FR2751694A1 - Agencement et procede de reglage de diametre d'anneau de stator - Google Patents
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Abstract
Agencement de réglage du diamètre d'un anneau (5) de turbomachine situé en face d'aubes mobiles (4) de rotor, et lié à un élément de carter (7). Ce dernier est creusé d'une cavité (16) communiquant à des chambres (21 et 23) autour de la veine (31) d'écoulement des gaz. Un léger courant d'air traverse la cavité (16), et il est suffisamment modéré pour que se développe une convection thermique qui uniformise la température de l'élément de carter (7) et de l'anneau (5) et donc le diamètre de celui-ci.
Description
AGENCEMENT ET PROCEDE DE REGLAGE DE DIAMETRE D'ANNEAU
DE STATOR
DESCRIPTION
L'invention concerne un agencement et un procédé de réglage de diamètre d'anneau de stator afin de réduire le jeu avec les extrémités d'aubes de rotor que cet anneau entoure; elle s'applique donc aux turbomachines et a d'abord été conçue pour une turbine à haute pression d'une turbine en deux étages, sans que
cette application soit exclusive.
La difficulté d'obtenir un jeu constant entre les rotors et les anneaux de stator qui les entourent pendant le fonctionnement du moteur est due aux dilatations et contractions mécaniques variables sous l'effet des variations de vitesse et de l'échauffement différentiel entre les éléments, à cause notamment de la différence des inerties thermiques. On est donc contraint d'accepter des jeux plus importants à certains régimes de fonctionnement, ce qui implique
une perte de rendement.
Pour réduire ces jeux, il a déjà été proposé d'envoyer de l'air à une température variable sur le carter de turbine afin de favoriser la dilatation ou la contraction du carter soutenant l'anneau de stator. L'air est prélevé au compresseur et son débit est réglé en réponse à un paramètre du moteur indiquant par exemple la température ou la vitesse. Cet air pénètre ensuite dans ces conduits communément appelés " colliers à douche " disposés coaxialement autour du carter de turbine, puis s'en échappe par de multiples orifices et vient toucher le carter par des points d'impact. Mais on observe un défaut d'homogénéité du réglage à cause de ce caractère discontinu, concentré en quelques points, de la projection d'air, et des défauts sont aussi constatés dans certaines phases du vol, o il n'y a pas d'impact. C'est donc l'objet essentiel de l'invention que de proposer un agencement de réglage de jeu entre stator et rotor de ce genre tout en atténuant ou évitant cette ovalisation du carter de stator, en favorisant
l'homogénéisation thermique de celui-ci.
L'agencement de réglage conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un élément de carter évidé et occupé par une cavité communiquant par des conduits à des chambres situées en amont et en aval de l'anneau et qui entourent une veine de circulation de gaz délimitée par l'anneau. Cet élément de carter est lié à l'anneau et situé entre l'anneau qui fait face au rotor et le dispositif
environnant de soufflage de gaz.
Comme les chambres sont relativement isolées de la veine, elles ne sont parcourues que par de faibles courants, si bien que les écoulements à l'intérieur de la cavité sont essentiellement convectifs et favorisent ainsi l'homogénéisation de la température de l'élément de carter dans les meilleures conditions. Le procédé correspondant de réglage de diamètre d'un anneau de stator lié à un pourtour interne d'élément de carter consiste, tout en soufflant du gaz sur un pourtour externe de cet élément comme auparavant, à produire un écoulement de gaz essentiellement convectif à travers l'élément de carter, à l'écart de l'anneau de stator et entre les
pourtours externe et interne.
L'invention va maintenant être décrite à l'aide des figures suivantes, annexées à titre illustratif et non limitatif: - la figure 1 est une vue générale de l'agencement et des pièces environnantes de la turbomachine, la figure 2 représente plus précisément les parties caractéristiques de l'invention, - et la figure 3 est une coupe de l'anneau de
carter à travers la cavité.
La figure 1 représente une partie de turbine à haute pression à un étage amont 1 et un étage aval 2. Chacun des étages 1 et 2 comprend, à partir d'un rotor 3 et vers l'extérieur, un groupe d'aubes mobiles 4 liées au rotor 3, une frette 5 entourant les aubes mobiles 4, dont elle est séparée par un petit jeu 6, un élément de carter 7 auquel la frette 5 est fixée par des ajustements 8 et 9 circulaires sur ses flancs amont et aval, et le distributeur de soufflage 10, appelé collier à douche comme on l'a déjà mentionné, et qui consiste en un tube circulaire traversé d'orifices 11 s'ouvrant vers l'élément de carter 7 à peu de distance de lui. Le distributeur de soufflage 10 est alimenté en air par un conduit non représenté menant au compresseur. Quant aux ajustements 8 et 9, ils consistent en des emboîtement de béquets circulaires 12 et 13 de la frette 5 de l'élément de carter 7 entre eux ou entre les lèvres d'un joint circulaire à section en U 14. Toutes ces dispositions déjà connues ne sont rappelées que pour mémoire et ne font donc pas l'objet
d'une description détaillée. La frette 5 constitue donc
l'anneau de stator dont il faut régler le diamètre pour
optimiser la largeur du jeu 6.
L'élément essentiel de l'invention, mieux visible sur la figure 2, est situé sur une partie externe 15 de l'élément de carter 7, qui est creusé d'une cavité 16 divisée en deux moitiés, une gorge amont 17 et une gorge aval 18, par une cloison 19 transversale, plane et circulaire. Des conduits amont menant à une chambre amont 21 débouchent dans la gorge amont 17, et de même des conduits aval 22 menant
à une chambre aval 23 débouchent dans la gorge aval 18.
Les chambres amont 21 et aval 23 sont situées autour des distributeurs aubagés 33 et 34 précédant chacun des étages d'aubes mobiles 4. Des anneaux d'aubes 35 et 36 destinés à soutenir les aubes des distributeurs 33 et 34 isolent les chambres 21 et 23 de la veine 31 de circulation des gaz dans laquelle les aubes fixes et mobiles s'étendent, de sorte que l'air qui occupe les chambres 21 et 23 est peu agité et reste même à peu près stagnant dans leurs fonds, o les conduits 20 et 22 débouchent. L'écoulement vers l'aval à travers la cavité 16 et les conduits 20 et 22 est donc de faible débit, ce qui favorise les mouvements de convection et les échanges thermiques obtenus par ce moyen, notamment dans la cavité 16. La température de l'élément de carter 7 tend ainsi à s'égaliser sans qu'un prélèvement
important d'air soit produit.
L'écoulement est encore ralenti par la position excentrée de jours 24 perçant la cloison 19 pour faire communiquer les gorges 17 et 18. Ces jours 24 sont en forme de lunules décalées axialement et radialement des conduits 20 et 22: alors que ceux-ci débouchent au fond des gorges 17 et 18, les jours 24 sont opérés contre leur bord, près du distributeur 10, dont elles ne sont séparées que par une frette 25 intégrée à l'élément de carter 7 et servant à fermer la cavité 16 une fois celle-ci creusée. L'air parcourt la gorge amont 17 vers l'extérieur et rebrousse chemin dans la gorge aval 18 en traversant la cavité 16. La figure 3 montre aussi que les jours 24 s'étendent, en direction angulaire dans la cavité 16, à mi-chemin de paires des conduits amont 20 ou aval 22, ce qui produit un brassage de l'air dans la cavité 16. Toutes ces
dispositions accroissent encore la convection.
De l'air provenant de la chambre amont 21 peut aussi être prélevé et dirigé directement vers la frette 5 d'anneau de turbine pour régler le diamètre de
celle-ci directement.
On remarque aussi qu'un autre écoulement de la chambre amont 21 existe à travers l'élément de carter 7 de l'étage amont 1 de turbine, le long d'un canal 28 s'ouvrant sur une chambre 29 fermée par la frette 5. Un distributeur 30 en forme de plaque ajourée divise et égalise le flux d'air devant la surface interne de la frette 5. Il s'agit en vérité d'un système connu utilisé concurremment à l'invention et qui n'est rappelé ici que pour mieux distinguer cette dernière. En particulier, un débit relativement important de gaz est directement soufflé sur la frette 5.
Claims (5)
1. Agencement de réglage de diamètre d'un anneau de stator (5) au moyen d'un dispositif environnant (10) de soufflage de gaz, caractérisé en ce qu'il comprend, lié à l'anneau (5) et situé entre l'anneau et le dispositif de soufflage de gaz (10), un élément de carter (7) évidé et occupé par une cavité (16) communiquant par des conduits (20, 22) à des chambres (21, 23) en amont et en aval de l'anneau qui entourent une veine de circulation de gaz délimitée par l'anneau, la cavité (16) et les conduits (20, 22)
s'étendant à l'écart de l'anneau de stator.
2. Agencement de réglage de diamètre d'anneau de stator suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité est divisée par une cloison (19) ajourée une moitié amont (17) dans laquelle débouchent les conduits (20) communiquant à la chambre amont (21) et une moitié aval (18) dans laquelle débouchent les conduits (22) communiquant à la
chambre aval (23).
3. Agencement de réglage de diamètre d'anneau de stator suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la cloison (19) est pourvue de
jours (24) décalés radialement des conduits.
4. Agencement de réglage de diamètre d'anneau de stator suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la cloison est pourvue de jours
(24) décalés angulairement des conduits.
5. Procédé de réglage de diamètre d'un anneau de stator (5) lié à un pourtour interne d'un élément de carter (7), consistant à souffler du gaz sur un pourtour externe de l'élément de carter, caractérisé en ce qu'il consiste à produire un écoulement de gaz essentiellement convectif à travers l'élément de carter, à l'écart de l'anneau de stator et entre les
pourtours interne et externe.
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