FR2533620A1 - Assemblage de rotor pour un moteur a turbine a gaz - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN ASSEMBLAGE DE ROTOR POUR UN MOTEUR A TURBINE A GAZ. CET ASSEMBLAGE DE ROTOR COMPREND DEUX DISQUES DE ROTOR ESPACES AXIALEMENT L'UN DE L'AUTRE 32 ET 34. UN JOINT D'ETANCHEITE A L'AIR INTERIEUR 50 S'ETEND AXIALEMENT ENTRE LES DISQUES DE ROTOR ADJACENTS. UN ORGANE 56 S'ETEND AXIALEMENT ENTRE LES DISQUES POUR REUNIR CES DERNIERS L'UN A L'AUTRE ET IL EST FIXE AU JOINT D'ETANCHEITE A L'AIR INTERIEUR EN UN POINT SITUEE A MI-ENVERGURE EN VUE D'EMPECHER UN MOUVEMENT DE CE JOINT VERS L'EXTERIEUR. L'INVENTION EST UTILISEE POUR EMPECHER LA DILATATION THERMIQUE DES ELEMENTS D'UNE TURBINE A GAZ PAR LES GAZ CHAUDS DU MILIEU DE TRAVAIL DE FACON A OPTIMALISER LE RENDEMENT D'UNE TELLE TURBINE.

Description

2 53362-2

Assemblage de rotor pour un moteur à turbine à gaz -

La présente invention concerne des moteurs

à turbine à gaz et, plus particulièrement, un assem-

blage de rotor comportant une-structure d'étanchéité pour les gaz du milieu de travail circulant dans un tel moteur Bien que l'invention soit conçue pour

une mise en oeuvre dans le-domaine des moteurs-à tur-

bine à gaz à flux axial, elle trouve également une application dans d'autres domaines dans lesquels on

utilise des machines rotatives.

Un moteur à turbine à gaz à flux axial com-

porte une section de compression, une section de com-

bustion et une section de turbine Un parcours d'écou-

lement annulaire pour-les gaz du milieu de travail s'étend axialement à travers ces sections A mesurez qu'ils s'écoulent le long de ce parcours, les gaz du

milieu de travail sont mis sous pression dans la sec-

tion de compression, puis brûlés avec le carburant

dans la section de combustion en vue d'accroître l'éner-

gie des gaz Les gaz chauds sous haute pression se dilatent ensuite à travers la section de turbine pour engendrer un travail utile Ce travail est utilisé, par exemple, pour créer la poussée nécessaire à la propulsion d'un aéronef, ou pour alimenter une turbine libre en gaz sous pression, ainsi que pour la mise

sous pression des gaz dans la section de compression.

Un assemblage de rotor s'étend axialement à travers le moteur en vue de transférer le travail de la mise sous pression de la section de turbine à la section de compression Dans la section de turbine, l'assemblage de rotor comprend des disques de rotor comportant chacun des rangées d'aubes mobiles qui s'étendent vers l'extérieur en travers du parcours

d'écoulement du milieu de travail Ces rangées d'au-

bes mobiles sont disposéesangulairement par rapport à l'écoulement approchant afin de recevoir le travail engendré par les gaz et d'entraîner les disques autour

de l'axe de rotation.

Un assemblage de stator circonscrit l'assem-

blage de rotor Cet assemblage de stator comporte un carter extérieur qui renferme les gaz du milieu de travail, ainsi que des rangées d'aubes fixes qui sont assujetties à ce carter extérieur Chaque rangée d'aubes fixes s'étend vers l'intérieur en travers du parcours d'écoulement du milieu de travail en amont d'une rangée associée d'aubes mobiles Les aubes fixes dirigent les gaz du milieu de travail dans les

rangées d'aubes mobiles sous des angles qui optimali-

sent le rendement du moteur En conséquence, il im-

1 S porte que les gaz du milieu de travail s'écoulent à travers les aubes fixes et non autour des têtes de

ces dernières afin de garantir le rendement du moteur.

Toutefois, les aubes fixes sont espacées ra-

dialement de l'assemblage de rotor par un espace libre

au cours d'un fonctionnement normal afin d'éviter, en-

tre les aubes mobiles et les aubes fixes, un contact

qui pourrait détruire les premières ou les secondes.

Un joint d'étanchéité en labyrinthe est prévu pour em-

pêcher les gaz de s'écouler à travers cet espace libre et autour des aubes fixes Ce joint en labyrinthe est constitué d'un plat défini sur les aubes fixes et d'éléments en lame de couteau formés sur l'assemblage

de rotor Des exemples de ces structures sont-illus-

trés dans le brevet des Etats-Unis 3 826 084 accordé aux noms de Branstorm et al et intitulé "Turbine Cooling Flow System", ainsi que dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 213 738 accordé au nom de

Williams et intitulé "Cooling Air Control Valve".

Dans ces structures, un joint d'étanchéité à l'air in-

térieur comportant les éléments en lame de couteau

s'étend entre des disques de rotor adjacents.

La dimension maximum de l'espace libre est définie par la dilatation transitoire ayant lieu au cours d'une élévation de la puissance du moteur d'un régime à faible puissance à un régime à puissance élevée A mesure de l'accélération du moteur d'une faible puissance telle que la puissance de ralenti, à une puissance élevée telle que celle engendrée au décollage au niveau de la mer, la température des gaz du milieu de travail s'élève de façon-critique Les aubes fixes sont en contact intime avec les gaz chauds du milieu de travail et elles s'échauffent rapidement par suite de la température-accrue de ces gaz Le carter extérieur qui est plus éloigné du parcours

d'écoulement du milieu de travail, réagit plus lente-

ment que les aubes fixes à l'action des gaz Les au-

bes fixes se dilatent vers l'intérieur en direction

de l'assemblage de rotor, réduisant ainsi l'espace li-

bre compris entre le plat d'étanchéité défini sur les aubes fixes et les éléments en lame de couteau formés

sur le joint d'étanchéité à l'air intérieur de l'as-

semblage de rotor.

Le mouvement du joint d'étanchéité à l'air in-

térieur vers l'extérieur en direction des aubes fixes

au cours de l'accélération du moteur a-pour effet d'ac-

croître les dimensions de l'espace libre requis pour

compenser un fonctionnement transitoire La dilata-

tion thermique que subit le joint d'étanchéité, est

accrue en localisant le joint d'étanchéité à l'air in-

térieur à proximité immédiate du parcours d'écoulement du milieu de travail, étant donné que ce joint est

rapidement échauffé par les gaz du milieu de travail.

En conséquence, l'espace libre compris entre la ran-

gée d'aubes fixes et le joint d'étanchéité intérieur

doit être accru davantage encore afin de garantir l'ab-

sence d'interférence destructive entre ces éléments

au cours d'un fonctionnement transitoire du moteur.

Un moyen pouvant être envisagé pour diminuer l'espace libre en réduisant le mouvement extérieur du joint d'étanchéité à l'air est illustré dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 343 806 accordé aux noms de Bobo et al et intitulé "Rotor Assembly for Gas Turbine Engines" Dans ce brevet, on décrit un joint d'étanchéité à l'air intérieur monté sur un disque de rotor Le disque de rotor décrit dans ce

brevet s'étend radialement entre les disques suppor-

tant les aubes mobiles et il est relativement massif.

Le disque de rotor agit pour supporter radialement le joint d'étanchéité à l'air intérieur en vue de réduire les contraintes s'exerçant dans ce joint, tout en

faisant office de dissipateur thermique pour conduire la cha-

leur à l'écart des éléments en lame de couteau.

Dans les moteurs de conception moderne, il est également souhaitable de réduire la masse du joint d'étanchéité à l'air intérieur en vue de minimiser

l'influence néfaste que cette masse exerce sur le ren-

dement du moteur En conséquence, les hommes de scien-

ce et les ingénieurs cherchent à mettre au point un joint d'étanchéité à l'air intérieur s'étendant entre les disques de rotor et qui est empêché positivement de subir une dilatation thermique, ce joint n'ayant pas une masse relativement importante comparativement

aux joints d'étanchéité à l'air intérieur qui sont sou-

mis à la même entrave.

Suivant la présente invention, un joint d'étan-

chéité s'étendant entre des disques adjacents d'un as-

semblage de rotor est retenu radialement en un point

situé à mi-envergure par une structure qui s'étend in-

térieurement et qui réunit les disques l'un à l'autre.

Suivant une forme de réalisation de la présen-

te invention, un moyen destiné à assujettir le joint d'étanchéité à la structure permet, à ce joint, de se déplacer vers l'extérieur avant d'empêcher tout

mouvement extérieur supplémentaire de ce dernier.

Une caractéristique principale de la pré- sente invention réside dans une paire de disques qui sont espacés axialement l'un de l'autre Une autre caractéristique réside dans une structure qui s'étend axialement entre les disques et qui est solidarisée à ces derniers Une autre caractéristique encore réside dans un joint d'étanchéité espacé extérieurement de

la structure réunissant les disques Ce joint dlétan-

chéité est assujetti, en un point situé à mi-envergu-

re, à la structure réunissant les disques Dans une

forme de réalisation, le joint d'étanchéité est empri-

sonné radialement par des brides formées sur les dis-

ques Le joint d'étanchéité est emprisonné axialement -

entre les disques dont il est espacé axialement d'une distance A' afin de permettre une dilatation axiale

relative entre les disques et le joint d'étanchéité.

Dans une forme de réalisation, un premier crochet est fixé à la structure réunissant les disques Le joint d'étanchéité comporte au moins un élément en lame de couteau qui s'étend autour de sa circonférence Cet

élément en lame de couteau s'étend vers l'extérieur.

Un second crochet circonférentiel s'étend radialement vers l'intérieur à partir du joint d'étanchéité Ce second crochet est assujetti au joint à proximité de l'élément en lame de-couteau Le premier crochet

vient s'engager sur le crochet du joint d'étanchéité.

Dans une forme de réalisation, le second crochet est,

dans une première position, espacé radialement du pre-

mier crochet d'une distance G, tandis qu'il peut se déplacer vers l'extérieur dans une seconde position

dans laquelle il vient s'engager sur le premier crochet.

Un avantage principal de la présente inven-

tion réside dans le rendement du moteur qui résulte du

fait que le joint d'étanchéité est empêché de se dé-

placer radialement vers l'extérieur en réponse à son échauffement Un autre avantage réside dans le rende-

ment -du moteur associé au poids de l'assemblage de ro-

tor, lequel résulte de l'utilisation d'une structure existante réunissant les disques en vue de retenir le

joint d'étanchéité en un point situé à mi-envergure.

Un autre avantage de la présente invention réside dans la stabilité thermique de la structure réunissant les

disques, stabilité-qui est le résultat de la protec-

tion de la structure assurée par le joint d'étanchéité à l'air intérieur Un autre avantage encore de la

présente invention réside dans la résistance-à la fati-

gue de l'assemblage de rotor, laquelle résulte de l'amortissement des vibrations transmises des disques au joint d'étanchéité à l'air intérieur, ainsi qu'à la structure réunissant ces disques Dans une forme de réalisation, un avantage réside dans la résistance à la fatigue associée à la rigidité de l'assemblage de rotor, laquelle est le résultat de l'assemblage des

disques de rotor aux sections de jante Dans une for-

me de réalisation, la résistance à la fatigue de l'as-

semblage de rotor est accrue en espaçant les crochets

l'un de l'autre afin de permettre une légère dilata-

tion radiale relative entre le joint d'étanchéité à

l'air intérieur et la structure réunissant les disques.

Les caractéristiques et avantages précités de la présente invention apparaîtront plus clairement à

la lecture de la description détaillée ci-après du

meilleur mode de mise en oeuvre de l'invention, donnée en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale

d'un moteur à turbine à gaz à flux axial dont une par-

tie est élaguée afin d'illustrer la section de turbi-

ne du moteur;

la figure 2 est une vue en coupe transversa-

le d'une partie de l'assemblage de rotor illustré en figure 1; et la figure 3 est une vue agrandie illustrant

une autre forme de réalisation d'une partie de l'as-

semblage de rotor illustré en figure 2.

La figure 1 illustre un moteur à turbine à gaz 10 du type turboréacteur à double flux axial Ce moteur comprend une section de compression 12, une

section de combustion 14 et une section de turbine-16.

Un parcours d'écoulement annulaire 18 pour-les gaz du milieu de travail s'étend axialement à travers les sections du moteur Le moteur comprend un assemblage de rotor 20 comportant un axe de rotation Are Cet assemblage de rotor s'étend axialement à travers le moteur le long du parcours d'écoulement du milieu de

travail Un assemblage-de stator 22 circonscrit l'as-

semblage de rotor.

L'assemblage de stator 22 comporte un carter extérieur 24 qui circonscrit le parcours d'écoulement 18 du milieu de travail Des rangées d'aubes fixes représentées par les-aubes fixes individuelles 26, 28 et 30 sont assujetties à ce carter extérieur Chaque

aube fixe s'étend vers l'intérieur en travers du par-

cours d'écoulement du milieu de travail jusqu'à proxi-

mité'de l'assemblage de rotor 20.

L'assemblage de rotor 20 comprend un premier

disque 32, un deuxième disque 34 et un troisième dis-

que 36 Ces disques de rotor sont espacés axialement

l'un de l'autre Chaque disque-de rotor s'étend cir-

conférentiellement autour de l'axe de rotation Ar.

Chaque disque de rotor supporte une rangée d'aubes mo-

biles, comme représenté-par l'aube mobile 42 pour le premier disque, par l'aube mobile 44, pour le deuxième

disque et par l'aube mobile 46, pour le troisième dis-

que. L'aube fixe 26 s'étend vers l'intérieur à partir du carter extérieur entre l'aube mobile 42 et

-l'aube mobile 44 Cette aube fixe comporte une extré-

mité intérieure 48 Un joint d'étanchéité à l'air in-

térieur 50 est espacé intérieurement de l'extrémité

des aubes fixes, ménageant ainsi un espace libre C en-

tre eux Ce joint d'étanchéité est emprisonné axiale-

ment entre le disque de rotor 32 et le disque de rotor 34 et il s'étend circonférentiellement autour de l'axe

de rotation Ar* Le joint d'étanchéité comporte une ex-

trémité d'amont 52 et une extrémité d'aval 54 Un élé-

ment tel que l'organe 56, disposé intérieurement par rapport au joint d'étanchéité et destiné à réunir les

disques 32, 34, ainsi qu'à retenir le joint, est assu-

jetti à ce dernier et aux disques Cet organe 56 est

fixé au joint d'étanchéité en un point situé à mi-

envergure L'expression "point situé à mi-envergure"

désigne un endroit situé au milieu de l'envergure axia-

le, en l'occurrence, une partie ou un point central si-

tué sur l'intérieur de l'envergure et qui est espace

axialement des deux extrémités du joint d'étanchéité.

D'une manière analogue, un joint d'étanchéité à l'air

intérieur 58 est emprisonné axialement entre les dis-

ques de rotor 34 et 36 Un élément 60 disposé inté-

rieurement par rapport à ce joint d'étanchéité et des-

tiné à réunir les disques 34, 36, ainsi qu'à retenir

le joint 58 en un point situé à mi-envergure, est assu-

jetti aux disques et au joint d'étanchéité 58 De la même manière, un joint d'étanchéité à l'air intérieur 62 est emprisonné axialement entre le disque 36 et un disque situé en aval (non représenté) Un élément 64

disposé intérieurement par rapport à ce joint d'étan-

chéité et destiné à réunir les disques, ainsi qu'à retenir le joint en un point situé à mi-envergure, est assujetti au disque 36, au disque situé en aval

et au joint en un point situé à mi-envergure.

La figure 2 est une vue en coupe transversa- le agrandie d'une partie de l'assemblage de rotor 20

et de l'assemblage de stator 22 illustrés en figure 1.

Le premier disque de rotor 32 comprend une section à alésage 72, une section de flasque 74 et une section

de jante 76 Chaque section s'étend circonférentielle-

ment autour d'un axe de symétrie As La section de flasque relie la section à alésage à la section de

jante La section de jante comporte un rebord conti-

nu 78 qui s'étend circonférentiellement autour du dis-

que Le deuxième disque de rotor 34 comporte une sec-

tion à alésage 82, une section de flasque 84 et une

section de jante 86 Chaque section s'étend circonfé-

rentiellement autour de l'axe de symétrie As La sec-

tion de flasque relie la section à alésage à la section

de jante La section de jante comporte un rebord con-

tinu 88 Ce rebord s'étend circonférentiellement

autour du disque et axialement en direction du re-

bord 78 dupremier disque Le joint d'étanchéité à l'air intérieur 50 s'étend axialement pour venir s'engager sur le rebord 78 du premier disque et sur le rebord 88 du deuxième disque Ce joint d'étanchéité comprend une zone 92 comportant un ou plusieurs organes en lame

de couteau 94 Ces organes en lame de couteau s'éten-

dent vers l'extérieur et circonférentiellement autour du joint d'étanchéité jusqu'à proximité des extrémités 48 des aubes fixes 26 en laissant subsister l'espace

libre C Un plat d'étanchéité circonférentiel 96 cons-

titué d'un matériau en nid d'abeilles est fixé à l'ex-

trémité intérieure de l'aube fixe Les éléments en la-

me de couteau et le plat d'étanchéité sont orientés

radialement et axialement pour former un joint d'étan-

chéité en labyrinthe 98.

Une âme 100 s'étend radialement vers l'exté-

rieur à partir du joint d'étanchéité à l'air intérieur.

Un guide d'écoulement cylindrique 102 est assujetti à

cette âme Ce guide d'écoulement est espacé radiale-

ment du joint d'étanchéité à l'air intérieur en ména-

geant une chambre 104 entre eux Le guide d'écoule-

ment vient s'engager sur les aubes mobiles 44 en vue de retenir axialement ces dernières et il s'étend vers l'amont pour coopérer avec le joint d'étanchéité à l'air intérieur en vue de confiner les gaz du milieu

de travail dans le parcours d'écoulement annulaire 18.

Un deuxième organe cylindrique 106 s'étendant à partir

de l'âme 100 est claveté aux aubes mobiles à l'inter-

vention d'un assemblage à cannelures 108 en vue d'empê-

cher la rotation de l'âme et du joint d'étanchéité à l'air intérieur L'âme, le deuxième organe cylindrique et le joint d'étanchéité à l'air intérieur forment un collecteur d'air de refroidissement 110 Le joint d'étanchéité à l'air intérieur

comporte un trou 112 prévu pour l'air de refroidissement et en-

trant en communication pour un fluide avec le collecteur.

Les disques 32 et 34, ainsi que l'organe 56 destiné à

les réunir définissent une première cavité 116 s'étendant inté-

rieurement par rapport à l'organe 56 Cet organe est espacé ra-

dialement vers l'intérieur du joint d'étanchéité à l'air intérieur en vue de définir, entre eux, une deuxième cavité 118 s'étendant vers l'extérieur de la première cavité L'organe 56 comporte des trous 120 et 122 qui établissent une communication pour un fluide entre les première et deuxième cavités La deuxième cavité est en communication pour un fluide, via le trou 112, avec le collecteur d'air de refroidissement 110 et, de ce dernier, avec le parcours

d'écoulement 18 du milieu de travail via les aubes mo-

biles aptes au refroidissement.

L'organe 56 destiné à réunir les disques 32 et 34 compre'nd une première aile 126 et une deuxième aile 128 qui sont solidarisées l'une à l'autre par

des combinaisons d'écrous et de boulons 132 La pre-

mière aile comporte une première partie 134 qui s'étend dans une direction généralement axiale, ainsi qu'une

deuxième partie, en l'occurrence, la bride circonfé-

rentielle 136, qui s'étend dans une direction générale-

ment radiale La première aile s'étend circonféren-

tiellement autour de la section de jante 76 du premier

disque et elle est solidarisée à ce dernier intérieu-

rement par rapport au rebord 78 Les expressions "solidarisées" et "réunies d'une seule pièce"signifient que les pièces ainsi réunies ou assujetties sont fixées

rigidement l'une à l'autre, par exemple, en les réali-

sant sous forme d'un élément monobloc, ou encore en les assemblant l'une à l'autre par soudage, liaison ou

fixation mécanique La deuxième aile 128 s'étend cir-

conférentiellement autour de la section de jante 86 du deuxième disque 34 auquel elle est solidarisée Cette deuxième aile comporte une première partie 138 qui s'étend dans une direction généralement axiale, ainsi qu'une deuxième partie, en l'occurrence la bride 142,

qui s'étend dans une direction généralement radiale.

Un élément 144 destiné à fixer le joint d'étanchéité à l'air intérieur à l'organe 56-s'étend

en travers-de la seconde cavité 118 pour venir s'enga-

ger à la fois sur l'organe 56 et sur le joint d'étan-

chéité à l'air intérieur Dans la forme de réalisation

illustrée, l'élément 144 destiné à fixer le joint'd'étan-

chéité à l'air intérieur à l'organe 56 comprend un pre-

mier crochet 146 qui est solidarisé à la seconde aile 128 Ce premiercrochet s'étend circonférent-iellement

autour de l'aile Le premier crochet s'étend vers l'ex-

térieur à partir de l'aile et axialement par rapport à

celle-ci -L'élément destiné à fixer le joint-d'étan-

chéité à l'air intérieur à l'organe 56 comprend un deuxième crochet 148 qui est solidarisé au joint d'étanchéité à l'air intérieur en étant radialement

adjacent à et en s'étendant intérieurement par rap-

port à la zone 92 comportant les éléments d'étanchéi- té circonférentiels en lame de couteau 94 Le second crochet s'étend circonférentiellement autour du joint d'étanchéité à l'air intérieur Ce second crochet

s'étend vers l'intérieur à partir du joint d'étanchéi-

té à l'air intérieur et axialement par rapport à celui-

ci pour venir s'engager par glissement sur le premier

*crochet dans la direction axiale.

La figure 3 est une vue agrandie d'une par-

tie de l'assemblage de rotor représenté en figure 2,

illustrant une'autre forme de réalisation dans laquel-

le'le second crochet 348 s'étend, dans-une première

position, radialement vers l'intérieur au-delà du pre-

mier crochet 346, en ménageant un espace libre G entre eux Le second crochet peut se déplacer radialement

vers une seconde position en réponse à des températu-

res et des forces actives Cette position déplacée est

représentée par la ligne en traits discontinus 348 '.

Le second crochet vient s'engager sur le premier cro-

chet dans la position déplacée La seconde aile 128

comporte un trou 320 destiné à établir une communica-

tion pour un fluide entre les première et seconde ca-

vités Le premier crochet comporte au moins un trou

350 destiné à permettre une circulation d'air de re-

froidissement d'une partie de la seconde cavité située radialement vers l'extérieur de la seconde aile à une partie de cette seconde cavité située radialement vers

l'extérieur de la première aile.

Au cours de la mise en service du moteur à

turbine à gaz, les gaz du milieu de travail sont com-

primés dans la section de compression 12, puis brûlés avec le carburant dans la section de combustion 14 en vue d'engendrer un milieu de travail constitué de gaz chauds sous haute pression Ces gaz chauds se

dilatent à travers la section de turbine 16 pour en-

gendrer une puissance utile A mesure que les gaz

s'écoulent à travers la section de turbine, ils se dé-

placent le long du parcours d'écoulement 18 établi pour le milieu de travail à travers la rangée d'aubes mobiles 42 et la rangée d'aubes fixes 26 Le joint d'étanchéité en labyrinthe 98 formé par les éléments

en lame de couteau 94 et ie plat d'étanchéité 96 défi-.

ni sur les aubes fixes bloque l'écoulement des gaz vers l'intérieur autour de l'extrémité des aubes fixes,

forçant ainsi ces gaz à suivre le parcours d'écoule-

ment en garantissant le rendement du moteur.

Un accroissement de la puissance du moteur

entraîne une élévation de la température des gaz pas-

sant à travers la section de turbine 16 Les éléments entrant en contact intime avec les gaz-s'échauffent dès lors rapidement Des exemples de ces éléments

sont les aubes fixes 26 et la partie du joint d'étan-

chéité 50 qui s'étend vers l'intérieur de ces aubes.

Les éléments plus éloignés du parcours d'écoulement du milieu de travail, notamment le carter extérieur qui supporte les aubes fixes et peut être refroidi, ne s'échauffent pas aussi rapidement En conséquence,

les aubes fixes 26 se dilatent intérieurement par rap-

port au carter extérieur en direction des éléments en

lame de couteau 94 qui sont fixés au joint d'étanchéi-

té 50 Un espace libre C est ménagé pour compenser ce

mouvement transitoire relatif et éviter une interféren-

ce destructive entre les aubes et les éléments en lame de couteau du joint d'étanchéité 50 Cet espace libre permet inévitablement de légères fuites à travers le

joint d'étanchéité.

Le joint d'étanchéité à l'air intérieur 50

est emprisonné par les ailes 126 et 128 qui l'empê-

chent ainsi de subir une dilatation thermique vers

l'extérieur en direction de l'aube fixe en vue de ré-

duire l'espace libre requis entre cette dernière et les éléments en lame de couteau La force de retenue exercée sur le joint d'étanchéité par les ailes est transmise de ces dernières au joint par les crochets 146 et 148 Le plus petit espace libre C réduit les fuites autour des aubes fixes et permet d'améliorer le rendement du moteur comparativement aux structures comportant un joint d'étanchéité libre et un-plus

grand espace libre.

Les fonctions du joint d'étanchéité à l'air intérieur 50 et des ailes 126, 128 sont étroitement liées entre elles Le joint d'étanchéité empêche

les gaz chauds du milieu de travail d'entrer en con-

tact avec les ailes du disque, réduisant ainsi la ré-

ponse de ces ailes à l'action des gaz chauds En rai-

son de cette réponse réduite des ailes, celles-ci

constituent une structure relativement stable pour em-

pêcher une dilatation thermique de la zone médiane du joint d'étanchéité En outre, le joint d'étanchéité et les ailes définissent la première cavité 116 et la

seconde cavité 118 destinées à canaliser l'air de re-

froidissement vers l'extérieur à travers le collecteur 110

en direction des aubes mobiles pouvant être refroidies.

Ces cavités renforcent également l'isolation des ailes

vis-à-vis des gaz chauds du milieu de travail.

Les ailes 126, 128 s'étendent circonférentiel-

lement autour de l'axe de rotation et sont solidarisées au disque La force de retenue exercée par les ailes engendre une force égale et opposée qui agit sur ces dernières Les ailes subissent ainsi un moment de flexion Comme le montre la figure 2, Les brides 136 - et 142 des ailes présentent, comparativement au reste de ces dernières, un moment d'inertie plusimportant autour de l'axe de symétrie As Du fait qu'elles sont situées à proximité des crochets, les brides renforcent les ailes contre la force exercée par ces crochets En outre, les brides sont disposées dans

la cavité 116 et les crochets, dans la cavité 118.

En conséquence, tant les brides que les crochets bai-

gnent dans l'air froid, augmentant ainsi leur aptitude

à s'opposer à une dilatation thermique, tout en leur per-

mettant de coopérer avec les ailes en vue d'assurer un

support stable pour le joint d'étanchéité à l'air in-

térieur 50.

Les crochets 146 et 148 qui transmettent la force de retenue des ailes au joint d'étanchéité 50 (ainsi qu'aux joints d'étanchéité 58 et 62 illustrés en figure 1) sont adjacents à et fixés radialement vers l'intérieur par rapport à la zone 92 comportant les éléments en lame de couteau 94 La fixation des crochets à proximité des éléments en lame de couteau

permet d'éviter des fléchissementsdu joint d'étanchéi-

té entre la zone 92 et le point de fixation.

Les crochets 146 et 148 offrent un autre avan-

tage Ils constituent un élément à profil radial bas pour assujettir les ailes au joint d'étanchéité à l'air intérieur Ce profil radial bas permet de fixer les

ailes aux sections de jante 76 et 86 des disques adja-

cents La fixation des ailes aux sections de jante

permet d'accroître le diamètre des ailes de forme cy-

lindrique et de renforcer par conséquent la rigidité

de ces dernières comparativement à celle d'ailes cylin-

driques de plus petit diamètre Etant donné que la résistance à la fatigue du disque est limitée par les vibrations créées dans la section de jante, les ailes de grand diamètre atténuent ces vibrations avec, pour

résultat, un accroissement de la résistance à la fa-

tigue Comme le montrent à la fois les figures 2 et 3, le crochet 146 vient s'engager par glissement sur le crochet 148 Cet engagement par glissement permet, aux crochets, d'amortir par friction les vi-

brations engendrées dans la section de jante du dis-

que et qui sont transmises à ces crochets via le joint

d'étanchéité 50 et les ailes.

Dans la forme de réalisation illustrée en fi-

gure 3, un petit espace libre G est ménagé dans la di-

rection radiale entre les crochets 346 et 348 Cet espace libre G permet, au joint d'étanchéité-à l'air

intérieur 250, de se dilater thermiquement-vers l'ex-

térieur sur une faible distance contrôlée Cette di-

latation thermique réduit le niveau de contrainte

exercé dans les crochets en permettant ainsi une cons-

truction plus légère dans cette zone avec la même ré-

sistance à la fatigue Un espace libre C+ plus grand que l'espace libre C est ménagé pour permettre cette dilatation sans contact destructif entre l'élément en

lame de couteau 294 et le plat d'étanchéité 296.

Bien que l'invention ait été illustrée et dé-

crite en se référant à des formes de réalisation dé-

taillées, l'homme de métier comprendra que différentes

modifications peuvent être envisagées tant dans sa for-

me que dans ses détails sans se départir de son esprit

et de son cadre tels qu'ils sont définis dans les re-

vendications ci-après

7:533620

Claims (13)

REVENDICATIONS

1 Assemblage de rotor pour une machine rotative à flux axial comportant un axe de rotation (Ar), cet assemblage de rotor ( 20) s'étendant vers

l'extérieur en travers d'un parcours d'écoulement an-

nulaire pour les gaz du milieu de travail, tandis qu'il comporte au moins deux disques de rotor espacés

axialement ( 32, 34), cet assemblage de rotor compre-

nant:

un joint d'étanchéité ( 50; 250) s'étendant axia-

lement entre les disques ( 32, 34) et circonférentiel-

lement autour de l'axe de rotation (Ar); et un moyen s'étendant vers l'intérieur par rapport au joint d'étanchéité ( 50; 250) et destiné à réunir les disques ( 32, 34), ainsi qu'à emprisonner le joint d'étanchéité ( 50; 250) en un point situé à mi-envergure en vue d'empêcher sa dilatation thermique, ce moyen

étant assujetti aux disques ( 32, 34) et au joint d'étan-

chéité ( 50; 250) en un point situé à mi-envergure de ce dernier; caractérisé en ce que le joint d'étanchéité ( 50; 250) bloque l'écoulement des gaz chauds du milieu de travail vis-à-vis de ce moyen en réduisant ainsi la réponse de

celui-ci à des élévations de température des gaz du mi-

lieu de travail.

2 Assemblage de rotor suivant la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que le moyen destiné à réunir

les disques ( 32, 34) et à emprisonner le joint d'étan-

chéité ( 50; 250) constitue un premier élément ( 56; 256),

tandis que l'assemblage de rotor ( 20) comprend égale-

ment un deuxième élément ( 144) venant s'engager sur

le joint d'étanchéité ( 50; 250) et sur le premier élé-

ment ( 56; 256) pour les assujettir l'un à l'autre.

3 Assemblage de rotor suivant la revendica-

tion 2, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité

( 50; 250) comprend également une zone ( 92; 292) com-

portant au moins un élément en lame de couteau ( 94; 294) s'étendant circonférentiellement autour du joint d'étanchéité ( 50; 250) et vers l'extérieur par rapport à ce dernier, le deuxième élément ( 144) destiné à assujettir le premier élément ( 56; 256) au joint d'étanchéité ( 50; 250) venant s'engager sur ce dernier radialement vers l'intérieur et à proximité de la zone ( 92; 292) comportant les éléments en lame de couteau

( 94; 294).

4 Assemblage de rotor suivant la revendica-

tion 2 ou 3, caractérisé en ce que le premier élément ( 56; 256) qui réunit les disques ( 32, 34) et-emprisonne le joint d'étanchéité ( 50; 250), comprend également

au moins une bride ( 136, 142; 336, 342) s'étendant ra-

dialement vers l'intérieur à partir du premier élé-

ment ( 56; 256).

Assemblage de rotor suivant la revendica- tion 4, caractérisé en ce que chacun des disques ( 32, 34) comporte une section de jante ( 76, 86); le joint d'étanchéité ( 50; 250) vient s'engager sur la section

de jante ( 76, 86) de chaque disque ( 32, 34); le pre-

mier élément ( 56; 256) vient s'engager sur la section de jante ( 76, 86) de chaque disque ( 32, 34) en un point situé intérieurement par rapport au joint d'étanchéité ( 50; 250) en définissant une première cavité ( 116)

s'étendant intérieurement par rapport au premier élé-

ment ( 56), lequel est espacé intérieurement du joint d'étanchéité ( 50; 250) en ménageant une seconde cavité ( 118) entre eux; et le second élément ( 144) est disposé dans cette seconde cavité ( 118), tandis que la bride

( 136, 142; 336, 342) est disposée dans la première ca-

vité ( 116).

6 Assemblage de rotor suivant la revendica-

tiol 5, caractérisé en ce que le second élément ( 144) comprend un premier crochet ( 146; 346) solidarisé au premier élément ( 56; 256), ce premier crochet ( 146; 346) s'étendant radialement vers l'extérieur à partir du premier élément ( 56; 256) et axialement par rapport

à celui-ci; et le second élément ( 144) comprend un se-

s cond crochet ( 148; 348) solidarisé au joint d'étanchéi-

té ( 50; 250), ce second crochet ( 148; 348) s'étendant

axialement et radialement par rapport au premier cro-

chet ( 146; 346) pour venir s'engager sur celui-ci.

7 Assemblage de rotor suivant la revendica-

tion 6, caractérisé en ce que, dans une première posi-

tion, le second crochet ( 148; 348) est espacé radiale-

ment du premier crochet ( 146; 346) par un espace libre

G, ce second crochet ( 148; 348) pouvant se.

déplacer radialement, en réponse à des températures et

des forces actives, dans une seconde position dans la-

quelle il vient s'engager par glissement sur le pre-

mier crochet ( 146; 346) dans la direction axiale.

8 Assemblage, de rotor pour un moteur à tur-

bine à gaz, cet assemblage de rotor comprenant: A un premier disque de rotor ( 32) comportant 1 une section à alésage ( 72), 2 une section de flasque ( 74), et 3 une section de jante ( 76) reliée à la section à alésage ( 72) par la section de flasque ( 74), cette section de jante ( 76)

comprenant un rebord ( 78) s'étendant cir-

conférentiellement autour de la section de

jante ( 76) du disque ( 32); -

B un second disque-de rotor-( 34) espacé axiale-

ment du premier disque de rotor ( 32) en ména-

geant une cavité entre eux, ce second disque de rotor comportant 1 une section à alésage ( 82), 2 une section de flasque ( 84),

3 une section de jante ( 86) reliée à la sec-

tion à alésage ( 82) par la section de flasque ( 84), cette section de jante ( 86)

comprenant un rebord ( 88) s'étendant cir-

conférentiellement autour du disque ( 34) et axialement vers le rebord ( 78) du pre- mier disque ( 32) C un joint d'étanchéité à l'air intérieur ( 50;

250) s'étendant axialement entre le premier dis-

que de rotor ( 32) et le second disque de rotor ( 34), tout en venant s'engager sur les rebords ( 78, 88) de ces disques ( 32, 34), ce joint d'étanchéité ( 50; 250) comprenant une zone( 92; 292) comportant au moins deux éléments en lame

de couteau ( 94; 294) qui s'étendent vers l'exté-

rieur et circonférentiellement autour du joint d'étanchéité (SO O 250); D un moyen disposé intérieurement par rapport au joint d'étanchéité à l'air intérieur ( 50; 250)

et destiné à réunir les disques ( 32, 34), ain-

si qu'à emprisonner le joint d'étanchéité à l'air intérieur ( 50; 250) en un point situé à mi-envergure, ce moyen comprenant

1 une première aile ( 126) solidarisée au pre-

mier disque ( 32) intérieurement par rapport

au rebord ( 78) en s'étendant circonféren-

tiellement autour de la section de jante

( 76), cette aile ( 126) comportant une pre-

mière partie ( 134) qui s'étend dans une di-

rection généralement axiale, et une secon-

de partie ( 136; 336) qui s'étend dans une direction généralement radiale, et 2 une seconde aile ( 128) solidarisée au second

disque ( 34) intérieurement par rapport au re-

bord ( 88) en s'étendant circonférentielle-

ment autour de la section de jante ( 86), cette aile ( 128) comportant une première

partie ( 138) qui s'étend dans une direc-

tion généralement axiale, et une seconde

partie ( 142; 342) qui s'étend dans une di-

S rection généralement radiale et est soli-

darisée à la seconde partie ( 136) du pre-

mier disque ( 32), définissant ainsi une

première cavité ( 116-) s'étendant vers l'in-

térieur par rapport aux ailes ( 126; 128), tout en étant espacée intérieurement du joint d'étanchéité à l'air intérieur ( 50; 250) de façon à ménager une seconde cavité ( 118) entre eux; et E un moyen ( 144) destiné à assujettir le joint d'étanchéité à l'air intérieur ( 50; 250) au moyen précité conçu pour réunir les disques et emprisonner ce joint, ce moyen ( 144) comprenant 1 un premier crochet ( 146; 346) solidarisé à

une des ailes ( 126, 128) et s'étendant cir-

conférentiellement autour de l'aile, vers l'extérieur et axialement par rapport à cette dernière, et 2 un second crochet ( 148; 348) solidarisé au joint d'étanchéité à l'air intérieur ( 50;

250) intérieurement et radialement à proxi-

mité de la zone ( 92; 292) comportant les éléments d'étanchéité ( 94; 294) , ce second

crochet ( 148; 348) s'étendant circonféren-

tiellement autour du joint d'étanchéité à l'air intérieur ( 50; 250) et axialement par rapport à ce dernier pour venir s'engager par glissement sur le premier crochet ( 146; 346) dans la direction axiale; caractérisé en ce que le joint d'étanchéité à l'air

intérieur ( 50; 250) empêche les gaz du milieu de tra-

vail d'entrer en contact avec les ailes ( 126, 128) en vue de réduire la concentration des contraintes

dans ces dernières et d'assurer un support relative-

ment insensible aux changements survenant dans la température des gaz du milieu de travail, comparati- vement au joint d'étanchéité à l'air intérieur ( 50; 250), l'aile ( 128) étant fixée à ce dernier en vue

d'en limiter le mouvement vers l'extérieur par rap-

port aux ailes ( 126, 128).

9 Assemblage de rotor suivant la revendica-

tion 8, caractérisé en ce que, dans une première po-

sition, le second crochet ( 148; 348) s'étend-radiale-

ment vers l'intérieur par rapport au premier crochet

( 146; 346) et au-delà de celui-ci en ménageant un es-

pace libre G entre eux, ce second crochet ( 148; 348)

pouvant se déplacer radialement par rapport au pre-

mier crochet ( 146; 346), en réponse à des températures et des forces actives, dans une seconde position dans laquelle il vient s'engager sur le premier crochet

( 146; 346).

Assemblage de rotor suivant la revendica-

tion 8 ou 9, caractérisé en ce que le crochet ( 146; 346) prévu sur l'aile ( 128) est adjacent à la seconde

partie ( 142; 342) de l'aile.

11 Assemblage de rotor suivant la revendica-

tion 8 ou 9, caractérisé en ce que la première cavité

( 116) est en communication d'écoulement avec une sour-

ce d'air de refroidissement, tandis qu'au moins une aile ( 126, 128) comporte au moins un trou ( 120, 122;

320) destiné à établir une communication pour un flui-

de entre une partie de la seconde cavité ( 118) et la

première cavité ( 116).

12 Assemblage de rotor suivant la revendica-

tion 8 ou 9, caractérisé en ce qu'au moins une aile ( 256) comporte un trou ( 320), tandis qu'au moins un des crochets ( 346, 348) comporte un trou ( 350) destiné à

établir une communication d'écoulement entre l'en-

semblede la seconde cavité et la première cavité,

13 Assemblage de rotor suivant la revendica-

tion 11, caractérisé en ce que chaque aile ( 126, 128) comporte au moins un trou ( 120, 122) établissant une communication d'écoulement entre l'ensemble de la

seconde cavité ( 118) et la première cavité ( 116).