EP4409114A1 - Turbine à gaz haute-pression pour une turbomachine et turbomachine - Google Patents

Turbine à gaz haute-pression pour une turbomachine et turbomachine

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EP4409114A1
EP4409114A1 EP22786385.9A EP22786385A EP4409114A1 EP 4409114 A1 EP4409114 A1 EP 4409114A1 EP 22786385 A EP22786385 A EP 22786385A EP 4409114 A1 EP4409114 A1 EP 4409114A1
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EP
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annular
downstream
spoiler
upstream
radially
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EP22786385.9A
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Francesco SALVATORI
Damien Bonneau
Nicolas CONTINI
Clément Jarrossay
Pascal Cédric TABARIN
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Safran Aircraft Engines SAS
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Definitions

  • This description relates to a high-pressure gas turbine for a turbomachine. It also relates to a turbomachine comprising such a gas turbine.
  • a turbomachine 10 of the turbofan turbojet type comprises, from upstream to downstream in the direction of the circulation of the gases inside the turbomachine 10, a fan 14, a low-pressure compressor 16, a high-pressure compressor 18, a combustion chamber 20, a high-pressure turbine 22, a low-pressure turbine 24 and an exhaust nozzle 26.
  • the low-pressure compressor 16 , the high-pressure compressor 18, the combustion chamber 20, the high-pressure turbine 22, the low-pressure turbine 24 and the exhaust nozzle 26 are arranged radially inside a casing 12 which delimits, radially outwards, an annular stream 11 of the turbine engine 10 in which the gases flow from upstream to downstream.
  • the high-pressure compressor 14 and the low-pressure compressor 18 are respectively connected to a high-pressure turbine 22 and a low-pressure turbine 24 by a respective shaft 15, 17 extending along the longitudinal axis X of rotation of the shafts of the turbomachine 10.
  • orientation qualifiers such as “longitudinal”, “radial” and “circumferential” are defined with reference to the longitudinal axis.
  • upstream and downstream are defined with respect to the direction of circulation of the gases within the turbomachine.
  • the high-pressure turbine 22 comprises a plurality of stages, one of them being partially shown in Figure 2, each comprising a distributor 30 and a moving wheel 40 mounted downstream of the distributor 30.
  • the distributor 30 comprises an internal annular platform 34 and an annular row of fixed vanes 32. Each fixed vane 32 extends radially in the annular vein 11 and is connected, radially inside to the internal annular platform 34
  • the distributor 30 generally comprises an annular radial flange 36 for attachment to the casing 5.
  • the moving wheel 40 comprises an annular row of moving blades 42 carried by a disc 41 comprising a plurality of cells on its outer periphery, each receiving a foot 46 of a blade 42.
  • Each moving blade 42 further comprises a sector of internal annular platform 44 of the impeller 40 from which extends a blade 42' radially outwards through the annular vein 11.
  • the internal annular platform 44 thus comprises a plurality of sectors arranged circumferentially end to end around the longitudinal axis X.
  • the internal annular platform 34 of the distributor 30 and the internal annular platform 44 of the impeller 40 each delimit, radially inwards, the annular vein 11.
  • the gases flowing in the annular stream 11 are introduced into a space formed longitudinally between the internal annular platform 34 of the distributor 30 and the internal annular platform 44 of the impeller 40, which reduces the performance of the turbomachine 10.
  • a baffle is formed in the longitudinal space between the internal annular platform 34 of the distributor 30 and the internal annular platform 44 of the movable wheel 44, limiting the leak, radially inward, gases flowing in the annular vein 11.
  • a purge air flow taken from the low-pressure compressor 14 and/or the high-pressure compressor 16, is directed through an annular purge cavity 62 towards the space formed longitudinally between the internal annular platform 34 of the distributor 30 and the internal annular platform 44 of the impeller 4.
  • This purge air flow thus makes it possible to redirect the gases that have entered the purge cavity 62 towards the annular vein 11.
  • This disclosure improves the situation.
  • a high-pressure gas turbine is proposed for a turbomachine extending around a longitudinal axis, the turbine comprising: - a distributor comprising an internal annular platform and an annular row of fixed vanes, each fixed vane being connected, radially inwards, to the internal annular platform,
  • the downstream sealing part comprising an upstream spoiler arranged, at least part, radially inside the internal annular platform of the distributor, the upstream sealing part comprising a first downstream spoiler, arranged, in whole or in part, radially inside the upstream spoiler of the upstream sealing part, the first downstream spoiler forming a radially outward projection of the sealing part, a radially outer end of said first downstream spoiler being arranged radially opposite said upstream spoiler, thus forming a first annular recirculation cavity which is delimited , longitudinally, by the distributor and the first downstream spoiler, the upstream sealing part comprising a second downstream spoiler forming a projection downstream, the second downstream spoiler being arranged radially nt inside the first downstream spoiler, the downstream sealing part comprising an upstream face extending radially and devoid of a spoiler interposed
  • the arrangement of the first downstream spoiler delimiting the first annular recirculation cavity allows the formation of a whirlpool, or vortex, of the gases of the annular vein which are introduced into the first annular recirculation cavity, these gases mixing with a flow of purge air coming from the second annular recirculation cavity and from the annular purge cavity.
  • a vortex makes it possible, on the one hand, to limit, or even to prevent, the gases of the annular stream from flowing more radially inwards, and on the other hand, to redirect these gases towards the annular stream.
  • the vortex impedes a flow, radially inward, of the gases coming from the annular vein.
  • the gases coming from the annular stream being introduced into the first annular recirculation cavity are thus advantageously mainly contained in the first annular recirculation cavity.
  • the second annular recirculation cavity also allows the formation of a vortex, or vortex, of the gases coming from the first annular recirculation cavity which are introduced into the secondary annular recirculation cavity, these gases mixing with a flow purge air from the annular purge cavity.
  • a vortex makes it possible to limit, or even prevent, the gases from flowing more radially inwards, and on the other hand, to redirect these gases towards the first annular recirculation cavity.
  • the vortex here obstructs a flow, radially inward, of the gases coming from the first annular recirculation cavity.
  • the gases coming from the first annular recirculation cavity entering the second annular recirculation cavity are thus advantageously mainly contained in the secondary annular recirculation cavity.
  • the characteristic that the first downstream spoiler projects radially outwards from the sealing part is equivalent, in other words, to the fact that the first downstream spoiler extends radially outwards from a annular part of the sealing part.
  • the first downstream spoiler can extend from a radially outer end of the annular part of the sealing part.
  • the characteristic according to which the second downstream spoiler forms a projection towards the downstream of the sealing part is equivalent, in other words, to the fact that the second spoiler downstream extends longitudinally downstream from an annular part of the sealing piece.
  • a so-called annular part may comprise a plurality of sectors arranged circumferentially end to end around an axis, in particular at 360° around said axis.
  • a so-called annular part can also be one-piece, that is to say formed from a single part and not from sectors.
  • the first annular recirculation cavity can be delimited radially outwards by a radially internal face of the internal annular platform of the distributor.
  • the first annular recirculation cavity may form a free space.
  • the first annular recirculation cavity may be devoid of any solid element.
  • the second annular recirculation cavity can form a free space.
  • the second annular recirculation cavity may be devoid of any solid element.
  • the clearance between the inner platform and the upstream spoiler may be a radially extending annular clearance. This play can be between 1 and 4.5 mm, .
  • the clearance between the first downstream spoiler and the upstream spoiler may be a radially extending annular clearance. This play can be between 0.5 and 3 mm, .
  • the clearance between the second downstream spoiler and the downstream sealing part may be an annular clearance extending axially. This game can be between 1.5 and 6 mm.
  • the dimensioning of the aforementioned clearances depends on the turbine engine and can be calculated on the transient operating phases of the turbine engine, taking into account the axial and radial displacements between the rotor and the stator, which can range from tenths of a millimeter to a few millimeters. It is therefore essential to ensure a minimum clearance between the stator and rotor parts in order to avoid any contact during the operation of the turbomachine.
  • the first downstream spoiler may extend radially outwards from a radially outer end of an annular part of the upstream sealing piece, said first annular recirculation cavity being delimited, radially inwards, by a radially outer face of the annular part of the upstream sealing piece, the radially outer annular face of said annular part having, in whole or in part, a concave shape.
  • the concave shape further promotes the formation of a vortex or whirlpool within the first recirculation cavity.
  • the upstream sealing part may comprise a concave surface connecting the first and second downstream spoilers.
  • Such a concave surface further promotes the formation of a vortex or whirlpool within the second recirculation cavity.
  • the first downstream spoiler may extend radially outwards from a radially outer end of an annular part of the upstream sealing piece, the first downstream spoiler comprising a frustoconical wall flared downstream extending from the radially outer and downstream end of the annular part of the upstream sealing part and a radial wall extending radially outwards from a downstream end of said frustoconical wall.
  • the first downstream spoiler may comprise a longitudinal wall projecting downstream from said radial wall.
  • the longitudinal wall of the first downstream spoiler makes it possible to form an additional curve in the duct connecting the annular recirculation cavity and the annular purge cavity.
  • the pressure drops of the gases flowing in the conduit connecting the annular recirculation cavity and the annular purge cavity are increased. This makes it possible to further limit, or even prevent, the propagation of gases coming from the annular vein towards the annular purge cavity.
  • the first downstream spoiler may have a plurality of holes, preferably regularly distributed circumferentially around the longitudinal axis. This allows a flow of purge air to pass through the holes from the second recirculation cavity to the first annular recirculation cavity, in particular at the level where the pressure of the gases in the second annular recirculation cavity is the highest. This further limits the introduction of gases from the annular stream into the first annular purge cavity.
  • the plurality of holes can be made through the tapered wall of said first downstream spoiler.
  • the second downstream spoiler may be cylindrical, i.e. may extend longitudinally downstream.
  • the angle between the tapered wall of the first downstream spoiler and the second downstream spoiler is between 30 and 45°, preferably between 35 and 40°.
  • the second downstream spoiler can be arranged axially opposite a recess or a recess formed in the downstream sealing part in order to keep a minimum axial play between the second downstream spoiler and the part of downstream sealing.
  • Such a recess or setback promotes the formation of a vortex or vortex in the second recirculation cavity, and prevents the introduction of hot gases into the purge cavity.
  • the upstream spoiler may have a radially outer face which is of frustoconical shape with a section decreasing towards the upstream extending over at least a first longitudinal portion.
  • Such a shape makes it easier to evacuate the purge air and the gases out of the first recirculation cavity towards the annular vein. Moreover, such a characteristic makes it possible to adapt the direction in which the gases mixed in the annular vein are reintroduced into the annular vein to minimize the disturbances on the gases flowing in the annular vein.
  • the radially outer face of said first upstream spoiler may be entirely of frustoconical shape with a section decreasing towards the upstream.
  • the upstream end of the upstream spoiler can be, in whole or in part, radially opposite the internal annular platform of the distributor.
  • the distributor may further comprise a radial annular flange extending radially inwards from the internal annular platform, the upstream sealing part being attached and fixed to the radial annular flange.
  • the upstream sealing part can be made in one piece with the radial annular flange of the distributor.
  • downstream sealing part can be attached and fixed on an upstream face of the annular row of moving blades, in particular on an upstream face of a disc of said annular row of moving blades.
  • downstream sealing piece may be integral with said annular row of moving blades or with said disk.
  • the second downstream spoiler may include a radially outward projecting part at its downstream end. Such a characteristic further makes it possible to promote the formation of a vortex or vortex in the second recirculation cavity, and to direct it towards the first recirculation cavity.
  • a radially internal annular face of the internal annular platform of the distributor may have, in whole or in part, a concave shape which is arranged radially opposite said upstream spoiler and/or the first recirculation cavity.
  • Such a form concave of the radially internal annular face of the internal annular platform of the distributor makes it possible to promote the appearance of a vortex at the level of the interface between the gases coming from the annular stream and the purge air.
  • the annular row of moving blades may include an inner annular platform, said first upstream spoiler extending from an upstream end of the inner annular platform.
  • Each moving blade of an annular row of moving blades may comprise a sector of the internal annular platform, said sectors being arranged circumferentially end to end.
  • Each moving vane may include a blade extending radially outward from the respective sector of the inner annular platform.
  • Each moving blade may include a blade root extending radially inward from the respective sector of the inner annular platform.
  • Each blade root can be received in an associated cell formed on the outer periphery of the disk.
  • each moving blade is formed in one piece with the respective sector of the internal annular platform.
  • a turbomachine comprising a high-pressure gas turbine of the aforementioned type.
  • FIG. 1 already described above, is a partial schematic sectional view of a prior art turbomachine
  • FIG. 2 is a partial schematic sectional view of a high-pressure turbine of the turbomachine of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a partial schematic view in perspective and in section of a high-pressure turbine according to one embodiment of this document;
  • FIG. 4 is a partial schematic sectional view of the turbine of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a detail view of Figure 4.
  • FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 5, illustrating an alternative embodiment.
  • FIG. 3 to 5 represent, according to a first embodiment, partially a high-pressure turbine of a turbomachine of axis longitudinal X.
  • the high-pressure turbine comprises a plurality of stages each comprising a distributor 30 and a movable wheel 40 mounted downstream of the distributor 30.
  • the nozzle 30 comprises an annular row of fixed vanes 32.
  • Each fixed vane 32 is connected, radially inwardly, to an internal annular platform 34 of the nozzle 30.
  • Each fixed vane 32 extends radially towards the inside. exterior from the internal annular platform 34.
  • Each fixed vane 32 is connected, radially outwards, to an external platform 34′ connected to an external casing of the high-pressure turbine.
  • a radially outer annular face of the inner annular platform 34 and a radially inner annular face of the outer platform 34' delimit, radially, respectively inwards and outwards, an annular vein 11 of the turbomachine 10 at the level of the distributor 30 of the high-pressure turbine.
  • each fixed vane 32 extends radially inside the annular vein 11.
  • the distributor 30 further comprises a radial annular flange 36 extending radially inward from the internal annular platform 34.
  • the distributor 30 can be connected to an internal turbomachine casing via the radial annular flange 36.
  • the rotor 40 comprises an annular row of rotor blades 42 carried by a disc 41.
  • the mobile wheel 40 comprises an internal annular platform 44.
  • Each mobile blade 42 of the mobile wheel 40 comprises a sector of the internal annular platform 44, the sectors being arranged circumferentially end to end around the longitudinal axis X.
  • An annular face radially outer 44a of the inner annular platform 44 delimits, radially inwards, the annular vein 11 at the level of the moving wheel 40 of the turbine.
  • Each moving blade 42 comprises a blade 42' extending radially outwards in the annular vein 11 from the respective sector of the internal annular platform 44.
  • the impeller 40 also comprises a downstream sealing part 43 attached and fixed to an upstream radial surface of the disc 41 and of the zone comprising the platform 44.
  • the downstream sealing part 43 comprises an upstream annular spoiler 47 which is annular and which extends at the level of the radially outer end of the downstream sealing part 43.
  • the upstream annular spoiler 47 is arranged, here in part, radially inside the internal annular platform 34 of the distributor 30 In other words, the upstream annular spoiler 47 is disposed radially inside the internal annular platform 34 of the distributor 30 and, in part, radially opposite the internal annular platform 34 of the distributor 30.
  • the end upstream of the upstream spoiler 47 is located longitudinally more upstream than the downstream end of the internal platform 34.
  • the downstream sealing part 43 can be an integral part of the disc 41 and/or of the platform 44.
  • the high-pressure turbine further comprises an upstream sealing piece 50, which here is annular, applied against a downstream face of the distributor 30.
  • the upstream sealing piece 50 is attached here and fixed to the radial annular flange 36.
  • the upstream sealing part 50 comprises an annular part 52 applied against a downstream face of the radial annular flange 36 of the distributor 30.
  • the annular part 52 of the upstream sealing part 50 can be fixed, by for example by bolting, to the radial annular flange 36 of the distributor 30.
  • the upstream sealing part can be an integral part of the casing of the high-pressure turbine.
  • the upstream sealing piece 50 includes a first downstream spoiler 54 which is annular.
  • the first downstream annular spoiler 54 is arranged, here in part, radially inside the upstream annular spoiler 47 of the downstream sealing part 43.
  • the first downstream annular spoiler 54 is arranged radially inside the spoiler upstream annular 47 and, in part, radially opposite the upstream annular spoiler 47.
  • the first downstream annular spoiler 54 extends radially outwards from a radially outer end of the annular part 52 of the annular part of sealing 50.
  • a radially outer end 55 of the first downstream annular spoiler 54 is arranged radially opposite the upstream annular spoiler 47, thus forming a first annular recirculation cavity 60 which is delimited, longitudinally, by the distributor 30 and the first downstream spoiler 54.
  • the first annular recirculation cavity 60 is here delimited, radially outwards, by a radially inner face 34a of the annular platform i 34 of the distributor 30.
  • the first annular recirculation cavity 60 is delimited, radially inwards, by a radially outer annular face 52a of the annular part 52 of the annular upstream sealing piece 50.
  • the first annular recirculation cavity 60 here forms a free space. In other words, the first annular recirculation cavity 60 is here devoid of any solid element.
  • a free space is formed, longitudinally, between the internal annular platform 34 of the distributor 30 and the internal annular platform 44 of the impeller 40.
  • the internal annular platform 34 of the distributor 30 and the upstream annular spoiler 47 of the movable wheel 40 together define a clearance or flow conduit between the annular vein 11 and the first annular recirculation cavity 60.
  • Such an arrangement of the first downstream annular spoiler 54 delimiting the first annular recirculation cavity 60 allows the formation of a whirlpool, or vortex (illustrated by arrows in Figure 4), gases flowing in the annular stream 1 1 which are introduced into the first annular recirculation cavity 60, these gases mixing with a purge air flow from an annular cavity of purge 62 and a second annular recirculation cavity 64 located radially inwards between the distributor 30 and the moving wheel 40.
  • a vortex makes it possible, on the one hand, to limit, or even to prevent, the gases from the vein 1 1 to flow more radially inwards, and on the other hand, to redirect these gases towards the annular vein 11 .
  • the vortex impedes a flow, radially inward, of the gases coming from the annular vein 11 .
  • the gases coming from the annular vein 11 being introduced into the first recirculation cavity 60 are thus advantageously contained in this cavity 60.
  • the quantity of gas from the annular vein 11 which penetrates into the second recirculation cavity 64 is reduced. and in the annular purge cavity 62.
  • the purge air flow rate necessary to redirect the gases that have entered the first annular recirculation cavity 60 to the annular vein 11 is reduced.
  • the moving wheel elements 40 are better protected.
  • the quantity of purge air taken from the high-pressure compressor and/or the low-pressure compressor is reduced, which makes it possible to improve the efficiency of the turbomachine.
  • the first downstream annular spoiler 54 comprises a frustoconical wall 54a flared downstream and extending from the radially outer end and downstream of the annular part 52 of the annular sealing piece 50.
  • the thickness of the frustoconical wall 54a decreases slightly downstream.
  • the first downstream annular spoiler 54 also comprises a radial annular wall 54b extending radially outwards from a downstream end of the frustoconical wall 54a.
  • a radial clearance is formed between the radially outer end of the first downstream spoiler 54 and the upstream spoiler 47, allowing the passage of a purge air flow coming from the second recirculation cavity 64 and from the purge cavity 62.
  • the annular part 52 of the annular sealing piece 50 has a radially outer annular face 52a having a concave shape.
  • the first downstream annular spoiler 54 may also have a plurality of holes (not shown) which may be regularly distributed circumferentially around the longitudinal axis X.
  • the plurality of holes may extend through the frustoconical wall 54a of the first downstream annular spoiler 54. This allows a purge air flow to pass through the holes 56 towards the first annular recirculation cavity 60, in particular at the level where the pressure of the gases in the first annular recirculation cavity 60 is the higher. This further limits the introduction of gases from the vein annular 11 in the second recirculation cavity 64 and in the annular purge cavity 62.
  • the first upstream annular spoiler 47 has a radially outer annular face 47a which is of frustoconical shape with a section decreasing towards the upstream and which extends over a first longitudinal portion of the first annular upstream spoiler 47.
  • the first portion of the upstream annular spoiler 47 is, here in part, radially opposite the internal annular platform 34 of the distributor 30
  • the radially outer annular face 47a of the first portion of the annular spoiler upstream 47 is here connected to the radially outer annular face 44a of the inner annular platform 44 of the movable wheel 40, in particular by a rounding.
  • the gases of the annular stream 11 introduced into the first annular recirculation cavity 60 via the conduit or gap formed between said upstream annular spoiler 47 and the internal annular platform 34 of the distributor 30, are mixed to the purge air flow to be redirected to the annular vein 11 .
  • a radially outer annular face 47a of the upstream annular spoiler 47 makes it possible to adapt the direction in which the gases mixed in the annular stream 11 are reintroduced into the annular stream 11 to minimize the disturbances on the gases flowing in the annular stream.
  • the taper of the radially outer annular face 47a of the upstream annular spoiler 47 may be chosen to minimize the disturbances on the gases flowing in the annular stream 11 .
  • the radially inner annular face 34a of the inner annular platform 34 of the distributor 30 has, here in part, a concave shape which is arranged radially opposite the upstream annular spoiler 47.
  • a concave shape of the face annular radially internal 34a of the internal annular platform 34 of the distributor 30 makes it possible to promote the appearance of a vortex at the level of the interface between the gases originating from the annular stream 11 and the purge air.
  • the upstream sealing part 50 comprises a second downstream annular spoiler 58 arranged radially inside the first downstream annular spoiler 54.
  • the second downstream annular spoiler 58 extends longitudinally downstream from the part 52 of the annular sealing piece 50.
  • the second downstream spoiler 58 has a cylindrical shape and forms an angle of between 30 and 45°, preferably between 35 and 40°, with the frustoconical wall 54a of the first downstream spoiler 54.
  • the second downstream spoiler 58 is located axially opposite an annular recess 43a made in the downstream sealing part 43. An axial play is formed between the downstream end of the second downstream spoiler 58 and the wall bottom of the recess 43a, so as to allow the passage of a purge air flow from the purge cavity 62.
  • the second recirculation cavity 64 is delimited by the first downstream spoiler 54, the second downstream spoiler 58 and the upstream surface of the second sealing part 43.
  • a small quantity of gases from the first annular recirculation cavity 60 can emerge into the second recirculation cavity 64 through the clearance formed between the upstream spoiler 47 and the first downstream spoiler 54. These gases are then mixed with the purge air flow from the purge cavity 62, entering the second recirculation cavity 64 through the clearance formed between the second downstream spoiler 58 and the downstream sealing piece 43. Once mixed with the air, these gases are redirected to the first recirculation cavity 60 then to the annular vein 11 .
  • the shape of the second cavity 64 makes it possible to generate vortices or vortices, illustrated by arrows in FIG. 4, making it possible to facilitate such mixing and such evacuation. This limits, or even prevents, a flow of gases towards the purge cavity 62.
  • Figure 6 illustrates an alternative embodiment in which a part of the second downstream spoiler 58, for example the downstream end of the second downstream spoiler, comprises a projecting part 58a radially outwards, for example a radially oblique part outwards and longitudinally downstream.
  • a projecting part 58a makes it possible to further improve the evacuation efficiency of the vortex created at the level of the second recirculation cavity 64.
  • the annular sealing piece 50 may be made in one piece with the radial annular flange 36 of the distributor 30.
  • the annular sealing part 50 may comprise a plurality of sectors arranged circumferentially end to end around the longitudinal axis X.

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Abstract

L'invention concerne une turbine à gaz haute-pression pour une turbomachine (10), la turbine comprenant un distributeur (30), une rangée annulaire d'aubes mobiles (40) montée en aval du distributeur (30), une première cavité de recirculation (60), une seconde cavité de recirculation (64) et une cavité de purge (62), une pièce d'étanchéité amont (50) montée sur le distributeur (30) et une pièce d'étanchéité aval (50) montée sur la rangée annulaire d'aubes mobiles (40).

Description

Description
TURBINE A GAZ HAUTE-PRESSION POUR UNE TURBOMACHINE ET TURBOMACHINE
Domaine technique
[1] La présente description se rapporte à une turbine à gaz haute-pression pour une turbomachine. Elle se rapporte également à une turbomachine comprenant une telle turbine à gaz.
Technique antérieure
[2] Classiquement, telle que représentée à la figure 1 , une turbomachine 10 de type turboréacteur à double flux comporte, de l’amont vers l’aval dans le sens de la circulation des gaz à l’intérieur de la turbomachine 10, une soufflante 14, un compresseur basse- pression 16, un compresseur haute-pression 18, une chambre de combustion 20, une turbine haute-pression 22, une turbine basse-pression 24 et une tuyère d’échappement 26. Le compresseur basse-pression 16, le compresseur haute-pression 18, la chambre de combustion 20, la turbine haute-pression 22, la turbine basse-pression 24 et la tuyère d’échappement 26 sont agencés radialement à l’intérieur d’un carter 12 qui délimite, radialement vers l’extérieur, une veine annulaire 1 1 de la turbomachine 10 dans laquelle s’écoule les gaz de l’amont vers l’aval.
[3] Le compresseur haute-pression 14 et le compresseur basse-pression 18 sont respectivement reliés à une turbine haute-pression 22 et une turbine basse-pression 24 par un arbre 15, 17 respectif s’étendant selon l’axe longitudinal X de rotation des arbres de la turbomachine 10. Dans la suite, les qualificatifs d’orientation, tels que « longitudinal », « radial » et « circonférentiel » sont définis par référence à l’axe longitudinal. Par ailleurs, les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation des gaz au sein de la turbomachine.
[4] La turbine haute-pression 22 comprend une pluralité d’étages, l’un d’entre eux étant partiellement représenté à la figure 2, comportant chacun un distributeur 30 et une roue mobile 40 montée en aval du distributeur 30.
[5] Le distributeur 30 comporte une plateforme annulaire interne 34 et une rangée annulaire d’aubes fixes 32. Chaque aube fixe 32 s’étend radialement dans la veine annulaire 11 et est reliée, radialement à l’intérieur à la plateforme annulaire interne 34. Le distributeur 30 comporte généralement une bride radiale annulaire 36 d’accrochage au carter 5.
[6] La roue mobile 40 comporte une rangée annulaire d’aubes mobiles 42 portée par un disque 41 comprenant une pluralité d’alvéoles sur sa périphérie externe, chacune recevant un pied 46 d’une aube 42. Chaque aube mobile 42 comprend en outre un secteur d’une plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 40 depuis lequel s’étend une pale 42’ radialement vers l’extérieur à travers la veine annulaire 1 1 . La plateforme annulaire interne 44 comporte ainsi une pluralité de secteurs disposés circonférentiellement bout à bout autour de l’axe longitudinal X.
[7] La plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et la plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 40 délimitent chacune, radialement vers l’intérieur, la veine annulaire 11.
[8] En fonctionnement, les gaz s’écoulant dans la veine annulaire 1 1 s’introduisent dans un espace formé longitudinalement entre la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et la plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 40, ce qui réduit les performances de la turbomachine 10. Pour limiter ce phénomène, il est connu d’agencer, radialement à l’intérieur de la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30, un becquet annulaire amont 47 de la plateforme annulaire interne 44 et un becquet annulaire aval 54 d’une pièce annulaire 50 d’étanchéité du carter 5. Ainsi, une chicane est formée dans l’espace longitudinal entre la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et la plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 44, limitant la fuite, radialement vers l’intérieur, des gaz s’écoulant dans la veine annulaire 1 1 .
[9] Par ailleurs, un flux d’air de purge, prélevé dans le compresseur basse-pression 14 et/ou le compresseur haute-pression 16, est dirigé à travers une cavité annulaire de purge 62 vers l’espace formé longitudinalement entre la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et la plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 4. Ce flux d’air de purge permet ainsi de rediriger les gaz s’étant introduits dans la cavité de purge 62 vers la veine annulaire 1 1 .
[10] Toutefois, cette solution ne présente pas entière satisfaction en ce que le prélèvement d’air pris au niveau du compresseur basse-pression 14 et/ou du compresseur haute- pression 16 diminue le rendement de la turbomachine 10. Par ailleurs, la réintroduction, dans la veine annulaire 1 1 , de l’air de purge et des gaz s’étant introduit dans la cavité de purge 62 perturbe l’écoulement dans la veine annulaire 11 , ce qui diminue également les performances de la turbomachine 10.
Résumé
La présente divulgation vient améliorer la situation.
Il est proposé une turbine à gaz haute-pression pour une turbomachine s’étendant autour d’un axe longitudinal, la turbine comprenant : - un distributeur comprenant une plateforme annulaire interne et une rangée annulaire d’aubes fixes, chaque aube fixe étant reliée, radialement vers l’intérieur, à la plateforme annulaire interne,
- une rangée annulaire d’aubes mobiles montée en aval du distributeur, comportant un disque à partir duquel des aubes s’étendent radialement vers l’extérieur,
- une pièce d’étanchéité amont appliquée contre une face aval du distributeur et une pièce d’étanchéité aval une face amont du disque de la rangée annulaire d’aubes mobiles, la pièce d’étanchéité aval comprenant un becquet amont agencé, au moins en partie, radialement à l’intérieur de la plateforme annulaire interne du distributeur, la pièce d’étanchéité amont comprenant un premier becquet aval, agencé, en tout ou partie, radialement à l’intérieur du becquet amont de pièce d’étanchéité amont, le premier becquet aval formant une saillie radialement vers l’extérieur de la pièce d’étanchéité, une extrémité radialement externe dudit premier becquet aval étant agencée en vis-à-vis radial dudit becquet amont, formant ainsi une première cavité annulaire de recirculation qui est délimitée, longitudinalement, par le distributeur et le premier becquet aval, la pièce d’étanchéité amont comprenant un second becquet aval formant une saillie vers l’aval, le second becquet aval étant agencé radialement à l’intérieur du premier becquet aval, la pièce d’étanchéité aval comportant une face amont s’étendant radialement et dépourvue de becquet intercalé radialement entre lesdits premier becquet aval et second becquet aval de la pièce d’étanchéité amont, formant ainsi une seconde cavité annulaire de recirculation qui est délimitée par lesdits premier becquet aval et second becquet aval de la pièce d’étanchéité amont et par la face amont de la pièce d’étanchéité aval, une cavité annulaire de purge étant délimitée entre le distributeur et la rangée annulaire d’aubes mobiles et située radialement à l’intérieur de la seconde cavité annulaire de recirculation, un flux d’air de purge ou un flux de gaz étant apte à s’écouler entre une veine annulaire située radialement à l’extérieur de la plateforme interne du distributeur et la première cavité annulaire de circulation, au travers d’un jeu entre la plateforme interne et le becquet amont, entre la première cavité de recirculation et la seconde cavité de recirculation, au travers d’un jeu entre le premier becquet aval et le becquet amont, et entre la seconde cavité de recirculation et la cavité de purge, au travers d’un jeu entre le second becquet aval et la pièce d’étanchéité aval.
[11] L’agencement du premier becquet aval délimitant la première cavité annulaire de recirculation permet la formation d’un tourbillon, ou vortex, des gaz de la veine annulaire qui s’introduisent dans la première cavité annulaire de recirculation, ces gaz se mélangeant avec un flux d’air de purge provenant de la seconde cavité annulaire de recirculation et de la cavité annulaire de purge. Un tel tourbillon permet, d’une part, de limiter, voire d’empêcher, les gaz de la veine annulaire de s’écouler davantage radialement vers l’intérieur, et d’autre part, de réorienter ces gaz vers la veine annulaire. En d’autres termes, le tourbillon fait obstacle à un écoulement, radialement vers l’intérieur, des gaz provenant de la veine annulaire. Les gaz provenant de la veine annulaire s’introduisant dans la première cavité annulaire de recirculation sont ainsi avantageusement majoritairement contenus dans la première cavité annulaire de recirculation.
[12] La seconde cavité annulaire de recirculation permet également la formation d’un tourbillon, ou vortex, des gaz issus de la première cavité annulaire de recirculation qui s’introduisent dans la secondaire cavité annulaire de recirculation, ces gaz se mélangeant avec un flux d’air de purge provenant de la cavité annulaire de purge. Comme précédemment, un tel tourbillon permet, de limiter, voire d’empêcher, les gaz de s’écouler davantage radialement vers l’intérieur, et d’autre part, de réorienter ces gaz vers la première cavité annulaire de recirculation. En d’autres termes, le tourbillon fait ici obstacle à un écoulement, radialement vers l’intérieur, des gaz provenant de la première cavité annulaire de recirculation. Les gaz provenant de la première cavité annulaire de recirculation s’introduisant dans la seconde cavité annulaire de recirculation sont ainsi avantageusement majoritairement contenus dans la secondaire cavité annulaire de recirculation.
[13] Ainsi, on diminue la quantité de gaz de la veine annulaire qui pénètre dans la cavité annulaire de purge.
[14] Par ailleurs, on réduit le débit d’air de purge nécessaire pour rediriger les gaz s’étant introduits dans les première et seconde cavités annulaires de recirculation vers la veine annulaire. Ainsi, les éléments de la rangée annulaire d’aubes mobiles sont mieux protégés. Aussi, la quantité d’air de purge prélevée dans le compresseur haute-pression et/ou le compresseur basse-pression est réduite, ce qui permet d’améliorer le rendement de la turbomachine.
[15] La caractéristique selon laquelle le premier becquet aval forme une saillie radialement vers l’extérieur de la pièce d’étanchéité équivaut, en d’autres termes, à ce que le premier becquet aval s’étend radialement vers l’extérieur depuis une partie annulaire de la pièce d’étanchéité. Le premier becquet aval peut s’étendre depuis une extrémité radialement externe de la partie annulaire de la pièce d’étanchéité.
[16] Par ailleurs, la caractéristique selon laquelle le second becquet aval forme une saillie vers l’aval de la pièce d’étanchéité équivaut, en d’autres termes, à ce que le second becquet aval s’étend longitudinalement vers l’aval depuis une partie annulaire de la pièce d’étanchéité.
[17] Dans le présent exposé, une pièce dite annulaire peut comprendre une pluralité de secteurs disposés circonférentiellement bout à bout autour d’un axe, notamment à 360° autour dudit axe. Bien entendu, une pièce dite annulaire peut également être monobloc, c’est-à-dire formée d’une seule pièce et non de secteurs.
[18] La première cavité annulaire de recirculation peut être délimitée radialement vers l’extérieur par une face radialement interne de la plateforme annulaire interne du distributeur. La première cavité annulaire de recirculation peut former un espace libre. En d’autres termes, la première cavité annulaire de recirculation peut être dépourvue de tout élément solide. De même, la seconde cavité annulaire de recirculation peut former un espace libre. En d’autres termes, la seconde cavité annulaire de recirculation peut être dépourvue de tout élément solide.
[19] Le jeu entre la plateforme interne et le becquet amont peut être un jeu annulaire s’étendant radialement. Ce jeu peut être compris entre 1 et 4.5 mm, .
[20] Le jeu entre le premier becquet aval et le becquet amont peut être un jeu annulaire s’étendant radialement. Ce jeu peut être compris entre 0.5 et 3 mm, .
[21] Le jeu entre le second becquet aval et la pièce d’étanchéité aval peut être un jeu annulaire s’étendant axialement. Ce jeu peut être compris entre 1 .5 et 6 mm, .
[22] Le dimensionnement des jeux précités dépend de la turbomachine et peut être calculé sur les phases transitoires de fonctionnement de la turbomachine, en prenant en compte les déplacements axiaux et radiaux entre le rotor et le stator, pouvant aller du dixième de millimètre à quelques millimètres. Il est donc essentiel d’assurer un jeu minimum entre les parties stator et rotor afin d’éviter tout contact pendant le fonctionnement de la turbomachine.
[23] Le premier becquet aval peut s’étendre radialement vers l’extérieur depuis une extrémité radialement externe d’une partie annulaire de la pièce d’étanchéité amont, ladite première cavité annulaire de recirculation étant délimitée, radialement vers l’intérieur, par une face radialement externe de la partie annulaire de la pièce d’étanchéité amont, la face annulaire radialement externe de ladite partie annulaire présentant, en tout ou partie, une forme concave.
[24] La forme concave permet de favoriser encore la formation d’un vortex ou tourbillon au sein de la première cavité de recirculation. [25] La pièce d’étanchéité amont peut comporter une surface concave reliant les premier et second becquets aval.
[26] Une telle surface concave permet de favoriser encore la formation d’un vortex ou tourbillon au sein de la seconde cavité de recirculation.
[27] Le premier becquet aval peut s’étendre radialement vers l’extérieur depuis une extrémité radialement externe d’une partie annulaire de la pièce d’étanchéité amont, le premier becquet aval comprenant une paroi tronconique évasée vers l’aval s’étendant depuis l’extrémité radialement externe et aval de la partie annulaire de la pièce d’étanchéité amont et une paroi radiale s’étendant radialement vers l’extérieur depuis une extrémité aval de ladite paroi tronconique.
[28] Le premier becquet aval peut comprendre une paroi longitudinale s’étendant en saillie vers l’aval depuis ladite paroi radiale. La paroi longitudinale du premier becquet aval permet de former une courbe supplémentaire dans le conduit reliant la cavité annulaire de recirculation et la cavité annulaire de purge. Ainsi, on augmente les pertes de charges des gaz s’écoulant dans le conduit reliant la cavité annulaire de recirculation et la cavité annulaire de purge. Cela permet de limiter davantage, voire d’empêcher, la propagation des gaz provenant de la veine annulaire vers la cavité annulaire de purge.
[29] Le premier becquet aval peut présenter une pluralité de trous, de préférence régulièrement répartis circonférentiellement autour de l’axe longitudinal. Cela permet de laisser passer un flux d’air de purge à travers les trous depuis la seconde cavité de recirculation vers la première cavité annulaire de recirculation, notamment au niveau où la pression des gaz dans la seconde cavité annulaire de recirculation est la plus élevée. On limite ainsi encore plus l’introduction des gaz provenant de la veine annulaire dans la première cavité annulaire de purge.
[30] La pluralité de trous peut être réalisée au travers de la paroi tronconique dudit premier becquet aval.
[31] Le second becquet aval peut être cylindrique, c’est-à-dire peut s’étendre longitudinalement vers l’aval.
[32] L’angle entre la paroi tronconique du premier becquet aval et le second becquet aval est compris entre 30 et 45°, préférentiellement entre 35 et 40°.
[33] Un tel angle favorise la formation de vortex ou tourbillons dans chacune des première et seconde cavités de recirculation. [34] Le second becquet aval peut être agencé en vis-à-vis axial d’un renfoncement ou d’un décrochement ménagé dans la pièce d’étanchéité aval afin de garder un jeu axial minimum entre le second becquet aval et la pièce d’étanchéité aval.
[35] Un tel renfoncement ou décrochement permet de favoriser la formation d’un vortex ou tourbillon dans la seconde cavité de recirculation, et empêcher l’introduction de gaz chauds dans la cavité de purge.
[36] Le becquet amont peut présenter une face radialement externe qui est de forme tronconique à section diminuant vers l’amont s’étendant sur au moins une première portion longitudinale.
[37] Une telle forme permet de faciliter l’évacuation de l’air de purge et des gaz hors de la première cavité de recirculation vers la veine annulaire. Par ailleurs, une telle caractéristique permet d’adapter la direction dans laquelle les gaz mélangés dans la veine annulaire sont réintroduits dans la veine annulaire pour minimiser les perturbations sur les gaz s’écoulant dans la veine annulaire.
[38] La face radialement externe dudit premier becquet amont peut être entièrement de forme tronconique à section diminuant vers l’amont.
[39] L’ extrémité amont du becquet amont peut être, en tout ou partie, en vis-à-vis radial de la plateforme annulaire interne du distributeur.
[40] Le distributeur peut comporter en outre une bride annulaire radiale s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la plateforme annulaire interne, la pièce d’étanchéité amont étant rapportée et fixée à la bride annulaire radiale. Alternativement, la pièce d’étanchéité amont peut être venue de matière avec la bride annulaire radiale du distributeur.
[41] Par ailleurs, la pièce d’étanchéité aval peut être rapportée et fixée sur une face amont de la rangée annulaire d’aubes mobiles, en particulier sur une face amont d’un disque de ladite rangée annulaire d’aubes mobiles. Alternativement, la pièce d’étanchéité aval peut être venue de matière avec ladite rangée annulaire d’aubes mobiles ou avec ledit disque.
[42] Le second becquet aval peut comporter une partie en saillie radialement vers l’extérieur à son extrémité aval. Une telle caractéristique permet encore de favoriser la formation d’un vortex ou tourbillon dans la seconde cavité de recirculation, et de le diriger vers la première cavité de recirculation.
[43] Une face annulaire radialement interne de la plateforme annulaire interne du distributeur peut présenter, en tout ou partie, une forme concave qui est agencée en vis-à- vis radial dudit becquet amont et/ou de la première cavité de recirculation. Une telle forme concave de la face annulaire radialement interne de la plateforme annulaire interne du distributeur permet de favoriser l’apparition d’un tourbillon au niveau de l’interface entre les gaz provenant de la veine annulaire et l’air de purge.
[44] La rangée annulaire d’aubes mobiles peut comprendre une plateforme annulaire interne, ledit premier becquet amont s’étendant depuis une extrémité amont de la plateforme annulaire interne.
[45] Chaque aube mobile de rangée annulaire d’aubes mobiles peut comprendre un secteur de la plateforme annulaire interne, lesdits secteurs étant agencés circonférentiellement bout à bout. Chaque aube mobile peut comprendre une pale s’étendant radialement vers l’extérieur depuis le secteur respectif de la plateforme annulaire interne. Chaque aube mobile peut comprendre un pied d’aube s’étendant radialement vers l’intérieur depuis le secteur respectif de la plateforme annulaire interne. Chaque pied d’aube peut être reçu dans une alvéole associée formée sur la périphérie externe du disque. En variante, chaque aube mobile est formée d’une seule pièce avec le secteur respectif de la plateforme annulaire interne.
[46] Selon un autre aspect, il est décrit une turbomachine comprenant une turbine à gaz haute-pression du type précité.
Brève description des dessins
[47] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
[48] [Fig. 1], déjà décrite précédemment, est une vue schématique partielle en coupe d’une turbomachine de l’art antérieur ;
[49] [Fig. 2], déjà décrite précédemment, est une vue schématique partielle en coupe d’une turbine haute-pression de la turbomachine de la figure 1 ;
[50] [Fig. 3] est une vue schématique partielle en perspective et en coupe d’une turbine haute-pression selon une forme de réalisation du présent document ;
[51] [Fig. 4] est une vue schématique partielle en coupe de la turbine de la figure 3 ;
[52] [Fig. 5] est une vue de détail de la figure 4 ;
[53] [Fig. 6] est une vue correspondant à la figure 5, illustrant une variante de réalisation.
Description des modes de réalisation
[54] Il est maintenant fait référence aux figures 3 à 5 qui représentent, selon un premier mode de réalisation, partiellement une turbine haute-pression d’une turbomachine d’axe longitudinal X. La turbine haute-pression comprend une pluralité d’étages comprenant chacun un distributeur 30 et une roue mobile 40 montée en aval du distributeur 30.
[55] Le distributeur 30 comprend une rangée annulaire d’aubes fixes 32. Chaque aube fixe 32 est reliée, radialement vers l’intérieur, à une plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30. Chaque aube fixe 32 s’étend radialement vers l’extérieur depuis la plateforme annulaire interne 34. Chaque aube fixe 32 est reliée, radialement vers l’extérieur, à une plateforme externe 34’ reliée à un carter externe de la turbine haute- pression. Une face annulaire radialement externe de la plateforme annulaire interne 34 et une face annulaire radialement interne de la plateforme externe 34’ délimitent, radialement, respectivement vers l’intérieur et vers l’extérieur, une veine annulaire 1 1 de la turbomachine 10 au niveau du distributeur 30 de la turbine haute-pression. Ainsi, chaque aube fixe 32 s’étend radialement à l’intérieur de la veine annulaire 1 1 .
[56] Le distributeur 30 comporte en outre une bride annulaire radiale 36 s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la plateforme annulaire interne 34. Le distributeur 30 peut être relié à un carter interne de turbomachine par l’intermédiaire de la bride annulaire radiale 36.
[57] La roue mobile 40 comporte une rangée annulaire d’aubes mobiles 42 portée par un disque 41 . La roue mobile 40 comprend une plateforme annulaire interne 44. Chaque aube mobile 42 de la roue mobile 40 comprend un secteur de la plateforme annulaire interne 44, les secteurs étant agencés circonférentiellement bout à bout autour de l’axe longitudinal X. Une face annulaire radialement externe 44a de la plateforme annulaire interne 44 délimite, radialement vers l’intérieur, la veine annulaire 11 au niveau de la roue mobile 40 de la turbine. Chaque aube mobile 42 comprend une pale 42’ s’étendant, radialement vers l’extérieur, dans la veine annulaire 1 1 depuis le secteur respectif de la plateforme annulaire interne 44.
[58] La roue mobile 40 comprend aussi une pièce d’étanchéité aval 43 rapportée et fixée sur une surface radiale amont du disque 41 et de la zone comportant la plateforme 44. La pièce d’étanchéité aval 43 comporte un becquet annulaire amont 47 qui est annulaire et qui s’étend au niveau de l’extrémité radialement externe de la pièce d’étanchéité aval 43. Le becquet annulaire amont 47 est agencé, ici en partie, radialement à l’intérieur de la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30. Autrement dit, le becquet annulaire amont 47 est disposé radialement à l’intérieur de la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et, en partie, en vis-à-vis radial de la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30. L’extrémité amont du becquet amont 47 est située longitudinalement plus en amont que l’extrémité aval de la plateforme interne 34. La pièce d’étanchéité aval 43 peut être partie intégrante du disque 41 et/ou de la plateforme 44.
[59] La turbine haute-pression comprend en outre une pièce d’étanchéité amont 50, qui est ici annulaire, appliquée contre une face aval du distributeur 30. La pièce d’étanchéité amont 50 est ici rapportée et fixée à la bride annulaire radiale 36. Pour ce faire, la pièce d’étanchéité amont 50 comprend une partie annulaire 52 appliquée contre une face aval de la bride annulaire radiale 36 du distributeur 30. La partie annulaire 52 de la pièce d’étanchéité amont 50 peut être fixée, par exemple par boulonnage, à la bride annulaire radiale 36 du distributeur 30. La pièce d’étanchéité amont peut être partie intégrante du carter de la turbine haute-pression.
[60] La pièce d’étanchéité amont 50 comporte un premier becquet aval 54 qui est annulaire. Le premier becquet annulaire aval 54 est agencé, ici en partie, radialement à l’intérieur du becquet annulaire amont 47 de la pièce d’étanchéité aval 43. Autrement dit, le premier becquet annulaire aval 54 est disposé radialement à l’intérieur du becquet annulaire amont 47 et, en partie, en vis-à-vis radial du becquet annulaire amont 47. Le premier becquet annulaire aval 54 s’étend radialement vers l’extérieur depuis une extrémité radialement externe de la partie annulaire 52 de la pièce annulaire d’étanchéité 50. De manière remarquable, une extrémité radialement externe 55 du premier becquet annulaire aval 54 est agencée en vis-à-vis radial du becquet annulaire amont 47, formant ainsi une première cavité annulaire de recirculation 60 qui est délimitée, longitudinalement, par le distributeur 30 et le premier becquet aval 54. La première cavité annulaire de recirculation 60 est ici délimitée, radialement vers l’extérieur, par une face radialement interne 34a de la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30. La première cavité annulaire de recirculation 60 est délimitée, radialement vers l’intérieur, par une face annulaire radialement externe 52a de la partie annulaire 52 de la pièce annulaire d’étanchéité amont 50. La première cavité annulaire de recirculation 60 forme ici un espace libre. En d’autres termes, la première cavité annulaire de recirculation 60 est ici dépourvue de tout élément solide.
[61] De manière remarquable, un espace libre est formé, longitudinalement, entre la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et la plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 40. La plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et le becquet annulaire amont 47 de la roue mobile 40 définissent ensemble un jeu ou conduit d’écoulement entre la veine annulaire 11 et la première cavité annulaire de recirculation 60.
[62] Un tel agencement du premier becquet annulaire aval 54 délimitant la première cavité annulaire de recirculation 60 permet la formation d’un tourbillon, ou vortex (illustré par des flèches à la figure 4), des gaz s’écoulant dans la veine annulaire 1 1 qui s’introduisent dans la première cavité annulaire de recirculation 60, ces gaz se mélangeant avec un flux d’air de purge provenant d’une cavité annulaire de purge 62 et d’une seconde cavité annulaire de recirculation 64 se situant radialement vers l’intérieur entre le distributeur 30 et la roue mobile 40. Un tel tourbillon permet, d’une part, de limiter, voire d’empêcher, les gaz de la veine 1 1 de s’écouler davantage radialement vers l’intérieur, et d’autre part, de réorienter ces gaz vers la veine annulaire 11 . En d’autres termes, le tourbillon fait obstacle à un écoulement, radialement vers l’intérieur, des gaz provenant de la veine annulaire 11 . Les gaz provenant de la veine annulaire 11 s’introduisant dans la première cavité de recirculation 60 sont ainsi avantageusement contenus dans cette cavité 60. Ainsi, on diminue la quantité de gaz de la veine annulaire 1 1 qui pénètre dans la seconde cavité de recirculation 64 et dans la cavité annulaire de purge 62.
[63] Par ailleurs, on réduit le débit d’air de purge nécessaire pour rediriger les gaz s’étant introduits dans la première cavité annulaire de recirculation 60 vers la veine annulaire 11 . Ainsi, les éléments de roue mobile 40 sont mieux protégés. Aussi, la quantité d’air de purge prélevée dans le compresseur haute-pression et/ou le compresseur basse-pression est réduite, ce qui permet d’améliorer le rendement de la turbomachine.
[64] En référence à la figure 5 qui est une vue à plus grande échelle de la figure 4, on distingue que le premier becquet annulaire aval 54 comprend une paroi tronconique 54a évaséevers l’aval et s’étendant depuis l’extrémité radialement externe et aval de la partie annulaire 52 de la pièce annulaire d’étanchéité 50. L’épaisseur de la paroi tronconique 54a diminue légèrement vers l’aval. Le premier becquet annulaire aval 54 comprend aussi une paroi annulaire radiale 54b s’étendant radialement vers l’extérieur depuis une extrémité aval de la paroi tronconique 54a. Un jeu radial est formé entre l’extrémité radialement externe du premier becquet aval 54 et le becquet amont 47, autorisant le passage d’un flux d’air de purge provenant de la seconde cavité de recirculation 64 et de la cavité de purge 62. La partie annulaire 52 de la pièce annulaire d’étanchéité 50 présente une face annulaire radialement externe 52a ayant une forme concave.
[65] Le premier becquet annulaire aval 54 peut également présenter une pluralité de trous (non représentés) qui peuvent être régulièrement répartis circonférentiellement autour de l’axe longitudinal X. La pluralité de trous peut s’étendre au travers de la paroi tronconique 54a du premier becquet annulaire aval 54. Cela permet de laisser passer un flux d’air de purge à travers les trous 56 vers la première cavité annulaire de recirculation 60, notamment au niveau où la pression des gaz dans la première cavité annulaire de recirculation 60 est la plus élevée. On limite ainsi encore plus l’introduction des gaz provenant de la veine annulaire 11 dans la seconde cavité de recirculation 64 et dans la cavité annulaire de purge 62.
[66] Par ailleurs, tel que visible aux figures 3 et 4, le premier becquet annulaire amont 47 présente une face annulaire radialement externe 47a qui est de forme tronconique à section diminuant vers l’amont et qui s’étend sur une première portion longitudinale du premier annulaire becquet amont 47. La première portion du becquet annulaire amont 47 est, ici en partie, en vis-à-vis radial de la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 La face annulaire radialement externe 47a de la première portion du becquet annulaire amont 47 est ici reliée à la face annulaire radialement externe 44a de la plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 40, notamment par un arrondi.
[67] En fonctionnement, les gaz de la veine annulaire 1 1 introduits dans la première cavité annulaire de recirculation 60 par l’intermédiaire du conduit ou jeu formé entre ledit becquet annulaire amont 47 et la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30, sont mélangés au flux d’air de purge pour être redirigés vers la veine annulaire 11 . Une telle face annulaire radialement externe 47a du becquet annulaire amont 47 permet d’adapter la direction dans laquelle les gaz mélangés dans la veine annulaire 1 1 sont réintroduits dans la veine annulaire 11 pour minimiser les perturbations sur les gaz s’écoulant dans la veine annulaire 11. En particulier, la conicité de la face annulaire radialement externe 47a du becquet annulaire amont 47 pourra être choisie pour minimiser les perturbations sur les gaz s’écoulant dans la veine annulaire 11 .
[68] La face annulaire radialement interne 34a de la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 présente, ici en partie, une forme concave qui est agencée en vis-à-vis radial du becquet annulaire amont 47. Une telle forme concave de la face annulaire radialement interne 34a de la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 permet de favoriser l’apparition d’un tourbillon au niveau de l’interface entre les gaz provenant de la veine annulaire 11 et l’air de purge.
[69] Par ailleurs, la pièce d’étanchéité amont 50 comprend un second becquet annulaire aval 58 agencé radialement à l’intérieur du premier becquet annulaire aval 54. Le second becquet annulaire aval 58 s’étend longitudinalement vers l’aval depuis la partie annulaire 52 de la pièce annulaire d’étanchéité 50. Le second becquet aval 58 présente une forme cylindrique et forme un angle compris entre 30 et 45°, préférentiellement entre 35 et 40°, avec la paroi tronconique 54a du premier becquet aval 54. Le second becquet aval 58 est situé en vis-à-vis axial d’un renfoncement annulaire 43a ménagé dans la pièce d’étanchéité aval 43. Un jeu axial est formé entre l’extrémité aval du second becquet aval 58 et la paroi de fond du renfoncement 43a, de manière à autoriser le passage d’un flux d’air de purge provenant de la cavité de purge 62.
[70] La seconde cavité de recirculation 64 est délimitée par le premier becquet aval 54, le second becquet aval 58 et la surface amont de la seconde pièce d’étanchéité 43.
[71] En fonctionnement, une faible quantité des gaz issus de la première cavité annulaire de recirculation 60 peuvent déboucher dans la seconde cavité de recirculation 64 au travers du jeu formé entre le becquet amont 47 et le premier becquet aval 54. Ces gaz sont alors mélangés au flux d’air de purge issu de la cavité de purge 62, pénétrant dans la seconde cavité de recirculation 64 au travers du jeu formé entre le second becquet aval 58 et la pièce d’étanchéité aval 43. Une fois mélangé à l’air, ces gaz sont redirigés vers la première cavité de recirculation 60 puis vers la veine annulaire 11 . La forme de la seconde cavité 64 permet de générer des vortex ou tourbillons, illustrés par des flèches à la figure 4, permettant de faciliter un tel mélange et une telle évacuation. On limite, voire on empêche, ainsi un écoulement des gaz vers la cavité de purge 62.
[72] La figure 6 illustre une variante de réalisation dans laquelle une partie du second becquet aval 58, par exemple l’extrémité aval du second becquet aval, comporte une partie en saillie 58a radialement vers l’extérieur, par exemple une partie oblique radialement vers l’extérieur et longitudinalement vers l’aval. Une telle partie en saillie 58a permet d’améliorer encore l’efficacité d’évacuation du vortex créé au niveau de la seconde cavité de recirculation 64.
[73] L’ invention ne se limite pas aux seuls exemples décrits précédemment et est susceptible de nombreuses variantes. En particulier, les modes de réalisation sont susceptibles d’être combinés.
[74] Selon une variante non représentée, la pièce annulaire d’étanchéité 50 peut être venue de matière avec la bride annulaire radiale 36 du distributeur 30.
[75] Selon une variante non représentée, la pièce annulaire d’étanchéité 50 peut comprendre une pluralité de secteurs disposés circonférentiellement bout à bout autour de l’axe longitudinal X.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Turbine à gaz haute-pression pour une turbomachine (10) s’étendant autour d’un axe longitudinal (X), la turbine comprenant :
- un distributeur (30) comprenant une plateforme annulaire interne (34) et une rangée annulaire d’aubes fixes (32), chaque aube fixe (32) étant reliée, radialement vers l’intérieur, à la plateforme annulaire interne (34),
- une rangée annulaire d’aubes mobiles (40) montée en aval du distributeur (30), comportant un disque (41 ) à partir duquel des aubes (42) s’étendent radialement vers l’extérieur,
- une pièce d’étanchéité amont (50) appliquée contre une face aval du distributeur (30) et une pièce d’étanchéité aval (43) appliquée contre une face amont du disque (41 ) de la rangée annulaire d’aubes mobiles (40), la pièce d’étanchéité aval (43) comprenant un becquet amont (47) agencé, au moins en partie, radialement à l’intérieur de la plateforme annulaire interne (34) du distributeur (30), la pièce d’étanchéité amont (50) comprenant un premier becquet aval (54), agencé, en tout ou partie, radialement à l’intérieur du becquet amont (47) de pièce d’étanchéité amont (50) (50), le premier becquet aval (54) formant une saillie radialement vers l’extérieur de la pièce d’étanchéité (50), une extrémité radialement externe (55) dudit premier becquet aval (54) étant agencée en vis-à-vis radial dudit becquet amont (47), formant ainsi une première cavité annulaire de recirculation (60) qui est délimitée, longitudinalement, par le distributeur (30) et le premier becquet aval (54), la pièce d’étanchéité amont (50) comprenant un second becquet aval (58) formant une saillie vers l’aval, le second becquet aval (58) étant agencé radialement à l’intérieur du premier becquet aval (54), la pièce d’étanchéité aval (43) comportant une face amont s’étendant radialement et dépourvue de becquet intercalé radialement entre lesdits premier becquet aval (54) et second becquet aval (58) de la pièce d’étanchéité amont (50), formant ainsi une seconde cavité annulaire de recirculation (60) qui est délimitée par lesdits premier becquet aval (54) et second becquet aval (58) de la pièce d’étanchéité amont (50) et par la face amont de la pièce d’étanchéité aval (43), une cavité annulaire de purge (62) étant délimitée entre le distributeur (30) et la rangée annulaire d’aubes mobiles (40) et située radialement à l’intérieur de la seconde cavité annulaire de recirculation (64), un flux d’air de purge ou un flux de gaz étant apte à s’écouler entre une veine annulaire (11 ) située radialement à l’extérieur de la plateforme interne (34) du distributeur (30) et la première cavité annulaire de circulation (60), au travers d’un jeu entre la plateforme interne (34) et le becquet amont (47), entre la première cavité de recirculation (60) et la seconde cavité de recirculation (64), au travers d’un jeu entre le premier becquet aval (54) et le becquet amont (47), et entre la seconde cavité de recirculation (64) et la cavité de purge (62), au travers d’un jeu entre le second becquet aval (58) et la pièce d’étanchéité aval (43).
[Revendication 2] Turbine selon la revendication 1 , dans laquelle le premier becquet aval (54) s’étend radialement vers l’extérieur depuis une extrémité radialement externe d’une partie annulaire (52) de la pièce d’étanchéité (50), ladite première cavité annulaire de recirculation (60) étant délimitée, radialement vers l’intérieur, par une face radialement externe (52a) de la partie annulaire (52) de la pièce d’étanchéité (50), la face annulaire radialement externe (52a) de ladite partie annulaire (52) présentant, en tout ou partie, une forme concave.
[Revendication 3] Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier becquet aval (54) s’étend radialement vers l’extérieur depuis une extrémité radialement externe d’une partie annulaire (52) de la pièce d’étanchéité aval (43) (50), le premier becquet aval (54) comprenant une paroi tronconique (54a) évasée vers l’aval s’étendant depuis l’extrémité radialement externe et aval de la partie annulaire (52) de la pièce d’étanchéité amont (50) et une paroi radiale (54b) s’étendant radialement vers l’extérieur depuis une extrémité aval de ladite paroi tronconique (54a).
[Revendication 4] Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le second becquet aval (58) est cylindrique.
[Revendication 5] Turbine selon les revendications 3 et 4, dans laquelle l’angle entre la paroi tronconique (54a) du premier becquet aval (54) et le second becquet aval (58) est compris entre 30 et 45°, préférentiellement entre 35 et 40°.
[Revendication 6] Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le second becquet aval (58) est agencé en vis-à-vis axial d’un renfoncement (43a) ou d’un décrochement ménagé dans la pièce d’étanchéité aval (43).
[Revendication 7] Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le becquet amont (47) présente une face radialement externe (47a) qui est de forme tronconique à section diminuant vers l’amont s’étendant sur au moins une première portion longitudinale.
[Revendication 8] Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le distributeur (30) comporte en outre une bride annulaire radiale (36) s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la plateforme annulaire interne (34), la pièce d’étanchéité amont (50) étant rapportée et fixée à la bride annulaire radiale (36). 16
[Revendication 9] Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le second becquet aval (58) comporte une partie en saillie (58a) radialement vers l’extérieur à son extrémité aval.
[Revendication 10] Turbomachine comprenant une turbine à gaz haute-pression selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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