FR2543219A1

FR2543219A1 - Assemblage de stator pouvant etre refroidi pour une turbine a gaz

Info

Publication number: FR2543219A1
Application number: FR8304712A
Authority: FR
Inventors: Leonard W Stevens; Robert J Koenig
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1983-03-11
Filing date: 1983-03-23
Publication date: 1984-09-28
Also published as: GB2136508A; GB8306818D0; FR2543219B1; GB2136508B

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN ASSEMBLAGE DE STATOR POUVANT ETRE REFROIDI PAR UNE TURBINE A GAZ. L'ASSEMBLAGE DE STATOR 18 SUIVANT L'INVENTION COMPREND UN CARTER EXTERIEUR 48 ET UN JOINT D'ETANCHEITE A L'AIR EXTERIEUR 76 A L'EXTERIEUR DE LA RANGEE D'AUBES MOBILES EN MENAGEANT UN ESPACE LIBRE VARIABLE G ENTRE EUX. LE CARTER EXTERIEUR COMPORTE UNE BRIDE D'AMONT 52B ET UNE BRIDE D'AVAL 54B EN VUE D'ASSEMBLER LE CARTER EXTERIEUR A DES CARTERS ADJACENTS 46, 50. UN ASSEMBLAGE DE RAILS POUVANT ETRE REFROIDIS 22 EN VUE DE FAIRE VARIER LE DIAMETRE DU JOINT D'ETANCHEITE A L'AIR EXTERIEUR ET L'ESPACE LIBRE G EST FIXE A CE JOINT D'ETANCHEITE A L'AIR EXTERIEUR 76. L'INVENTION EST UTILISEE POUR AMELIORER LE RENDEMENT DES TURBINES A GAZ ET DES TURBOREACTEURS A DOUBLE FLUX.

Description

43219

Assemblage de stator pouvant A-tre refroidi pour une

turbine à gaz.

La présente invention concerne des turbines à gaz et plus particulièrement, un assemblage de stator pouvant être refroidi et disposé à l'extérieur

d'une rangée d'aubes de rotor ou aubes mobiles.

Une turbine à gaz du type à double flux comporte une section de ventilateur, une section de compression, une section de combustion et une section de turbine Un parcours d'écoulement annulaire pour les gaz du milieu de travail s'étend axialement à travers ces sections A mesure que les gaz du milieu de travail s'écoulent le long de ce parcours, ils sont comprimés dans la section de ventilateur et la 1 S section de compression et ils sont brûlés avec le carburant dans la section de combustion afin de leur conférer une énergie supplémentaire Les gaz chauds sous haute pression subissent une expansion dans la section de turbine pour exercer un travail utile pour la compression des gaz dans la section de ventilateur

et la section de compression et afin de créer la pous-

sée propulsant la turbine à gaz.

La section de turbine comprend une enveloppe

extérieure entourant le parcours d'écoulement du mi-

2)5 lieu de travail Des rangées d'aubes de stator ou

aubes fixes s'étendent vers l'intérieur à partirdel'e -

ieloppe extérieuzeen travers du parcours d'écoulement du milieu de travail afin de diriger les gaz de ce dernier Des rangées d'aubes mobiles fixées à un assemblage de rotor s'étendent vers l'extérieur en travers du parcours dîécoulement du milieu de travail pour extraire l'énergie des gaz de ce milieu à mesure que ces gaz s'écoulent le long de ce parcours Un joint d'étanchéité à l'air extérieur prévu à chaque

rangée d'aubes mobiles est supporté et localisé à par-

tir de l'enveloppe extérieure Ce joint d'étanchéité à l'air extérieur entoure les tètes des aubes mobiles dont il est étroitement espacé afin de confiner les

gaz du milieu de travail dans le parcours dtécoule-

ment à mesure que les gaz passent à travers la rangée

d'aubes mobiles.

Idéalement, il ne devrait y avoir aucun espace libre entre les aubes mobiles et le joint d'étanchéité à l'air extérieur Toutefois, les têtes des aubes mobiles se déplacent vers l'extérieur en direction du joint dlétanchéité à l'air extérieur en réponse au chauffage exercé par les gaz du milieu de travail et les forces' de rotation lorsque les aubes

mobiles sont entraînées autour de leur axe de rota-

tion par les gaz chauds et sous haute pression du mi-

lieu de travail L'enveloppe exté&rieure qui localise le joint d'étanchéité à luair extérieur autour de la rangée d'aubes mobiles ne subit pas les forces de rotation et est plus éloignedu parcours d'écoulement

ldu milieu de travail que les aubes mobiles qua bai-

gnent dans les gaz chauds En conséquence, il se produit des dilatations relatives différentes entre les aubes mobiles et l'enveloppe extérieure Un espace libre doit être prévu entre le joint d'étanchéité à l'air extérieur localisé par l'enveloppe afin d'éviter une interférence destructrice entre les aubes mobiles

et le joint lorsque règnent des conditions opératoi-

res transitoires Cet espace libre est avantageuse-

ment suffisamment grand pour tolérer les différences maximales de dilatation thermique se produisant entre l'assemblage de rotor et le joint d'étanchéité à l'air extérieur, cependant qu'il est suffisamment réduit pour minimiser l'effet néfaste des gaz du nmilieu de travail s'échappant entre les têtes des aubes mobiles

et le joint d'étanchéité à lgair extérieur.

Dans les turbines à gaz de conception moder-

ne, l'enveloppe extérieurequi localise le joint d'étanchéité à l'air extérieur, peut être refroidi de façon à en faire varier le diamètre et, partant, l'espace radial libre existant entre la rangée d'au-

bes mobiles et ce joint d'étanchéité à l'air exté-

rieur Des exemples de structures de ce type sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique 4.019 320 accordé aux noms de Redinger et al et ayant pour titre "EXTERNAL GAS TURBINE ENGINE COOLING FOR CLEARANCE CONTROL" et 4 247 248 accordé aux noms de Chaplin et al et ayant pour titre "OUTER AIRSEAL

SUPPORT STRUCTURE FOR GAS TURBINE ENGINES" 1 Dans ces -

structures, des rails pouvant être refroidis s'éten-

dent sur la circonférence extérieure de l'enveloppe extérieure. A cet effet, de l'air de refroidissement sous pression est canalisé vers l'arrière à partir de la section de compression ou de la section de ventilateur de la turbine en direction de plusieurs

pulvérisateurs radiaux En passant par ces pulvéri-

sateurs radiaux, l'air de refroidissement sous pression vient heurter l'enveloppe extérieurede la turbine, pour en modifier la température Le diamètre de

l'enveloppe et du joint d'étanchéité à llair ex-

térieur localisé par cette dernière diminue L'espace libre ménagé entre les têtes des aubes mobiles et le

joint d'étanchéité à l'air extérieur diminue, augmen-

tant ainsi l'efficacité de la turbine.

Bien qu'un accroissement de l'efficacité de la turbine augmente le rendement du moteur, cet accroissement de rendement diminue lorsqu'on utilise de l'air de refroidissement La turbine à gaz utilise de l'énergie pour comprimer l'air de refroidissement, énergie qui pourrait, dans d'autres conditions, être

utilisée pour la propulsion Une réduction éven-

tuelle de la quantité d'air de refroidissement né-

cessaire pour localiserl'enveloppe pourrait réduire

la perte de rendement résultant du travail de compres-

sion En outre, il est souhaitable d'accroître le temps de réponse du joint d'étanchéité à l'air extérieur au refroidissement de l'enveloppe afin que la turbine

puisse atteindre rapidement le niveau désiré d'effi-

cacité. En conséquence, les hommes de science et les ingénieurs travaillent à la conception d'un assemblage de stator pouvant être refroidi en vue de l'utiliser

dans des sections de turbines refroidies extérieure-

ment afin d'accroître le rendement du moteur en rédui-

sant la quantité d'air de refroidissement nécessaire pour obtenir un espace libre donné et en réduisant le

temps de réponse de l'assemblage de stator au refroi-

dissemént pour diminuer le temps de réponse nécessaire pour obtenir un espace libre donné entre les têtes

des aubes et le joint d'étanchéité à l'air extérieur.

Suivant la présente invention, un assemblage de stator destiné à une turbine à gaz, entourant une rangée d' aubes mobiles et supportant une rangée de joints d'étanchéité à l'air extérieur à l'extérieur des têtes des aubes mobiles comprend une enveloppe ayant

une première et une deuxième bride, ainsi qu'un assem-

blage de rails pouvant être refroidis afin de locali-

ser le joint d'étanchéité à l'air extérieur qui est

supporté par la première et la deu-

xième bride de façon à pouvoir déplacer radialement l'assemblage de rails par rapport à la première et à la deuxième bride en réponse aux changements survenant

dans la température de cet assemblage de rails.

Suivant une forme de réalisation de la pré-

sente invention, l'assemblage de stator comprend une rangée d'aubes fixes près de la rangée de joints d'étanchéité à l'air extérieur, ainsi qu'un organe annulaire destiné à supporter la rangée dtaubes fixes

et pouvant se déplacer librement et radialement vis-

à-vis de l'assemblage de rails pouvant Etre refroidis. Suivant une autre forme de réalisation, une section d'amont et une section d'aval de l'enveloppe à brides sont assemblées chacune à l'assemblage de rails et ont une section transversale minimum qui est

inférieure ou égale à la moitié de la section trans-

versale minimum de l'assemblage de rails.

Une première caractéristique de la présente invention réside dans un assemblage de stator qui entoure une rangée d'aubes mobiles L'assemblage de

stator comporteune enveloppe extérieure ayant un assem-

blage de rails pouvant être refroidis Un joint

d'étanchéité à l'air extérieur est fixé à l'assem-

blage de rails pouvant être refroidis et il est es-

pacé radialement vers l'extérieur des aubes mobiles.

Une autre caractéristique réside dans les brides espa-

cées destinées à assembler l'enveloppe extérieure à un assemblage de rails pouvant être refroidis afin de

localiser le joint d'étanchéité à l'air extérieur Llen-

veloppe comporte une première et une deuxième bride.

Dans une forme de réalisation, une première section de l'enveloppe est assemblée à l'assemblage de rails et

elle s'étend entre ce dernier et la première bride.

Une deuxième section est assemblée à l'assemblage de

rails et s'étend entre ce dernier et la deuxième bride.

Dans une autre forme de réalisation, la première section est assemblée solidairement à la première bride, tandis que la deuxième section est assemblée solidairement à la deuxième bride, Dans une autre

forme de réalisation, une caractéristique princi-

pale réside dans une rangée d'aubes fixes qui sont

adjacentes au joint d'étanchéité à l'air extérieur.

Un organe annulaire s'étend axialement pour supporter la rangée d'aubes fixes Cet organe annulaire est assemblé à l'enveloppe extérieure à un assemblage à brides entre des carters adjacents Dans une forme de réalisation, l'assemblage de rails comprend

un premier et un deuxième rail sîétendant sur la circon-

férence de l'envepe et assemblés pour former un canal en U au moyen d'un élément annulaire s'étendant entre

ces rails.

Un avantage principal de la présente inven-

tion réside dans ltefficacité de la turbine à gaz résultant de la quantité d'air de refroidissement requise pour régler le diamètre de l'assemblage de

rails et la réponse de cet assemblage à l'air de re-

froidissement du fait que cet assemblage de rails est supporté par les brides précitées Dans une forme de réalisation, un avantage réside dans la

quantité d'air de refroidissement requis pour l'assem-

blage de rails et le temps de réponse de cet assem-

blage résultant du fait qu'il peut se déplacer

indépendamment d'une rangée adjacente d'aubes fixes.

Un autre avantage réside dans la concentricité du joint d'étanchéité à l'air extérieur vis-à-vis des

aubes mobiles suite à la partie axiale de l'assem-

blage de rails qui déplace concentriquement ces

derniers vis-à-vis de l'axe de rotation.

Les caractéristiques et avantages ci-dessus

de la présente invention apparaîtront plus claire-

ment à la lecture de la description détaillée ci-

après du meilleur mode de mise en oeuvre de l'inven-

tion en se référant aux dessins annexés dans lesquels

la figure 1 est une vue en élévation laté-

rale d'un turboréacteur à double flux;

la figure 2 est une vue en coupe trans-

versale d'une partie de la section de combustion et de la section de turbine du turboréacteur illustré en figure 1; et la figure 3 illustre une autre forme de réalisation de la section de combustion et de la

section de turbine illustrées en figure 2.

Une forme de réalisation dtun turboréacteur à double flux suivant l'invention est illustrée en

figure 1 Ce turboréacteur a un axe de rotation Ar.

Les sections principales de ce turboréacteur sont une section de ventilateur 10, une section de compression 12, une section de combustion 14 et une section de

turbine 16 Un assemblage de stator 18 s'étend axia-

lement à travers le turboréacteur Cet assemblage de

stator comprend une enveloppeextérieure 20 Un assem-

blage de rails 22 s'étend vers l'extérieur à partir de

cette enveloppe en l'entourant circonférentiellement.

Un conduit 24 pour l'air de refroidissement s'étend vers l'arrière à partir de la section de ventilateur du turboréacteur Plusieurs pulvérisateurs radiaux 26 en communication d'écoulement avec le conduit 24 s'étendent circonférentiellement autour de l'enveloppe

et sont espacés des assemblages de rails Chaque pul-

vérisateur radial comporte plusieurs trous 27 desti-

nés à diriger l'air de refroidissement vers un assem-

blage de rails adjacent.

La figure 2 est une vue en coupe transver-

sale d'une partie de la section de combustion 14 et de la section de turbine 16 du turboréacteur Un assemblage de rotor 28 et un parcours d'écoulement

annulaire 30 pour les gaz du milieu de travail s'éten-

dent axialement à travers le turboréacteur Cet assemblage de rotor comporte des rangées d'aubes mobiles comme représenté par les aubes individuelles

2 43219

32 Chaque aube mobile comporte une tête 34 Chaque rangée d'aubes mobiles s'étend vers l'extérieur en travers du parcours d'écoulement du milieu de travail à proximité de l'enveloppe extérieure 20 de l'assemblage de stator 18 La section de combustion comporte une chemise intérieure 36 et une chemise extérieure 38 en amont de l'assemblage de rotor Une partie de

chaque chemise est illustrée Les chemises inté-

rieure et extérieure s'étendent circonférentiellement autour de -l'axe Ar et elles sont espacées radialement

Haune de l'autre en ménageant une chambre de combus-

tion annulaire 40 entre elles La chemise extérieure est espacée radialement de l'enveloppe extérieure 20 en ménageant, entre elles, un passage annulaire 42

pour Vlair de refroidissement L'enveloppe exté-

rieure 20 comprend trois carters extérieurs stéten-

dant axialement, à savoir: un premier carter tel que le carter de diffuseur 46; un deuxième carter tel que le carter de turbine haute pression 48;et un troisième carter tel que le carter de turbine basse pression 50 Chaque carter comporte une bride d'amont 52 b et une bride d'aval 54 b Chaque bride comporte plusieurs trous comme représenté par le trou unique 56 Des brides adjacentes, ainsi qu'un écrou et un

boulon prévus à chaque trou fbrment un premier assem-

blage à brides tel que l'assemblage à brides d'amont 58 entre le premier carter (diffuseur) et le deuxième

carter (turbine haute pression).

Un deuxième assemblage à brides tel que ltassemblage à brides d'aval 60 réunit le deuxième

carter (turbine haute pression) et le troisième car-

ter (turbine basse pression).

Une rangée d'aubes fixes (comme représenté

par 1 'unique'aube fixe de premier étage 61) est dis-

posée radialement à l'intérieur du carter de turbine haute pression 48 en s'étendant vers l'intérieur en travers du parcours d'écoulement 30 du milieu de travail Un moyen est prévu pour supporter la rangée d'aubes fixes à partir du carter de turbine haute pression Ce moyen est un élément annulaire 62 s'étendant axialement et radialement vers l'intérieur à partir de l'enveloppe extérieurepour supporter les aubes fixes en porte à faux à partir du carter de turbine Cet élément annulaire comporte une bride annulaire 64, une partie cylindrique 66 et une partie

tronconique 68 La partie tronconique stétend cir-

conférentiellement autour de l'axe Ar du turboréacteur et elle est conçue pour recevoir la partie 70 de chaque aube fixe qui s'étend vers l'extérieur La partie cylindrique de l'élément annulaire est fixée solidairement à la partie tronconique et à la bride annulaire Cette bride annulaire permet d'engager l'organe annulaire sur le carter de diffuseur 46 et

le carter de turbine haute pression au premier assem-

blage à brides 58 Un ressort annulaire 72 S 2 étend entre l'organe annulaire et les éléments adjacents 74 s'étendant vers l'intérieur à partir de l'enveloppe extérieure Le ressort annulaire vient s'engager par

glissement sur les éléments adjacents 74 en permet-

tant, à ces derniers, de se déplacer librement et radialement par rapport au ressort annulaire et à

l'élément annulaire supportant les aubes fixes.

Les éléments ajacents 74 comportent un joint d'étanchéité à l'air extérieur 76, l'assemblage de rails 22 de l'enveloppe extérieure 20, ainsi qu'un moyen 78 en vue de fixer le joint d'étanchéité à l'air

extérieur à l'assemblage de rails Le joint d'étan-

chéité à l'air extérieur est constitué de plusieurs

segments s'étendant circonférentiellement comme indi-

qué par l'unique segment 800 Chaque segment comporte une extrémité d'amont 82 et une extrémité d'aval 84 et il est espacé radialement de la rangée d'aubes mobiles comme indiqué par l'espace G Le moyen 78

destiné à fixer le joint d'étanchéité à l'air exté-

rieur à l'assemblage de rails comprend une bride

d'amont 86, un moyen support d'amont segmenté 88 as-

semblé à la bride d'amont, une bride d'aval 90 et un moyen support d'aval segmenté 92 assemblé à la bride d'aval L'assemblage de rails 22 comprend un premier

rail 94, un élément annulaire 96, ainsi qu'un deuxiè-

me rail 98 espacé axialement du premier Le premier

et le deuxième rail sont fixés solidairement à l'élé-

ment annulaire Cet assemblage de rails a une lon-

gueur axiale Lr-

Un moyen 100 destiné à supporter l'assem-

blage de rails à partir de la première bride 52 b et de la deuxième bride 54 b permet, à cet assemblage de rails, de se déplacer radialement par rapport à cette

première et cette deuxième bride suite aux fluctua-

tions de température survenant dans cet assemblage de rails Ce moyen 100 comprend un premier élément

destiné à supporter l'assemblage de rails, par exem-

ple, la première section 102 de l'enveloppe extérieure, ainsi qu'un deuxième élément destiné à supporter

l'assemblage de rails, par exemple, la deuxième sec-

tion 104 de l'enveloppe extérieuree La première section s'étend entre l'assemblage de rails 22 et la première bride 52 La première section est assemblée

solidairement à la première bride, ainsi qu'au pre-

mier rail 94 e Comme on le comprendra, la première bride pourrait aller en diminuant en cône pour pénétrer dans la première section comme indiqué par la ligne en traits discontinus La première section a une longueur axiale L 1 qui est égale ou supérieure à la moitié de la longueur axiale Lr de l'assemblage

de rails La première section a une section trans-

versale minimale qui est inférieure à la section transversale minimale de l'assemblage de rails La deuxième section 104 s'étend entre l'assemblage de rails et la deuxième bride Cette deuxième section est assemblée solidairement à la deuxième bride 54 b et au deuxième rail 98 Cette deuxième section a une longueur axiale L 2 qui est égale ou supérieure à la moitié de la longueur axiale L r de l'assemblage de rails et une section transversale minimale qui est inférieure à la section transversale minimale de l'assemblage de rails Dans la forme de réalisation illustrée, la première section a une épaisseur t 1, la deuxième section a une épaisseur t 2 et l'assemblage de rails a une épaisseur minimale t L'épaisseur r et la section transversale de la première section, de même que l'épaisseur et la section transversale de la deuxième section sont inférieures ou égales à la moitié de l'épaisseur et de la section transversale de l'assemblage de rails (t 1, t 2 < ltr/2 l; A 1, A 2 <

lAr/2 l).

La figure 3 illustre une autre forme dé réalisation de l'enveloppe extérieure 20 comportant un premier assemblage de rails pouvant être refroidis 22 comme illustré en figure 2 Cette autre forme de réalisation de l'enveloppe extérieure comporte un deuxième assemblage de rails pouvant être refroidis 222 assemblé-solidairement à la deuxième bride La deuxième section 204 est assemblée solidairement au premier ( 22) et au deuxième ( 222) assemblage de rails pouvant être refroidis Comme représenté dans les

figures 2 et 3, la première section 102 et la deu-

xième section 204 ont une longueur axiale qui est supérieure ou égale à la moitié de la longueur axiale du premier assemblage de rails pouvant être refroidis et elles ont également une section transversale qui

est inférieure à celle du premier et du deuxième as-

semblage de rails pouvant être refroidis.

Au cours du fonctionnement de la turbine à gaz, le carburant est mélangé avec les gaz de travail

dans la chambre de combustion annulaire 40 de la sec-

tion de combustion 14 Le carburant est brûlé dans cette chambre afin de fournir plus d'énergie (sous forme de chaleur) aux gaz du milieu de travail Les

gaz du milieu de travail qui sont à température éle-

vée et sous haute pression, sont déchargés de la sec-

tion de combustion et ils subissent une expansion dans la section de turbine 16 pour agir sur les aubes mobi les 32 A mesure que les gaz du milieu de travail passent le long du parcours d'écoulement annulaire 30 à travers la section de turbine, les rangées d'aubes fixes 61 et les rangées d'aubes mobiles sont baignées' dans ces gaz La chaleur est transférée des gaz chauds aux aubes fixes et aux aubes mobiles Lorsque les aubes mobiles tournent autour de l'axe de rotation

Ar et lorsqu'elles sont chauffées par les gaz du mi-

lieu de travail, elles se déplacent rapidement vers l'extérieur en direction de la rangée circonférentielle

de segments du joint d'étanchéité à l'air extérieur.

L'assemblage de rails 22 de l'enveloppe extérieure qui supporte et localise le joint d'étanchéité à l'air extérieur, n'est pas situé à proximité immédiate du parcours d'écoulement'du milieu de travail et il est isolé des gaz chauds de ce milieu par l'air de

refroidissement s'écoulant le long du passage de re-

froidissement L'assemblage de rails réagit plus lentement que les aubes mobiles aux fluctuations de température et il ne réagit absolument pas aux forces

de rotation.

Au cours d'une opération transitoire, par

exemple, lors d'un brusque accroissement de la puis-

sance au décollage de l'aéronef au niveau de la mer, l'espace G diminue à mesure que les têtes des aubes mobiles se déplacent rapidement vers l'extérieur en

direction du joint d'étanchéité à l'air extérieur.

L'espace G ménagé entre le joint d'étanchéité à l'air extérieur et les aubes mobiles est suffisamment grand pour tolérer la différence de dilatation provisoire donnant lieu à un mouvement des aubes mobiles vers l'extérieur par rapport au joint d'étanchéité à l'air extérieur Lorsque la turbine à gaz atteint un état de fonctionnement constant, par exemple, en vol de croisière, la température de l'assemblage de rails 22 s'élève, amenant ainsi les rails à se dilater pour ouvrir l'espace G ménagé entre le joint d'étanchéité

à l'air extérieur et les têtes des aubes mobiles.

L'air de refroidissement s'écoule à travers le conduit 24, il est déchargé des pulvérisateurs radiaux 26 et

il vient heurter l'assemblage de rails 22 Ce refroi-

dissement a pour effet de contracter l'assemblage de

rails en déplaçant le joint d'étanchéité à l'air ex-

térieur vers l'intérieur par rapport aux aubes mobi-

les, réduisant ainsi l'espace G, de même que la quan-

tité des gaz du milieu de travail s'écoulant entre les têtes des aubes mobiles et les joints d'étanchéité

à l'air extérieur.

Comme on l'a décrit précédemment, l'accrois-

sement d'efficacité résultant de la diminution des fuites se produisant entre les têtes 34 des aubes mobiles 32 et le joint d'étanchéité à l'air extérieur 76, est contrebalancé, dans une certaine mesure, par

le travail requis pour comprimer l'air de refroidisse-

ment destiné à refroidir l'assemblage de rails 22.

La quantité d'air de refroidissement nécessaire pour ment des rails, on réduit ipso facto la masse de

ceux-ci, ainsi que la quantité d'air de refroidis-

sement nécessaire et le temps de réponse pour la

fermeture de l'espace libre.

L'élément annulaire 62 destiné à supporter la rangée (segmentée circonférentiellement) d'aubes fixes 61 est espacé axialement des éléments adjacents 74 et, à la bride annulaire 64 de l'élément annulaire, la surface circonférentielle de fixation à l'enveloppe extérieure est espacée axialement de l'assemblage de

rails, séparant ainsi ce dernier de l'élément annu-

laire Grâce à cette séparation, l'assemblage de rails 22 ne doit pas exercer une force sur l'élément

annulaire pour supporter les aubes fixes lorsque l'as-

semblage de rails déplace le joint d'étanchéité à

l'air extérieur vers l'intérieur En outre, les au-

bes fixes sont chauffées par les gaz du milieu de travail La chaleur est transférée des aubes fixes

à l'élément annulaire 62 Du fait que l'élément an-

nulaire est séparé des éléments adjacents et, en par-

ticulier, de l'assemblage de rails, le transfert de

chaleur des aubes-fixes à cet assemblage est inter-

rompu Etant donné que la quantité de chaleur est réduite comparativement aux structures dans lesquelles la rangée d'aubes fixes du premier étage est fixée

à la bride d'amont, il faut moins d'air de refroi-

dissement pour refroidir l'assemblage de rails En conséquence, le rendement dela turbine à gaz est

non seulement accru par la réduction de la quantité-

d'air de refroidissement nécessaire pour amener les

rails à exercer le niveau de force requis pour vain-

cre la force s'opposant à la localisation des joints

d'étanchéité à l'air extérieur, mais égalementparlaug-

mentation du temps de réponse de l'assemblage de rails par la réduction de la quantité de chaleur qui refroidir l'assemblage de rails, de même que la durée requise pour refroidir ce dernier à un débit donné

d'air de refroidissement (temps de réponse) sont pro-

portionnelles à la quantité de chaleur qui est conduite du parcours d'écoulement dans l'assemblage de rails au cours du refroidissement par l'air de refroidissement,

ainsi qu'à la masse et à la chaleur spécifique (capa-

cité thermique) de l'assemblage de rails.

* La masse de l'assemblage de rails est choisie pour exercer une force de compression suffisante pour

vaincre la résistance des brides, des supports segmen-

tés, des parties adjacentes du carter et les joints d'étanchéité à Vlair extérieur segmentés, de même que

pour déplacer ces joints vers les aubes mobiles sans.

dépasser la contrainte autorisée dans l'assemblage de

rails En évitant l'utilisation de boulons à l'assem-

blage de rails, on supprime les concentrations de contrainte résultant de la présence de trous pratiqués à travers les brides, de même que la masse associée aux boulons La masse de l'assemblage de rails est réduite comparativement-aux structures dans lesquelles on utilise des boulons à l'assemblage de rails Cette masse réduite permet de diminuer la quantité d'air de refroidissement nécessaire pour déplacer l'assemblage de rails vers l'intérieur, tout en raccourcissant le temps de réponse pour la fermeture de l'espace G. La section transversale et la longueur de lapremière section 102 et de la deuxième section 104 du

carter de turbine haute pression 48 réduisent l'apti-

tude de ces sections du carter à résister à la force de compression exercée par luassemblage de rails 22 lorsque celui-ci se contracte Etant donné que la masse de l'assemblage de rails est proportionnelle

aux forces que cet assemblage doit exercer, en rédui-

sant l'aptitude de ces sections à résister au mouve-

doit être dissipée de cet assemblage de rails pour atteindre un niveau de température donné dans cet assemblage. La concentricité du joint d'étanchéité à l'air extérieur 76 vis-à-vis des tètes 34 des aubes mobiles 3 Z et vis-à-vis de l'axe de rotation Ar est maintenue par la première et la deuxième section 102, 104 qui localisent l'assemblage de rails 22 tant dans le sens axial que dans le sens radial vis-à-vis de l'axe de rotation, tout en permettant une dilatation radiale relative vis- à-vis des assemblages à brides 58, 60 Grâce à la rigidité de l'assemblage de rails résultant de sa configuration en U comparativement à

la flexibilité de la première et de la deuxième sec-

tion, les deux rails peuvent agir à l'unisson en atténuant toute tendance à l'ovalisation résultant de variations locales survenant dans l'échauffement

des parties adjacentes de l'enveloppe extérieure.

La forme de réalisation illustrée en figure 3 présente les mêmescaractéristiques et les mêmes avantages que ceux illustrés en figure 2 Dans cette forme de réalisation de la figure 3, la deuxième section 204 coopère avec la première pour supporter et localiser l'assemblage de rails en transmettant les forces à l'assemblage à brides 60 via le deuxième

assemblage de rails 222.

Bien que l'invention ait été illustrée et décrite par certaines de ses formes de réalisation détaillées, l'homme de métier comprendra que diverses modifications peuvent être apportées tant dans la

forme que dans les détails sans se départir de l'es-

prit et du cadre de l'invention revendiquée.

Claims

REVENDICATIONS

1 Turbine à gaz du type comportant un

assemblage de stator ( 18) comprenant un carter exté-

rieur ( 48), un joint d'étanchéité à l'air extérieur ( 76) entourant les têtes d'une rangée d'aubes mobi- les ( 32), ainsi qu'un moyen ( 78) en vue de fixer le joint d'étanchéité à l'air extérieur ( 76) au carter extérieur ( 48), ce dernier comportant un assemblage

de rails pouvant être refroidis ( 22) situé à ltexté-

rieur du joint d'étanchéité à l'air extérieur ( 76) autour duquel il s'étend circonférentiellement, ainsi qu'une première et une deuxième bride ( 52 b, 54 b) en vue de fixer le carter extérieur ( 48) à des carters

adjacents ( 46, 50), caractérisée en ce qu Ielle com-

prend un moyen ( 100) en vue de supporter l'assemblage de rails ( 22) à partir de la première ( 52 b) et de la deuxième bride ( 54 b) pour permettre, à l'assemblage de rails ( 22) de se déplacer radialement par rapport à la première et à la deuxième bride ( 52 b, 54 b) suite aux fluctuations de température survenant dans cet

assemblage de rails ( 22).

2 Turbine à gaz du type comportant un assemblage de stator ( 18) comprenant un carter exté, rieur ( 48), un joint d'étanchéité à l'air extérieur ( 76) entourant les têtes d'une rangée d'aubes mobiles ( 32), ainsi qu'un moyen en vue de fixer le joint

d'étanchéité à l'air extérieur ( 76) au carter exté-

rieur ( 48), ce dernier comportant un assemblage de rails pouvant être refroidis ( 22) situé à l'extérieur du joint d'étanchéité à l'air extérieur ( 76) qu'il entoure circonférentiellement, ainsi qu'une première et une deuxième bride ( 52 b, 54 b) en vue de fixer le carter extérieur ( 48) à des carters adjacents ( 46, 50),

caractérisée en ce que le carter extérieur ( 48) compor-

te un premier moyen ( 102) en vue de supporter l'as-

semblage de rails ( 22) et slétendant entre ce der-

nier et la première bride ( 52 b), de même qu'un deu-

xième moyen ( 104) destiné à supporter l'assemblage de

rails ( 22) et s'étendant entre ce dernier et la deu-

xième bride ( 54 b), le premier et le deuxième moyen ( 102, 104) supportant et localisant l'assemblage de

rails ( 22) dans la direction axiale et radiale à par-

tir de la première et de la deuxième bride ( 52 b, 54 b), tout en subissant une déformation par flexion dans le sens radial pour permettre des changements thermiques dans le diamètre de l'assemblage de rails ( 22) par rapport à la première et à la deuxième bride ( 52 b,54 b) en réponse aux fluctuations de température survenant

dans cet assemblage de rails ( 22).

3 Turbine à gaz du type comportant un as-

semblage de stator ( 18) comprenant un carter extérieur ( 48), un joint d'étanchéité à l'air extérieur ( 76) entourant les têtes d'ele rangée d'aubes mobiles ( 32), ainsi qu'un élément ( 78) en vue de fixer le joint

d'étanchéité à l'air extérieur ( 76) au carter exté-

rieur ( 48), ce dernier comportant un assemblage de rails pouvant être refroidis ( 22) situé à l'extérieur du joint d'étanchéité à 11 air extérieur ( 76) qu'til entoure circonférentiellement, de même qu'une première et une deuxième bride ( 52 b, 54 b) en vue de fixer le carter extérieur ( 48) à des carters adjacents ( 46, 50),

caractérisée en ce que le carter extérieur ( 48) com-

porte une première section ( 102) assemblée solidaire-

ment à l'assemblage de rails ( 22) en s'étendant entre ce dernier et la première bride ( 52 b), cette première section ( 102) ayant une section transversale minimale qui est inférieure à la section transversale minimale de cet assemblage de rails ( 22); une deuxième section ( 104) assemblée solidairement à l'assemblage de rails ( 22) et s'étendant entre ce dernier et la deuxième bride ( 54 b), cette deuxième section ( 104) ayant une section transversale minimale qui est inférieure à la

section transversale minimale de l'assemblage de -

rails ( 22), cette première et cette deuxième section ( 102 e 104) supportant et localisant l'assemblage de rails ( 22) tant dans la direction axiale que dans la direction radiale à partir de la première et de la

deuxième bride ( 52 b, 54 b), tout en subissant une défor-

mation par flexion dans le sens radial pour permettre

des changements thermiques dans le diamètre de ltas-

semblage de rails ( 22) par rapport aux brides d'amont

et d'aval ( 52 b, 54 b).

4 Assemblage de stator suivant l'une

quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en

ce que l'assemblage de rails ( 22) comprend un premier rail ( 94), un deuxième rail ( 98) espacé axialement de

ce dernier, ainsi qu'un élément annulaire ( 96) s'éten-

dant dans une direction généralement axiale entre le

premier ( 94) et le deuxième rail ( 98).

5 Assemblage de stator suivant la revendi-

cation 4, caractérisé en ce que le premier rail ( 94) a une section transversale plus grande que celle du

deuxième rail ( 98).

6 Assemblage de stator suivant la reven-

dication 3, caractérisé en ce que la première section ( 102) est assemblée solidairement à la première bride

( 52 b).

7 Asserblage de stator suivant la revendi-

cation 6, caractérisé en ce que la deuxième section ( 104) est assemblée solidairement à la deuxième bride

( 54 b).

8 Assemblage de stator suivant la reven-

dication 6, caractérisé en ce qu'il comprend égale-

ment un deuxième assemblage de rails pouvant être refroidis ( 222) assemblé solidairement à la deuxième bride ( 54 b), la deuxième section ( 104) étant assemblée

solidairement à ce deuxième assemblage de rails pou-

vant être refroidis ( 222), tandis que la première section ( 102) et-la deuxième section ( 104) ont une section transversale minimale qui est inférieure à

la section transversale minimale du deuxième assem-

blage de rails pouvant être refroidis ( 222).

9 Turbine à gaz du type comportant un

assemblage de stator ( 18) comprenant un joint d'étan-

chéité à l'air extérieur ( 76) entourant les têtes d'une rangée d'aubes mobiles ( 32), une rangée d'aubes fixes ( 61) adjacente au joint d'étanchéité à l'air extérieur ( 76) et aux aubes mobiles ( 32), ainsi qu'une enveloppe extérieure ( 20) constituée de trois carters extérieurs s'étendant axialement ( 46, 48, 50), le premier carter ( 46) étant assemblé au deuxième carter ( 48) à un assemblage à brides ( 58), tandis que le deuxième carter ( 48) est assemblé au troisième carter ( 50) à un deuxième assemblage à brides ( 60), le deuxième carter ( 48) ayant une première bride ( 52 b), une deuxième bride ( 54 b) et un assemblage de rails pouvant être refroidis ( 22) situé à l'extérieur du

joint d'étanchéité à lair extérieur ( 76) en stéten-

dant circonférentiellement autour de ce dernier, tout en étant fixé au joint d'étanchéité à l'air extérieur ( 76) afin de localiser ce dernier, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen ( 100) en vue de supporter l'assemblage de rails ( 22) à partir de la première ( 52 b) et de la deuxième bride ( 54 b) pour permettre,

à cet assemblage de rails ( 22), de se déplacer radia-

lement par rapport-à la première et à la deuxième

bride ( 52 b, 54 b) en réponse aux fluctuations de tem-

pérature survenant dans cet assemblage de rails ( 22),

ainsi qu'un moyen en vue de supporter la rangée d'au-

bes fixes ( 61) adjacente à l'assemblage de rails ( 22) à partir de l'enveloppe extérieure ( 20), tout en

pouvant se déplacer librement et radialement par rap-

port à l'assemblage de rails pouvant être refroidis ( 22).

Turbine à gaz du type comportant un assemblage de stator ( 18) comprenant un joint dtétan- chéité à l'air extérieur ( 76) entourant les têtes d'une rangée d'aubes mobiles ( 32), une rangée d'aubes fixes

( 61) adjacente au joint d'étanchéité à l'air exté-

rieur ( 76) et aux aubes mobiles ( 32), ainsi qu'une enveloppe extérieure ( 20) constituée de trois carters extérieurs s'étendant axialement ( 46, 48, 50), le premier carter ( 46) étant assemblé au deuxième carter ( 48) à un assemblage à brides ( 58), tandis que le deuxième carter ( 48) est assemblé au troisième carter

( 50) à un deuxième assemblage à brides ( 60), le deu-

xième carter ( 48) ayant une première bride ( 52 b),une deuxième bride ( 54 b) et un assemblage de rails pouvant être refroidis ( 22) situé à l'extérieur du joint d'étanchéité à l'air extérieur ( 76) en s'étendant circonférentiellement autour de ce joint auquel il est fixé afin de le localiser, caractérisée en ce qu'elle comprend un carter extérieur ( 48) ayant un premier moyen ( 102) destiné à supporter l'assemblage de rails ( 22) et s'étendant entre ce dernier et la

première bride ( 52 b), un deuxième élément ( 104) des-

tiné à supporter l'assemblage de rails ( 22) et s'éten-

dant entre ce dernier et la deuxième bride ( 54 b); de

même qu'un moyen destiné à supporter la rangée d'au-

bes fixes ( 61) et s'étendant axialement et radiale-

ment vers l'intérieur à partir de l'enveloppe exté-

rieure ( 20) afin de supporter les aubes fixes ( 61) en porte à faux à partir de cette enveloppe extérieure ( 20), tout en ayant la possibilité de se déplacer

librement et radialement par rapport au joint d'étan-

chéité à l'air extérieur ( 76) et à l'assemblage de rails pouvant être refroidis ( 22), le premier moyen ( 102) et le deuxième moyen ( 104) destinés à supporter l'assemblage de rails ( 22) localisant et supportant

ce dernier dans la direction axiale, tout en le sup-

portant de manière flexible dans la direction radiale afin de lui permettre de se déplacer radialement par

rapport au moyen destiné à supporter la rangée d'au-

bes fixes ( 61), ainsi que par rapport à la première

et à la deuxième bride ( 52 b, 54 b).

11 Turbine à gaz du type comportant un

assemblage de stator ( 18) comprenant un joint diétan-

chéité à l'air extérieur ( 76) entourant les têtes d'une rangée d'aubes mobiles ( 3 Z), une rangée d'aubes

fixes ( 61) adjacente à ce joint de'étanchéité à l'air.

extérieur ( 76) et aux aubes mobiles ( 32), ainsi qu'une enveloppe extérieure ( 20) constituée de trois carters extérieurs S 9 etendant axialement ( 46, 48: 50)p le premier carter ( 46) étant assemblé au deuxième carter ( 48) à un premier assemblage à brides ( 58), tandis que le deuxième carter (t 8 l) est assemrblé au troisième carter ( 50) à un deuxième assemblage à

brides ( 60), le deuxième carter ( 48) ayant une pre-

mière bride ( 52 b), une deuxième bride ( 54 b) et un assemblage de rails pouvant être refroidis ( 22) situé à l'extérieur du joint d'étanchéité à l'air extérieur ( 76) autour duquel il s'étend circonférentiellement

et auquel il est fixé afin de le localiser, caracté-

risée en ce qu'elle comprend un carter extérieur ( 48)

ayant une première section ( 102) assemblée solidaire-

ment à l tassemblage de rails ( 22) et à la première bride ( 52 b), cette première section ( 102) ayant une section transversale minimale qui est inférieure à la section transversale minimale de l'assemblage de

rails ( 22), ainsi qu'une deuxième section ( 104) as-

semblée solidairement à l'assemblage de rails ( 22) et s'étendant entre ce dernier et la deuxième bride ( 54 b), cette deuxième section ( 104) ayant une section transversale minimale qui est inférieure à la section transversale minimale de l'assemblage de rails ( 22); de même qu'un moyen en vue de supporter la rangée

d'aubes fixes ( 61) qui s'étend axialement et radiale-

ment vers l'intérieur à partir de l'enveloppe exté-

librement et radialement par rapport au joint dlétan-

chéité à l'air extérieur ( 76) et à l'assemblage de rails pouvant être refroidis ( 22), la première et la deuxième section ( 102, 104) supportant et localisant l'assemblage de rails ( 22) dans la direction axiale, tout en le supportant d'une manière flexible dans la

direction radiale.

12 Assemblage de stator suivant la reven-

dication 11, caractérisé en ce que le moyen destiné à supporter la rangée d'aubes fixes ( 61) est assemblé à l'enveloppe extérieure ( 20) au premier assemblage

à brides ( 58).

13 Assemblage de stator suivant la reven-

dication 12, caractérisé en ce que la rangée d'aubes fixes ( 61) est espacée axialement du joint d'étanchéité

à l'air extérieur ( 76), tandis que le premier assem-

blage à brides ( 58) est espacé axialement de la rangée

d'aubes fixes ( 61).

14 Assemblage de stator suivant la reven-

dication 13, caractérisé en ce qulil comprend égale-

ment une chambre ( 40) destinée à brûler un carburant

avec les gaz du milieu de travail, tandis que ltenve-

loppe extérieure ( 20) est espacée radialement de cette chambre ( 40) en ménageant, entre elles, un passage ( 42) pour l'air de refroidissement, le premier assemblage à brides ( 58) étant situé radialement à l'extérieur de

la chambre de combustion ( 40), tandis qu'il est adja-

cent au passage de l'air de refroidissement ( 42).

Assemblage de stator suivant l'une

quelconque des revendications 3, 5, 6, 7, 8, 9, 12, 13

et 14, caractérisé en ce que la longueur L 1 de la pre-

mière section ( 102) et la longueur L 2 de la deuxième section ( 104) sont supérieures ou égales à la moitié de la longueur Lr de l'assemblage de rails ( 22) (L 1 > lLr/2 l; L 2 Ä lLr/2 l)o

16 Assemblage de stator suivant la reven-

dication 15, caractérisé en ce que la section trans-

versale minimale A 1 de la première section ( 102) et la section transversale minimale A 2 de la deuxième section ( 104) sont inférieures ou égales à la moitié de la section transversale minimale Ar de l'assemblage

de rails ( 22) (A 1 S lAr/2 l; A 2 S lAr/2 l).

Par procuration de UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION.

Le mandataire est R Baudin.