FR2662741A1 - Stator pour turbine a gaz auquel est applique selectivement un revetement ayant une certaine conductivite thermique. - Google Patents

Abstract

On décrit un stator de moteur à turbine à gaz et un procédé qui permettent de maîtriser le jeu radial libre non-axisymétrique (Cr ) entre la surface du trajet d'écoulement (78) du stator et les extrémités (74) des aubes (72) du rotor. Un revêtement avant une conductivité thermique présélectionnée est disposé de manière prédéterminée le long de la circonférence du stator de manière à contrôler la déformation circonférentielle induite thermiquement et donc le jeu libre radial non-axisymétrique. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut appliquer un revêtement de conductivité thermique élevée à un rebord annulaire (50; 52) de manière à réduire les gradients de température dans ce rebord. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, on peut appliquer des revêtements de faible conductivité thermique à un stator de manière à isoler préférentiellement le stator et réduire la déformation thermique circonférentielle. Application aux moteurs à turbine à gaz.

Description

-f La présente invention concerne les rotors et stators des moteurs à

turbine à gaz en général et, plus particulièrement, un moyen et un procédé pour réduire le jeu radial entre le stator et le rotor provoqué par des déformations circonférentielles. Un moteur à turbine à gaz classique comprend un rotor

comportant une multitude d'aubes espacées circonférentielle-

ment les unes des autres et s'étendant à partir d'un disque et un stator présentant une surface pour former un trajet d'écoulement qui est contiguë aux extrémités des aubes du rotor, un jeu radial libre étant formé entre les aubes et le stator Le jeu doit être maintenu à une valeur aussi faible que possible de manière à assurer que la totalité de l'écoulement fluidique est canalisée à travers les aubes du rotor et non autour d'elles de façon à rendre maximal le

transfert d'énergie entre le fluide et les aubes.

Le jeu libre d'un moteur à turbine à gaz change lors du fonctionnement transitoire du moteur et aux divers états de sa marche à l'état constant Cela est dû principalement aux mouvements thermiques différentiels, dont la dilatation et la contraction des structures du moteur, alors que la puissance de ce dernier augmente ou diminue Un moteur à turbine à gaz comprend de nombreuses structures, et un écoulement d'air et des gaz de combustion présentant des

températures diverses L'application de températures diffé-

2 - rentes aux structures se traduit par un mouvement thermique différentiel pendant les périodes transitoires et/ou le

fonctionnement à l'état constant du moteur De plus, l'appli-

cation d'une température constante à une structure générale-

ment symétrique qui est soumise à des variations structurel- les, par exemple sous l'effet des tolérances d'usinage, peut

également provoquer un mouvement thermique différentiel.

Sauf à tenir compte du mouvement thermique différen-

tiel dans les structures du moteur à turbine à gaz, il y a création d'une déformation thermique et génération des contraintes en découlant Par exemple, lorsque la puissance d'un moteur à turbine à gaz augmente, les aubes de son rotor montent généralement en température et se dilatent plus rapidement que le stator les entourant Cela peut se traduire par le frottement des extrémités des aubes contre le stator à moins que le jeu libre ne soit initialement établi à une valeur relativement élevée pour éviter un tel frottement Un jeu libre aussi élevé est indésirable car il provoque la

diminution du rendement du moteur.

Le stator et le rotor continueront à s'échauffer et à se dilater jusqu'à ce qu'un flux thermique constant soit atteint Le stator atteindra en général cet état constant plus rapidement que le rotor à cause de sa masse thermique plus faible Ainsi, le jeu libre peut varier sensiblement

lors d'un fonctionnement transitoire.

En variante, on peut laisser intentionnellement les aubes frotter contre le stator en utilisant des aubes aux extrémités en abrasif afin d'arrondir la surface du stator lors d'un état de chevauchement maximum entre le stator et les aubes du rotor Cependant, il y aura alors un jeu

relativement grand pour toutes les conditions du fonctionne-

ment du moteur autres que celle pour laquelle le chevauche-

ment maximum s'est produit.

On connait des structures classiques de commande

active du jeu qui permettent de canaliser de façon prédéter-

minée un fluide de refroidissement vers un stator de manière à réduire au minimum le jeu entre le stator et les aubes du

rotor Cependant, de tels systèmes sont relativement com-

plexes et ne corrigent pas la cause du jeu libre variable.

En outre, le jeu libre peut être non-axisymétrique, ce qui nécessite des moyens plus complexes pour essayer de tenir compte de tels jeux nonaxisymétriques par rapport à des jeux axisymétriques Même dans les cas o le jeu non-axisymétrique peut être prédéterminé, le moyen permettant de tenir compte de tels jeux non-axisymétriques, en utilisant par exemple une commande active des jeux, est relativement complexe et ne tient pas nécessairement effectivement compte de tels jeux non-axisymétriques, et n'essaie pas non plus d'en corriger la cause. En outre, certains jeux nonaxisymétriques sont dus à des événements aléatoires tels que la fuite d'un fluide de refroidissement ou la présence d'un gaz de combustion chaud

sur une structure adjacente, se traduisant par une déforma-

tion circonférentielle et un jeu libre non-axisymétrique Un moyen classique pour tenir compte d'une telle occurrence devra être conçu pour le pire des cas et avoir un jeu libre

relativement élevé, ce qui est indésirable.

En conséquence, la présente invention a pour objet un

stator perfectionné de moteur à turbine à gaz.

La présente invention a pour autre objet un stator

permettant de tenir compte d'un jeu libre non axisymétrique.

Un autre objet de la présente invention est un stator permettant de tenir compte d'un jeu libre non-axisymétrique

dû à des facteurs aléatoires.

La présente invention a encore pour autre objet un

stator permettant de commander le jeu radial libre non-

axisymétrique en maîtrisant les déformations thermiques

circonférentielles d'un stator.

La présente invention a aussi pour objet un stator

permettant de réduire les jeux libres non-axisymétriques.

4 - Un autre objet de la présente invention est de proposer un stator, est de proposer un stator permettant de

réduire la cause d'un jeu libre non-axisymétrique.

Un autre objet encore de la présente invention est de prévoir un stator présentant un moyen relativement simple

pour commander un jeu libre non-axisymétrique.

Dans la présente invention, on divulgue un stator de moteur à turbine à gaz entourant un rotor qui comporte une multitude d'aubes espacées circonférentiellement les unes des autres pour définir un jeu radial entre le stator et les extrémités des aubes Un procédé et un moyen pour commander le jeu radial libre non-axisymétrique entre le stator et les extrémités des aubes comprennent un revêtement ayant une conductivité thermique choisie à l'avance qui est déposé principalement sur la circonférence du stator Dans un mode de réalisation de la présente invention donné à titre d'exemple, le revêtement présente une conductivité thermique soit faible, soit élevée afin de réduire les déformations

circonférentielles du stator provoquées par la chaleur.

La suite de la description se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: figure 1, une vue schématique en coupe d'un réacteur à double flux avec turbine à gaz axisymétrique; figure 2, une vue en perspective, en crevé, d'une partie d'un compresseur à haute pression dans le moteur de la figure I; figure 3, une vue en coupe transversale, en partie schématique, du compresseur à haute pression de la figure 2; figure 4, une vue en coupe d'une turbine à haute pression et des structures adjacentes dans le moteur de la figure 1, figure 5, une vue en perspective, en partie en coupe, d'une portion d'un rebord utilisé dans un stator contigu à la turbine à haute pression de la figure 4; figure 6, une représentation schématique d'une partie -5- de la circonférence du carter du stator et de la structure adjacente illustrée en figure 4; figure 7, une représentation schématique d'une vue en coupe transversale du rebord illustré en figure 5, indiquant ses positions nominales et déformées dues aux températures différentielles auxquelles il est soumis; figure 8, une représentation schématique d'une vue en coupe transversale du compresseur à haute pression de la figure 2, indiquant ses positions nominales et déformées dues aux températures différentielles auxquelles il est soumis; figure 9, une vue schématique en coupe transversale du carter du stator de la turbine à haute pression de la figure 4, indiquant ses positions nominales et déformées dues aux températures différentielles auxquelles il est soumis; figure 10, une vue en coupe schématique du carter du stator de la turbine à haute pression de la figure 4,

représentant un tube d'air d'admission et, contigu à celui-

ci, un revêtement présentant une certaine conductivité thermique. En figure 1, on représente schématiquement un moteur à turbine à gaz d'un réacteur à double flux à taux de dilution élevé Le moteur 10 comprend, dans une communication par flux sériel par rapport à l'axe longitudinal 12, des structures classiques comportant une soufflante 14, un compreseur à basse pression 16, un compresseur à haute pression 18, une chambre de combustion 20, une tuyère à haute pression 22, une turbine à haute pression 24, et une turbine à basse pression 26 La turbine à basse pression 26 est reliée à la soufflante 14 et au compresseur à basse pression 16 par un premier arbre 27 de rotor classique, et la turbine à haute pression 24 est reliée au compresseur à haute pression 18 par un second arbre de rotor 28 pour rotation

indépendante par rapport au premier arbre.

En marche, l'air ambiant 29 est canalisé dans la soufflante 14 du moteur 10, et une première partie 30 est 6 - admise dans le compresseur à basse pression 16 à des fins de

compression, et une seconde partie 32 contourne le compres-

seur à basse pression 16 pour fournir une poussée à partir du moteur 10 La première partie 30 de l'air est comprimée dans le compresseur 16 et est de nouveau comprimée dans le compresseur 18, est canalisée vers la chambre de combustion et mélangée au carburant pour subir une combustion et produire des gaz de décharge 34 relativement chauds qui sont canalisés dans la tuyère à haute pression 22 pour entraîner la turbine à haute pression 24 et la turbine à basse pression 26. Le moteur 10 fonctionne avec des réglages de la puissance compris entre des valeurs faibles et des valeurs élevées pour propulser l'avion lors de ses divers modes de fonctionnement, dont la marche à vide, le décollage, le vol en croisière et la descente Par conséquent, le moteur 10

fonctionne dans des conditions transitoires lors de l'accé-

lération ou de la décélération des premier et second arbres 27, 28 alors que sa puissance soit augmente soit diminue pendant la marche Le moteur 10 fonctionne aussi à l'état constant, par exemple pendant le vol en croisière de l'avion dans lequel la puissance reste à une valeur intermédiaire fixe et les vitesses des premier et second arbres 27, 28 sont

relativement constantes.

Comme le compresseur à haute pression 18 comprime l'air ambiant 29 pour générer l'air comprimé 30, l'air 30 est soumis à un échauffement, sa température pouvant en général atteindre 6000 C environ Les gaz de combustion 34 sont à une température d'environ 10000 C L'air comprimé 30 et les gaz de combustion 34 chauffent les structures adjacentes dans le compresseur à haute pression 18 et la turbine à haute pression 24, respectivement, fournissant des gradients de température dont il y a lieu de tenir compte pour réduire les

contraintes induites thermiquement et la déformation provo-

quée thermiquement.

7 -

Plus spécialement, et à titre d'exemple, le compres-

seur à haute pression 18 comprend un stator sous forme d'un carter annulaire 36, comme cela est représenté en figures 1 et 2, qui entoure des rangées d'aubes, chacune comprenant une multitude d'aubes 38 espacées circonférentiellement les unes des autres et s'étendant radialement vers l'extérieur du rotor 28 En liaison également avec la figure 3, qui est une vue en coupe du compresseur à haute pression 18 représentant une seule aube 38 pour rendre la figure plus claire, chacune des aubes comprend une extrémité radialement extérieure 42 qui est distante de la surface 44 servant de trajet d'écoulement annulaire du stator, en étant en regard de celle-ci La surface 44 constitue la surface radialement intérieure du carter 36 du compresseur à haute pression se trouvant autour des extrémités 42 des aubes pour définir un jeu radial libre Cr'

Par conséquent, pendant sa compression dans le com-

presseur à haute pression 18, l'air 30 est chauffé et donc chauffe luimême les aubes 38 Les aubes 38 se dilatent et le jeu libre Cr s'en trouve affecté En général, le carter 36 ne s'échauffe pas aussi rapidement que les aubes 38 et par conséquent ne se dilate pas aussi vite qu'elles Le jeu libre

Cr doit donc être suffisamment élevé pour éviter le frotte-

ment des extrémités 42 contre la surface 44 du trajet

d'écoulement, ce qui est bien connu.

On trouve également un jeu libre similaire bien connu Cr dans la turbine à haute pression 24 Plus spécialement, et en liaison avec les figures 1 et 4, la turbine à haute pression 24 comprend un stator sous la forme classique d'un carter annulaire 48 Le carter 48 comprend des premier et second rebords annulaires 50 et 52, espacés axialement l'un de l'autre, formés en une pièce Chaque rebord 50, 52 comporte une partie radialement extérieure 50 a, 52 a qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir d'une surface radialement extérieure 54 du carter 48 Les rebords 50 et 52 8 - comprennent aussi des parties radialement intérieures 50 b et

52 b, respectivement, qui s'étendent radialement vers l'inté-

rieur à partir d'une surface radialement intérieure 56 du carter 48 Une tuyère intermédiaire classique de turbine 58 est distante du carter 48 dans la direction radiale de l'intérieur et comporte une multitude d'ailettes creuses 60 espacées circonférentiellement les unes des autres, réunies

de manière appropriée à un carter 62 radialement extérieur.

Le carter 62 de la tuyère comprend des premier et second rebords annulaires en une pièce 64 et 66, respectivement, espacés axialement l'un de l'autre, qui sont réunis de la manière classique aux premier et second rebords 50 et 52, respectivement. La turbine à haute pression 24 comprend, dans ce mode de réalisation donné à titre d'exemple, un premier étage de rotor 68 et un second étage de rotor 70, réunis tous les deux au second arbre 28 qui entraîne le compresseur à haute pression 18 à partir de la turbine à haute pression 24 Le premier étage 68 comprend une multitude d'aubes 72 espacées circonférentiellement les unes des autres, disposées entre la tuyère 22 de la turbine à haute pression et la tuyère intermédiaire 58 Chaque aube 72 a une extrémité 74 qui est distante de l'anneau de renforcement classique 76 en étant en regard de celui-ci Plus spécialement, l'anneau 76 comprend une surface intérieure 78 servant de trajet d'écoulement, qui est située autour des extrémités 74 pour définir le jeu libre radial Cr* L'anneau 76 comporte une extrémité en aval 80 qui est fixée, comme cela est classique, au premier rebord 50 au droit de sa partie intérieure 50 b, et une extrémité en amont

82, qui est fixée, comme cela est classique, au carter 48.

Le jeu libre Cr de la turbine à haute pression doit aussi accepter un mouvement thermique différentiel entre les aubes 72 et l'anneau 76 pendant le fonctionnement d'une façon similaire à celle décrite ci-dessus pour le jeu Cr du compresseur à haute pression Les gaz de combustion 34 sont 9 relativement chauds et chauffent les aubes 72, provoquant leur dilatation Le carter 48 et l'anneau 76 sont plus froids que les aubes 72 et par conséquent ne se dilatent pas aussi rapidement. En outre, le jeu libre Cr du compresseur à haute pression 18 et de la turbine à haute pression 24 peut non seulement être axisymétrique par rapport à l'axe longitudinal 12 du moteur, mais encore être non-axisymétrique, et il est beaucoup plus difficile d'en tenir compte Une contribution importante aux variations du jeu radial non-axisymétrique Cr

est la déformation thermique circonférentielle de la struc-

ture du trajet d'écoulement Cette déformation comprend au

moins deux types.

On peut comprendre le premier type de la déformation thermique en se reportant aux figures 4 et 5 La figure 5 représente plus particulièrement la partie du premier rebord de la turbine à haute presssion, présentant un rayon nominal r et une épaisseur t pour la première partie extérieure 50 a qui s'étend au-dessus de la surface extérieure 54 du carter Comme le rebord 50 supporte partiellement l'anneau de renforcement 76, la déformation thermique affecte à cet endroit la position radiale de l'anneau 76 et par conséquent la valeur du jeu libre C de la turbine à haute r pression A cause des tolérances de fabrication, l'épaisseur t et le rayon r peuvent varier autour de la circonférence du rebord 50 Une telle variation est aléatoire, et provoque une variation de la masse thermique autour de la circonférence du rebord 50 Cela peut se traduire par un gradient thermique

circonférentiel tant à l'état transitoire qu'à l'état cons-

tant dans le rebord 50 qui peut provoquer la déformation du carter 48 pour en altérer la rotondité et créer ainsi des jeux Cr non- axisymétriques Etant donné que cet événement est aléatoire, il ne peut donc être prévu et il est difficile

d'en tenir compte.

Le second type de déformation peut être prédit et est -

dû aux caractéristiques nominales rencontrées aux emplace-

ments circonférentiels discrets par rapport à l'axe longitu-

dinal 12 du moteur qui présentent une réponse thermique différente de celle du reste des structures Un exemple est donné par le rebord à la ligne de séparation horizontale qui

est commun aux carters du compresseur.

Plus spécialement, et en liaison avec les figures 2 et 3, le carter 36 du compresseur à haute pression comprend une partie supérieure 36 a en forme d'arc s'étendant sur 1800, et

une partie inférieure 36 b en forme d'arc s'étendant sur 1800.

Une paire de premier et second rebords 84 et 86 respective-

ment s'étendant horizontalement dans le même plan, sont réunis intégralement à chacune des parties supérieure et inférieure 36 a et 36 b, respectivement, afin de relier ces

parties par un moyen classique, par exemple par des boulons.

La masse thermique supplémentaire due aux rebords 84 et 86 a pour effet de retarder la réponse thermique du carter 36 et de créer ainsi une déformation thermique dans le carter 36 pendant le fonctionnement tant transitoire qu'à l'état

constant.

Un autre exemple de caractéristique nominale discrète ayant une réponse thermique différente comprend les orifices locaux d'air ménagés autour d'un carter, utilisés pour fournir un courant d'air secondaire Plus spécialement, et en liaison avec les figures 1 et 4, la turbine à haute pression 24 comprend en outre une multitude de tubes d'admission d'air

88, espacés circonférentiellement les uns des autres, commu-

niquant avec le carter 48 de la turbine à haute pression Les tubes 88 communiquent, comme cela est classique, avec des tubes 90 d'air de soutirage, reliés au carter 36 du compresseur à haute pression pour soutirer une partie de l'air comprimé 30 En liaison avec les deux figures 4 et 6, la tuyère 58 de la turbine comprend en outre une multitude de trous d'admission 92 espacés circonférentiellement les uns

des autres, qui sont ménagés dans le carter 62 de la tuyère.

il - Le carter 48 de la turbine à haute pression est distant du carter 62 de la tuyère et définit une chambre 94 qui reçoit l'air comprimé 30 provenant des tubes d'admission 88 afin de canaliser l'air et le faire entrer dans les trous d'admission 92 de la tuyère et dans les ailettes creuses 60 de la tuyère

pour en provoquer le refroidissement comme cela est classi-

que. Pendant le fonctionnement du moteur 10, l'air comprimé est canalisé par l'intermédiaire des tubes 88 pour entrer dans la chambre 94 et produit une gradient de température dans le carter 48 Ce gradient de température provoque une déformation circonférentielle du carter 48 tant pendant le

fonctionnement à l'état transitoire que pendant le fonction-

nement à l'état constant, et dans la mesure o le carter 48 supporte l'anneau de renforcement 76 par l'intermédiaire du premier rebord 50 et de l'extrémité en aval 80 de cet anneau,

le jeu libre Cr de la turbine à haute pression est affecté.

Les types précédents de variation du jeu libre non-

axisymétrique peuvent en outre atre appréciés en examinant les représentations schématiques données en figures 7, 8 et 9 Plus spécialement, la figure 7 est une représentation schématique d'une position radiale nominale 94, ou moyenne,

d'un rebord, tel que le rebord 50 illustré en figures 4 et 5.

La position nominale 94 peut se produire soit à l'état constant, soit à un état transitoire particulier A la partie

supérieure de la figure 7, un retard thermique, ou déforma-

tion 96 est indiqué qui représente, par exemple, une section locale du rebord 50 ayant soit une épaisseur t relativement plus grande soit un rayon r relativement plus grand, se traduisant par une plus grande masse thermique et donc par une diminution de la réponse thermique lors de l'échauffement du rebord 50 Il en résulte qu'une telle partie du rebord 50 subit une déformation circonférentielle qui, dans ce cas donné à titre d'exemple, est une déformation locale dans la direction radiale provoquée par la dilatation relative 12 - inférieure à celle des parties adjacentes du rebord 50 La déformation circonférentielle 96 qui est représentée en figure 7 peut également se produire, par exemple, en cas de fuite du courant d'air relativement frais frappant le rebord

50.

La figure 4 représente un distributeur classique 98 de commande du jeu, entourant le carter 48 qui reçoit l'air 100

refoulé par le compresseur à haute pression 18 par l'intermé-

diaire d'un conduit classique, comme indiqué en figure 1 Si une partie de l'air 100 doit provenir du distributeur 98 à un point discret du rebord 50, il peut se produire une déformation circonférentielle qui est représentée en figure 7. La figure 8 représente schématiquement le carter 36 du compresseur à haute pression et les rebords horizontaux 84 et 86 La position nominale, ou position moyenne, du carter 36 et des rebords 84 et 86 pendant le fonctionnement soit à

l'état constant soit dans une situation transitoire particu-

lière est représentée par la position nominale 104, indiquant un rayon moyen du carter 36 Alors que l'air 30 est comprimé dans le compresseur 18, le carter 36 se dilatera, par exemple, plus rapidement que les rebords horizontaux 84 et 86 car il est relativement peu épais et présente une masse thermique relativement faible par rapport à celle des rebords 84 et 86 relativement épais et ayant une masse thermique relativement élevée Par conséquent, la position radiale relative résultante du carter 36 et des rebords 84 et 86 est

représentée par la position déformée 106.

La position déformée 106 coupe la position nominale 104 à quatre noeuds 108 auxquels le rayon de la partie

déformée 106 est égal à celui de la position nominale corres-

pondante 104 La partie déformée comprend deux antinoeuds 110 présentant un déplacement radial maximum par rapport à la position nominale 104 se trouvant à midi et à six heures, ou symétriquement par rapport à un axe vertical 112 du moteur 13 - Deux antinoeuds 113 de déplacement radial minimum par

rapport à la position nominale 104 sont disposés symétrique-

ment aux positions trois heures et neuf heures, symétrique-

ment par rapport à un axe horizontal 114 du moteur 10, qui est perpendiculaire à l'axe vertical 112 La figure 8, en liaison avec la figure 3, indique clairement que, alors que l'air 30 est comprimé dans le compresseur 18 à haute pression, la partie supérieure 36 a et la partie inférieure 36 b du carter se dilatent davantage que la position nominale 104, alors que le carter 36 avec les rebords horizontaux 84 et 86 auxquels il est contigu retarde thermiquement une telle dilatation, ce qui se traduit par une déformation radiale

négative par rapport à la position nominale 104.

La figure 9 représente une position nominale 116 du carter 48 de la turbine à haute pression représenté en figure 4 a une circonférence passant par les axes transversaux des tubes d'admission 88 soit à l'état constant soit à un état transitoire particulier Alors que les gaz 34 de décharge chauffent la tuyère 58 de la turbine, la chaleur est

acheminée par conduction et rayonnement jusqu'au carter 48.

L'air comprimé 30 est canalisé dans chacun des tubes 88 et chauffe, ou refroidit suivant le cas, le carter 48 contigu aux tubes 88 d'une façon différente que pour le carter 48 entre tubes 88 adjacents Dans un exemple o l'air comprimé 30 sert au refroidissement du carter 48 alors qu'il entre dans chacun des tubes 88, la position déformée 118 est telle

que représentée en figure 9.

La partie déformée 118 comprend seize noeuds 120

espacés circonférentiellement les uns des autres, ne repré-

sentant aucune différence dans la position radiale relative

entre la position déformée 118 et la position nominale 116.

Les huit tubes d'admission 88 espacés circonférentiellement les uns des autres sont représentés en figure 9 par les

positions respectives de la ligne centrale, positions aux-

quelles le carter 48 présente un antinoeud 122 de déplacement 14 - radial relatif minimum par rapport à la position nominale 116 A égale distance des tubes adjacents 88 se trouve un antinoeud 124 de déplacement radial relatif maximum par

rapport à la position nominale 116.

La figure 9 montre clairement que le carter 48

présente des déformations circonférentielles provoquées ther-

miquement, ayant une position radiale maximum au droit des antinoeuds maximum 124, car le carter 48 entre tubes adjacents 88 est relativement chaud et par conséquent se dilate radialement davantage que là o il est contigu aux tubes 88 et au droit de ceux-ci Comme les tubes 88 fournissent de l'air 30 relativement frais, le carter 48 contigu aux tubes 88 a une dilatation thermique radiale retardée et par conséquent une position radiale relativement plus petite qu'entre tubes adjacents 88 Etant donné que le carter 48 prend la position déformée 118, l'anneau de renforcement 76, comme représenté en figure 4, qui est supporté par le premier rebord 50 du carter 48, prendra

également une position circonférentielle déformée correspon-

dante, se traduisant par un jeu libre Cr non-axisymétrique.

Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, on prévoit un moyen pour commander le jeu radial non-axisymétrique Cr entre la surface du trajet d'écoulement

du stator et les extrémités des aubes, qu'on a décrites ci-

dessus Le moyen de commande comprend un revêtement présen-

tant une conductivité thermique pré-sélectionnée qu'on a

déposé à l'avance le long de la circonférence des stators.

Plus spécialement, et à titre d'exemple, on peut mettre en pratique la présente invention en conformité avec le rebord 50 représenté en figure 4 et 5 Un mode de réalisation de l'invention peut comprendre un rebord 50 présentant des variations aléatoires de l'épaisseur t et du rayon r, ou bien le rebord 50 peut être soumis à une différence des températures locales, provoquée par exemple en le soumettant à un fluide de refroidissement tel que l'air - refoulé par le compresseur Dans le but de réduire la déformation circonférentielle 96 ainsi provoquée et représen-

tée en figure 7, le premier rebord 50 comporte de préférence

un revêtement 126 ayant une conductivité thermique élevée.

Telle qu'elles sont utilisées dans la présente description,

l'expression "conductivité thermique élevée" signifie une plus grande aptitude à conduire la chaleur par rapport à la

conductivité thermique de la surface sous-jacente, et l'ex-

pression "faible conductivité thermique" s'entend pour dési-

gner une aptitude plus réduite à conduire la chaleur par rapport à la surface sous-jacente Une faible conductivité thermique est synonyme de bon isolant thermique, alors qu'une conductivité thermique élevée est synonyme de bon conducteur

de la chaleur.

Comme le rebord 50 est soumis à des variations aléatoires qui se traduisent par une déformation thermique, un revêtement 126 à conductivité thermique élevée a la

préférence et doit recouvrir le rebord 50 le plus possible.

Par exemple, le rebord 50 comprend deux surfaces latérales 128 distantes axialement l'une de l'autre, réunies à une

surface supérieure 130 comme cela est représenté en figure 5.

Le revêtement 126 est appliqué avec une épaisseur générale-

ment constante sur la totalité des surfaces latérales 128 et

de la surface supérieure 130 Le revêtement 126 à conducti-

vité élevée, qui peut être, par exemple, du nickel relative-

ment pur appliqué aux surfaces 128, 130, permet de transférer la chaleur entre les zones plus chaudes du rebord 50 et les zones plus froides afin d'obtenir une température plus uniforme pour le rebord 50 Le rebord 50 peut être constitué du métal classique dit Inconel 718 (IN 718), et le nickel a une conductivité thermique égale approximativement à cinq fois celle de l'IN 718 En appliquant le revêtement 126 au rebord 50, on réduit les températures différentielles de ce rebord, ce qui se traduit par une plus petite position déformée 132 comme représenté en figure 7 La position 132 16 -

comprend un antinoeud 132 a ayant une déformation circonféren-

tielle minimum, ou déplacement radial par rapport à la position nominale 94, qui est sensiblement inférieur à celui associé à l'antinoeud minimum 96 a de la déformation non corrigée 96. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, et comme cela est représenté en figures 3 et 8, un revêtement 134 ayant une faible conductivité thermique est disposé sur la surface intérieure 44 du trajet d'écoulement tant de la partie supérieure 36 a que de la partie 36 b du carter du compresseur à haute pression, en étant généralement

dans l'alignement des antinoeuds maximum 110 Plus spéciale-

ment, le revêtement 134 est disposé le long des premier et second arcs 134 a et 134 b des parties supérieure et inférieure 36 a et 36 b, respectivement, du carter, d'une façon symétrique par rapport à l'axe vertical 112 L'étendue des arcs 134 a et 134 b, en degrés O 1 et e 2 Y est déterminée pour chaque application particulière, et les arcs 134 a et 134 b s'étendent en général le long de la surface intérieure 44 du trajet d'écoulement au-dessous des antinoeuds maximum 110 jusqu'aux noeuds adjacents 108 de manière à compenser les antinoeuds maximum 110 En introduisant le revêtement 134 à faible conductivité thermique à une position prédéterminée par rapport aux antinoeuds maximum 110 dans le carter 36, on réduit le transfert de chaleur au carter 36 à de tels emplacements pour une meilleure adaptation de la réponse thermique du carter dans les parties éloignées des rebords 84 et 86 à celle du carter là o il est contigu aux rebords 84, 86 ainsi qu'au droit de ces rebords Une réponse plus uniforme du carter 36 en matière de température réduit par conséquent les antinoeuds maximum et minimum 110 et 113 comme cela est représenté par la position 136 (figure 8) de la

déformation thermique circonférentielle réduite Le revête-

ment 134 à faible conductivité thermique peut comprendre

n'importe quel revêtement thermique classique formant bar-

rière tel que, par exemple, un mélange à base de céramique 17 - qui est fixé de manière appropriée à la surface 44 du trajet d'écoulement par un moyen classique tel que le dépôt de plasma à solificiation rapide Le revêtement 136 est appliqué de préférence sur toute l'étendue axiale du carter 36 du compresseur à haute pression. Par conséquent, en introduisant le revêtement 134 à

faible conductivité thermique dans la position circonféren-

tielle prédéterminée le long de la surface 44 du trajet d'écoulement, en s'éloignant des rebords horizontaux 84 et 86, la déformation circonférentielle due à la dilatation et à la contraction thermiques différentielles du carter 48 se trouve réduite Comme la surface 44 est en regard des extrémités 42 des aubes du compresseur à haute pression, le jeu radial libre non-axisymétrique, Crr est également réduit pour passer de la valeur maximum associée à la position déformée 110 obtenue en l'absence du revêtement 134, aux valeurs réduites qui sont associées à la déformation plus

faible 136 qu'on peut obtenir en utilisant le revêtement 134.

Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, et comme cela est représenté en figures 4, 6 et 9, un revêtement 138 à faible conductivité thermique est disposé sur la surface intérieure 56 du carter de la turbine à haute pression, autour de chacun des tubes d'admission 88 afin de réduire les mouvements thermiques radiaux, différentiels, dont la dilatation et la contraction, du carter 48 Plus spécialement, le revêtement 138, qui est de préférence un revêtement formant barrière thermique tel que le mélange à base de céramique qu'on a mentionné cidessus, fixé à la surface intérieure 56, s'étend de préférence entre le premier rebord 50 et le second rebord 52 et autour de chaque tube d'admission 88 sur une partie de la distance séparant des tubes 88 adjacents La figure 6 montre que l'air comprimé 30 entre radialement dans chaque tube 88 à une vitesse maximum et subit une rotation pour suivre la direction généralement parallèle à la surface 56 du carter L'air 30 est extrait à 18 - des fins de refroidissement au droit des trous d'admission 92 alors qu'il s'écoule circonférentiellement Ainsi, la vitesse du courant d'air 30 diminuera alors qu'il se déplace circonférentiellement Des courants adjacents de l'air 30 atteindront la vitesse zéro approximativement au plan médian situé à égal distance de tubes 88 adjacents L'air 30 permet de refroidir la surface intérieure 56 du carter,

refroidissement qui est proportionnel à sa vitesse.

Par conséquent, l'air 30 doit refroidir efficacement la surface intérieure 56 contiguë aux tubes d'admission 88, et refroidit la surface intérieure 56 en s'éloignant des tubes 88 avec une diminution continue de son efficacité car

la vitesse de l'air 30 est de plus en plus faible.

En conséquence, dans un mode de réalisation préféré de

l'invention, le revêtement 138 à faible conductivité thermi-

que n'a besoin d'être appliqué qu'aux endroits contigus à chaque tube 88 de manière à être efficace L'étendue circonférentielle du revêtement 138 entre tubes adjacents 88 est déterminée pour une application particulière Bien que dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le revêtement 138 ait une épaisseur constante, il peut avoir, dans un autre mode de réalisation représenté en figure 10,

une épaisseur variable ayant une valeur maximum à l'inter-

section de la surface intérieure 56 et du tube 88, valeur diminuant continuellement jusqu'à un tube adjacent 88 Un tel revêtement 138 à l'épaisseur variable peut être adapté d'une manière plus efficace à la capacité de transfert de la chaleur de l'air 30 en lui conférant une épaisseur plus élevée là o la vitesse est la plus grande, avec une épaisseur allant en diminuant là o la vitesse est réduite, de manière à isoler la surface intérieure 56 d'une façon plus

efficace et uniforme.

Par conséquent, en isolant ainsi thermiquement de façon prédéterminée la surface intérieure 56 du carter 48, on peut obtenir une déformation circonférentielle réduite 142 19 - telle qu'elle est représentée ne figure 9 Le revêtement 138 permet de réduire la quantité du refroidissement du carter 48 contigu à chacun des tube d'admission 88, se traduisant par une température relativement plus élevée du carter 48 là o il est contigu aux tubes 88 et par des antinoeuds minimum et maximum réduits 142 a et 142 b, respectivement, par rapport aux antinoeuds minimum et maximum 122 et 124, respectivement, de la position déformée 118 obtenus en cas de non-emploi du

revêtement 138.

Dans tous les modes de réalisation précédents de la présente invention, le revêtement à conductivité thermique présélectionnée (par exemple 126, 134 et 138), est appliqué de façon prédéterminée le long d'une circonférence d'un stator respectif pour réduire sa déformation thermique

circonférentielle due aux mouvements thermiques différen-

tiels, dont la dilatation et la contraction, ce qui réduit à l'avenant la position radiale différentielle le long de la circonférence du stator pour diminuer ainsi le jeu libre non axisymétrique respectif, Cr* Dans les occurences aléatoires telles que celles associées au rebord 50, le revêtement à conductivité thermique élevée assure une température plus uniforme pour le rebord 50, d'o la réduction du jeu libre non axisymétrique Dans le compresseur à haute pression 18 comportant les rebords horizontaux 84, 86 et dans la turbine à haute pression 24 comprenant les tubes d'admission 88, l'application, ayant la préférence, du revêtement à faible conductivité thermique ( 134 et 138) permet de réduire le jeu

libre non axisymétrique.

Par conséquent, selon un autre mode de réalisation de l'invention, on prévoit un procédé pour commander le jeu radial non-axisymétrique entre un stator et un rotor qui comprend l'étape consistant à appliquer le revêtement ayant une conductivité thermique présélectionnée le long d'une circonférence du stator dans une position permettant de maîtriser la déformation thermique circonférentielle du - stator qui provoque des variations du jeu radial libre entre le stator et le rotor Dans le mode de réalisation du rebord

de la présente invention, le procédé comprend l'applica-

tion du revêtement 126 ayant une conductivité thermique élevée au rebord 50 de manière à réduire les gradients de température dans ce rebord et donc diminuer le mouvement

thermique radial différentiel dans ce dernier.

Dans le mode de réalisation du compresseur à haute pression 18 selon la présente invention, qui comprend les rebords horizontaux 84, 86, le procédé comprend l'application du revêtement 134 ayant une faible conductivité thermique le long d'une circonférence s'étendant à l'opposé des rebords 84 et 86 de manière à réduire le mouvement thermique radial différentiel entre le carter 36 et les rebords horizontaux

84, 86.

Dans le mode de réalisation de la turbine à haute pression 24 selon la présente invention, qui comprend les tubes d'admission 88, le procédé comprend l'application du revêtement 138 ayant une faible conductivité thermique à la surface intérieure 56 du carter là o elle est contiguë à chacun des tubes 88 de manière à réduire le mouvement

thermique radial différentiel du carter 48.

Dans les trois exemples du procédé, la réduction de la déformation thermique circonférentielle se traduit par une diminution du jeu libre non-axisymétrique Cr, ainsi que par une diminution des contraintes induites thermiquement dans le

stator respectif.

Les modes de réalisation de l'invention qu'on a décrits ci-dessus peuvent être employés pour tenir compte de la déformation thermique circonférentielle dans les stators tant pendant un fonctionnement transitoire que pendant le fonctionnement à l'état constant Cependant, on déterminera la valeur optimum du revêtement et sa position optimum pour chaque cas particulier, et on les obtiendra également en évaluant le fonctionnement tant dans le cas d'une marche 21 - transitoire que dans une marche à l'état constant de manière à avoir l'assurance de l'obtention du jeu libre radial réduit

pendant ces deux types de fonctionnement.

Alors qu'on a décrit ce qu'on considère comme des modes de réalisation préférés de la présente invention, d'autres modifications apparaîtront au technicien à partir de

la présente description et, par conséquent, on souhaite

incorporer dans les revendications annexées les modifications

qui tombent dans le domaine de l'invention Plus spéciale-

ment, et à titre d'exemple seulement, on peut également utiliser un revêtement à conductivité thermique élevée avec un rebord ou un anneau soumis à des gradients thermiques

radiaux entre un diamètre intérieur et un diamètre extérieur.

De tels gradients de température provoqueront des contraintes dans le rebord ou l'anneau à cause des dilatation et contraction thermiques différentielles ainsi que de la

déformation thermique En utilisant un revêtement à conduc-

tivité thermique élevée sur le rebord ou l'anneau, les gradients thermiques peuvent être réduits par conduction de la chaleur jusqu'aux sections plus froides du rebord ou de l'anneau, d'o la réduction de la déformation et des

contraintes thermiques.

En outre, bien que les modes de réalisation préférés de l'invention comprennent un moyen pour maîtriser le jeu radial non-axisymétrique par des déformations thermiques circonférentielles réduites, il peut être souhaitable, dans

d'autres applications, d'augmenter les déformations thermi-

ques circonférentielles à des positions présélectionnées Par exemple, il peut être souhaitable d'augmenter la déformation thermique circonférentielle dans le cas o un ajustement avec serrage plus grand entre deux surfaces pilotes concentriques est souhaité aux températures élevées, mais o l'on veut un ajustement avec serrage plus faible à la température ambiante

de manière à faciliter le montage.

22 -

Claims (14)

REVENDICATIONS

1 Stator de moteur à turbine à gaz ( 10) pour entourer un rotor comportant une multitude d'aubes ( 72) espacées circonférentiellement les unes des autres, chacune comportant une extrémité ( 74), caractérisé en ce qu'il comprend: une surface de trajet d'écoulement ( 78) pouvant être placée autour des extrémités des aubes du rotor afin de définir un jeu radial (Cr), et

un moyen pour commander le jeu radial non-axisy-

métrique entre cette surface du trajet d'écoulement et les extrémités des aubes, ledit moyen de commande comportant un

revêtement ( 126) présentant une conductivité thermique présé-

lectionnée qui est disposé de façon prédéterminée le long

d'une circonférence du stator.

2 Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un rebord annulaire ( 50; 52)

supportant de façon fixe ladite surface du trajet d'écoule-

ment, et en ce que le revêtement est disposé circonférentiel-

lement sur la surface extérieure ( 130) du rebord et présente une conductivité thermique élevée afin de réduire ledit jeu

radial non-axisymétrique.

3 Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un rebord annulaire ayant une partie supérieure qui comprend une paire de surfaces latérales ( 128) espacées l'une de l'autre, réunies par une surface supérieure ( 130) et une partie inférieure s'étendant dans la direction radiale de l'intérieur à partir de ladite partie supérieure afin de supporter la surface du trajet d'écoulement du stator; ce rebord ayant un antinoeud ( 132 a)de dilatation

radiale thermique minimum à une partie soumise au refroidis-

sement dû à un fuide de refroidissement canalisé sur son dessus; et ledit revêtement ( 126) présentant une conductivité thermique élevée étant disposée sur le côté du rebord et la 23 -

surface supérieure entourant circonférentiellement ce rebord.

4 Stator selon la revendication 3, caractérisé en ce

que le revêtement est en nickel.

Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un carter annulaire ( 36) présentant une surface intérieure ( 44) qui définit ladite surface du trajet d'écoulement du stator, et un rebord horizontal ( 84; 86) relié audit carter; et en ce que le revêtement ( 134) est disposé circonférentiellement suivant un premier arc ( 134 a) sur une surface intérieure supérieure du carter pouvant être placé dans la direction des extrémités des aubes ( 38) et circonférentiellement suivant un second arc ( 134 b) sur une surface intérieure inférieure du carter pouvant être placé dans la direction des extrémités des aubes; et le revêtement a une faible conductivité thermique afin de réduire le jeu

radial non-axisymétrique.

6 Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un carter annulaire ( 36) ayant une partie supérieure ( 36 a), une partie inférieure ( 36 b), et une surface intérieure ( 44) définissant ladite surface du trajet d'écoulement du stator,

une paire de rebords ( 84, 86) s'étendant horizontale-

ment dans le même plan, reliés à chacune des parties supérieure et inférieure du carter afin de les réunir; le carter a des antinoeuds ( 110) de dilatation thermique radiale maximum dans sesdites parties supérieure et inférieure et des antinoeuds ( 113) de dilatation thermique radiale minimum au droit des rebords sous l'effet de l'échauffement du carter et,

le revêtement ( 134) a une faible conductivité thermi-

que et est disposé sur la surface intérieure de la partie supérieure du carter et sur la surface intérieure de la partie inférieure du carter de manière à réduire les

antinoeuds maximum et minimum.

24 - 7 Stator selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un axe vertical ( 112), et en ce que les rebords ( 84, 86) sont disposés perpendiculairement à cet axe, et le revêtement ( 134) est placé sur la surface intérieure de la partie supérieure ( 36 a) du carter suivant un premier arc ( 134 a) par rapport à l'axe, et sur la surface intérieure de la partie inférieure ( 36 b) du carter sur un

second arc ( 134 b) par rapport à l'axe.

8 Stator selon la revendication 7, caractérisé en ce que les premier et second arcs ( 134 a, 134 b) sont disposés

symétriquement par rapport à l'axe.

9 Stator selon la revendication 8, caractérisé en ce

que le revêtement ( 134) est un mélange à base de céramique.

Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un carter extérieur ( 48) de turbine ayant une surface intérieure, et un support relié à un anneau de renforcement ( 76), cet anneau comportant ladite surface du trajet d'écoulement du stator; et une multitude de tubes d'admission d'air ( 88) espacés circonférentiellement les uns des autres, réunis au carter extérieur pour fournir de l'air comprimé dans le carter extérieur; et en ce que le revêtement ( 138) présente une faible conductivité thermique et est disposé autour de chaque tube de la multitude de tubes d'admission sur la surface intérieure ( 56) du carter afin de

réduire le jeu radial non-axisymétrique.

11 Stator selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un carter ( 48) ayant des premier et second rebords annulaires ( 50, 52), espacés axialement l'un de l'autre, et une surface radialement intérieure ( 56), chaque rebord ayant une partie radialement intérieure ( 50 b; 52 b); une multitude de tubes d'admission d'air ( 88) espacés circonférentiellement les uns des autres, reliés au carter du stator pour permettre la transmission d'un fluide; une tuyère de turbine ( 58) comprenant un carter ( 62) - espacé du carter du stator et ayant des premier et second rebords annulaires ( 64, 66) réunis aux parties intérieures

des premier et second rebords du carter du stator, respec-

tivement, et une multitude d'ailettes creuses ( 60) de stator, espacées circonférentiellement les unes des autres, s'éten- dant à partir de ce carter de tuyère, chaque ailette communiquant par fluide avec un trou d'admission respectif ( 92) ménagé dans le carter de tuyère ( 62) afin de recevoir l'air provenant du tube d'admission; et un revêtement ( 138) disposé sur la surface intérieure ( 56) du carter du stator autour de chacun des tubes d'admission, le revêtement présentant une faible conductivité thermique afin de réduire le mouvement radial différentiel

thermique du carter.

12 Stator selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un anneau de renforcement ( 76) afin d'entourer le rotor, l'anneau étant disposé en amont de la tuyère et étant supporté par la partie intérieure du

premier rebord du carter du stator.

13 Stator selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'air peut s'écouler dans les tubes d'admission ( 88) et produit dans le carter du stator des antinoeuds de dilatation thermique radiale minimum au droit de chacun des tubes d'admission et des antinoeuds de dilatation thermique radiale maximum entre chacun des tubes d'admission, le revêtement servant à réduire les antinoeuds minimum et maximum. 14 Stator selon la revendication 13, caractérisé en ce que le revêtement ( 138) est un revêtement formant barrière thermique ayant une épaisseur généralement constante, qui s'étend autour de chacun des tubes d'admission, partiellement

entre tubes adjacents.

Stator selon la revendication 13, caractérisé en ce que le revêtement ( 138) est un revêtement formant barrière thermique ayant une épaisseur variable qui diminue entre 26 -

chacun des tubes d'admission et des tubes contigus.

16 Stator selon la revendication 13, caractérisé en ce que le revêtement ( 138) formant barrière thermique est

constitué d'un mélange à base de céramique.

17 Procédé pour commander le jeu radial non-axisymé- trique (Cr) entre un stator de moteur à turbine à gaz ( 10) et

son rotor, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consis-

tant à:

appliquer un revêtement ( 134) présentant une conduc-

tivité thermique présélectionnée le long d'une circonférence du stator, placé de manière à maîtriser la déformation thermique circonférentielle du stator qui provoque des

variations du jeu radial entre le stator et le rotor.

18 Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le stator comprend un rebord annulaire ( 50; 52) et en

ce que l'étape d'application d'un revêtement comporte l'ap-

plication audit rebord d'un revêtement ( 126) de conductivité thermique élevée afin de réduire les gradients de température

dans ce rebord.

19 Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le stator comprend un carter ( 36) et un rebord horizontal ( 84; 86) relié au carter, et en ce que l'étape d'application d'un revêtement comprend l'application au carter d'un revêtement ( 134) ayant une faible conductivité thermique dans sa partie éloignée du rebord afin de réduire le mouvement radial thermique différentiel entre le carter et

le rebord.

Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le stator comprend un carter annulaire ( 48) ayant une surface intérieure ( 56) et une multitude de tubes d'admission d'air ( 88) communiquant fluidiquement avec le carter; et en ce que l'étape d'application d'un revêtement comporte l'application d'un revêtement ( 138) ayant une faible conductivité thermique à la surface intérieure du carter contiguë aux tubes afin de réduire le mouvement radial

thermique différentiel du carter par rapport aux tubes.