EP4702220A2 - Ensemble de turbomachine muni d'un stator et d'un rotor - Google Patents
Ensemble de turbomachine muni d'un stator et d'un rotorInfo
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- EP4702220A2 EP4702220A2 EP24727468.1A EP24727468A EP4702220A2 EP 4702220 A2 EP4702220 A2 EP 4702220A2 EP 24727468 A EP24727468 A EP 24727468A EP 4702220 A2 EP4702220 A2 EP 4702220A2
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- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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Abstract
Un aspect de l'invention concerne un ensemble (10) de turbomachine comprenant un stator (100) et un rotor (50) d'axe X. Le stator comprend des aubes fixes (20) réparties annulairement autour de l'axe X, chacune des aubes fixes étant équipée d'une plateforme interne (210) comprenant un rail de guidage (212); et des patins sectorisés (30) répartis annulairement autour de l'axe X, chacun agencé entre au moins une aube fixe et le rotor et comprenant une portion engagée (310) logée à l'intérieur du rail de guidage (212).
Description
ENSEMBLE DE TURBOMACHINE MUNI D’UN STATOR ET D’UN ROTOR
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
[0001] La présente invention se rapporte au domaine des stators et des rotors de turbomachine telle qu’un turboréacteur pour aéronef.
[0002] La présente invention concerne plus particulièrement un ensemble de turbomachine muni d’un stator équipé d’aubes fixes, c’est-à-dire d’un distributeur de turbine ou d’un redresseur de compresseur, et d’un rotor.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
[0003] Classiquement, tel que représenté à la figure 1 , un ensemble 10 de turbomachine est formé par un stator 100 et un rotor 50 d’axe X.
[0004] Le stator 100 comporte :
- des aubes fixes 20 agencées annulairement autour de l’axe X, chacune des aubes fixes 20 étant équipée : o d’une plateforme interne 210 comprenant un rail de guidage 212, o d’une plateforme externe, non représentée, et o d’une pale 230 s’étendant entre la plateforme interne 210 et la plateforme externe et solidaire de celles-ci,
- une virole annulaire 240 d’axe X comprenant un crochet amont 242 et un crochet aval 244, le crochet amont 242 supportant une cartouche d’abradable 246 annulaire, et
- un flasque amont annulaire 248 d’axe X fixé par une liaison boulonnée 250 à la virole annulaire 240.
[0005] Le rotor 50 comprend des léchettes d’étanchéité 54 agencées en regard de la cartouche d’abradable 246 pour assurer l’étanchéité au niveau des plateformes internes 210 des aubes fixes 20 du stator 100.
[0006] Cependant, pendant le cycle de fonctionnement d’un ensemble 10 de turbomachine selon la figure 1 , il existe un phénomène de frottement entre la cartouche d’abradable 246 à la virole annulaire 240 du stator 100 et les léchettes d’étanchéité 54 du rotor 50 qui provoque l’accélération de l’usure de ces deux pièces et requiert le
remplacement régulier de la cartouche d’abradable 246, ce qui entraîne un coût de maintenance relativement élevé. De plus, l’usure de la cartouche d’abradable 246 et des léchettes d’étanchéité 54 augmentent l’espace entre ces deux pièces ce qui provoque des fuites et impacte les performances et le rendement de la turbomachine entre deux pas de maintenance.
[0007] Par conséquent, tels que représentés à la figure 2, le stator 100 et le rotor 50 de l’ensemble 10 de turbomachine ont été modifiés afin de résoudre le problème de frottement. Plus particulièrement, la virole annulaire 240, le flasque amont annulaire 248 et la cartouche d’abradable 246 du stator 100 ont été supprimés et remplacés par au moins un patin sectorisé 30 (de préférence au moins trois patins sectorisés 30, le nombre de patins sectorisés 30 étant proportionnel au diamètre du stator 100), et le rotor 50 a été modifié pour comporter une surface d’étanchéité 52 sensiblement plane et dépourvue de léchettes d’étanchéité 54.
[0008] Chaque patin sectorisé 30 du stator 100 est agencé entre au moins une aube fixe 20 et le rotor 50 et comprend :
- une portion engagée 310 logée à l’intérieur du rail de guidage 212 comprenant une rainure 316 dans laquelle est insérée un tenon 216 de la plateforme interne 210 d’une aube fixe 20, et
- une base 320 s’étendant axialement entre un bord amont 320A et un bord aval 320B, supportant la portion engagée 310 et comportant : o une gorge amont 322 et une gorge aval 324 opposées axialement l’une par rapport à l’autre, et o une surface d’étanchéité 325 opposée radialement à la portion engagée 310.
[0009] La surface d’étanchéité 52 du rotor 50 est agencée en vis-à-vis de la surface d’étanchéité 325 de chaque patin sectorisé 30 du stator 10 de sorte que les surfaces d’étanchéités 325, 52 sont espacées radialement l’une par rapport à l’autre d’un jeu J constant selon toute la circonférence du rotor 50. Le jeu J formé en-dessous de la surface d’étanchéité 325 de chaque patin sectorisé 30 est décroissant du bord amont 320A vers le bord aval 320B de la base 320 du patin sectorisé 30. Une telle géométrie de l’ensemble 10 de turbomachine selon la figure 2 permet d’éliminer les phénomènes de frottement entre le stator 100 et le rotor 50.
[0010] Cependant, pendant le cycle de fonctionnement d’un ensemble 10 de turbomachine selon la figure 2, chaque patin sectorisé 30 est mobile entre l’aube fixe 20 et le rotor 50 par un effet de pallier d’air. L’effet de pallier d’air correspond à la différence de pression, au niveau du bord amont 320A de la base 320 de chaque patin sectorisé 30, entre une pression inférieure Pi exercée radialement contre la face d’étanchéité 325 et d’une pression supérieure Ps exercée radialement dans la gorge amont 322, les pressions inférieure Pi et supérieure Ps s’exerçant selon une direction opposée l’une par rapport à l’autre.
[0011] Cet effet de pallier d’air a pour conséquence de piloter le jeu J formé entre la surface d’étanchéité 325 du stator 100 et la surface d’étanchéité 52 du rotor 50, au niveau du bord aval 320B de la base 320 du patin sectorisé 30, le jeu J étant constant selon toute la circonférence du rotor 50. Dans le cas d’un ensemble 10 tel que représenté à la figure 2, le jeu J peut varier à la fois entre la phase selon laquelle la turbomachine est à l’arrêt et son cycle de fonctionnement et à la fois pendant la phase de croisière de chaque cycle de fonctionnement de la turbomachine, correspondant à la phase pendant laquelle la consommation de la turbomachine est la plus importante. Cependant, la variation du jeu J pendant la phase de croisière peut altérer les performances et le rendement de la turbomachine contrairement à la variation du jeu J entre la phase d’arrêt et le cycle de fonctionnement de machine.
RESUME DE L’INVENTION
[0012] L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en proposant un ensemble de turbomachine muni d’un rotor et d’un stator de turbomachine équipé d’aubes fixes et de patins sectorisés, qui présentent une géométrie particulière.
[0013] Un premier aspect de l’invention concerne un ensemble de turbomachine comprenant un stator et un rotor d’axe X selon lesquels le stator comprend :
- des aubes fixes réparties annulairement autour de l’axe X, chacune des aubes fixes étant équipée d’une plateforme interne comprenant un rail de guidage, et
- des patins sectorisés répartis annulairement autour de l’axe X, chacun agencé entre au moins une aube fixe et le rotor et comprenant une portion engagée logée à l’intérieur du rail de guidage.
[0014] Le stator comprend au moins un ressort monté comprimé dans les patins sectorisés.
[0015] L’ensemble de turbomachine selon l’invention permet, grâce à la présence d’au moins un ressort dans les patins sectorisés, un déplacement compensateur de chaque patin sectorisé dans le rail de guidage de la plateforme interne de l’aube fixe de manière à absorber les déplacements thermomécaniques des éléments environnants. Un tel ensemble permet d’obtenir un jeu constant entre les patins sectorisés et le rotor, selon toute la circonférence du rotor, en phase de croisière du cycle de fonctionnement de l’ensemble de turbomachine, même en présence d’effets de pallier d’air. De plus, la présence d’un ressort permet d’assurer la liaison entre chaque patin sectorisé et ainsi maintenir un diamètre de révolution constant, selon toute la circonférence du rotor, pendant la phase selon laquelle la turbomachine est à l’arrêt et les phases de fonctionnement de la turbomachine. Par conséquent, le jeu ne varie pas entre la phase selon laquelle la turbomachine est à l’arrêt et son cycle de fonctionnement et ni pendant la phase de croisière de chaque cycle de fonctionnement de la turbomachine, ce qui permet de réduire l’usure des pièces.
[0016] Avantageusement, la plateforme interne d’au moins une aube fixe, de préférence d’au moins trois aubes fixes, comprend un tenon reçu dans une rainure de l’un des patins sectorisés. Une telle caractéristique permet de guider le déplacement des patins sectorisés suivant une direction radiale pour assurer une coaxialité entre le stator, c’est-à-dire les patins sectorisés, et le rotor.
[0017] Avantageusement, le rotor et les patins sectorisés sont espacés radialement d’un jeu J constant l’un par rapport aux autres. La valeur du jeu J dépend de l’équilibre des patins sans action du ressort.
[0018] Préférentiellement, l’ensemble de turbomachine comprend un tenon reçu dans une rainure de l’un des patins sectorisés et les patins sectorisés sont espacés radialement d’un jeu J constant l’un par rapport à l’autre. La combinaison tenon - ressort forme une liaison glissière selon la direction radiale garantissant un jeu J calibré pendant la phase selon laquelle la turbomachine est à l’arrêt.
[0019] Selon un premier mode de réalisation de l’invention, le ressort du stator comporte un unique jonc élastique agencé à l’intérieur des portions engagées et entourant les patins sectorisés.
[0020] Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, la portion engagée de chaque patin sectorisé est supportée par une base comportant au moins une gorge amont ou aval, et le stator comprend un ressort comportant un jonc élastique agencé dans l’une des gorges amont ou aval et entourant les patins sectorisés.
[0021] Avantageusement, selon le deuxième mode de réalisation de l’invention, le jonc élastique du ressort est ondulé et reçu alternativement dans un logement inférieur et dans un logement supérieur de l’une des gorges amont ou aval, chaque logement présentant une forme complémentaire de celle du jonc élastique.
[0022] Préférentiellement, selon le deuxième mode de réalisation de l’invention, les logements inférieur et supérieur de l’une des gorge amont ou aval sont agencés parallèlement l’un par rapport à l’autre et présentent chacun une succession de surfaces courbées alternativement concaves et convexes, le jonc élastique du ressort présente succession de courbes alternativement concaves et convexes ; et le jonc élastique du ressort est agencé de sorte que chaque courbe convexe du jonc élastique est agencée en appui contre l’une des surfaces courbées concave de l’un des logements inférieur ou supérieur et que chaque courbe concave est agencée en appui contre l’une des surfaces courbées convexes de l’autre des logements supérieur ou inférieur.
[0023] Préférentiellement, selon le deuxième mode de réalisation de l’invention, chaque patin sectorisé comprend des tiges de verrouillage chacune agencée axialement dans l’un des logements inférieur ou supérieur de l’une des gorges amont ou aval et reçue dans une encoche de verrouillage du jonc élastique.
[0024] Selon un troisième mode de réalisation de l’invention, le stator comprend plusieurs ressorts chacun agencé dans deux patins sectorisés adjacents.
[0025] Avantageusement, selon le troisième mode de réalisation de l’invention, chaque patin sectorisé comprend un canal de maintien agencé dans la portion engagée et recevant au moins une partie d’un ressort.
[0026] Selon une première variante du troisième mode de réalisation de l’invention, chaque ressort comporte une bande ondulée, et chaque patin sectorisé comprend deux tiges de verrouillage chacune agencée axialement dans le canal de maintien d’un des patins sectorisés adjacents, au voisinage d’une extrémité du patin sectorisé, de sorte que chaque bande ondulée est montée comprimée dans le canal de maintien
pour permettre une déformation élastique de la bande ondulée en exerçant une force tangentielle entre les tiges de verrouillage de deux patins sectorisés adjacents.
[0027] Selon une deuxième variante du troisième mode de réalisation de l’invention, chaque ressort est un ressort double comprenant deux pattes d’appui chacune agencée dans le canal de maintien de la portion engagée d’un des patins sectorisés adjacents, et une portion de liaison reliant les deux pattes d’appui et s’étendant radialement à l’extérieur des canaux de maintien.
[0028] Préférentiellement, selon la deuxième variante du troisième mode de réalisation, la portion de liaison de chaque ressort double est montée comprimé dans la portion engagée de chacun des patins sectorisés adjacents pour permettre une déformation élastique du ressort double en exerçant une force radiale contre une paroi intérieure du rail de guidage.
[0029] Un deuxième aspect de l’invention concerne une turbomachine comprenant un ensemble selon le premier aspect de l’invention.
[0030] L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0031] D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures dans lesquelles :
- La figure 1 , déjà décrite, est une vue schématique partielle d’un premier ensemble de turbomachine comprenant un stator et un rotor selon un premier exemple de l’état de la technique ;
- La figure 2, déjà décrite, est une vue schématique partielle d’un deuxième ensemble de turbomachine comprenant un stator et un rotor selon un deuxième exemple de l’état de la technique ;
- La figure 3 est une vue en perspective éclatée d’un ensemble de turbomachine comprenant un stator et un rotor selon l’invention ;
- La figure 4 est une vue en perspective partiellement éclatée d’un stator de l’ensemble de turbomachine de la figure 3 muni d’aubes fixes et de patins sectorisés selon l’invention ;
- La figure 5 est une vue en perspective d’un patin sectorisé de stator selon un premier et un deuxième modes de réalisation de l’invention ;
- La figure 5A est une vue en coupe partielle du patin sectorisé et du rotor de la figure 5 ;
- La figure 6 est une vue en perspective partielle de deux patins sectorisés adjacents selon la figure 5, comprenant un ressort selon le premier mode de réalisation de l’invention, en position montée du ressort dans les patins sectorisés ;
- La figure 7 est une vue en perspective partielle éclatée d’un patin sectorisé selon la figure 5 comprenant un ressort selon le deuxième mode de réalisation de l’invention ;
- La figure 8 est une vue en perspective partielle d’un patin sectorisé selon la figure 5 comprenant un ressort selon la figure 7 en position montée et bloquée du ressort dans le patin sectorisé ;
- La figure 9 est vue en perspective d’un patin sectorisé de stator selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;
- La figure 10 est une vue en perspective partielle éclatée d’un ensemble de turbomachine comprenant un stator muni de patins sectorisés selon la figure 8 et d’un ressort selon une première variante du troisième mode de réalisation de l’invention ;
- La figure 11 est une vue en perspective partielle éclatée d’un ensemble de turbomachine comprenant un stator muni de patins sectorisés selon la figure 8 et d’un ressort selon une deuxième variante du troisième mode de réalisation de l’invention ;
- La figure 12 est une vue en perspective partielle d’un patin sectorisé selon la figure 8 et d’un ressort selon une deuxième variante du troisième mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
[0032] Un exemple de réalisation d’un ensemble de turbomachine selon l’invention est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Cet exemple illustre les caractéristiques et avantages de l'invention.
[0033] Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
[0034] Pour la compréhension de l'invention, on adoptera les orientations radiale, tangentielle et axiale selon le repère RTA indiqué aux figures, dont les axes tangent T et axial A s’étendent dans un plan vertical suivant l’orientation aux figures. L’axe axial A est parallèle à un axe X du rotor et du stator l’ensemble de turbomachine. Le rotor vers le stator de l’ensemble de turbomachine est orienté selon l’axe radial R du repère RTA.
[0035] Dans la description, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d’écoulement du flux gazeux dans la turbomachine. De plus, les termes « interne » et « externe » sont définis par rapport à l’axe X, le terme « interne » désigne l’élément le plus proche de l’axe de rotation X, par opposition au terme « externe » qui désigne l’élément le plus éloigné de l’axe X, notamment dans l’expression « plateforme interne » et « plateforme externe ».
[0036] La figure 3 représente un ensemble 10 de turbomachine, formé par un stator 100 et un rotor 50 d’axe X.
[0037] Le stator 100 selon l’invention comporte des aubes fixes 20 agencées annulairement autour de l’axe x, des patins sectorisés 30 chacun agencé radialement entre au moins une aube fixe 20 et le rotor 50 et au moins un ressort 40 (visible aux figures 6, 7, 9, 10 et 11 ) monté comprimé dans les patins sectorisés 30.
[0038] Telle que représentée à la figure 4, chaque aube fixe 20 du stator 100 comprend :
- une plateforme interne 210 s’étendant tangentiellement entre une première et une deuxième extrémités 210A, 210B et comprenant un rail de guidage 212 à section en U,
- une plateforme externe 220 sensiblement parallèle à la plateforme interne 210, et
- une pale 230 s’étendant radialement entre la plateforme interne 210 et la plateforme externe 220 et solidaire de celles-ci.
[0039] L’extrémité amont 210A de la plateforme interne 210 de chaque aube fixe 20 est agencée en regard de l’extrémité aval 210B de la plateforme interne 210 de l’aube fixe 20 adjacente.
[0040] Tel que représenté à la figure 4, chaque patin sectorisé 30 du stator 100 s’étend tangentiellement entre une première et une deuxième extrémités 30A, 30B et comprend :
- une portion engagée 310, et
- une base 320 s’étendant axialement entre un bord amont 320A et un bord aval 320B, supportant la portion engagée 310 et comportant : o une gorge amont 322 (visible à la figure 5) et une gorge aval 324 opposées axialement l’une par rapport à l’autre, et o une surface d’étanchéité 325 opposée radialement à la portion engagée 310.
[0041 ] L’extrémité amont 30A de chaque patin sectorisé 30 est agencée en regard de l’extrémité aval 30B du patin sectorisé 30 adjacent.
[0042] Telle qu’illustrée aux figures 3 et 4, la plateforme interne 210 d’au moins une aube fixe 20 est équipée d’un tenon 216 et chaque patin sectorisé 30 comprend une rainure 316 de sorte qu’en position assemblée du stator 100, le tenon 216 est reçu dans la rainure 316. Chaque tenon 216 et chaque rainure 316 s’étendent selon une direction radiale de manière à guider radialement le déplacement compensateur des patins sectorisés 30 par rapport aux aubes fixes 20.
[0043] Avantageusement, chaque patin sectorisé 30 est agencé en vis-à-vis de plusieurs aubes fixes 20, le nombre de patins sectorisés 30 est donc strictement inférieur au nombre d’aubes fixes 20. De plus, chaque patin sectorisé 30 comprend une seule rainure 316 et le nombre d’aubes fixes 20 équipées d’un tenon 216 est égale au nombre total de patins sectorisés 30 du stator 100. Le stator 100 selon un exemple représenté à la figure 4 comprend quatre patins sectorisés 30 (le nombre de patins sectorisés 30 étant proportionnel au diamètre du stator 100) et trente-huit aubes fixes 20, chacun des quatre patins sectorisés 30 comprenant une rainure 316 et seulement quatre aubes fixes 20 sont équipées d’un tenon 216.
[0044] En position assemblée de l’ensemble 10 telle que représentée aux figures
- la portion engagée 310 d’un patin sectorisé 30 est logée à l’intérieur du rail de guidage 212 de chaque aube fixe 20 agencée en vis-à-vis de ce patin sectorisé 30,
- le tenon 216 de l’aube fixe 20 qui est équipée est reçu dans la rainure 316 du patin sectorisé 30, et
- la surface d’étanchéité 325 de chaque patin sectorisé 30 du stator 100 est agencée en vis-à-vis d’une surface d’étanchéité 52 du rotor 50, les surfaces d’étanchéité 325 et 52 étant espacées radialement l’une par rapport à l’autre d’un jeu J, le jeu J étant minimal au niveau du bord aval 320B de la base 320 du patin sectorisé 30 et constant selon toute la circonférence du rotor 50.
[0045] Telle que représentée à la figure 5, la portion engagée 310 de chaque patin sectorisé 30 de l’ensemble 10 selon un premier et un deuxième mode de réalisation de l’invention comprend :
- un logement à section en U 311 formé à l’intérieur de la portion engagée 310, et
- une paroi intérieure 312 agencée dans la portion engagée 310 en regard d’une paroi intérieure 214 de la plateforme interne 210 de l’aube fixe 20.
[0046] Pendant le cycle de fonctionnement de l’ensemble 10 de turbomachine, chaque patin sectorisé 30 est mobile entre l’aube fixe 20 et le rotor 50 par un effet de pallier d’air. Tel que représenté à la figure 5A, l’effet de pallier d’air correspond à la différence de pression, au niveau du bord amont 320A de la base 320 de chaque patin sectorisé 30, entre une pression inférieure Pi exercée radialement contre la face d’étanchéité 325 et d’une pression supérieure Ps exercée radialement dans la gorge amont 322, les pressions inférieures Pi et supérieures Ps s’exerçant selon une direction opposée l’une par rapport à l’autre. Cet effet de pallier d’air a pour conséquence de piloter le jeu J formé entre la surface d’étanchéité 325 du stator 100 et la surface d’étanchéité 52 du rotor 50. La variation des pressions supérieures Ps permet le plaquage de la base 320 de chaque patin sectorisé 30 au niveau du bord amont 320A contre le rotor et ainsi d’équilibrer la pression de fuite entre le rotor 50 et le stator 100.
[0047] Tel que représenté à la figure 5A, la surface d’étanchéité 325 de la base 320 de chaque patin sectorisé 30 est divisé en un tronçon amont 325A comprenant le
bord amont 320A et un tronçon aval 325B comprenant le bord aval 320B, selon la direction axiale A. Le tronçon amont 325A forme une portion conique du rotor 50 qui ne s’étend pas parallèlement à la surface d’étanchéité 52 du rotor 50 et le tronçon aval 325B s’étend parallèlement à la surface d’étanchéité 52 du rotor, le jeu J au niveau du bord aval 320B de la base 320 du patin sectorisé 30 est constant de manière à piloter la fuite entre le rotor 50 et le stator 100 dans toute les phases de fonctionnement de l’ensemble 10 de turbomachine.
[0048] Selon le premier mode de réalisation de l’invention représenté à la figure 6, le stator 100 comprend un unique ressort 40 comportant un jonc élastique 410 agencé à l’intérieur de la portion engagée 310 de chacun des patins sectorisés 30 et entourant la totalité des patins sectorisés 30 du stator 100. Le jonc élastique 410 est donc monté dans le logement à section en U 311 de la portion engagée 310 et s’étend selon toute la circonférence de ce logement à section en U 311. Avantageusement, le jonc élastique 410 effectue plusieurs tours circonférentiels dans le logement à section en U 311.
[0049] En position montée du ressort 40 dans les patins sectorisés 30, le jonc élastique 410 est comprimé dans les portions engagées 310 des patins sectorisés 30 pour permettre une déformation élastique de ce jonc élastique 410 en exerçant une force tangentielle contre la paroi intérieure 312 de la portion engagée 310 de chaque patin sectorisé 30.
[0050] Selon le deuxième mode de réalisation de l’invention représenté aux figures 7 et 8, le stator 100 comprend un unique ressort 40 comportant un jonc élastique 411 agencé dans la gorge aval 324 de la base 320 de chacun des patins sectorisés 30 et entourant la totalité des patins sectorisés 30. Avantageusement, le jonc élastique 411 effectue un seul tour circonférentiel dans la gorge aval 324.
[0051] En position montée et bloquée du ressort 40 dans les patins sectorisés 30 telle que représentée à la figure 8, le jonc élastique 411 est comprimé dans la gorge aval 324 des patins sectorisés 30 pour permettre une déformation élastique du jonc élastique 411 en exerçant une force tangentielle contre une paroi intérieure de la gorge aval 322 de la base 320 de chaque patin sectorisé 30.
[0052] Avantageusement, tel que représenté aux figures 7 et 8, la gorge aval 324 de chaque patin sectorisé 30 comprend un logement inférieur 326 et un logement
supérieur 328 opposés radialement l’un par rapport à l’autre. Les logements inférieur 326 et supérieur 328 sont festonnés sous la forme d’une succession de surfaces courbées alternativement concaves et convexes, et les logements inférieur 326 et supérieur 328 sont agencés parallèlement l’un par rapport à l’autre.
[0053] Le jonc élastique 411 du ressort 40 est ondulé sous la forme d’une succession de courbes alternativement concaves et convexes. En position montée et bloquée du ressort 40 dans les patins sectorisés 30 telle que représentée à la figure 8, le jonc élastique 411 est reçu alternativement dans le logements inférieur 326 et dans le logement supérieur 328 de la gorge aval 324 de sorte que chaque courbe convexe du jonc élastique 411 est agencée en appui contre l’une des surfaces courbées concaves de l’un des logements inférieur 326 ou supérieur 328 et que chaque courbe concave du jonc élastique 411 est agencée en appui contre l’une des surfaces courbées convexes de l’autre des logements supérieur 328 ou inférieur 326. Plus particulièrement, les logements inférieur 326 et supérieur 328 présentent une forme complémentaire de celle du jonc élastique 411 .
[0054] De plus, chaque patin sectorisé 30 comprend une ou plusieurs tiges de verrouillage 330, chacune agencée axialement dans un trou de verrouillage 332 de la gorge aval 324. Chaque tige de verrouillage 330 comporte une encoche de verrouillage 412 recevant le jonc élastique 411. Selon un exemple représenté aux figures 7 et 8, le trou de verrouillage 332 est formé dans le logement inférieur 326 de la gorge aval 324. La présence de tiges de verrouillage 330 permet de bloquer tangentiellement le positionnement du jonc élastique 411 à l’intérieur de la gorge aval 324 et empêcher tout déplacement du jonc élastique 411 , pendant le cycle de fonctionnement de la turbomachine.
[0055] Préférentiellement, les deux joncs élastiques 411 des ressorts 40 selon le deuxième mode de réalisation de l’invention sont identiques.
[0056] Telle que représentée à la figure 9, la portion engagée 310 de chaque patin sectorisé 30 de l’ensemble 10 selon un troisième mode de réalisation de l’invention comprend un canal de maintien 314 agencé dans la portion engagée 310 et comportant la paroi intérieure 312, et le logement à section en U 311 .
[0057] Selon le troisième mode de réalisation de l’invention représenté aux figures 10, 11 et 12, le stator 100 comprend plusieurs ressorts 40 chacun reçu dans le canal de maintien 314 de deux patins sectorisés 30 adjacents.
[0058] Selon les premier et deuxième modes de réalisation de l’invention, en position montée du jonc élastique 410 du ressort 40 dans les patins sectorisés 30, la force tangentielle exercée par le jonc élastique 410 provoque le déplacement de la totalité des patins sectorisés 30 vers l’axe X et forme ainsi un anneau continu coaxial avec le rotor 50. Ce jonc élastique 411 permet ainsi de piloter le déplacement compensateur des patins sectorisés 30 radialement vers l’axe X. De plus, le pilotage du jeu J constant s’effectue seulement lors du cycle de fonctionnement de la turbomachine, par la force centrifuge générée par la vitesse très élevée de rotation de la turbomachine.
[0059] Selon une première variante du troisième mode de réalisation de l’invention tel que représenté à la figure 10, chaque ressort 40 comporte une bande ondulée 420 s’étendant tangentiellement entre une première et une deuxième extrémité 420A, 420B. Chaque patin sectorisé 30 comprend deux tiges de verrouillage 330 chacune agencée axialement dans le canal de maintien 314, au voisinage d’une extrémité 30A, 30B du patin sectorisé 30.
[0060] En position montée du ressort 40 dans les patins sectorisés 30 selon la première variante du troisième mode de réalisation de l’invention, non représentée, chaque bande ondulée 420 est comprimée dans le canal de maintien 314, entre les deux tiges de verrouillage 330, pour permettre une déformation élastique de la bande ondulée 420 et exercer une force tangentielle entre les tiges de verrouillage 330 des deux patins sectorisés 30 adjacents. Selon cette variante, la force tangentielle exercée par chaque bande ondulée 420 provoque le déplacement de la totalité des patins sectorisés 30 vers l’axe X et forme ainsi un anneau continu coaxial avec le rotor 50. De plus, le pilotage du jeu J constant s’effectue seulement lors du cycle de fonctionnement de la turbomachine, par la force centrifuge générée par la vitesse très élevée de rotation de la turbomachine.
[0061] Selon une deuxième variante du troisième mode de réalisation de l’invention tel que représenté aux figures 11 et 12, chaque ressort 40 est un ressort double 44 comprenant :
- deux pattes d’appui 440 sous la forme de bandes ondulées, chacune agencée dans le canal de maintien 314 de la portion engagée 310, et
- une portion de liaison 442 reliant les deux pattes d’appui 440 et s’étendant radialement à l’extérieur du canal de maintien 314 ; la portion de liaison 442 comprend un corps central 444 sous la forme d’une bande sensiblement pliée en U
[0062] Tel que représenté aux figures 11 et 12, les deux pattes d’appui 440 et le corps central 444 de la portion de liaison 442 du ressort double 44 forment une seule et même pièce dont la section présente une forme de lettre grecque oméga (Q).
[0063] Selon un exemple particulier du ressort double 44 tel que représenté aux figures 11 et 12, la portion de liaison 442 comprend un corps supérieur 446 sous la forme d’une pièce, indépendante ou rapportée sur le corps central 444, agencée entre la paroi intérieure 214 du rail de guidage 212 et le sommet du corps central 444 de la portion de liaison 442 du ressort double 44. Par exemple, la section du corps supérieur 446 de la portion de liaison 442 présente une forme sensiblement de triangle dont les sommets sont arrondis.
[0064] En position montée du ressort double 44 dans les patins sectorisés 30 selon la deuxième variante du troisième mode de réalisation de l’invention, telle que représentée à la figure 12, les pattes d’appui 440 sont montées dans les canaux de maintien 314 de deux patins sectorisés 30 adjacents et la portion de liaison 442 de chaque ressort 40 est comprimée radialement dans la portion engagée 310 pour permettre une déformation élastique du ressort 40 et exercer une force radiale à la fois contre la paroi intérieure 214 du rail de guidage 212 et la paroi intérieure 312 du canal de maintien 314. De plus, le pilotage du jeu J constant s’effectue seulement lors du cycle de fonctionnement de la turbomachine, par la force centrifuge générée par la vitesse très élevée de rotation de la turbomachine.
[0065] Selon la deuxième variante du deuxième mode de réalisation de l’invention, en position montée de chaque ressort double 44 dans les patins sectorisés 30, la force tangentielle exercée par chaque ressort double 44 provoque le déplacement de la totalité des patins sectorisés 30 vers l’axe X et forme ainsi un anneau continu coaxial avec le rotor 50. De plus, le pilotage du jeu J constant s’effectue, par la force radiale
exercée par chaque ressort double 44 à la fois pendant la phase selon laquelle la turbomachine est à l’arrêt et pendant son cycle de fonctionnement.
[0066] L’ensemble 10 de turbomachine selon l’invention permet ainsi de maintenir un jeu J constant entre le stator 30 et le rotor 50, tout au long du cycle de fonctionnement de l’ensemble 10 grâce à la présence d’un ou plusieurs ressort(s) 40 et au déplacement compensateur des patins sectorisés selon la direction radiale. De telles caractéristiques permettent de maintenir des performances et un rendement constant de la turbomachine et ainsi d’augmenter sa durée de vie. De plus, lors du cycle de fonctionnement d’un tel ensemble 10 de turbomachine, aucun phénomène de frottement entre le stator 100 et le rotor 50 n’est présent, ce qui limite considérablement l’usure de ces deux pièces par rapport à un ensemble 10 selon l’état de la technique et évite les échanges de pièces et les coûts de maintenance associés.
Claims
[Revendication 1 ] Ensemble (10) de turbomachine comprenant un stator (100) et un rotor (50) d’axe X selon lesquels le stator (100) comprend :
- des aubes fixes (20) réparties annulairement autour de l’axe X, chacune des aubes fixes (20) étant équipée d’une plateforme interne (210) comprenant un rail de guidage (212), et
- des patins sectorisés (30) répartis annulairement autour de l’axe X, chacun agencé entre au moins une aube fixe (20) et le rotor (50) et comprenant une portion engagée (310) logée à l’intérieur du rail de guidage (212). caractérisé en ce que le stator (100) comprend au moins un ressort (40) monté comprimé dans les patins sectorisés (30).
[Revendication 2] Ensemble (10) de turbomachine selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la plateforme interne (210) d’au moins une aube fixe (20) comprend un tenon (216) reçu dans une rainure (316) de la portion engagée (310) de l’un des patins sectorisés (30) du stator (100).
[Revendication s] Ensemble (10) de turbomachine selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ressort (40) du stator (100) comporte un unique jonc élastique (410) agencé à l’intérieur des portions engagées (310) et entourant les patins sectorisés (30).
[Revendication 4] Ensemble (10) de turbomachine selon la revendication 1 ou 2, caractérisé :
- en ce que la portion engagée (310) de chaque patin sectorisé (30) est supportée par une base (320) comportant au moins une gorge amont (322) ou aval (324),
- et en ce que le stator (100) comprend un ressort (40) comportant un jonc élastique (411 ) agencé dans l’une des gorges amont (322) ou aval (324) et entourant les patins sectorisés (30).
[Revendication s] Ensemble (10) de turbomachine selon la revendication 4, caractérisé en ce que le jonc élastique (411 ) du ressort (40) est ondulé et reçu
alternativement dans un logement inférieur (326) et dans un logement supérieur (328) de l’une des gorges amont (322) ou aval (324)
[Revendication s] Ensemble (10) de turbomachine selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le stator (100) comprend plusieurs ressorts (40) chacun agencé dans deux patins sectorisés (30) adjacents.
[Revendication 7] Ensemble (10) de turbomachine selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque patin sectorisé (30) comprend un canal de maintien (314) agencé dans la portion engagée (310) et recevant au moins une partie d’un ressort (40).
[Revendication s] Ensemble (10) de turbomachine selon la revendication 7, caractérisé en ce que :
- chaque ressort (40) comporte une bande ondulée (420), et
- chaque patin sectorisé (30) comprend deux tiges de verrouillage (330), chacune agencée axialement dans le canal de maintien (314) d’un des patins sectorisés (30) adjacents, au voisinage d’une extrémité (30A, 30B) du patin sectorisé (30), de sorte que chaque bande ondulée (420) est montée comprimée dans le canal de maintien (314) pour permettre une déformation élastique de la bande ondulée (420) en exerçant une force tangentielle entre les tiges de verrouillage (330) de deux patins sectorisés (30) adjacents.
[Revendication 9] Ensemble (10) de turbomachine selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque ressort (40) est un ressort double (44) comprenant :
- deux pattes d’appui (440), chacune agencée dans le canal de maintien (314) de la portion engagée (310) d’un des patins sectorisés (30) adjacents, et
- une portion de liaison (442) reliant les deux pattes d’appui (440) et s’étendant radialement à l’extérieur des canaux de maintien (314).
[Revendication 10] Ensemble (10) de turbomachine selon la revendication 9, caractérisé en ce que la portion de liaison (442) de chaque ressort double (44) est montée comprimée dans la portion engagée (310) de chacun des patins sectorisés
(30) adjacents pour permettre une déformation élastique du ressort double (44) en exerçant une force radiale contre une paroi intérieure (214) du rail de guidage (212).
[Revendication 11] Turbomachine caractérisée en ce qu’elle comprend un ensemble (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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