FR2636672A1 - Joint d'etancheite rotatif a temperature controlee pour un turbomoteur - Google Patents
Joint d'etancheite rotatif a temperature controlee pour un turbomoteur Download PDFInfo
- Publication number
- FR2636672A1 FR2636672A1 FR8910774A FR8910774A FR2636672A1 FR 2636672 A1 FR2636672 A1 FR 2636672A1 FR 8910774 A FR8910774 A FR 8910774A FR 8910774 A FR8910774 A FR 8910774A FR 2636672 A1 FR2636672 A1 FR 2636672A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- seal
- stator
- rotor
- gas
- volume
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
- F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
La présente invention concerne un turbomoteur à flux axial. Ce turbomoteur est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens, situés vers l'intérieur, dans le sens radial, par rapport au flux annulaire de fluide de travail 22, pour commander la température locale du gaz, ces moyens de commande comportant une pluralité d'écrans 64, 66, s'étendant axialement, espacés radialement vers l'intérieur des plates-formes 20 des ailettes 16 du premier rotor 10 et des plates-formes 40 des aubes 38, ces écrans 64, 66 étant fixés alternativement à la face aval du premier rotor 10 et à la face amont du stator 36 et se chevauchant dans le sens axial et des moyens 72 pour canaliser un flux de gaz de refroidissement 70 vers et dans le volume de mélange 62 se trouvant le plus à l'intérieur lequel est situé à proximité immédiate du côté amont du joint d'étanchéité rotatif 46.
Description
La présente invention concerne un joint d'étanchéité rotatif et plus
particulièrement un tel joint d'étanchéité
rotatif faisant partie d'un turbomoteur.
Le contrôle de la température de diverses structures dans la section de turbine d'un turbomoteur ou d'un appareil similaire a longtemps été un souci des concepteurs et des
utilisateurs de ces moteurs. Le fluide de travail d'un turbo-
moteur qui est composé de produits de combustion, atteint des températures qui dépassent 1650 C dans des moteurs modernes. En dépit des progrès dans la technique des matériaux, de telles températures non seulement limitent les contraintes admissibles dans les matériaux mais encore réduisent les intervalles de temps entre les remplacements
des pièces et/ou les opérations d'entretien.
Une structure particulière du turbomoteur qui est la plus fortement sollicitée et qui par conséquent exige la plus grande protection thermique, est la périphérie du disque rotorique qui reçoit et maintient les ailettes rotoriques individuelles. Bien que les portions formant les profils aérodynamiques des ailettes rotoriques baignent directement dans le fluide de travail à haute température, c'est la racine, située radialement vers l'intérieur, des ailettes individuelles ainsi que la périphérie du disque rotorique, coïncidant radialement avec ces racines, qui sont soumises à la plus grande charge lorsque le rotor tourne à des vitesses de fonctionnement angulaires typiques de l'ordre de 15000
tours par minute ou supérieures.
Les turbomoteurs ont généralement deux ou plusieurs étages de rotor espacés axialement et qui sont séparés par un étage de stator intermédiaire comprenant une pluralité d'aubes statoriques fixes, ayant également des sections droites à profil aérodynamique, lesquels réorientent le fluide de travail sortant de l'étage de turbine amont, de manière que ce fluide agissent au mieux sur l'étage de rotor aval adjacent. Le rendement global de conversion de l'énergie du moteur exige que la quantité de fluide de travail s'écoulant en dérivation par rapport aux portions à profil aérodynamique des ailettes de turbine et des aubes statoriques soit maintenue à un minimum, ce qui exige la prévision de joints d'étanchéité rotatifs entre les bouts externes, dans le sens radial, des profils aérodynamiques individuels des ailettes du rotor et le carter du moteur, ainsi qu'entre le diamètre interne, dans le sens radial, de l'étage des aubes statoriques, et un ensemble rotatif correspondant s'étendant axialement entre les étages rotor adjacents. La répartition de la température à proximité immédiate du joint d'étanchéité rotatif du stator est d'une importance particulière car cette région se trouve directement adjacente aux périphéries des disques rotoriques et elle est ainsi d'une importance capitale pour la détermination de la limite de contrainte acceptable dans
cette portion de la structure de la turbine.
Des joints d'échantéité rotatifs typiques, entre le diamètre interne du stator et l'entretoise entre rotors s'étendant axialement, comportent un ensemble rotatif ayant une pluralité d'arêtes aiguës faisant saillie radialement vers l'extérieur, lesquelles s'étendent circonférentiellement par rapport à l'ensemble rotatif, et une enveloppe annulaire à structure en nid d'abeilles ou en un autre matériau érodable qui est adjacente, dans le sens radial, aux arêtes aiguës de l'ensemble rotatif et qui est fixée au diamètre interne du stator, en formant ainsi un joint d'étanchéité rotatif du type labyrinthe. Ce joint d'étanchéité qui est disposé radialement vers l'intérieur par rapport au courant annulaire du fluide de travail, doit encaisser des variations du déplacement à la fois radial et axial de l'enveloppe annulaire et des arêtes aiguës lorsque le moteur se trouve affronté à différents niveaux de puissance de fonctionnement,
environnements et phénomènes transitoires.
Ainsi qu'il est bien connu des spécialistes des turbomoteurs, de tels joints d'étanchéité. à labyrinthe ne sont pas une barrière totale à l'égard du passage du flux de gaz en dérivation entre les côtés amont et aval de l'étage des aubes statoriques. Si on ne prévoit pas des mesures additionnelles, le fluide de travail s'écoule radialement vers l'intérieur à travers l'intervalle annulaire qui existe entre les plates- formes des ailettes du rotor amont et les plates-formes, situées vers l'intérieur dans le sens radial, des aubes statoriques, il passe à travers la structure du joint d'étanchéité à labyrinthe et il pénètre à nouveau dans le flux de fluide de travail, en aval de l'ensemble des aubes statoriques, en s'écoulant là encore radialement vers l'extérieur, en passant à travers l'intervalle annulaire aval correspondant qui est ménagé entre l'étage rotorique aval et le stator. Ainsi qu'il a été noté précédemment, la température élevée du fluide de travail ne peut pas être tolérée par les composants du moteur se trouvant dans cette section de la turbine, si bien qu'il est nécessaire de
prévoir une certaine forme de protection thermique.
La pratique courante dans ce domaine consiste à canaliser un flux de gaz de refroidissement, tel que de l'air comprimé, à partir de la section du compresseur de gaz amont du moteur, vers et dans la région annulaire se trouvant immédiatement en amont du joint d'étanchéité rotatif. Une quantité suffisante de gaz de refroidissement peut être fournie non seulement pour tenir compte de la fuite qui se produit entre les arêtes aiguës et l'enveloppe du stator mais encore, si on le désire, pour obtenir un flux massique résultant vers l'extérieur, entre le rotor amont et les plates- formes du stator. Bien que ce procédé soit finalement efficace pour la réduction de la température dans cette région critique, ce procédé suivant la technique antérieure, consistant à décharger simplement suffisamment de gaz froid vers et dans la région, afin d'atteindre une température locale acceptable, peut exiger jusqu'à 1,5% du flux massique
total du compresseur.
Il y a plusieurs raisons pour qu'un tel flux massique élevé d'air de refroidissement soit exigé. La première raison exige une reconnaissance du fait que les gaz se trouvant dans les deux volumes amont et aval qui sont adjacents au joint d'étanchéité rotatif, sont extrêmement bien mélangés par suite de l'action de pompage résultant de la rotation rapide des étages rotoriques. Les molécules de gaz se trouvant à l'endroit de la face adjacente du rotor sont soumises à une accélération centrifuge induite pouvant aller jusqu'à 50000 g et elles se déplacent radialement vers l'extérieur en créant
une violente circulation de gaz dans le volume.
La seconde raison exigeant le refroidissement poussé résulte de la fluctuation rapide de la pression à l'endroit de l'intervalle annulaire formé à la limite interne, dans le sens radial, du flux de fluide de travail, entre l'étage de stator et les étages du rotor amont et aval. Lorsque chaque ailette passe en regard d'un point fixe dans cet intervalle annulaire, la pression locale varie par suite de passage des
côtés en pression et en dépression de l'ailette adjacente.
Non seulement cette pression fluctuante est présente en aval des ailettes rotoriques mais encore il y a une onde de
"proue" en amont des ailettes du second étage de rotor.
Ainsi, en dépit d'un flux global vers l'extérieur du gaz à partir de l'intérieur des volumes d'étanchéité amont et aval, la pression fluctuante à l'endroit de l'intervalle annulaire force le fluide de travail à s'écouler vers et dans les volumes d'étanchéité annulaires o il est mélangé instantanément et totalement, en élevant à la fois la température du volume et la quantité de gaz de
refroidissement exigée.
En prévoyant un flux de gaz froid suffisant pour maintenir la température des volumes d'étanchéité à un niveau acceptable, le procédé de refroidissement suivant la technique antérieure se traduit également par une température de la structure inutilement basse dans la portion interne, dans le sens radial, du stator qui est relativement moins soumise à des contraintes. En particulier l'enveloppe statorique du joint et le piédestal la supportant sont relativement moins sollicités par des contraintes et ils pourraient résister à des températures locales du gaz plus élevées sans compromettre l'intégrité de la structure ou la durée de vie ou de service. Le stator qui est fabriqué d'une pluralité de segments adjacents dans le sens circonférentiel, est également soumis à un flux volumique inévitable d'une fuite de gaz dans le sens axial à travers le piédestal, ce qui se traduit par une réduction additionnelle du rendement
global de la turbine et du moteur.
Ce qui est donc nécessaire est une configuration du joint rotatif du stator et de la structure environnante qui permet d'obtenir une protection thermique des périphéries des disques rotoriques tout en réduisant au minimum la
consommation d'air de refroidissement.
Par conséquent un but de la présente invention est de fournir une forme d'exécution améliorée d'un joint d'échantéité rotatif entre les étages de rotor et de stator
alternés dans un turbomoteur à flux axial.
Un autre but de l'invention est de fournir une forme d'exécution d'un joint d'étanchéité rotatif qui est adaptée au contrôle de la température locale des gaz au voisinage de la périphérie des disques rotoriques et à la réduction du flux de gaz de refroidissement, comparativement aux solutions
suivant la technique antérieure.
Un autre but de la présente invention est de contrôler la température du gaz passant à travers des circuits de fuite connus dans le stator, de manière à réduire
ainsi le flux massique collectif de telles fuites.
Un autre but de l'invention est de fournir une forme d'exécution d'un joint d'étanchéité rotatif qui permet d'obtenir un mélange contrôlé du fluide de travail du moteur et du gaz de refroidissement afin d'obtenir une commande
sélective de la répartition de la température locale des gaz.
Suivant la présente invention il est prévu une disposition pour contrôler la répartition de la température locale des gaz à l'endroit du joint d'étanchéité rotatif se trouvant entre un stator à aubes et des étages de rotor adjacents. Le joint d'étanchéité rotatif qui comporte d'une manière typique une pluralité d'arêtes aiguës s'étendant circonférentiellement, fixées à un ensemble rotatif du joint s'étendant axialement en travers de l'intervalle entre les rotors, est logé radialement vers l'intérieur du courant annulaire de fluide de travail du moteur qui s'écoule axialement. Les arêtes aiguës tournent à proximité d'une enveloppe annulaire en nid d'abeilles ou en un autre matériau érodable, laquelle est supportée à l'endroit du diamètre interne du stator, en créant ainsi un joint d'étanchéité rotatif du type labyrinthe qui restreint l'écoulement du fluide de travail ou d'un autre gaz tentant de s'écouler en dérivation par rapport aux aubes à profil
aérodynamique du stator.
L'invention comprend une pluralité d'écrans annulaires se chevauchant, s'étendant axialement, lesquels sont fixés alternativement aux côtés en regard du stator et du rotor adjacent. Ces écrans coopèrent pour délimiter au moins deux volumes de mélange annulaire entre le courant de fluide de travail et le côté amont du joint d'étanchéité rotatif. Un gaz de refroidissement, tel que de l'air comprimé, est canalisé vers et dans le volume de mélange situé le plus vers l'intérieur, en un point immédiatement adjacent au côté amont du joint d'étanchéité rotatif et le débit de ce gaz est choisi de manière à obtenir une température locale du gaz désirée à l'endroit de la périphérie des disques rotoriques, à la fois en amont et en
aval du joint d'étanchéité rotatif.
Le second volume de mélange amont, qui est disposé entre le courant de fluide de travail et le volume de mélange interne, constitue un volume de gaz à température intermédiaire et il empêche une pénétration directe du fluide de travail à température élevée vers et dans le volume de mélange adjacent au joint d'étanchéité rotatif. Ce volume à température intermédiaire constitue en outre une source de gaz mélangé qui est admis dans un volume de bout d'aube délimité entre la plate-forme, interne dans le sens radial, de l'aube statorique et l'enveloppe annulaire du joint d'étanchéité, ce volume de bout d'aube étant également adjacent à un piédestal support d'enveloppe qui comporte
différents circuits de fuite du gaz.
La portion interne, dans le sens radial, du stator qui est adjacente au piédestal support de l'enveloppe, est relativement moins soumise à des contraintes, comparativement aux périphéries des disques rotoriques, par exemple, et elle peut supporter la présence du gaz à température intermédiaire plus chaud et moins dense. En admettant le gaz à température intermédiaire dans le volume du bout d'aube, à travers un orifice calibré prévu dans une paroi de séparation amont, s'étendant radialement, la configuration suivant la présente invention déplace le gaz plus froid et par conséquent plus dense qui est présent dans la région interne de l'aube dans la configuration antérieure. Ce gaz à température intermédiaire suit les trajets de fuite à travers la région du piédestal du stator, ce qui réduit le flux de fuite massique global comparativement au même flux volumique du gaz
plus froid et plus dense de la forme d'exécution antérieure.
La présente invention comporte en outre une pluralité d'écrans disposés entre le côté aval du stator et le rotor se trouvant en regard et qui définissent une seconde pluralité de volumes de mélange en aval du joint d'étanchéité rotatif. Les volumes de mélange aval se traduisent -de la même façon par un mélange étagé du gaz fuyant le long du joint d'étanchéité rotatif et à travers les circuits du piédestal de l'aube du stator, en contrôlant ainsi la température locale au voisinage de la périphérie du rotor aval, de la même façon que cela été obtenu du côté amont de l'étage du stator. En contr8lant et en étageant le mélange du fluide de travail et du gaz de refroidissement au voisinage des périphéries des disques rotoriques, la configuration deu joint d'étanchéité suivant la présente invention assure un refroidissement local approprié pour les composants rotatifs critiques soumis à de fortes contraintes, tout en évitant un refroidissement excessif de portions de la structure du stator voisines et moins fortement sollicitées. Le contrôle des températures locales du gaz mélangé, dans la configuration suivant la présente invention, permet de réduire à la fois la demande d'air ou de gaz de refroidissement et le flux massique de gaz à travers les circuits de fuite dans la structure du stator, ce qui
améliore le rendement global du moteur.
On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en coupe axiale partielle d'une configuration d'un joint d'étanchéité suivant la
technique antérieure.
La figure 2 est une vue en coupe axiale d'une région
d'un joint d'étanchéité suivant la présente invention.
On décrira tout d'abord d'une manière détaillée un dispositif d'étanchéité suivant la technique antérieure, en se référant à la figure 1 du dessin. Cette figure présente une portion d'une section de turbine d'un turbomoteur comportant un premier rotor 10 comprenant une portion 12 en forme de disque, située à l'intérieur dans le sens radial, une périphérie annulaire du disque 14 et une pluralité d'ailettes rotoriques 16 dont chacune comprend une section à profil aérodynamique 18, une portion formant plate-forme 20 située radialement vers l'intérieur par rapport à la portion formant un profil aérodynamique 18, et une racine (non visible sur la figure 1) laquelle est en contact avec la périphérie du disque 14. Un flux annulaire de fluide de travail très chaud 22 s'écoule sur les portions formant profils aérodynamiques 18 des ailettes 16, en suivant un trajet d'écoulement qui est défini d'une manière générale collectivement, à l'endroit du diamètre interne dans le sens radial, par les plates-formes 20 des ailettes, et, à l'endroit du diamètre externe dans le sens radial, par le
carter 24 du moteur.
Un second rotor 24 est disposé en aval du premier rotor 10, et il comporte une portion en forme de disque 26, une périphérie annulaire 28, et des ailettes 30, ainsi qu'il a été décrit dans le cas du premier rotor 10. Les ailettes 30 du second rotor 24 comportent chacune une portion formant un
profil aérodynamique 32, une portion constituant une plate-
forme 34 et une racine engagée dans la périphérie 28 du
disque rotorique correspondant 26.
Un stator 36 qui est monté sur le carter 24 du moteur et qui s'étend radialement vers l'intérieur, est disposé entre les premier et second rotors 10,24 dans le sens axial. Ce stator comprend successivement des portions formant des profils aérodynamiques 38, une portion formant plateforme , un piédestal 42 support d'enveloppe et une enveloppe de joint d'étanchéité 44. Cette enveloppe de joint d'étanchéité 44 s'étend en anneau autour de l'axe du moteur (non représenté) et elle constitue une partie du joint d'étanchéité rotatif, désigné d'une manière générale par référence 46 sur la figure 1, lequel s'oppose à la fuite du fluide de travail 22 autour des portions à profil aérodynamique 38 du stator 36. L'autre partie du joint d'étanchéité rotatif 46 est un ensemble mobile 48 qui s'étend axialement entre les périphéries 14, 28 des disques rotoriques 12,26 et qui comporte une pluralité d'arêtes aiguës 50, faisant saillie radialement vers l'extérieur, qui s'étendent circonférentiellement autour de l'ensemble mobile 48 en constituant, avec l'enveloppe 44 du joint d'étanchéité portée par le stator, un joint d'étanchéité du type
labyrinthe, ainsi qu'il est bien connu dans la technique.
Comme le comprendront très bien les spécialistes de la technique des turbomoteurs, la partie la plus fortement sollicitée de la structure illustrée sur la figure 1 est constituée par la périphérie 14,28 de chaque disque rotorique 12,26. Les périphéries 14,28 des disques doivent résister à la force centrifuge induite s'exerçant sur les ailettes rotoriques associées 16,30, tout en étant fendues axialement pour pouvoir recevoir les racines des ailettes individuelles 16,30. L'aptitude des périphéries des disques à encaisser une telle concentration des contraintes est réduite par une température élevée, ce qui exige par conséquent un contrôle soigneux de la température locale du gaz. Ainsi qu'il a été indiqué dans le préambule de la présente demande, les volumes d'étanchéité 52,54 qui sont définis entre les rotors et le stator, des côtés amont et aval du joint d'étanchéité rotatif 46, sont soumis à un flux d'entrée 56 du fluide de travail à haute température 22, qui se mélange alors très rapidement avec tout autre gaz présent dans le volume d'étanchéité
52,54, en augmentant ainsi la température locale.
Comme il a été indiqué précédemment, le procédé connu antérieurement, pour protéger les périphéries 14,28 des rotors à l'égard d'une température excessive, utilise un flux de gaz de refroidissement 58, tel que de l'air comprimé, qui est canalisé vers et dans le volume d'étanchéité amont 52, par l'intermédiaire d'une ou plusieurs des parties formant profil aérodynamique 38 du stator. Le gaz de refroidissement 58 se mélange avec le fluide de travail ayant pénétré dans le volume, ce qui se traduit par une température des gaz réduite à proximité immédiate de la périphérie 14 du disque rotorique amont. Comme il a été indiqué précédemment, le. gaz présent dans le volume d'étanchéité amont 52 s'écoule le long du joint d'étanchéité 46 ainsi qu'à travers différents circuits de fuite présents dans le piédestal 42 du stator 36 et il pénétre dans le volume d'étanchéité aval 54 o là encore il se trouve se mélanger avec du fluide de travail 22 forcé vers et dans le volume d'étanchéité aval 54 par suite de l'effet de pompage dû à l'onde de "proue" dont il a été question précédemment. Le débit du gaz 58 est ainsi sélectionné de manière non seulement à diluer suffisamment les effets thermiques du fluide de travail 56 ayant pénétré dans le volume d'étanchéité amont 52 mais encore à protéger le volume
d'étanchéité aval 54.
La figure 2 représente la forme d'exécution améliorée du joint d'étanchéité suivant la présente invention. Comme dans le cas du joint d'étanchéité connu antérieurement, le premier rotor 10 et ses divers composants à savoir le disque 12, la périphérie 14 et les ailettes 16, comportant le profil aérodynamique 18 et la plate-forme 20, sont présents. Sur la figure 2 sont également représentés le second rotor 24, le second disque rotorique 26, la seconde périphérie 28 du rotor et la pluralité d'ailettes 30 qui leur sont associées. Chaque ailette 30 comporte une portion 32 formant profil aérodynamique et une plate-forme 34, comme dans le cas de la configuration antérieure. Le joint d'étanchéité 46 s'étend dans l'intervalle axial entre les périphéries 14,28 des premier et second rotors et il est essentiellement équivalent à celui connu antérieurement, en comportant un ensemble rotatif 48 et des arêtes aiguës 50. Le stator 36 comporte de la même façon des portions à profil aérodynamique 38, s'étendant radialement vers l'intérieur, des plates-formes coopérantes 40 qui définissent une limite interne, dans le sens radial, pour le fluide de travail très chaud 22, comme dans le cas de la technique antérieure. Le stator 36 comprend également un piédestal 42 qui supporte l'enveloppe érodable
annulaire 44 du joint d'étanchéité.
A la différence du joint suivant la technique antérieure, le joint d'étanchéité suivant l'invention comprend une pluralité de volumes de mélange 60,62 situés en amont du joint d'étanchéité rotatif 46. Ces volumes de mélange 60,62 sont définis par une pluralité d'écrans annulaires se chevauchant 64,66, s'étendant d'une manière générale dans le sens axial, lesquels sont fixés alternativement à la face aval du premier rotor 10 et à une paroi de séparation 68 s'étendant radialement. Le gaz de refroidissement 70, tel que de l'air comprimé, pénètre dans le volume de mélange 62 situé le plus à l'intérieur, lequel est également immédiatement adjacent au côté amont du joint d'étanchéité rotatif 46. Ce volume de mélange amont 62, situé le plus à l'intérieur, est également adjacent à la périphérie 14 du premier disque rotorique et il reçoit l'air de refroidissement 70 qui s'écoule radialement vers l'intérieur à travers au moins un profil aérodynamique 38 d'une aube et qui, dans la forme d'exécution préférée, passe à travers un conduit prolongé 72 qui transfère le gaz de refroidissement à partir du profil aérodynamique 38 de l'aube à travers la
paroi de séparation amont 68.
La fonction des volumes de mélange 60,62 en ce qui concerne l'obtention d'une commande de la température au voisinage du joint d'étanchéité rotatif 46 peut être maintenant aisément appréciée. Le fluide de travail très chaud 22 qui s'écoule radialement vers l'intérieur & travers l'intervalle annulaire 74 formé entre les plates-formes des ailettes du premier rotor et les plates-formes 40 du stator, soit par suite d'une fuite globale collective à travers le joint d'étanchéité 46, soit par suite de l'action de pompage dû à l'onde de "proue" dont il été question précédemment, pénètre dans le volume de mélange intermédiaire 60 o il est dilué et bien mélangé avec le gaz à température plus basse qui pénètre dans le volume de mélange intermédiaire 60 à
partir du volume de mélange situé le plus à l'intérieur 62.
Ainsi qu'il a été indiqué précédemment, le volume 62 situé le plus à l'intérieur reçoit un flux de gaz de refroidissement qui dilue additionnellement tout gaz à température intermédiaire introduit à partir du volume de mélange intermédiaire 60. Ainsi la quantité de gaz de refroidissement 70 qui est exigée pour maintenir la température requise dans le volume de mélange 62 situé le plus à l'intérieur est moindre que celle qui serait requise si le fluide de travail
22 était autorisé à se mélanger directement avec lui.
La présente invention assure ainsi un mélange étagé de toute quantité de fluide de travail introduite 22 avant qu'il n'atteigne le côté amont du joint d'étanchéité rotatif 46 et par conséquent la périphérie du disque rotorique correspondant 12. Dans le cadre d'une autre explication la configuration suivant la présente invention assure la limitation de l'effet de dilution et de refroidissement du gaz de refroidissement fourni 70 au volume de mélange 62 situé le plus à l'intérieur o la limite de température est d'une importance critique. Le volume de mélange intermédiaire ainsi que l'intervalle annulaire 74 sont disposés à proximité immédiate de structures relativement moins soumises à des contraintes, telles que le stator 36, lesquelles sont capables de résister à des températures locales bien plus élevées que ne le peut la périphérie 14 du disque qui, elle,
est très fortement sollicitée.
Un autre avantage du mélange étagé obtenu avec la configuration suivant la présente invention est le contrôle de la température du gaz dans le volume 76 du bout d'aube lequel est défini entre les plates-formes 40 des aubes, le piédestal 42, l'enveloppe annulaire 44 et la paroi de séparation 68. Ce volume de bout d'aube qui communique avec les circuits de fuite entre les segments de l'enveloppe annulaire du joint d'étanchéité et le piédestal 42 du stator,
est une partie du circuit de fuite de gaz entre les plates-
formes 40 des aubes et l'enveloppe 44 du joint d'étanchéité.
En prévoyant un orifice calibré 78 dans la paroi de séparation 68, le flux de gaz à la température intermédiaire, en provenance du volume de mélange intermédiaire 60 et en direction du volume de bout d'aube 16, et par conséquent la température du gaz dans le volume de bout d'aube 76 peuvent être déterminés par le concepteur. Ainsi qu'il a été indiqué précédemment, la structure dans cette région est relativement moins sollicitée et elle est ainsi capable de résister à des
températures locales du gaz beaucoup plus élevées.
La configuration suivant la présente invention fournit dans la région 76 du bout d'aube ainsi un volume élevé de gaz, qui a une densité inférieure comparativement au gaz à température plus basse se trouvant dans le volume de mélange 62 situé le plus à l'intérieur. Ainsi la configuration du joint d'étanchéité suivant la présente invention, bien qu'elle ne diminue pas nécessairement la fuite volumétrique à travers la région du piédestal 42 du stator 36, permet d'obtenir néanmoins une réduction du flux massique de fuite global dans cette zone critique, par suite de la plus faible densité du gaz à température plus élevée
présent dans le volume 76 du bout d'aube.
Ainsi qu'il a été noté précédemment, le côté aval du joint d'étanchéité rotatif 46 est également soumis à l'introduction de fluide de travail 22, à travers l'intervalle annulaire aval correspondant 80 existant entre lesplates-formes 34 des ailettes du second rotor et des plates-formes 40 du stator. L'effet sur la température de ce pompage dans le volume aval est contrôlé, dans la forme d'exécution suivant la présente invention, au moyen d'un écran annulaire 82 à double lèvre lequel est fixé au piédestal 42 du stator 36 et comporte, en section droite, une première lèvre 84 et une seconde lèvre 86 qui définissent un volume de mélange aval interne 88 et un volume de mélange intermédiaire 90 entre le côté aval du joint d'étanchéité rotatif 46 et l'intervalle annulaire correspondant 80. Ainsi le fluide de travail 22 introduit à travers l'intervalle annulaire 80 doit tout d'abord pénétrer dans le volume de mélange aval intermédiaire 90, o il est mélangé ou dilué avec du gaz sortant du volume de mélange aval 88 situé le plus à l'intérieur. Ce volume de mélange aval 88 situé le plus à l'intérieur, dans la mesure o il subit un échange de gaz avec le volume aval intermédiaire 90, est chauffé par ce gaz mais à un degré beaucoup moindre que le volume aval 54 suivant la technique antérieure, par suite de l'action de
modération de la température du volume intermédiaire 90.
La configuration du joint d'étanchéité suivant la présente invention convient ainsi parfaitement pour atteindre les buts et avantages énoncés précédemment. L'homme du métier comprendra en outre que la forme d'exécution illustrée sur la figure 2 a été donnée uniquement à titre illustratif et qu'elle peut être réalisée d'une manière équivalente par un certain nombre de constructions physiques utilisant des écrans, composants de joint d'étanchéité rotatif et constructions générales de stator et de rotor similaires du
point de vue fonctionnement.
Claims (4)
1- Turbomoteur à flux axial comportant un flux annulaire (22) de gaz de travail très chaud passant successivement à travers un premier étage de rotor (10) à ailettes (16), un stator (36) à aubes (38) et un second étage de rotor (24) à ailettes (30) tournant conjointement avec le premier étage de rotor (10>, les étages de rotor (10,24) comportant un ensemble rotatif (48) d'un joint d'étanchéité s'étendant d'une manière générale dans le sens axial, définissant une limite interne dans le sens radial, étanche au gaz, entre les étages de rotor (10,24) et étant situé radialement vers l'intérieur par rapport au stator (36), les ailettes (16) du premier rotor (10), les aubes (38) du stator (36) et les ailettes (30) du second rotor (24) comportant chacune une portion formant profil aérodynamique s'étendant en travers du flux annulaire du fluide (22), chacune des ailettes (16,30) et des aubes (38) comportant en outre une plate-forme (20,34,40) s'étendant transversalement, située à l'extrémité interne, dans le sens radial, du profil aérodynamique correspondant, les plates-formes (20,34,40) de chacun des rotors et du stator définissant ensemble un guide d'écoulement pour le diamètre interne du flux annulaire de fluide de travail (22), le stator (36) comportant en outre une enveloppe (44) d'un joint d'étanchéité annulaire (46), laquelle est située radialement vers l'intérieur par rapport aux plates-formes (40) des aubes (38) et supportée par celles-ci, l'enveloppe (44) du joint d'étanchéité (46) et l'ensemble rotatif (48) de ce joint d'étanchéité définissant, en combinaison, un joint d'étanchéité rotatif s'opposant au passage du flux de gaz entre eux, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens, situés vers l'intérieur, dans le sens radial, par rapport au flux annulaire de fluide de travail (22), pour commander la température locale du gaz, à l'intérieur, dans le sens radial, par rapport aux plates- formes (20,34,40) des rotors (10,24) et des aubes (38), ces moyens de commande comportant une pluralité d'écrans (64,66), s'étendant axialement, espacés radialement vers l'intérieur des plates-formes (20) des ailettes (16) du premier rotor (10) et des plates-formes (40) des aubes (38), ces écrans (64,66) étant fixés alternativement à la face aval du premier rotor (10) et à la face amont du stator (36) et se chevauchant dans le sens axial de manière à définir en combinaison une pluralité de volumes de mélange annulaires (60,62) entre le circuit d'écoulement du fluide de travail (22) et le joint d'étanchéité rotatif (46), et des moyens (72) pour canaliser un flux de gaz de refroidissement (70) vers et dans le volume de mélange (62) se trouvant le plus à l'intérieur lequel est situé à proximité immédiate du côté
amont du joint d'étanchéité rotatif (46).
2- Turbomoteur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble rotatif (48) du joint d'étanchéité (46) comporte une pluralité d'arêtes aiguës (50) s'étendant circonférentiellement et l'enveloppe (40) du joint d'étanchéité annulaire (46) est constituée par une garniture
annulaire en matériau érodable, s'étendant axialement.
3- Turbomoteur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que il comprend en outre des moyens, situés radialement vers l'intérieur par rapport au circuit d'écoulement annulaire (22) du gaz de travail, pour contrôler la température de toute fuite de gaz s'écoulant, à partir du côté aval du joint d'étanchéité rotatif (46), radialement vers l'extérieur pour pénétrer dans le circuit d'écoulement du fluide de travail (22), ces moyens comprenant un écran annulaire (82) à double lèvre s'étendant d'une manière générale axialement à partir du côté aval du stator (36), cet écran (82) comportant une première lèvre (84) disposée radialement vers l'intérieur par rapport à une seconde lèvre (86) , la première lèvre (84) délimitant un volume de mélange aval (88) situé le plus à l'intérieur, adjacent au côté aval du joint d'étanchéité rotatif (46), les première et seconde lèvres (84,86) définissant conjointement, en coopération avec la face amont du second rotor (24), un
volume de mélange intermédiaire (90>.
4- Turbomoteur suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le stator (36) comprend en outre un volume (76) du piédestal (42) du stator lequel est défini
entre l'enveloppe (44) du joint d'étanchéité, les plates-
formes (40) des aubes (38) du stator, une paroi de séparation radiale amont (68) s'étendant entre les plates-formes (40) des aubes (38) et l'enveloppe (44) du joint d'étanchéité, et un piédestal aval (42) formant support lequel est disposé
entre l'enveloppe (44) du joint d'étanchéité et les plates-
formes (40) des aubes (38), et en ce que la paroi de séparation (68) comporte en outre un orifice calibré (78) situé entre au moins un volume de mélange (60) à température intermédiaire et le volume (76) du piédestal, afin d'admettre un flux de gaz à partir du volume de mélange (60) vers et dans le volume du piédestal (76), cet orifice (78) étant calibré de manière à obtenir à l'intérieur du volume du piédestal (76), une température du gaz supérieure à la température du volume de mélange amont (62), situé le plus à l'intérieur, lequel est adjacent au côté amont du joint
d'étanchéité rotatif (46).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/245,250 US4869640A (en) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | Controlled temperature rotating seal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2636672A1 true FR2636672A1 (fr) | 1990-03-23 |
| FR2636672B1 FR2636672B1 (fr) | 1994-07-01 |
Family
ID=22925921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR898910774A Expired - Fee Related FR2636672B1 (fr) | 1988-09-16 | 1989-08-10 | Joint d'etancheite rotatif a temperature controlee pour un turbomoteur |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4869640A (fr) |
| FR (1) | FR2636672B1 (fr) |
| GB (1) | GB2222856B (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3207221A1 (fr) * | 2014-10-15 | 2017-08-23 | Safran Aircraft Engines | Ensemble rotatif pour turbomachine comprenant une virole de rotor auto-portee |
Families Citing this family (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5224332A (en) * | 1990-12-27 | 1993-07-06 | Schwarz Frederick M | Modulated gas turbine cooling air |
| US5157914A (en) * | 1990-12-27 | 1992-10-27 | United Technologies Corporation | Modulated gas turbine cooling air |
| US5215435A (en) * | 1991-10-28 | 1993-06-01 | General Electric Company | Angled cooling air bypass slots in honeycomb seals |
| US5211533A (en) * | 1991-10-30 | 1993-05-18 | General Electric Company | Flow diverter for turbomachinery seals |
| US5236302A (en) * | 1991-10-30 | 1993-08-17 | General Electric Company | Turbine disk interstage seal system |
| DE69305326T2 (de) * | 1992-02-10 | 1997-05-07 | United Technologies Corp | Ejektor für kühlfluid |
| JP3260437B2 (ja) * | 1992-09-03 | 2002-02-25 | 株式会社日立製作所 | ガスタービン及びガスタービンの段落装置 |
| US5217348A (en) * | 1992-09-24 | 1993-06-08 | United Technologies Corporation | Turbine vane assembly with integrally cast cooling fluid nozzle |
| GB2272946A (en) * | 1992-11-28 | 1994-06-01 | Rolls Royce Plc | Gas turbine engine interstage seal. |
| US5252026A (en) * | 1993-01-12 | 1993-10-12 | General Electric Company | Gas turbine engine nozzle |
| US5338154A (en) * | 1993-03-17 | 1994-08-16 | General Electric Company | Turbine disk interstage seal axial retaining ring |
| US5429478A (en) * | 1994-03-31 | 1995-07-04 | United Technologies Corporation | Airfoil having a seal and an integral heat shield |
| GB9717857D0 (en) * | 1997-08-23 | 1997-10-29 | Rolls Royce Plc | Fluid Seal |
| US6077035A (en) * | 1998-03-27 | 2000-06-20 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Deflector for controlling entry of cooling air leakage into the gaspath of a gas turbine engine |
| DE10019440A1 (de) * | 2000-04-19 | 2001-10-25 | Rolls Royce Deutschland | Zwischenstufendichtungsträger |
| FR2825748B1 (fr) * | 2001-06-07 | 2003-11-07 | Snecma Moteurs | Agencement de rotor de turbomachine a deux disques aubages separes par une entretoise |
| RU2302534C2 (ru) * | 2001-12-11 | 2007-07-10 | Альстом (Свитзерлэнд) Лтд. | Газотурбинное устройство |
| US7588412B2 (en) * | 2005-07-28 | 2009-09-15 | General Electric Company | Cooled shroud assembly and method of cooling a shroud |
| US20090014964A1 (en) * | 2007-07-09 | 2009-01-15 | Siemens Power Generation, Inc. | Angled honeycomb seal between turbine rotors and turbine stators in a turbine engine |
| JP4884410B2 (ja) * | 2008-03-04 | 2012-02-29 | 株式会社日立製作所 | 二軸ガスタービン |
| DE102008014743A1 (de) * | 2008-03-18 | 2009-09-24 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Verdichterstator mit Teildeckband |
| US8142141B2 (en) * | 2009-03-23 | 2012-03-27 | General Electric Company | Apparatus for turbine engine cooling air management |
| US8277172B2 (en) * | 2009-03-23 | 2012-10-02 | General Electric Company | Apparatus for turbine engine cooling air management |
| US9080456B2 (en) * | 2012-01-20 | 2015-07-14 | General Electric Company | Near flow path seal with axially flexible arms |
| US9540940B2 (en) * | 2012-03-12 | 2017-01-10 | General Electric Company | Turbine interstage seal system |
| US9453417B2 (en) * | 2012-10-02 | 2016-09-27 | General Electric Company | Turbine intrusion loss reduction system |
| GB201220972D0 (en) | 2012-11-22 | 2013-01-02 | Rolls Royce Deutschland | Aeroengine sealing arrangement |
| EP2818643B1 (fr) * | 2013-06-27 | 2018-08-08 | MTU Aero Engines GmbH | Dispositif d'étanchéité et turbomachine |
| US9624784B2 (en) * | 2013-07-08 | 2017-04-18 | General Electric Company | Turbine seal system and method |
| US9404376B2 (en) * | 2013-10-28 | 2016-08-02 | General Electric Company | Sealing component for reducing secondary airflow in a turbine system |
| US10202857B2 (en) | 2015-02-06 | 2019-02-12 | United Technologies Corporation | Vane stages |
| US10337345B2 (en) | 2015-02-20 | 2019-07-02 | General Electric Company | Bucket mounted multi-stage turbine interstage seal and method of assembly |
| US20170328203A1 (en) * | 2016-05-10 | 2017-11-16 | General Electric Company | Turbine assembly, turbine inner wall assembly, and turbine assembly method |
| US10968760B2 (en) * | 2018-04-12 | 2021-04-06 | Raytheon Technologies Corporation | Gas turbine engine component for acoustic attenuation |
| DE102018132723A1 (de) * | 2018-12-18 | 2020-06-18 | Karlsruher Institut für Technologie | Abweiser zur Verhinderung des Austritts von Öl |
| FR3108358B1 (fr) * | 2020-03-19 | 2024-03-22 | Safran Aircraft Engines | Ensemble rotatif pour turbomachine comprenant une pièce annulaire de serrage. |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3286461A (en) * | 1965-07-22 | 1966-11-22 | Gen Motors Corp | Turbine starter and cooling |
| FR2132655A1 (fr) * | 1971-04-07 | 1972-11-24 | United Aircraft Corp | |
| US3972181A (en) * | 1974-03-08 | 1976-08-03 | United Technologies Corporation | Turbine cooling air regulation |
| GB2062763A (en) * | 1979-11-14 | 1981-05-28 | United Technologies Corp | Gas turbine engine cooling |
| US4526511A (en) * | 1982-11-01 | 1985-07-02 | United Technologies Corporation | Attachment for TOBI |
| GB2168760A (en) * | 1984-12-14 | 1986-06-25 | United Technologies Corp | Turbine cooling air system in a gas turbine engine |
| US4704332A (en) * | 1982-11-01 | 1987-11-03 | United Technologies Corporation | Lightweight fiber reinforced high temperature stable glass-ceramic abradable seal |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3034298A (en) * | 1958-06-12 | 1962-05-15 | Gen Motors Corp | Turbine cooling system |
| US4213738A (en) * | 1978-02-21 | 1980-07-22 | General Motors Corporation | Cooling air control valve |
| US4378961A (en) * | 1979-01-10 | 1983-04-05 | United Technologies Corporation | Case assembly for supporting stator vanes |
| FR2514408B1 (fr) * | 1981-10-14 | 1985-11-08 | Snecma | Dispositif pour controler les dilatations et les contraintes thermiques dans un disque de turbine a gaz |
-
1988
- 1988-09-16 US US07/245,250 patent/US4869640A/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-08-04 GB GB8917846A patent/GB2222856B/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-08-10 FR FR898910774A patent/FR2636672B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3286461A (en) * | 1965-07-22 | 1966-11-22 | Gen Motors Corp | Turbine starter and cooling |
| FR2132655A1 (fr) * | 1971-04-07 | 1972-11-24 | United Aircraft Corp | |
| US3972181A (en) * | 1974-03-08 | 1976-08-03 | United Technologies Corporation | Turbine cooling air regulation |
| GB2062763A (en) * | 1979-11-14 | 1981-05-28 | United Technologies Corp | Gas turbine engine cooling |
| US4526511A (en) * | 1982-11-01 | 1985-07-02 | United Technologies Corporation | Attachment for TOBI |
| US4704332A (en) * | 1982-11-01 | 1987-11-03 | United Technologies Corporation | Lightweight fiber reinforced high temperature stable glass-ceramic abradable seal |
| GB2168760A (en) * | 1984-12-14 | 1986-06-25 | United Technologies Corp | Turbine cooling air system in a gas turbine engine |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3207221A1 (fr) * | 2014-10-15 | 2017-08-23 | Safran Aircraft Engines | Ensemble rotatif pour turbomachine comprenant une virole de rotor auto-portee |
| EP3207221B1 (fr) * | 2014-10-15 | 2023-07-19 | Safran Aircraft Engines | Ensemble rotatif pour turbomachine et turbomachine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2222856A (en) | 1990-03-21 |
| US4869640A (en) | 1989-09-26 |
| GB2222856B (en) | 1992-12-16 |
| GB8917846D0 (en) | 1989-09-20 |
| FR2636672B1 (fr) | 1994-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2636672A1 (fr) | Joint d'etancheite rotatif a temperature controlee pour un turbomoteur | |
| EP0176447B1 (fr) | Dispositif de contrôle automatique du jeu d'un joint à labyrinthe de turbomachine | |
| EP0250323B1 (fr) | Dispositif de contrôle des débits d'air de refroidissement d'une turbine de moteur | |
| CA2764408C (fr) | Turbomachine comprenant des moyens ameliores de reglage du debit d'un flux d'air de refroidissement preleve en sortie de compresseur haute pression | |
| FR2557212A1 (fr) | Structure de stator pour un moteur a turbine a gaz | |
| FR2633666A1 (fr) | Stator d'un turboreacteur a double flux a rapport de dilution eleve | |
| FR2636094A1 (fr) | Dispositif ou ensemble d'etancheite entre etages d'un turbomoteur comprenant plusieurs segments et segment d'etancheite du dispositif ou ensemble d'etancheite | |
| FR2752879A1 (fr) | Joints annulaires a air pour moteur a turbine a gaz | |
| FR2631656A1 (fr) | Dispositif d'etancheite pour interieur de turbine a gaz | |
| EP2473713A1 (fr) | Dispositif de support d'un anneau de turbine, turbine avec un tel dispositif et turbomoteur avec une telle turbine | |
| FR2641033A1 (fr) | ||
| FR2922589A1 (fr) | Controle du jeu en sommet d'aubes dans une turbine haute-pression de turbomachine | |
| FR2570763A1 (fr) | Dispositif de controle automatique du jeu d'un joint a labyrinthe de turbomachine | |
| FR2550275A1 (fr) | ||
| FR3082233A1 (fr) | Ensemble de turbine | |
| EP3318722B1 (fr) | Ensemble d'étanchéité pour un composant rotatif | |
| CA2027283C (fr) | Stator de turbomachine associe a des moyens de deformation | |
| FR2577281A1 (fr) | Carter de turbomachine associe a un dispositif pour ajuster le jeu entre aubes mobiles et carter | |
| CA2997939C (fr) | Dispositif de ventilation d'un carter de turbine d'une turbomachine | |
| FR3106609A1 (fr) | Dispositif amélioré de limitation de débit de fuite pour turbines d’aéronef | |
| EP4136327A1 (fr) | Dispositif de refroidissement d'un carter de turbine | |
| EP3963190A1 (fr) | Architecture amelioree de turbomachine a turbine contrarotative | |
| FR3104206A1 (fr) | Enceinte de lubrification pour une turbomachine d’aeronef | |
| EP3976935B1 (fr) | Anneau d'étanchéité pour une roue de turbine de turbomachine | |
| WO2023180668A1 (fr) | Module pour turbomachine d'aéronef |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20080430 |