FR2574857A1 - Stator refroidissable pour un moteur a turbine a gaz - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN STATOR REFROIDISSABLE POUR UNE MACHINE ROTATIVE A FLUX AXIAL, NOTAMMENT UN MOTEUR A TURBINE A GAZ. CE STATOR EST CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND UN ENSEMBLE DE STATOR REFROIDISSABLE 18 COMPORTANT UNE PAIRE D'ORGANES D'ETANCHEITE 134, 136 QUI SONT ESPACES RADIALEMENT L'UN DE L'AUTRE ET QUI S'ETENDENT AXIALEMENT ET CIRCONFERENTIELLEMENT ENTRE LES COTES 144, 146 DE LA PAIRE DE SEGMENTS DE PAROI 36 ET EN TRAVERS DE L'INTERVALLE G, LES ORGANES D'ETANCHEITE 134, 136 ET LES COTES EN REGARD 144, 146 DES SEGMENTS DE PAROI 36 FORMANT UN CONDUIT 148 POUR LE CIRCUIT D'ECOULEMENT DE L'AIR DE REFROIDISSEMENT, CE CONDUIT 148 ETANT DELIMITE PAR LES ORGANES D'ETANCHEITE 134, 136 VERS L'INTERIEUR DANS LE SENS RADIAL ET VERS L'EXTERIEUR DANS LE RADIAL ET ETANT DELIMITE PAR LES COTES 144, 146 DES SEGMENTS DE PAROI 36 DANS L'UNE OU L'AUTRE DES DEUX DIRECTIONS CIRCONFERENTIELLES.

Description

La présente invention concerne des machines rotatives à flux axial du type

comportant un circuit d'écoulement pour des gaz de travail actifs et plus particulièrmeent un conduit pour un trajet d'écoulement d'air de refroidissement qui est voisin du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs. Bien que lI'invention ait été conçue, pendant sa mise au point, dans le domaine des moteurs à turbine à gaz à flux axial, elle peut

s'appliquer également à d'autres domaines qui emploient des machi-

nes rotatives.

Un moteur à turbine à gaz à flux axial comprend une sec-

tion de compression, une section de combustion et une section de turbine. Un circuit d'écoulement annulaire pour les gaz de travail

actifs s'étend axialement à travers ces sections du moteur. Un sta-

tor s'étend autour du circuit d'écoulement annulaire afin de confi-

ner les gaz de travail actifs au circuit d'écoulement et de diriger

les gaz le long de ce circuit d'écoulement.

Tandis que les gaz s'écoulent le long du circuit d'écoule-

ment, ces gaz sont mis sous pression dans la section de compression et brûlés avec un combustible dans la section de combustion, afin d'ajouter de l'énergie aux gaz. Les gaz chauds sous pression se

détendent à travers la section de turbine afin de produire un tra-

vail utile. La plus grande partie de ce travail est employée en

tant que travail moteur, par exemple pour l'entraînement d'une tur-

bine libre ou la production d'une poussée pour un aéronef.

Une partie restante du travail fourni par la section de turbine n'est pas utilisée pour le travail moteur et au contraire elle

est employée pour comprimer les gaz de travail actifs, dans la sec-

tion de compression du moteur. Le moteur comprend un rotor afin de transférer ce travail à partir de la section de turbine à la section de compression. Le rotor porte, dans la section de turbine, des séries d'ailettes rotoriques pour recevoir de l'énergie à partir des gaz de travail actifs. Le stator comprend des séries d'aubes statoriques qui s'étendent vers l'intérieur en travers du circuit d'écoulement des

gaz de travail actifs entre les séries d'ailettes rotoriques. Les au-

bes statoriques dirigent le flux de gaz arrivant vers les ailettes ro-

toriques suivant un angle désiré. Les ailettes rotoriques ont des profils aérodynamiques qui s'étendent vers l'extérieur en travers

du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs et qui sont dis-

posés suivant un angle par rapport au flux de gaz arrivant afin de

recevoir de l'énergie à partir des gaz et d'entraîner le rotor au-

tour de l'axe de rotation. Le stator comporte en outre un carter externe et des séries de-segments de paroi supportés à partir du carter externe et s'étendant circonférentiellement autour du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs. Les segments de paroi sont disposés de manière à être adjacents au circuit d'écoulement des gaz de travail actifs afin de confiner les gaz de travail actifs à leur circuit d'écoulement. Ces segments de paroi ont des faces radiales qui sont espacées circonférentiellement en laissant entre elles un jeu G. Ce

jeu est prévu pour tenir compte des variations de diamètre de la sé-

rie de segments de paroi en réponse aux conditions de fonctionnement du moteur lorsque le carter externe est chauffé et se dilate ou bien

lorsqu'il est refroidi et se contracte.

Chaque segment de paroi de la série d'aubes statoriques li-

mite le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs et il compor-

te un ou plusieurs profils aérodynamiques qui s'étendent vers l'inté-

rieur en travers du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs.

Un autre exemple d'une série de segments de paroi est constitué par un joint d'étanchéité pneumatique externe qui est formé de segments de parois adjacents circonférentiellement et qui s'étendent autour d'une série d'ailettes rotoriques, à proximité immédiate des profils aérodynamiques, de manière

à confiner les gaz de travail actifs à leur circuit d'écou-

lement. Les segments de paroi du joint pneumatique externe et les

aubes statoriques sont en contact intime avec les gaz de travail ac-

tifs chauds et ils reçoivent de la chaleur à partir de ces gaz. Les segments sont refroidis afin de maintenir la température de ceux-ci

dans des limites acceptables. Un exemple d'une telle série refroidis-

sable de segments de paroi est décrit dans le brevet US 3 583 824.

Ce brevet décrit l'emploi d'un joint d'étanchéité pneumatique exter-

ne qui est disposé à l'extérieur d'une série d'ailettes rotoriques.

L'air de refroidissement s'écoule le long d'un trajet d'écoulement primaire dans une cavité qui s'étend ciroonférentiellement autour du joint pneumatique externe, entre ce joint pneumatique externe et le carter du moteur. L'air de refroidissement s'écoule à travers une plaque d'impact afin de calibrer et de diriger avec précision le débit d'air de refroidissement contre la surface externe du segment de paroi. L'air est recueilli dans une cavité d'air d'impact et il s'échappe de cette cavité d'air d'impact pour pénétrer dans le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs afin d'établir un écoulement continu de fluide à travers la plaque et contre ie

segment de paroi. Cet air de refroidissement assure un refroidis-

sement par convection de la zone marginale du joint pneumatique ex-

terne et de la structure adjacente tandis qu'il passe à travers le joint pneumatique externe pour pénétrer dans le circuit d'écoulement

des gaz de travail actifs.

Un organe d'étanchéité est couramment prévu, dans les moteurs modernes, entre chaque paire de segments de paroi espacés

circonférentiellement. L'organe d'étanchéité forme un pont en tra-

vers de l'intervalle G entre les segments afin d'empêcher la fuite

d'air de refroidissement entre les segments dans le circuit d'écou-

lement des gaz de travail actifs. Un exemple de segments de paroi

présentant cette caractéristique est décrit dans le brevet US 3 341 172.

Ce brevet décrit un organe d'étanchéité en forme de C s'étendant entre des blocs 55b ainsi qu'il est représenté sur les figures 3 et 6,

afin d'empêcher la fuite d'air de refroidissement à partir de l'exté-

rieur du moteur vers et dans le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs. Un autre exemple d'une série de segments de paroi pourvus d'organes d'étanchéités est décrit dans le brevet US 3 752 598. Ce brevet montre, sur les figures 1 et 2, une série d'aubes statoriques comportant des organes d'étanchéité s'étendant circonférentiellement,

entre des aubes statoriques adjacentes. Un circuit d'écoulement primai-

re pour l'air de refroidissement, tels que les circuits d'écoulement 36 et 38, fourni l'air de refroidissement à l'intérieur des aubes, en passant à travers des orifices prévus dans les extrémités de ces aubes. L'organe d'étanchéité est une plaque d'étanchéité 50 disposée dans des rainures en regard, entre les segments adjacents. La plaque

d'étanchéité forme un pont en travers de l'intervalle entre les seg-

ments afin d'empêcher la fuite d'air de refroidissement le long d'un

trajet de fuite entre les segments, lequel s'étend du circuit d'écou-

lement primaire au circuit d'écoulement des gaz de travail actifs. Cespiaques d'étanchéité, bien qu'elles soient efficaces pour empêcher la fuite de gaz de travail actifs le long du circuit d'écoulement, ne forment pas un joint parfaitement étanche. La fuite résiduelle est

acceptable parce qu'elle assure un refroidissement de parties de seg-

ments de paroi qui sont adjacentes à l'intervalle G et qui sont chauf-

fées par les gaz de travail actifs à la fois sur une face radiale et

sur une face circonférentielle.

Bien que l'utilisation d'air de refroidissement soit acceptée parce qu'telle augmente la durée de service des segments de paroi et des profils aérodynamiques comparativement à des segments de paroi non refroidis et des profils aérodynamiques non refroidis, l'utilisation d'air de refroidissement entraîne une réduction du rendement du moteur en fonctionnement. Cette réduction résulte du fait qu'une partie du travail utile du moteur est utilisée pour mettre sous pression l'air de refroidissement dans la section de compression, ce qui réduit par conséquent la quantité de travail utile disponible pour la puissance de sortie. Une façon d'accroître

le rendement opérationnel est de diminuer la fuite d'air de refroidis-

sement à partir des circuits d'écoulement d'air de refroidissement dans le moteur. Une autre façon d'accroître le rendement opérationnel est d'utiliser plus efficacement l'air de refroidissement de telle façon qu'un refroidissement accru soit obtenu avec la même quantité d'air de refroidissement ou bien que la même grandeur de refroidissement

soit obtenue avec une quantité réduite d'air de refroidissement. -

Par conséquent les scientifiques et ingénieurs ont cherché à fournir d'une manière plus efficace de l'air de refroidissement aux composants, tels que les segments de paroi, à la fois en améliorant

la structure du dispositif d'étanchéité et en utilisant plus efficace-

ment l'air de refroidissement fourni aux composants.

L'invention est basée en partie sur le fait que l'air de refroidissement qui s'échappe dans le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs, après avoir refroidi un segment de paroi contient une quantité d'air de refroidissement s'échappant qui pourrait avoir été dérivé, à partir du flux s'écoulant directement vers et dans le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs, vers une autre région du moteur si un conduit pouvait être créé pour cet air. Suivant l'invention une machine rotative ayant un circuit d'écoulement des gaz de travail actifs comporte une paire de segments de paroi adjacents, espacés circonférentiellement, et une paire d'organes d'étanchéité qui s'étendent axialement entre les segments afin de créer un conduit pour l'écoulement de l'air de refroidissement

adjacent au circuit d'écoulement des gaz de travail actifs.

L'invention est en outre basée en partie sur le fait que, en premier lieu, la fuite d'air de refroidissement entre certains segments de paroi est liée directement à la différence de pression entre un circuit d'écoulement à haute pression situé à l'extérieur des segments et les gaz de travail actifs, et, en second lieu, l'effet de cette différence de pression sur la fuite d'air de refroidissement est réduit en prévoyant un conduit entre'les segments, ce conduit fonctionnant à une pression intermédiaire avec de l'air de refroidissement délivré à partir d'une autre

région à basse pression du moteur.

Suivant une forme d'exécution de l'invention (1) la paire de segments de paroi séparent un circuit d'écoulement des gaz

de travail actifs d'un circuit d'écoulement pour l'air de refroidisse-

ment à haute pression, et (2) le conduit entre les segments de paroi est mis sous pression avec l'air de refroidissement s'échappant à une pression intermédiaire à travers une série adjacente de segments de paroi, afin de bloquer un trajet de fuite entre les segments lequel s'étend à partir du circuit d'écoulement pour l'air de refroidissement jusqu'au circuit d'écoulement des gaz de travail actifs. Suivant une forme d'exécution de l'invention le conduit est formé par les côtés des segments de paroi qui sont orientés

dans le sens de la circonférence et par une paire de pla- ques -

d'étanchéité espacées radialement lesquelles s'étendent le long

de la totalité de la longueur axiale des côtés des segments de paroi.

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Une caractéristique principale de la présente invention est une série de segments de paroi s'étendant circonférentiellement. Chaque segment de paroi est espacé circonférentiellement d'un segment de paroi adjacent en laissant entre eux un intervalle ou jeu G. Une autre caractéristique de l'invention est constituée par une paire d'organes d'étanchéité s'étendant axialement et circonférentiellement, lesquels sont disposés dans l'intervalle G et sont espacés radialement pour former un conduit pour l'air de refroidissement qui s'étend

d'une extrémité du segment de paroi à l'autre. Dans une forme d'exé-

cution la paire adjacente de segments d'étanchéité comportent des côtés se faisant face qui sont-adaptés, au moyen d'une paire interne de rainures et d'une paire externe de rainures, de manière à recevoir des plaques d'étanchéité qui s'étendent d'une extrémité du segment de paroi à l'autre. Dans une forme d'exécution un circuit d'écoule- ment secondaire pour l'air de refroidissement s'étend radialement vers l'intérieur en direction du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs et il communique avec le conduit afin de mettre sous pression celui-ci. L'intervalle circonférentiel G entre les segments de paroi adjacents communique avec un circuit d'écoulement primaire pour l'air de refroidissement qui est situé

radialement à l'extérieur par rapport au conduit.

Un avantage principal de la présente invention est le rendement du moteur qui résulte de l'utilisation efficace de l'air

de refroidissement en prévoyant un conduit pour le circuit d'écoule-

ment de l'air de refroidissement qui est adjacent au circuit d'écou-

lement des gaz de travail actifs. Un autre avantage est le rendement

du moteur qui résulte de l'utilisation efficace de l'air de refroidis-

sement en dérivant une partie de l'air de refroidissement à partir d'un circuit d'écoulement qui aboutit au circuit d'écoulement des gaz de travail actifs, vers un circuit d'écoulement qui utilise l'air

de refroidissement pour effectuer un refroidissement à un autre empla-

cement avant qu'il ne pénètre dans le circuit d'écoulement des gaz de

travail actifs. Un autre avantage de la présente invention est le ren-

dement du moteur-qui résulte de la mise sous pression d'un conduit au moyen d'air de refroidissement s'écoulant à travers une série adjacente de segmentsde paroi en direction du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs. Le conduit empêche l'établissement d'un trajet de fuite suite entre la paire de segments qui s'étend à partir d'un circuit d'écoulement à haute pression pour l'air de refroidissement

vers et dans le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs.

On décrira ci-après, à titre exemples non limitatifs, diverves formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en coupe axiale d'uhe partie d'une machine rotative à flux axial laquelle montre une portion

d'une section de turbine 12 et un axe de rotation A du moteur.

r La figure 2 est une vue en-perspective partielle de deux segments de paroi adjacents, des portions de ces segments de paroi

ayant été enlevées dans un but de clarification.

La figure 3 est une vue en perspective partielle d'un segment de paroi d'une série de segments de paroi qui est interrompu afin de montrer une paire de plaques d'étanchéité s'étendant axialement

lesquelles s'engagent à coulissement dans le segment de paroi.

La figure 4 est une vue en coupe faite suivant la ligne 4-4 de la figure 1, cette vue montrant une variante d'exécution utilisant un organe d'étanchéité qui fait partie intégrante de l'un des segments

de paroi.

La figure 1 est une vue en élévation latérale d'un moteur

à turbine à gaz 10 à flux axial et elle montre une portion d'une sec-

tion de turbine 12 et un axe de rotation A du moteur. La section de r turbine comporte un circuit d'écoulement annulaire 14 pour les gaz de travail actifs, lequel est disposé autour de l'axe de rotation. Un

rotor 16 s'étend axialement à travers le moteur autour de l'axe de ro-

tation. Un stator 18 s'étend axialement à travers le moteur, autour du rotor.

Dans la section de turbine le rotor comporte des séries d'ai-

lettes rotoriques, représentées par la seule ailette rotorique 22 et la seule ailette rotorique 24. Les ailettes rotoriques s'étendent vers

l'extérieur en travers du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs.

Le stator comporte un carter du moteur 26 qui s'étend circonféren-

tiellement autour du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs et une paroi 28 qui est espacée vers l'intérieur à partir du carter du moteur. Au moins un circuit d'écoulement primaire pour l'air de refroidissement, représenté par le circuit d'écoulement 32, s'étend axialement à travers le moteur entre la paroi 28 et le carter du

moteur 26.

La paroi 28 s'étend circonférentiellement autour du circuit d'écoulement dés gaz de travail actifs, à proximité immédiate des ailettes rotoriques 22 et des ailettes rotoriques 24 afin de border

vers l'extérieur le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs.

La paroi comporte trois séries de segments de paroi arqués représentés par le seul segment de paroi 34, le seul segment de paroi 36 et le seul segment de paroi 38. Les séries de segments de paroi sont adjacentes les unes aux autres dans le sens axial et elles ont leurs extrémités qui sont à proximité immédiate d'une extrémité associée de la série adjacente de segments. La première série de segments de paroi 34 a une extrémité amont 42 et une extrémité aval 44. La deuxième série de segments de paroi 36 a une extrémité amont 46 et une extrémité aval 48. La troisième série de segments de paroi a une extrémité amont 52 et une extrémité aval 54. L'extrémité aval 44 de la première série de segments est adjacente à l'extrémité amont 46 de la deuxième série de segments. L'extrémité aval 48 de la seconde série de segments est espacée axialement de l'extrémité amont 52 de la troisième série de segments, en laissant entre elles une cavité 56

s'étendant circonférentiellement.

La première série de segments de paroi 34 forme un joint pneumatique externe 58 qui s'étend circonférentiellement autour des ailettes rotoriques. La deuxième série de segments de paroi 36 a

un ou plusieurs profils aérodynamiques 62 sur chaque segment qui s'éten-

dent vers l'intérieur, en travers du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs pour former une série d'aubes statoriques 64. La troisième série de segments de paroi forme un joint pneumatique

externe 66 qui s'étend circonférentiellement autour des ailettes ro-

toriques 24.

Le statorrefroidissable comporte des moyens pour supporter

chacune de ces séries de segments de paroi à partir-du carter du moteur.

Les moyens supportant le joint pneumatique externe 58 comportent un support amont 68 et un support aval 72. Ces supports sont fixés au

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carter du moteur 26 afin de supporter et positionner le joint pneumatique externe dans la direction radiale autour des ailettes rotoriques. Les supports s'étendent vers l'intérieur à partir du carter du moteurvers l'extrémité amont 42 et l'extrémité aval 44 des segments de paroi 34. Chaque segment de paroi est adapté, au moyen d'un crochet amont 74 et d'un crochet aval 66, de manière à être en contact avec les supports. Le joint pneumatique externe 66 est supporté de la même façon à partir du carter du moteur, au moyen d'un support amont 78, d'un support aval 82 et de crochets 84,86. Chaque segment de paroi 36 de la seconde série d'aubes statoriques comporte une plate-forme 88 qui porte un ou plusieurs profils aérodynamiques 62. Un support amont 89 et un support aval sont fixés à la plate-forme et s'étendent vers l'extérieur à partir de cette plate-forme afin d'être en contact avec le carter

du moteur, pour supporter le segment.

Le joint pneumatique externe 58, la série d'aubes statoriques 64 et le joint pneumatique externe 66 sont respectivement espacés vers l'intérieur par rapport au carter du moteur, en laissant entre eux des cavités respectives 92,94 et-96. Chaque segment de paroi est adapté, au moyen d'une surface tournée vers l'extérieur 92a,94,94a et 96a, de manière à délimiter ces cavités. Des plaques d'impact s'étendant circonférentiellement, telles que la plaque d'impact 98 et la plaque 102, sont espacées vers l'extérieur par rapport au joint

pneumatique externe 58 et au joint pneumatique externe 66 et vers l'in-

térieur par rapport au carter du moteur. La plaque d'impact 98 divise la cavité 92 en une cavité interne 104 et une cavité externe 106. La plaque d'impact 102 divise la cavité 96 de la même façon en une

cavité interve 108 et une cavité externe 112.

Le premier circuit d'écoulement ou circuit primaire 32 pour l'air de refroidissement s'étend axialement à travers le moteur et à l'extérieur du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs 14, pour déboucher, à travers des orifices non représentés, dans la cavité

externe 106. Le circuit d'écoulement s'étend à partir de la cavité exter-

ne 106 vers et dans la cavité 94 à travers des orifices (non représentés) dans les supports 72,89 et le carter 26, et de là vers la cavité externe 112, à travers des orifices (non représentés) dans les supports 90,78 et le carter. Suivant une variante l'air de refroidissement peut être fourni le long d'un second circuit d'écoulement primaire s'étendant à travers

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le carter 26 du moteur vers la cavité 94 et ensuite vers la cavité 96. Dans la cavité externe 106 le circuit d'écoulement primaire 32

s'étend radialement vers l'intérieur en direction de la plaque d'im-

pact 98. Un second circuit d'écoulement, tel que le circuit d'écoule-

ment secondaire 114 pour l'air de refroidissement, s'étend axialement et circonférentiellement dans la cavité interne 104, à l'extérieur du joint pneumatique externe 58. Une pluralité de trous d'impact 116, prévusdans la plaque d'impact, met le circuit d'écoulement primaire en communication avec le circuit d'écoulement secondaire. Les trous d'impact sont dimensionnés de manière à calibrer le débit d'air de refroidissement à partir de la cavité externeet à diriger le flux d'air de refroidissement contre le joint pneumatique externe. Chaque

segment de paroi comporte un substrat 118 s'étendant circonférentiel-

lement et à partir duquel s'étendent le crochet amont 74 et le cro-

chet aval 76. Chacun de ces crochets est pourvu de fentes, telles que les fentes 122 dans le crochet amont et les fentes 124 dans le crochet aval, afin de mettre à l'échappement la cavité interne 104 à l'extérieur du joint pneumatique externe. Ainsi qu'il est représenté, le débit secondaire vient frapper la surface externe 92a du joint pneumatique externe, il s'écoule vers l'arrière à travers les segments à travers les fentes 124 dans le crochet aval du joint pneumatique externe jusqu'à un premier point 126, et de là entre les substrats adjacents 118 et entre les substrats et les aubes statoriques, pour

pénétrer dans le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs 14.

Chaque segment de paroi 36 de la série adjacente de segments de paroi quiforment la série d'aubes statoriques 64, comporte une rainure interne 128 et une rainure externe 132. Ces rainures permettent aux segments de paroi de recevoir des organes d'étanchéité interne et externe, tels qu'une plaque d'étanchéité interne 134 et une plaque d'étanchéité externe 136 qui sont représentées en coupe. Un troisième

circuit d'écoulement 138 pour l'air de refroidissement s'étend axia-

lement vers l'arrière entre les segments de paroi des aubes statoriques adiacentes entre les plaques d'étachéité à partir de l'extrémité amnt 46 jusequ'à l'extrémité aval 48 de l'aube statorique, et à partir de là il communique avec la cavité 56 entre les aubes statoriques et le joint pneumatique externe 66. Le troisième circuit d'écoulement pour l'air de refroidissement communique avec le second circuit d'écoulement en un point 142 sur le second circuit d'écoulement

qui se trouve situé entre le premier point 126 et le circuit d'écou-

lement des gaz de travail actifs.

La figure 2 est une vue en perspective partielle d'une paire de segments de paroi adjacents 36 (c'est-à-dire les segments 36a et 36b), des portions des segments de paroi étant enlevées dans un but de clarification. Chaque segment de paroi comprend un premier côté 144 qui est tourné dans une première direction circonférentielle et un second côté 146 qui est tourné dans une seconde direction circonférentielle, opposée à la précédente.Chaque premier côté de la paire de segments fait face au second côté du segment adjacent. Ces côtés sont espacés circonférentiellement enlaissant entre eux un intervalle G. Chaque côté présente une rainure interne 128 qui s'étend à partir de l'extrémité amont (première extrémité) 46 jusqu'à l'extrémité aval (seconde extrémité) 48 du segment et qui fait-.face à la rainure interne 128 prévue dans le côté en regard de l'autre segment. Chaque côté comprend également une rainure externe 132 qui est espacée radialement vers

l'extérieur par rapport à la rainure interne, qui s'étend de l'extré-

mité amont du segment jusqu'à l'extrémité aval de ce segment et qui fait face à la rainure externe prévue dans le côté en regard de l'autre segment.La plaque d'étahéité interne 134 est disposée dans les rainures

internes et elle s'étend circoniérentiellement en travers de l'inter-

valle G et axialement de la première extrémité à la seconde extrémité.

La plaque d'étanchéité externe 136 est disposée de la même façon dans les rainures externes et elle s'étend circonférentiellement en travers de l'intervalle G et axialement de la première extrémité du segment à la seconde extrémité de ce segment. Les plaques d'étanchéité et les côtés des segments qui s'étendent entre les rainures, définissent un conduit 148 pour l'air de refroidissement qui communique avec le

circuit d'écoulement secondaire 114.

La figure 3 est une vue en perspective partielle du segment de paroi 36 de la série d'aubes statoriques 64. Chaque aube statorique a une ouverture 152 à l'endroit de chaque profil aérodynamique qui met l'intérieur de ce profil aérodynamique en communication avec le circuit d'écoulement primaire 32 pour le passage de l'air de refroidissement. Le circuit d'écoulement primaire s'étend axialement vers et dans la cavité 94 en dessous de l'aube statorique et de là à travers l'ouverture 154 dans le support aval 90, vers et dans la

cavité 96 à l'extérieur du second joint pneumatique externe 66.

Une partie de l'air de refroidissement provenant du circuit d'écoule-

ment primaire s'écoule le long du circuit d'écoulement primaire 32' pour l'air de refroidissement vers et dans l'ouverture 152 prévue

dans le profil aérodynamique. Une autre partie de l'air de refroidis-

sement provenant du circuit d'écoulement primaire s'écoule le long d'un trajet de fuite 32" qui s'étend à partir du circuit d'écoulement primaire jusqu'au circuit d'écoulement des gaz de travail actifs. Ce trajet de fuite 32" est interrompu par la plaque d'étanchéité interne 134, la plaque d'étanchéité externe 136 et l'air sous pression dans le

conduit 148.

La figure 4 est une vue en coupe de la région du conduit d'un segment de paroi du type représenté sur la figure 3 et elle montreune varianted'exécution dans laquelle le conduit 148 est formé par des épaulements se chevauchant prévus- sur les côtés adjacents des segments d'étanchéité; Dans la forme d'exécution illustrée le premier segment de paroi 36a comprend un épaulement s'étendant axialement et présentant une surface 156 qui est tournée vers iVintérieur, en direction du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs. L'un des organes-d'étanchéité, tel que la saillie 158, fait partie intégrante du second segment de paroi 36b et elle présente une surface 162 tournée vers l'extérieur, laquelle

chevauche la surface sur l'épaulementdu premier segment d'étanchéité.

Cette construction pourrait être utilisée avec un second épaulement et une seconde saillie 156',158',162' ou bien avec une plaque d'étanchéité 134', ainsi qu'il est illustré par la plaque d'étanchéité en trait mixte. Suivant une variante les-deux épaulements et saillies pourraient être prévus sur les segments de paroi adjacents en combinaison avec une seule plaque d'étanchéité 134' ou bien avec une paire de plaques d'étanchéité se faisant face radialement ansi qu'il est illustré par la plaque d'étanchéité 134' et la plaque d'étanchéité

136' représentées en trait mixte.

Pendant le fonctionnement du moteur à turbine à gaz 10, de l'air de refroidissement s'écoule le long du circuit d'écoulementprimaire 32 et les gaz de travail actifs chauds s'écoulent le long du circuit d'écoulement annulaire 14, vers et dans la section de turbine 12 du moteur. Les composants de la section de turbine sont chauffés par la chaleur reçue à partir des gaz de travail actifs et sont refroidis par le transfert de chaleur en direction de l'air de refroidissement. Ces composants comprennent le carter du moteur 26, les segments de paroi du joint pneumatique externe 58, les segments de paroi de la série d'aubes statoriques 64, les segments de paroi du joint pneumatique externe 66, et les supports de ces

segments de paroi, c'est-à-dire les supports 68,72,89,90,78,82.

L'air de refroidissement s'écoule le long du circuit d'écoulement primaire 32 vers et dans la cavité externe 106 et de là vers la cavité 94 à l'extérieur des aubes statoriques et de là vers la cavité externe 112 à l'extérieur du joint pneumatique externe 66. Par suite de l'écoulement de l'air de refroidissement et de l'écoulement des gaz de travail actifs chauds, des différences de pression relative existent entre le circuit d'écoulement primaire pour l'air de refroidissement et le circuit d'écoulement pour les gaz de travail actifs. Ces différences de pression dépendent en partie de variations du niveau de pression le long du circuit d'écoulement 14 et de variations du niveau de pression provoquées par les pertes de débit et par la dérivation d'une partie de l'air de refroidissement à partir du circuit d'écoulement primaire 32 pour l'air de refroidissement en direction de circuits d'écoulement secondaires tels que le circuit d'écoulement 114. Les pressions en divers endroits sont représentées sur la figure 1 et elles comprennent: p1: pression dans la cavité externe 106; P2: pression dans la cavité interne 104; p5: pression le long du circuit d'écoulement secondaire 114 dans la région comprise entre les premier et second points 126,142; p4: pression dans la cavité 94 à l'extérieur des aubes statoriques;-et p7: pression dans la cavité externe 112 à l'extérieur du joint

pneumatique externe 66.

Les pressions en divers emplacements le long du circuit d'écoulement annulaire comprennent les pressions suivantes: P3: pression à l'extrémité amont 42 de la première série de segments de paroi; P6: pression adjacente à l'extrémité aval 44 de la première série de segmentsde paroi et à l'extrémité amont 46 de la seconde série de segmentsde paroi, à l'endroit o le circuit d'écoulement secondaire 114 rejoint le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs; et P8: pression dans la cavité 56 entre l'extrémité aval 48 de la seconde série de segmentsde paroi et l'extrémité amont 52 de la

troisième série de segmentsde paroi.

Les grandeurs relatives des pressions sont les suivantes: P1 est légèrement supérieure à P2' P2 est supérieure à P3, P3 est supérieure à P4 p4,est supérieure à p5 p5 est supérieure à P6' P6 est supérieure à P7 p7 est supérieure à P8, En fonctionnement la différence de pressionentre le conduit et le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs sollicite la-plaque d'étanchéité interne 134 vers l'intérieur, contre les segment d'étanchéité, et la différence de pression entre le circuit d'écoulement primaire 32 et le conduit sollicite la plaque d'étanchéité externe 136 vers l'intérieur contre les segments d'étanchéité, afin d'établir un contact étanche avec les segments. Comme l'air de refroidissement s'écoule le long du circuit d'écoulement 32 vers et dans la cavité 94, la différence de pression entre la pression p4 de la cavité et la pression Pd du conduit entraîne la formation d'un trajet de fuite 32" qui-s'étend du circuit d'écoulement primaire vers et dans le conduit 148. Ce conduit est mis sous pression par l'air de refroidissement s'écoulant le long du circuit d'écoulement secondaire 114 à partir du second point 142, le circuit d'écoulement secondaire 15. étant approximativement à une pression p5 et étant en communication avec le conduit. Cet air de refroidissement met sous pression

le conduit et réduit la fuite à partir du circuit d'écoulement primai-

re 32 dans la cavité 94, comparativement à des constructions dans les-

quelles la différence de pression entre la cavité 94 et le circuit d'écoulement des gaz n'est pas interrompu par une pression intermédiaire. Un avantage additionnel est obtenu parce que l'air de refroidissement pour le conduit est fourni par l'air de refroidissement h partir du point 142 (pression p5) qui a été mis à l'échappement à travers les

segments de paroi 34 le long du circuit d'écoulement secondaire 114.

Du fait que ce circuit d'écoulement contient de l'air de refroidisse-

ment en excès qui, sans cela,serait dissipé dans le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs, la mise sous pression du conduit ne pénalise pas les performances du moteur; Un avantage additionnel apparaît du fait que l'air de refroidissement qui s'écoule à travers le conduit 148, refroidit les côtés des aubes statoriques à l'emplacement critique adjacent au circuit d'écoulement et il est déchargé dans la cavité 56. Cet air de refroidissement fournitun refroidissement additionnel des composants qui sont en communication avec la cavité 56, tels

que l'extrémité amont 52 de la troisième série de segment de paroi.

Dans un certain sens l'air de refroidissement provenant du circuit d'écoulement secondaire 114 est utilisé trois fois à savoir une première fois pour refroidir le joint pneumatique externe 58, une deuxième fois quand il est utilisé pour mettre sous pression le conduit 148, afin de réduire la fuite à partir du circuit d'écoulement primaire pour l'air de refroidissement dans la cavité 94, et enfin une troisième fois lorsque l'air de refroidissement s'écoule à travers le conduit et est déchargé à partir de ce conduit pour assurer le refroidissement des aubes statoriques et de l'extrémité amont de la

cavité 56.

Un avantage additionnel apparaît pendant l'assemblage en utilisant les rainures pour les plaques d'étanchéité, telles qu'une rainure interne 128 et une rainure externe 132, qui s'étendent de l'extrémité amont 46 à l'extrémité aval des segments de paroi. Ces rainures sont fabriquées simplement par meulage d'une rainure d'étanchéité à partir d'une extrémité du segment jusqu'à l'autre extrémité, sans s'occuper de l'étanchement des extrémités des rainures. En outre chaque

plaque d'étanchéité peut être aisément mieen place à partir de l'arriè-

re de la série d'aubes statoriques, une fois que ces aubes statoriques ont été montéesdans le carter du moteur. Ceci facilite l'assemblage et l'inspection en permettant une inspection visuelle de l'extrémité

des rainures d'étanchéité, afin de voir si toutesles plaques d'étanchéi-

té sont en place. Une fois l'assemblage achevé, les plaques d'étanchéité sont bloquées dans la direction axiale par le support aval 72 et la première série de segments de paroi, et dans la direction axiale vers l'aval par le support amont 78 pour le joint pneumatique externe 66. Des variations de tolérances permettent une fuite d'air de refroidissement vers et dans la cavité 56 à l'extrémité aval de la série d'aubes statoriques. Suivant une variante des trous d'air de refroidissement communiquant avec le conduit 148 pourraient

être prévus à travers le support aval.

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Claims (10)

REVENDICATIONS

1.- Stator d'une machine rotative du type comportant un circuit d'écoulement annulaire, s'étendant axialement, pour des gaz de travail actifs, un circuit d'écoulement, s'étendant axialement, pour de l'air de refroidissement et une série de segments de paroi adjacents, s'étendant circonférentiellement, bordant le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs et comportant une paire de segments de paroi adjacents dans le sens circonférentiel, ayant des côtés en regard espacés l'un de l'autre en laissant entre eux un intervalle G qui varie suivant les conditions de fonctionnement du

moteur, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de stator refroi-

dissable (18) comportant une paire d'organes d'étanchéité (134,136)

qui sont espacés radialement l'un de- l'autre et qui s'étendent axiale-

ment et circonférentiellement entre les côtés (144,146) de la paire de segments de paroi (36) et en travers de l'intervalle G, les organes d'étanchéité (134,136) et les côtés en regard (144,146) des segments de paroi (36) formant un conduit (148) pour le circuit d'écoulement de l'air de refroidissement, ce conduit (148) étant délimité par les organes d'étanchéité (134,136) vers l'intérieur dans le sens radial et vers l'extérieur dans le radial et étant délimité par les côtés (144,146)

des segments de paroi (36) dans-l'une ou l'autre des deux directions cir-

conférentielles.

2.- Stator suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'un au moins des organes d'étanchéité (134,136) de la paire d'organes d'étanchéité est constitué par une plaque d'étanchéité, chaque côté en regard (144,146) de la paire de segments de paroi (36) présente une rainure (128,132) qui fait face à une rainure dans l'autre segment (36) et qui permet à ce segment de recevoir la plaque d'étanchéité (134, 136), et la plaque d'étanchéité (134,136) s'étend dans les rainures

(128,132) et elle est maintenue par ces rainures dans le sens radial.

3.- Stator suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la paire de segments de paroi arqués comporte un premier segment de paroi (36a) et un second segment de paroi (36b), le premier segment de paroi (36a) présente un épaulement s'étendant axialement et ayant une surface (156) qui est tournée vers l'intérieur, et l'un des organes d'étanchéité (158) fait partie intégrante du second segment de paroi (36b) et constitue une saillie sur ce segment laquelle présente une surface (162) tournée vers l'extérieur laquelle chevauche la surface

(156) prévue sur l'épaulement du premier segment de paroi (36a).

4.- Stator suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la paire de segments de paroi arqués est formée d'un premier segment de paroi (36a) et d'un.second segment de paroi (36b), le premier segment de paroi (36a) présente un épaulement s'étendant axialement et ayant une surface (156) qui est tournée vers l'intérieur, et l'autre organe d'étanchéité (158) de la paire d'organes d'étanchéité fait partie intégrante du second segment de paroi (36b) et constitue une saillie sur ce segment laquelle présente une surface (162) tournée vers l'extérieur qui chevauche la surface (156) prévue sur l'épaulement

du premier segment de paroi (36a).

5. Stator suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les segments de paroi arqués portent chacun un profil aérodynamique (62) qui s'étend vers l'intérieur en travers du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs (14), afin de canaliser ces gaz de travail actifs.

6.-Stator suivant la revendication 3 caractérisé en ce que les segments de paroi arqués portent chacun un profil aérodynamique (62) qui s'étend vers l'intérieur en travers du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs(14), afin de canaliser ces gaz de travail actifs.

7.-Stator d'une machine rotative du type comportant un circuit d'écoulement annulaire pour des gaz de travail actifs, un premier circuit d'écoulement pour de l'air de refroidissement, lequel est situé à l'extérieur du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs, comportant une première série-de segments s'étendant circonférentiellement et qui délimitent vers l'extérieur le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs et quiont un second circuit d'écoulement pour l'air de refroidissement lequel s'étend radialement vers l'intérieur, à travers les segments, en direction d'un premier point,et passe ensuite de ce premier point jusqu'au circuit d'écoulement des gaz de travail actifs, et comportant également une seconde série de segments de paroi s'étendant circonférentiellement, qui délimitent vers l'extérieur le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs et qui délimitent vers l'intérieur le premier circuit d'écoulement pour l'air de refroidissement, les segments de paroi définissant une cavité s'étendant circonférentiellement et tournée vers l'extérieur, cavité à travers laquelle s'étend le premier circuit d'écoulement de l'air de refroidissement, la seconde série de segments de paroi comportant une paire de segments de paroi adjacents circonférentielle- ment, ayant des côtés en regard espacés circonférentiellement les uns des autres en laissant entre eux un intervalle G qui varie en fonction des conditions de fonctionnement du moteur et à travers lequel s'étend un trajet de fuite à partir du premier circuit d'écoulement vers le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs,

caractérisé en ce qu'il comprend un stator refroidissable (18) compor-

tant une paire d'organes d'étanchéité (134,136) qui sont espacés

radialement l'un de l'autre et qui s'étendent axialement et circonfé-

rentiellement entre les côtés (144,146) de la paire de segments de

paroi (36) et en travers de l'intervalle G, afin de bloquer l'écoule-

ment d'air de refroidissement le long du trajet de fuite, les organes d'étanchéité (134,136) et les côtés en regard (144,146) des segments de paroi (36) forment un conduit (148) pour un circuit d'écoulement de l'air de refroidissement, ce conduit (148) étant délimité par les organes d'étanchéité (134,136) vers l'intérieur dans la direction radiale et vers l'extérieur dans la direction radiale, étant également délimité par les côtés (144,146) des segments de paroi (36), dans l'une

ou l'autre des deux directions circonférentielles, et étant en communi-

cation avec le second circuit d'écoulement de l'air de refroidissement en un point, sur ce circuit d'écoulement, qui se trouve compris entre le premier point et le circuit (14) d'écoulement des gaz de travail actifs afin de mettre sous pression le conduit (148) dans les conditions opérationnelles du moteur, au moyen de l'air de refroidissement

provenant du second circuit d'écoulement.

8.- Stator refroidissable pour une machine rotative à flux axial comportant un circuit d'écoulement annulaire pour des gaz de travail actifs et au moins un circuit d'écoulement primaire pour de l'air de refroidissement, lequel est situé radialement vers l'extérieur

par rapport au circuit d'écoulement des gaz de travail actifs, caracté-

risé en ce qu'il comprend une première série de segments de paroi(34) s'étendant circonférentiellement-autour du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs (14), afin de délimiter ce circuit, et s'étendant

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vers l'intérieur de l'un des circuits d'écoulement primaires pour l'air de refroidissement, les segments (34) ayant une première extrémité(42), une seconde extrémité (44) espacée axialement de la première extrémité

(42) et un circuit d'écoulement secondaire (114) pour l'air de refroi-

dissement qui communique avec le circuit d'écoulement primaire (32) et qui s'étend radialement vers l'intérieur au-delà de la seconde extrémité (44) des segments (34),pour déboucher dans le circuit d'écoulement des gaz de travail actifs (14), une seconde série de segments de paroi (36) s'étendant circonférentiellement autour du circuit d'écoulement des gaz de travail actifs (14), afin de délimiter ce circuit, et à l'intérieur de l'un des circuits d'écoulement primaires (32) pour l'air de refroidissement afin de déliiter ce circuit les segents (36) ayant un première extrmité (46) qui est adjacente axialaent à la seconde extréité (44) de la première série de segments (34) et comportant au moins une paire de segments (36a, 36b) ayant des côtés (144,146) qui se font face et qui sont espacés circonférentiellement en laissant entre eux un

intervalle G, en-créant ainsi un trajet de fuite pour l'air de refroi-

dissement entre les segments, trajet qui s'étend à partir du circuit d'écoulement primaire (32) de l'air de refroidissement, la paire de segments (36a,36b) comportant en outre une rainure interne (128) dans le côté (144,146) de chaque segment, laquelle s'étend de la première extrémité (46) à la seconde extrémité (48) du segment et fait face à une rainure similaire dans l'autre segment, et une rainure externe (132) dans le côté (144,146), laquelle est espacée radialement vers l'extérieur par rapport à la rainure interne (128) et s'étend: de la première extrémité (46) à la seconde extrémité (48) du segment, cette rainure externe (132) faisant face à la rainure externe (132) prévue dans l'autre segment, une plaque d'étanchéité interne (134) qui est disposée dans les rainures internes (128), qui s'étend circonférentiellement en travers de l'intervalle G et-qui s'étend axialement de la première extrémité (46) à la seconde extrémité (38) des segments (36), une plaque d'étanchéité externe (136) qui est

disposée dans les rainures externes (132), qui s'étend circonférentiel-

lement en travers de l'intervalle G et qui s'étend axialement à partir de la première extrémité (46) jusqu'à la seconde extrémité (48) des segments (36), la plaque d'étanchéité interne (134), la plaque d'étanchéité externe (136) et les côtés (144,146) de la paire de segments entre les plaques d'étanchéité (134,136) définissant un conduit (148) pour l'air de refroidissement lequel communique

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avec le circuit d'écoulement secondaire (114), de manière à permettre la dérivation d'une partie de l'air de refroidissement en provenance du circuit d'écoulement secondaire (114) en direction du conduit (148), afin de mettre sous pression ce conduit et d'empêcher l'écoulement d'air de refroidissement le long du trajet de fuite de l'air de refroidissement entre la paire de segments (36), trajet de fuite qui s'étend du circuit d'écoulement primaire (32) au circuit (14) d'écoulement des gaz

de travail actifs.

9.- Stator suivant la revendication 8 caractérisé en ce que la première série de segments de paroi (34) est une série de segments d'étanchéité arqués tandis que la seconde série

de segments de paroi (36) est une série d'aubes statoriques.

10.- Stator refroidissable suivant la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte en outre une troisième série de segments de paroi (38) ayant une extrémité (52) espacée axialement de la seconde extrémité (48) de la seconde série de segments de paroi (36), en laissant entre eux une cavité (.56), et le conduit (148) communique avec la cavité (56) de la

troisième série de segments (38) avant que l'air de refroidisse-

ment n'atteigne le circuit (14) d'écoulement des gaz de travail actifs.