensure a seal directly between transverse end walls of two adjacent fixed crown crown sectors.
  • the invention proposes an angular sector of turbomachine fixed rotor crown, in particular a stator or distributor, said sector extending at a determined angle about an axis A of the fixed rotor crown and comprising, with respect to the axis A of said fixed crown ring, a radially outer platform, a radially inner platform, at least two vanes which extend between said platforms, and at least one block of abradable nest material, bee which extends internally to the inner platform between transverse ends of the sector and which comprises radially oriented tubular cells, characterized in that the block of abradable honeycomb material comprises at least one end wall transverse to the where all the cells are opened through openings which are turned on the opposite side to said sector.
  • the block of abradable material extends radially to the platform
  • the openings of the cells are all arranged in the same plane of said wall
  • each cell is of a width corresponding to a total width of said cell
  • the invention also relates to an assembly of two adjacent angular sectors of the type described above, characterized in that the transverse end walls of said adjacent angular sectors comprise open cells which are turned toward each other and in that the end wall cells of one of said adjacent angular sectors are offset by a determined offset in the axial direction relative to those of the end wall of the other of said adjacent angular sectors.
  • the cells of the adjacent angular sectors are arranged in staggered rows, the cells of the end wall of one of the adjacent angular sectors being offset in the axial direction relative to those of the end wall of the other of the angular sectors adjacent to a given offset equal to half the width of a cell,
  • the plane of the apertures of the cells of the end wall of one of the adjacent angular sectors forms a determined clearance with the plane of the apertures of the cells of the end wall of the other of the adjacent angular sectors
  • the determined clearance is zero or negative for the axially offset open cells to form baffles.
  • the invention relates to a ring of turbomachine fixed blades comprising a plurality of angular sectors of fixed rotor crown, characterized in that it comprises a predetermined number of sectors whose juxtaposition forms the entire crown of blading fixed, in that each fixed rotor crown angular sector comprises two opposite transverse end walls at which all the cells are open and in that each angular sector of fixed rotor crown is assembled with each of the angular sectors fixed crown crowns adjacent thereto to form an assembly of the type described above. DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a turbomachine according to the state of the art
  • FIG. 2 is a sectional detail view of a turbine of the turbomachine of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a sectional detail view of a compressor of the turbomachine of FIG. 1,
  • FIG. 4 is an end view of a turbine blade comprising an assembly of angular sectors of vane according to the invention
  • FIG. 5 is a perspective view of a blading sector of a blading sector according to the state of the art
  • FIG. 6A is a sectional view of the blading sector of FIG. 5;
  • FIG. 6B is a sectional view of a blading sector according to the invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of an assembly of blocks of abradable material of two angular sectors of vane
  • FIG. 8 is a sectional view of an assembly with a set of blocks of abradable material of two angular sectors of vane
  • FIG. 9 is a representative diagram of the flow rate of a recirculation flow passing through an assembly of angular sectors of blading as a function of the clearance between these sectors,
  • FIG. 10A is a sectional view of an assembly with a high set of blocks of abradable material of two angular sectors of vane, and of the flow of recirculating gas therethrough
  • - Figure 10B is a sectional view of an assembly with a reduced set of blocks of abradable material of two angular sectors of blading, and the flow of recirculating gas therethrough.
  • axial direction By axial direction, will be designated by extension any direction parallel to an axis A of a turbomachine, and by radial direction any direction perpendicular and extending radially relative to the axial direction.
  • FIG. 1 shows a turbomachine 10 of axis A of the double flow type.
  • a turbomachine 10 here a turbojet engine 10
  • LP low pressure compressor
  • HP high pressure compressor
  • HP high pressure turbine
  • LP low pressure turbine
  • exhaust nozzle 24 The rotor of the HP compressor 16 and the rotor of the HP turbine 20 are connected by an HP high pressure shaft 26 and form with it a high pressure body.
  • the rotor of the LP compressor 14 and the rotor of the LP low pressure turbine 22 are connected by an LP shaft 28 and form with it a low pressure body.
  • the high and low pressure bodies are traversed by a primary air flow "P” and the fan 12 produces a secondary air flow “S” which circulates in the turbojet engine 10, between a casing 11 and an outer casing 13 of the turbojet engine. in a cold flow channel 15.
  • the gases from the primary flow "P” are mixed with the secondary flow "S” to produce a propulsive force, the secondary flow "S” providing the majority here of the thrust.
  • the compressors BP 14 and HP 16 and the turbines HP 20 and BP 22 each respectively comprise several stages of compressor or turbine. As illustrated for example in FIG.
  • the LP turbine 22 comprises several turbine blades 22a, 22b, 22c, 22d, 22e whose blades are borne by associated ferrules 30a, 30b, 30c, 30d, 30e. which are assembled to one another by bolts 36.
  • the LP turbine 22 furthermore comprises fixed rotor blade crowns 32a, 32b, 32c, 32d of a diffuser 32 which are interposed between the turbine blades 22a, 22b, 22c, 22d, 22e.
  • Each ring of fixed vanes 32a, 32b, 32c, 32d of diffuser is formed of an assembly of sectors 34a, 34b, 34c, 34d fixed crown of rings, assembled around the axis A of the turbomachine 360 ° so as to form a complete ring of fixed blades 32a, 32b, 32c, 32d about the axis A.
  • FIG. 4 represents, by way of example, a diffuser blade 32a consisting of an assembly of ten blading sectors. 34a.
  • an HP compressor 16 of the turbomachine 10 may comprise a series of wheels 22a, 22b of mobile compressor blades between which are inserted stator fixed rotor crowns 32a which are themselves made in the form of an assembly of angular sectors 34a fixed crown of blades. It will therefore be understood that the invention applies to any assembly of fixed rotor crown angular sectors 34a, whether they are angular sectors of a rectifier intended for a compressor or of angular sectors of a diffuser. intended for a turbine.
  • a fixed compressor crown 32a consists of an assembly of angular crown sectors 34a. It can be seen that each ring of fixed blades, and in particular the blade crown 32a, is placed in the primary flow stream P forming a clearance with the adjacent wheels of compressor 22a and 22b, and in particular with ferrules 30a and 30b of these wheels 22a, 22b. Part of the pressurized gases of the primary flow P, which flows from upstream to downstream, tends to creep between the shells 30a and 30b and the angular sector 34a to recirculate from downstream to upstream according to a recirculation flow rc, represented by the arrows of Figure 3, which tends to bypass the angular sector 34a.
  • This recirculation flow rc is particularly penalizing.
  • the recirculation flow rc tends to reduce the performance of the turbine, or when it is a compressor, the performance of said compressor. This is the reason why current designs tend to minimize this recirculation flow rc by equipping the angular sector 34a with sealing means with the ferrule it surrounds.
  • each sector 34a extends at a predetermined angle around the axis of the ring gear 32a, which corresponds to the axis A of the turbomachine 10 previously illustrated in FIG.
  • each sector 34a comprises, relative to the axis A of the blade 32a, a radially outer platform 38a, a radially inner platform 40a, at least two blades 42a which extend substantially in a radial direction R between said platforms 38a, 40a, a foot 43a which extends radially inwardly from the inner platform 40a and at least one block 44a of abradable honeycomb material which therefore extends internally also to the inner platform 40a between transverse ends (not shown) of the angular sector 34a.
  • a radially inner radial sealing face 46a is configured to cooperate with wipers 48a of a labyrinth seal 50a carried by a rotor of the turbomachine, here the ferrule 30a.
  • This configuration substantially reduces the intensity of recirculation flow rc flowing between sector 34a and ferrule 30a. However, it has no influence on the recirculation flow between two adjacent sectors 34a.
  • each sector 34a has an upper housing 39a, formed in its outer platform 38a, which receives a tangential tongue 35a and a lower housing 41 has formed in its foot 43a, which receives a radial tongue 37a.
  • This configuration is particularly costly because it requires manufacturing tolerances of housing 39a, 41a precise on the one hand, and because it requires special mounting precautions, particularly with regard to sectors that are intended to close all of the blade 32a during assembly.
  • the invention proposes to simplify the sealing between the sectors 34a by taking advantage of the block 44a of abradable material already present radially inside the sector 34a with respect to the inner platform 40a so as to ensure a seal directly between the walls of the transverse ends 52a of two adjacent angular sectors 34a.
  • the abradable honeycomb material of each block 44 a comprising, in a manner known per se, tubular cells. 54a radially oriented in the radial direction R.
  • all the cells 54a are opened via openings 56a1 which are turned on the opposite side to the sector 44a in which they are formed, and which cooperate with openings 56a2 formed in the wall 52a of the other block 44a of the adjacent sector 34a.
  • the block of abradable material 44a of the sector 34a extends to the inner platform 40a.
  • This configuration has been shown in Figure 6B.
  • a conventional angular sector 34a such as that shown in FIG. 6A
  • the foot 43a has been removed and the block 44a of honeycomb material has been radially extended to the inner platform 40a so as to give a maximum height to the block 44a of honeycomb material, and in doing so, to give it maximum sealing.
  • this configuration makes it possible to dispense with the implementation of a conventional sealing system tabs arranged between the feet 43a of adjacent platforms.
  • the openings 56a1, 56a2 of the cells 54a are all arranged in the same associated plane T1, T2 of the wall 52a.
  • the wall 52a can therefore be obtained very simply.
  • the honeycomb material of block 44a is obtained by an additive manufacturing process. This configuration allows the formation of a wall 52a with regular cells 54a and a regular conformation of the openings 56a1, 56a2 without risk of damage during the manufacture of the wall 52a as could be the case using a removal process of matter.
  • the opening 56a1, 56a2 of each cell 54a is of a width corresponding to the total width I of said cell 54a. This configuration prevents the flow of gas rc does not remain trapped in an alveolus and creates micro-turbulences that would disturb the gas flow.
  • the cells 54a can take various cylindrical or polygonal shapes, and can also be different from each other. However, it has been found that the optimum orientation of the openings 56a1, 56a2 is obtained when the cells 54a are identical and of polygonal shape.
  • an assembly of two adjacent angular sectors 44a as shown in FIGS. 7 and 8 can advantageously be obtained with cavities 54a of the end wall 52 of one of said adjacent angular sectors 34a which are offset in the axial direction A of an offset d determined with respect to those of the end wall 52a of the other of said adjacent angular sectors 34a.
  • this shift d creates a series of obstacles to the flow rc which slows the flow. It suffices that the offset d has a non-zero value.
  • the cells 54a of the adjacent angular sectors 44a are staggered, the cells 54a of the end wall 52a of one of the adjacent angular sectors 44a being offset in the axial direction A relative to each other. to those of the end wall 52a of the other adjacent angular sectors 44a by an offset d equal to half the width I of a cell 54a.
  • the plane T1 of the openings 56a1 of the cells of the end wall 52a of one of the adjacent angular sectors 44a forms a clearance J determined with the plane T2 of the openings 56a2 of the cells 54a of the end wall 52a of the other adjacent angular sectors 44.
  • This set J conditions the flow rate of the recirculation flow rc passing between the sectors.
  • FIG. 9 which represents a flow rate D of the flow rc as a function of the value of the clearance J, it can be seen that the flow rate D decreases as that the game J decreases. From a minimum value Jmin of the set J, this flow rate D remains constant, minimal and equal to a minimum flow rate Dmin.
  • the clearance J can be zero since the cells 54a are arranged in staggered rows, as shown in FIGS. 7 and 10B, because because of the offset of the cells 54a there is no risk of interference of the cells 54a with each other.
  • the axially offset open cells 54a form baffles that slow the flow of gas rc with maximum efficiency.
  • the clearance J can also be negative, the cells 54a then being nested one inside the other to form baffles.
  • FIG. 10A illustrates a flow of gas rc corresponding to a clearance J of 0.5mm and FIG. 10B illustrates a flow of gas rc corresponding to a zero clearance J.
  • the flow flow rc is considerably reduced to zero clearance, and the flow rate can be reduced by almost 96%.
  • the fixed pitch crown 32a has a predetermined number of fixed crown crown sectors 34a whose juxtaposition forms the entire crown and comprises at least two of these sectors.
  • angular crowns 34a of fixed blades having blocks 44a of abradable material 44a provided with open cells 54a.
  • all sectors of fixed crowns of blading preferably comprise blocks 44a provided with open cells 54a.
  • the invention therefore advantageously makes it possible to ensure the sealing between fixed rotor crown angular sectors 32a in a simple and efficient manner, and to limit the flow rate of the recirculation flow rc between these angular sectors 32a, which makes it possible to improve in a way consequent the performance of a compressor or a turbine equipped with such angular sectors 32a fixed crown of blades.

Landscapes

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Abstract

Secteur angulaire de couronne d'aubage fixe de turbomachine (10), notamment de redresseur ou de distributeur, ledit secteur s'étendant suivant un angle déterminé autour d'un axe A de ladite couronne et comportant, par rapport audit axe A, une plateforme radialement extérieure, une plateforme radialement intérieure, au moins deux aubes qui s'étendent entre lesdites plateformes, et au moins un bloc de matériau abradable (44a) en nid d'abeilles qui s'étend intérieurement à la plateforme intérieure entre des extrémités transversales (52a) du secteur (34a) et qui comporte des alvéoles tubulaires (54a) orientées radialement, dans lequel le bloc de matériau abradable (44a) comporte au moins une paroi d'extrémité transversale (52a) au niveau de laquelle toutes les alvéoles sont ouvertes par des ouvertures (56al, 56a2) tournées du côté opposé audit secteur (34a).

Description

SECTEUR ANGULAIRE D'AUBAGE DE TURBOMACHINE AVEC ETANCHEITE ENTRE SECTEURS
L'invention concerne un secteur angulaire d'un aubage de turbomachine, notamment un secteur angulaire d'aubage d'un redresseur équipant un compresseur ou un distributeur équipant une turbine de cette turbomachine.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les moteurs à turbine à gaz comportent de manière connue des couronnes d’aubages internes fixes, qui sont montées dans des carters externes d'une veine de flux primaire du moteur et qui sont intercalées axialement entre des roues d’aubages mobiles de compresseur ou entre des roues d’aubages mobiles de turbine de ces moteurs. Chaque couronne d’aubages fixes est montée avec une étanchéité dynamique autour d’un rotor de compresseur ou de turbine. A cet effet, chaque couronne d’aubages fixes comporte intérieurement un bloc de matériau abradable qui est destiné à coopérer avec des joints à léchettes solidaires en rotation du rotor de compresseur ou de turbine associé pour permettre d’assurer une étanchéité aux gaz.
Une partie des gaz est néanmoins susceptible de s'insinuer entre les aubages fixes et les aubages mobiles des rotors de compresseur ou de turbine, en sens inverse du flux principal circulant dans la veine de flux primaire.
Les couronnes d’aubages internes fixes constituent des redresseurs lorsqu'elles sont intercalées entre des roues de compresseur, ou constituent des distributeurs lorsqu'elles sont intercalées entre des roues de turbine.
Dans le but de faciliter leur montage et de réduire leur coût de fabrication, les couronnes d’aubages fixes sont souvent réalisées sous la forme d'un assemblage de secteurs angulaires qui sont juxtaposés les uns à côté des autres jusqu'à former une couronne entière d’aubages fixes. Ces couronnes laissent ainsi apparaître un jeu inter-secteurs qui laisse subsister des passages de recirculation pour les gaz, non plus autour des pieds des secteurs angulaires, mais entre ceux-ci.
En effet, conventionnellement, une partie des gaz qui traversent d'amont en aval les aubages fixes a tendance à recirculer de l'aval vers l'amont à travers l'étanchéité qui est réalisée entre le bloc de matériau abradable et le joint à léchettes selon un débit de fuite que l'on cherche à maintenir aussi minimal que possible, car il affecte les performances du compresseur ou de la turbine correspondante. Une autre partie des gaz qui traverse d'amont en aval ces aubages a tendance à recirculer de l'aval vers l'amont en s'insinuant entre les secteurs en passant par le jeu entre les secteurs, aussi appelé jeu inter-secteurs.
La difficulté pour assurer un niveau satisfaisant d’étanchéité réside dans le fait que les secteurs angulaires de couronne se déplacent du fait des déformations mécaniques et thermiques survenant lors du fonctionnement du moteur. Ainsi, le jeu entre les secteurs et le débit de fuite varient au cours du fonctionnement du moteur. Le jeu à chaud lors du fonctionnement du moteur ne doit par ailleurs jamais être nul car un contact entre les plateformes des secteurs risquerait de provoquer une ovalisation du carter qui est extérieur à l'aubage fixe et/ou un matage des surfaces en contact, ce qui risquerait d'augmenter de manière drastique les contraintes s'exerçant sur l'aubage fixe, avec notamment pour conséquence un report de ces contraintes sur le carter extérieur du moteur qui reçoit l'aubage fixe.
Un report de ces contraintes peut avoir pour conséquence de causer une ovalisation du carter extérieur et de modifier de manière significative les jeux radiaux entre ce carter et les aubages mobiles voisins, avec un impact très négatif pour le moteur en terme de durée de vie.
Conventionnellement, l'étanchéité entre deux secteurs angulaires de couronne d'aubages fixes immédiatement voisins est assurée par des systèmes d’étanchéité à languettes interposés entre ces secteurs afin de limiter les fuites entre secteurs. Ces systèmes d'étanchéité peuvent être utilisés pour assurer l'étanchéité de secteurs de couronne d'aubages fixes placés dans la veine de flux primaire, et aussi, dans le cas d'un moteur à double flux, pour assurer l'étanchéité de secteurs de couronne d'aubages fixes placés dans la veine de flux secondaire.
Selon cette technologie, des languettes sont logées entre deux secteurs adjacents dans des logements qui ont été usinés dans les secteurs. Les languettes permettent de faire obstacle à l’écoulement des gaz passant par le jeu inter-secteurs.
Conventionnellement, un secteur angulaire de couronne d'aubages comporte, par rapport à l'axe de la couronne, une plateforme radialement extérieure sensiblement en forme de tronçon angulaire de cylindre, une plateforme radialement intérieure en forme de tronçon angulaire de cylindre, au moins deux aubes qui s'étendent entre lesdites plateformes, un pied lié à la plateforme intérieure et au moins un bloc de matériau abradable en nid d'abeilles qui s'étend intérieurement au pied, comme décrit dans les documents FR-2.552.159-A1 et JP-2008/180149-A. Les languettes interposées entre deux secteurs sont enchâssées dans la masse des deux pieds adjacents des deux secteurs et dans des logements en vis-à-vis des plateformes intérieures et extérieures adjacentes des deux secteurs. Les documents FR-2.732.416-A1 , EP-1.229.213-A1 , et EP-0.017.534-A1 décrivent de telles configurations.
Ces languettes sont toutefois peu aisées à monter. En outre, elles nécessitent la réalisation de logements dans les secteurs angulaires de couronne d'aubages fixes, qui sont d'un coût de fabrication élevé.
En ce qui concerne l'étanchéité réalisée intérieurement à la plateforme intérieure, les languettes ne peuvent de plus pas être agencées suivant toute l'épaisseur radiale du pied. Par conséquent, il subsiste entre les secteurs des jeux par lesquels les gaz peuvent circuler. Il existe donc un besoin pour une technologie d'étanchéité alternative permettant de se dispenser de telles languettes et d'améliorer l'étanchéité entre les secteurs de couronne d'aubages fixes.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention propose à cet effet de tirer parti du bloc de matériau abradable agencé à l'intérieur de la plateforme intérieure pour assurer une étanchéité directement entre des parois d'extrémités transversales de deux secteurs angulaires de couronne d'aubages fixes adjacents.
Dans ce but, l'invention propose un secteur angulaire de couronne d'aubages fixes de turbomachine, notamment de redresseur ou de distributeur, ledit secteur s'étendant suivant un angle déterminé autour d'un axe A de la couronne d'aubages fixes et comportant, par rapport à l'axe A de ladite couronne d'aubages fixes, une plateforme radialement extérieure, une plateforme radialement intérieure, au moins deux aubes qui s'étendent entre lesdites plateformes, et au moins un bloc de matériau abradable en nid d'abeilles qui s'étend intérieurement à la plateforme intérieure entre des extrémités transversales du secteur et qui comporte des alvéoles tubulaires orientées radialement, caractérisé en ce que le bloc de matériau abradable en nid d'abeilles comporte au moins une paroi d'extrémité transversale au niveau de laquelle toutes les alvéoles sont ouvertes par l'intermédiaire d' ouvertures qui sont tournées du côté opposé audit secteur.
Selon d'autres caractéristiques du secteur angulaire :
- le bloc de matériau abradable s'étend radialement jusqu'à la plateforme,
- les ouvertures des alvéoles sont toutes agencées dans un même plan de ladite paroi,
- l'ouverture de chaque alvéole est d'une largeur correspondant à une largeur totale de ladite alvéole,
- les alvéoles sont identiques et de forme polygonale. L'invention concerne aussi un assemblage de deux secteurs angulaires adjacents du type décrit précédemment, caractérisé en ce que les parois d'extrémité transversales desdits secteurs angulaires adjacents comportent des alvéoles ouvertes qui sont tournées l'une vers l'autre et en ce que les alvéoles de la paroi d'extrémité d'un desdits secteurs angulaires adjacents sont décalées d'un décalage déterminé suivant la direction axiale par rapport à celles de la paroi d'extrémité de l'autre desdits secteurs angulaires adjacents.
Selon d'autres caractéristiques de l'assemblage :
- les alvéoles des secteurs angulaires adjacents sont agencées en quinconce, les alvéoles de la paroi d'extrémité d'un des secteurs angulaires adjacents étant décalées suivant la direction axiale par rapport à celles de la paroi d'extrémité de l'autre des secteurs angulaires adjacents d'un décalage déterminé égal à la moitié de la largeur d'une alvéole,
- le plan des ouvertures des alvéoles de la paroi d'extrémité d'un des secteurs angulaires adjacents forme un jeu déterminé avec le plan des ouvertures des alvéoles de la paroi d'extrémité de l'autre des secteurs angulaires adjacents,
- le jeu déterminé est nul ou négatif pour que les alvéoles ouvertes décalées axialement forment des chicanes.
L'invention concerne enfin une couronne d'aubages fixes de turbomachine comportant une pluralité de secteurs angulaires de couronne d'aubages fixes, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre déterminé de secteurs dont la juxtaposition forme la totalité de la couronne d'aubages fixes, en ce que chaque secteur angulaire de couronne d'aubages fixes comporte deux parois d'extrémité transversales opposées au niveau desquelles toutes les alvéoles sont ouvertes et en ce que chaque secteur angulaire de couronne d'aubages fixes est assemblé avec chacun des secteurs angulaires de couronne d'aubages fixes qui lui sont adjacents pour former un assemblage du type décrit précédemment. DESCRIPTION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une turbomachine selon l'état de la technique,
- la figure 2 est une vue de détail en coupe d'une turbine de la turbomachine de la figure 1 ,
- la figure 3 est une vue en de détail en coupe d'un compresseur de la turbomachine de la figure 1 ,
- la figure 4 est une vue en bout d'un aubage de turbine comportant un assemblage de secteurs angulaires d'aubage selon l'invention,
- la figure 5 est une vue en perspective d'un secteur d'aubage d'un secteur d'aubage selon l'état de la technique,
- la figure 6A est une vue en coupe du secteur d'aubage de la figure 5,
- la figure 6B est une vue en coupe d'un secteur d'aubage selon l'invention,
- la figure 7 est une vue en perspective d'un assemblage de blocs de matériau abradable de deux secteurs angulaires d'aubage,
- la figure 8 est une vue en coupe d'un assemblage avec jeu de blocs de matériau abradable de deux secteurs angulaires d'aubage,
- la figure 9 est un diagramme représentatif du débit d'un flux de recirculation traversant un assemblage de secteurs angulaires d'aubage en fonction du jeu entre ces secteurs,
- la figure 10A est une vue en coupe d'un assemblage avec un jeu élevé de blocs de matériau abradable de deux secteurs angulaires d'aubage, et de l'écoulement de gaz de recirculation le traversant, - la figure 10B est une vue en coupe d'un assemblage avec un jeu réduit de blocs de matériau abradable de deux secteurs angulaires d'aubage, et de l'écoulement de gaz de recirculation le traversant.
DESCRIPTION DETAILLEE
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
Par direction axiale, on désignera par extension toute direction parallèle à un axe A d'une turbomachine, et par direction radiale toute direction perpendiculaire et s'étendant radialement par rapport à le direction axiale.
On a représenté à la figure 1 une turbomachine 10 d'axe A du type à double flux. Une telle turbomachine 10, ici un turboréacteur 10, comporte de manière connue une soufflante 12, un compresseur basse pression (BP) 14, un compresseur haute pression (HP) 16, une chambre de combustion 18, une turbine haute pression (HP) 20, une turbine basse pression (BP) 22 et une tuyère d'échappement 24. Le rotor du compresseur HP 16 et le rotor de la turbine HP 20 sont reliés par un arbre haute pression HP 26 et forment avec lui un corps haute pression. Le rotor du compresseur BP 14 et le rotor de la turbine basse pression BP 22 sont reliés par un arbre BP 28 et forment avec lui un corps basse pression.
Les corps haute et basse pression sont traversés par un flux d'air primaire "P" et la soufflante 12 produit un flux d'air secondaire "S" qui circule dans le turboréacteur 10, entre un carter 11 et une enveloppe externe 13 du turboréacteur, dans un canal de flux froid 15. En sortie de la tuyère 24, les gaz issus du flux primaire "P" sont mélangés au flux secondaire "S" pour produire une force de propulsion, le flux secondaire "S" fournissant ici la majorité de la poussée. Les compresseurs BP 14 et HP 16 et les turbines HP 20 et BP 22 comportent chacun respectivement plusieurs étages de compresseur ou de turbine. Comme l'illustre par exemple la figure 2, la turbine BP 22 comporte plusieurs roues d'aubages mobiles 22a, 22b, 22c, 22d, 22e de turbine dont les aubages sont portés par des viroles 30a, 30b, 30c, 30d, 30e associées qui sont assemblées les unes aux autres par des boulons 36.
La turbine BP 22 comporte par ailleurs des couronnes d'aubages fixes d’aubages 32a, 32b, 32c, 32d d'un diffuseur 32 qui sont intercalées entre les roues d'aubages mobiles 22a, 22b, 22c, 22d, 22e de turbine.
Chaque couronne d’aubages fixes 32a, 32b, 32c, 32d de diffuseur est formé d'un assemblage de secteurs 34a, 34b, 34c, 34d de couronne d'aubages fixes, assemblés autour de l'axe A de la turbomachine sur 360° de manière à constituer une couronne d'aubages fixes 32a, 32b, 32c, 32d complète autour de l'axe A. La figure 4 représente à titre d'exemple un aubage 32a de diffuseur constitué d'un assemblage de dix secteurs d'aubage 34a.
De la même manière, comme l'illustre la figure 3, un compresseur HP 16 de la turbomachine 10 peut comporter une série de roues 22a, 22b d’aubages mobiles de compresseur entre lesquelles sont intercalées des couronnes 32a d'aubages fixes de redresseur qui sont elles-mêmes réalisées sous la forme d’un assemblage de secteurs angulaires 34a de couronne d’aubages fixes. Il sera donc compris que l’invention s’applique à tout assemblage de secteurs angulaires 34a de couronne d’aubages fixes, qu’il s’agisse de secteurs angulaires d'un redresseur destiné à un compresseur ou de secteurs angulaires d'un diffuseur destiné à une turbine.
Comme l'illustre aussi la figure 3, une couronne d'aubages fixes 32a de compresseur est constitué d’un assemblage de secteurs angulaires 34a de couronne d'aubages. On voit que chaque couronne d'aubages fixes, et en particulier la couronne d'aubages 32a, est placée dans la veine de flux primaire P en formant un jeu avec les roues adjacentes de compresseur 22a et 22b, et en particulier avec des viroles 30a et 30b de ces roues 22a, 22b. Une partie des gaz sous pression du flux primaire P, qui circule de l’amont vers l’aval, tend à s’insinuer entre les viroles 30a et 30b et le secteur angulaire 34a pour recirculer de l’aval vers l’amont selon un flux de recirculation rc, représenté par les flèches de la figure 3, qui tend à contourner le secteur angulaire 34a.
L’existence de ce flux de recirculation rc est particulièrement pénalisante. Le flux de recirculation rc tend à diminuer les performances de la turbine, ou lorsqu’il s’agit d’un compresseur, les performances dudit compresseur. C’est la raison pour laquelle les conceptions actuelles tendent à minimiser ce flux de recirculation rc en équipant le secteur angulaire 34a de moyens d’étanchéité avec la virole qu’il entoure.
Comme l’illustre la figure 4, chaque secteur 34a s'étend suivant un angle déterminé a autour de l’axe de la couronne 32a, qui correspond à l’axe A de la turbomachine 10 précédemment illustrée sur la figure 1.
Par "inférieur", on désignera tout positionnement proche de l'axe A selon la direction radiale alors que par "supérieur", on désignera tout positionnement plus éloigné de l'axe A selon la direction radiale que le positionnement inférieur. Enfin, par "transversal" on désignera tout plan ou toute surface comprenant l'axe A et parallèle à un plan de section d'un secteur 34.
Conventionnellement, comme l'illustre la figure 3, chaque secteur 34a comporte, par rapport à l'axe A de l’aubage 32a, une plateforme 38a radialement extérieure, une plateforme 40a radialement intérieure, au moins deux aubes 42a qui s'étendent sensiblement suivant une direction radiale R entre lesdites plateformes 38a, 40a, un pied 43a qui s’étend radialement vers l’intérieur à partir de la plate-forme intérieure 40a et au moins un bloc 44a de matériau abradable en nid d'abeilles qui s'étend par conséquent intérieurement lui aussi à la plateforme intérieure 40a entre des extrémités transversales (non représentées) du secteur angulaire 34a. Une face radialement intérieure d'étanchéité radiale 46a est configurée pour coopérer avec des léchettes 48a d'un joint à labyrinthe 50a porté par un rotor de la turbomachine, ici la virole 30a.
Cette configuration permet sensiblement de réduire l’intensité du flux de recirculation rc circulant entre le secteur 34a et la virole 30a. Toutefois elle n’a pas d’influence sur le flux de recirculation entre deux secteurs 34a adjacents.
Conventionnellement, comme l'illustre la figure 5, l’étanchéité entre des secteurs adjacents 34a est réalisée par l’intermédiaire de languettes 35a, 37a qui sont reçues dans des logements 39a, 41 a qui sont agencés en regard les uns des autres entre les secteurs 34a pour former une barrière au flux de recirculation rc entre les secteurs 34a. Par exemple, chaque secteur 34a comporte un logement supérieur 39a, formé dans sa plateforme extérieure 38a, qui reçoit une languette tangentielle 35a et un logement inférieur 41 a formé dans son pied 43a, qui reçoit une languette radiale 37a. Cette configuration est particulièrement coûteuse car elle nécessite des tolérances de fabrication des logements 39a, 41 a précises d'une part, et car elle impose des précautions de montage particulières, notamment en ce qui concerne les secteurs qui sont destinés à fermer l’ensemble de l’aubage 32a lors de son montage.
L'invention propose de simplifier l’étanchéité entre les secteurs 34a en tirant parti du bloc 44a de matériau abradable déjà présent radialement à l'intérieur du secteur 34a par rapport à la plateforme intérieure 40a de manière à assurer une étanchéité directement entre des parois d'extrémités transversales 52a de deux secteurs angulaires 34a adjacents.
Comme l’illustrent les figures 7 et 8 qui représentent l'assemblage de deux secteurs angulaires 34a au niveau de leurs blocs 44a en matériau abradable, le matériau abradable en nid d'abeilles de chaque bloc 44a comportant de manière connue en soi des alvéoles tubulaires 54a orientées radialement selon la direction radiale R. Conformément à l'invention, au niveau de la paroi d'extrémité transversale 52a d'un bloc 44a, qui est destinée à coopérer avec la paroi d'extrémité transversale 52a de l'autre bloc 44a adjacent, toutes les alvéoles 54a sont ouvertes par l'intermédiaire d'ouvertures 56a1 qui sont tournées du côté opposé au secteur 44a dans lequel elles sont formées, et qui coopèrent avec des ouvertures 56a2 formées dans la paroi 52a de l'autre bloc 44a du secteur 34a adjacent.
Pour garantir une réduction optimale du débit de fuite rc sous la plateforme intérieure 40a du secteur 34, le bloc de matériau abradable 44a du secteur 34a, dans le mode de réalisation préféré de l’invention, s'étend jusqu'à la plateforme intérieure 40a. Cette configuration a été représentée à la figure 6B. Par rapport à un secteur angulaire 34a conventionnel comme celui qui a été représenté à la figure 6A, le pied 43a a été supprimé et le bloc 44a de matériau en nid d’abeilles a été étendu radialement jusqu’à la plateforme intérieure 40a de manière à conférer une hauteur maximale au bloc 44a de matériau en nid d’abeilles, et ce faisant, à lui conférer une étanchéité maximale. Par ailleurs, cette configuration permet de se dispenser de la mise en place d’un système d’étanchéité conventionnel à languettes agencé entre les pieds 43a des plateformes adjacentes.
Comme l'illustrent les figures 7 et 8, les ouvertures 56a1 , 56a2 des alvéoles 54a sont toutes agencées dans un même plan associé T1 , T2 de la paroi 52a. La paroi 52a peut donc être obtenue très simplement. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le matériau en nid d'abeilles du bloc 44a est obtenu par un procédé de fabrication additive. Cette configuration permet la formation d'une paroi 52a dotée d'alvéoles régulières 54a et une conformation régulière des ouvertures 56a1 , 56a2 sans risquer de détérioration lors de la fabrication de la paroi 52a comme cela pourrait être le cas en utilisant un procédé d'enlèvement de matière.
De préférence, comme l'illustre la figure 8, l'ouverture 56a1 , 56a2 de chaque alvéole 54a est d'une largeur correspondant à la largeur totale I de ladite alvéole 54a. Cette configuration permet d'éviter que le flux de gaz rc ne reste prisonnier d'une alvéole et n'y crée de micro-turbulences qui perturberaient l'écoulement gazeux.
Les alvéoles 54a peuvent prendre diverse formes cylindriques ou polygonales, et peuvent aussi être différentes les unes des autres. Toutefois, il a été constaté que l'orientation optimale des ouvertures 56a1 , 56a2 est obtenue lorsque les alvéoles 54a sont identiques et de forme polygonale.
Dans cette configuration, un assemblage de deux secteurs angulaires adjacents 44a tel que représenté aux figures 7 et 8 peut avantageusement être obtenu avec des alvéoles 54a de la paroi d'extrémité 52 d'un desdits secteurs angulaires adjacents 34a qui sont décalées suivant la direction axiale A d'un décalage d déterminé par rapport à celles de la paroi d'extrémité 52a de l'autre desdits secteurs angulaires adjacents 34a. Comme l'illustrent les figures 7 et 10B, ce décalage d permet de créer une série d'obstacles au flux rc qui en ralentit le débit. Il suffit que le décalage d présente une valeur non nulle.
Comme l'illustrent les figures 7 et 8, les alvéoles 54a des secteurs angulaires adjacents 44a sont agencées en quinconce, les alvéoles 54a de la paroi d'extrémité 52a d'un des secteurs angulaires adjacents 44a étant décalées suivant la direction axiale A par rapport à celles de la paroi d'extrémité 52a de l'autre des secteurs angulaires 44a adjacents d'un décalage d égal à la moitié de la largeur I d'une alvéole 54a.
Comme on peut le voir à la figure 8, le plan T1 des ouvertures 56a1 des alvéoles de la paroi d'extrémité 52a d'un des secteurs angulaires adjacents 44a forme un jeu J déterminé avec le plan T2 des ouvertures 56a2 des alvéoles 54a de la paroi d'extrémité 52a de l'autre des secteurs angulaires adjacents 44. Ce jeu J conditionne le débit du flux rc de recirculation passant entre les secteurs.
Comme l'illustre la figure 9 qui représente un débit D du flux rc en fonction de la valeur du jeu J, on constate que le débit D décroit à mesure que le jeu J décroît. A partir d'une valeur minimale Jmin du jeu J, ce débit D reste constant, minimal et égal à un débit minimal Dmin.
Le jeu J peut être nul dès lors que les alvéoles 54a sont disposées en quinconce, comme représenté aux figures 7 et 10B, car du fait du décalage des alvéoles 54a il n'y a pas de risque d'interférence des alvéoles 54a entre elles. En ce cas, les alvéoles ouvertes 54a décalées axialement forment des chicanes qui ralentissent le flux de gaz rc avec une efficacité maximale.
Le jeu J peut également être négatif, les alvéoles 54a étant alors imbriquées les unes dans les autres pour former des chicanes.
La figure 10A illustre un flux de gaz rc correspondant à un jeu J de 0.5mm et la figure 10B illustre un flux de gaz rc correspondant à un jeu J nul. L'écoulement de flux rc est considérablement réduit à jeu nul, et le débit peut être réduit de pratiquement 96%.
Comme on l'a vu en référence à la figure 4, la couronne 32a d'aubages fixes comporte un nombre déterminé de secteurs 34a de couronne d'aubages fixes dont la juxtaposition forme la totalité la couronne et elle comprend au moins deux de ces secteurs angulaires 34a de couronne d'aubages fixes comportant des blocs 44a de matériau abradable 44a munis d'alvéoles ouvertes 54a. Il sera compris que bien évidemment, tous les secteurs de couronne d’aubages fixes comportent de préférence de blocs 44a munis d'alvéoles ouvertes 54a. Ainsi, chaque secteur angulaire 34a de couronne d'aubages fixes est assemblé avec chacun des secteurs angulaires 34a de couronne d'aubages fixes qui lui sont adjacents dans un assemblage du type décrit précédemment, et chaque bloc 44a comporte à ses deux extrémités des parois d'extrémités transversales opposées 52a qui sont conformées avec des alvéoles ouvertes 54a.
L’invention permet donc avantageusement d’assurer l’étanchéité entre des secteurs angulaires 32a de couronne d’aubages fixe de manière simple et efficace, et de limiter le débit du flux rc de recirculation entre ces secteurs angulaires 32a, ce qui permet d’améliorer de manière conséquente les performances d’un compresseur ou d’une turbine équipée de telle secteurs angulaires 32a de couronne d'aubages fixes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Secteur angulaire (34a) de couronne d'aubages fixes (32a) de turbomachine (10), notamment de redresseur ou de distributeur, ledit secteur (34a) s'étendant suivant un angle (a) déterminé autour d'un axe A de (32a) et comportant, par rapport à l'axe A de ladite couronne (32a), une plateforme radialement extérieure (38a), une plateforme radialement intérieure (40a), au moins deux aubes (42a) qui s'étendent entre lesdites plateformes (38a, 40a), et au moins un bloc de matériau abradable en nid d'abeilles (44a) qui s'étend intérieurement à la plateforme intérieure (40a) entre des extrémités transversales (52a) du secteur (34a) et qui comporte des alvéoles tubulaires (54a) orientées radialement,
caractérisé en ce que le bloc de matériau abradable (44a) en nid d'abeilles comporte au moins une paroi d'extrémité transversale (52a) au niveau de laquelle toutes les alvéoles (54a) sont ouvertes par l'intermédiaire d'ouvertures (56a1 , 56a2) qui sont tournées du côté opposé audit secteur (34a).
2. Secteur angulaire (34a) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le bloc de matériau abradable (44a) s'étend radialement jusqu'à la plateforme intérieure (40a).
3. Secteur angulaire (34a) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les ouvertures (56a1 , 56a2) des alvéoles (54a) sont toutes agencées dans un même plan (T1 , T2) de ladite paroi (52a).
4. Secteur angulaire (34a) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ouverture (56a1 , 56a2) de chaque alvéole (54a) est d'une largeur correspondant à une largeur totale (I) de ladite alvéole (52a).
5. Secteur angulaire (34a) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les alvéoles (54a) sont identiques et de forme polygonale.
6. Assemblage de deux secteurs angulaires adjacents (34a) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les parois d'extrémité transversales (52a) desdits secteurs angulaires adjacents (34a) comportent des alvéoles ouvertes (56a1 , 56a2) qui sont tournées l'une vers l'autre et en ce que les alvéoles (56a1 ) de la paroi d'extrémité (52a) d'un desdits secteurs (34a) angulaires adjacents sont décalées d'un décalage (d) déterminé suivant la direction axiale (A) par rapport à celles de la paroi d'extrémité (52a) de l'autre desdits secteurs angulaires adjacents (34a).
7. Assemblage de deux secteurs angulaires adjacents (34a) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les alvéoles (54a) des secteurs angulaires adjacents (34a) sont agencées en quinconce, les alvéoles (54a) de la paroi d'extrémité (52a) d'un des secteurs angulaires adjacents (34a) étant décalées suivant la direction axiale (d) par rapport à celles (54a) de la paroi d'extrémité (52a) de l'autre des secteurs angulaires adjacents (34a) d'un décalage (d) déterminé égal à la moitié de la largeur (I) d'une alvéole.
8. Assemblage de deux secteurs angulaires adjacents (34a) selon l'une des revendications 6 ou 7 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que le plan (T1 ) des ouvertures (56a1 , 56a2) des alvéoles (54a) de la paroi d'extrémité (52) d'un des secteurs angulaires (34a) adjacents forme un jeu (J) déterminé avec le plan (T2) des ouvertures (56a2) des alvéoles (54a) de la paroi d'extrémité de l'autre des secteurs angulaires adjacents.
9. Assemblage de deux secteurs angulaires adjacents (34a) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit jeu déterminé (J) est nul ou négatif pour que les alvéoles ouvertes (54a) décalées axialement forment des chicanes.
10. Couronne d'aubages fixes (32a) de turbomachine comportant une pluralité de secteurs angulaires (34a) de couronne d"aubage fixes, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre déterminé de secteurs (34a) dont la juxtaposition forme la totalité de la couronne (32a) d'aubages fixes, en ce que chaque secteur angulaire (34a) de couronne d'aubages fixes comporte deux parois d'extrémité transversales opposées (52a) au niveau desquelles toutes les alvéoles (54a) sont ouvertes, et en ce que chaque secteur angulaire (34a) de couronne d'aubages fixes est assemblé avec chacun des secteurs angulaires (34a) de couronne d'aubages fixes qui lui sont adjacents pour former un assemblage selon l'une des revendications 6
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