FR2875851A1 - Dispositif d'etancheite dispose entre un compresseur haute-pression et un diffuseur de turbomachine - Google Patents

Dispositif d'etancheite dispose entre un compresseur haute-pression et un diffuseur de turbomachine Download PDF

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Abstract

Un dispositif d'étanchéité pour turbomachine, disposé entre un anneau externe (10) d'un compresseur haute-pression et une plate-forme annulaire externe (14) d'un diffuseur d'une chambre de combustion de la turbomachine disposé en sortie du compresseur haute-pression, se compose d'une virole annulaire souple (28) dont l'une des extrémités (28a) est logée précontrainte dans une gorge annulaire (30) de l'anneau externe (10) du compresseur haute-pression et l'autre extrémité (28b) est fixée sur la plate-forme externe (14) du diffuseur.

Description

2875851 1
Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des dispositifs d'étanchéité disposés entre un compresseur hautepression et un diffuseur d'une turbomachine.
Dans une turbomachine, le prélèvement d'air nécessaire à la pressurisation de la cabine avion est effectué en fond de chambre de combustion, dans une zone où il perturbe le moins possible le rendement général de la turbomachine.
Une des solutions connues consiste à réaliser, au niveau de la plateforme annulaire externe du diffuseur de la chambre de combustion de la turbomachine, un jambage orienté vers l'aval et s'étendant jusqu'à la limite de disposition des injecteurs de carburant de la chambre de combustion. Le prélèvement d'air est réalisé à travers ce jambage, donc hors de la zone du fond de chambre, ce qui entraîne peu de perturbations.
Cependant, une telle disposition impose de réaliser une étanchéité relative entre la veine d'écoulement du flux gazeux et la cavité de prélèvement d'air destiné à la cabine avion, notamment au niveau de la jonction entre le compresseur haute-pression et le diffuseur de la chambre de combustion. De façon plus précise, l'étanchéité doit être réalisée entre un anneau externe du compresseur haute-pression et une plate-forme externe du diffuseur.
Cette étanchéité est d'autant plus difficile à assurer du fait des déplacements relatifs liés à des réponses thermiques et mécaniques différentes entre le compresseur haute-pression et le diffuseur de la chambre de combustion. Les déplacements relatifs proviennent de vibrations dues aux fréquences de combustion dans la chambre de combustion de la turbomachine et aux fréquences propres du compresseur haute-pression. Ces déplacements sont typiquement de l'ordre de 1,5 mm en axial et de 1,5 mm en radial.
L'une des techniques connues pour assurer un telle étanchéité consiste à utiliser des dispositifs d'étanchéité du type joints à lamelles. Ces joints d'étanchéité, qui sont notamment employés pour réaliser l'étanchéité entre la chambre de combustion et le distributeur haute2875851 2 pression comme décrit dans le document de brevet US 6,652,229, offrent l'avantage de permettre un déplacement relatif suffisamment ample entre les deux éléments.
Les joints d'étanchéité tels que décrits ci-dessus présentent toutefois de nombreux inconvénients. En particulier, il a été constaté que le fonctionnement du joint à lamelle est tributaire de l'orientation et de la valeur de la différence de pression de part et d'autre du joint, ce qui se traduit par un jeu de fuite dans certaines phases de fonctionnement de la turbomachine. Par ailleurs, ce type de joint à lamelle se compose d'une pluralité d'éléments distincts, ce qui rend son coût élevé et son montage compliqué.
Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un dispositif d'étanchéité à la fois aisé de mise en place et efficace quelques soient les conditions de fonctionnement de la turbomachine.
A cet effet, il est prévu un dispositif d'étanchéité pour turbomachine destiné à être disposé entre un anneau externe d'un compresseur hautepression et une plate-forme annulaire externe d'un diffuseur d'une chambre de combustion de la turbomachine disposé en sortie du compresseur haute-pression, caractérisé en ce qu'il se compose d'une virole annulaire souple dont l'une des extrémités est logée précontrainte dans une gorge annulaire de l'anneau externe du compresseur haute-pression et l'autre extrémité est fixée sur la plate-forme externe du diffuseur.
La forme particulière et la souplesse de la virole annulaire permettent ainsi d'assurer une étanchéité dans toutes les phases de fonctionnement de la turbomachine. En effet, l'utilisation d'une telle virole souple permet de garantir un contact permanent entre ses différentes faces et les faces connexes de l'anneau externe du compresseur haute-pression et de la plate-forme externe du diffuseur par simple déformation élastique.
Plus particulièrement, les déplacements relatifs axiaux entre l'anneau externe du compresseur haute-pression et la plate-forme externe du diffuseur seront compensés au niveau de l'extrémité de la virole qui est 2875851 3 logée dans la gorge de l'anneau externe du compresseur hautepression, tandis que les déplacements relatifs radiaux seront équilibrés par la souplesse de la liaison entre la virole et la plate-forme externe du diffuseur.
En outre, le dispositif d'étanchéité se présente sous la forme d'une seule et même pièce (la virole) ce qui simplifie grandement son montage et diminue son coût de fabrication.
De façon avantageuse, l'extrémité de la virole souple qui est logée dans la gorge de l'anneau externe du compresseur haute-pression se présente sous la forme d'un tore ouvert vers l'aval. Cette disposition particulière garantit une souplesse suffisante de la virole pour que les contacts se réalisent sur les deux faces de la gorge de l'anneau externe du compresseur haute-pression.
L'extrémité de la virole souple qui est fixée sur la plate-forme 15 externe du diffuseur peut également se présenter sous la forme d'un tore ouvert vers l'amont.
Les extrémités de la virole souple peuvent être reliées par une partie sensiblement axiale. Cette partie sensiblement axiale peut comporter au moins une spire de façon à absorber les déplacements axiaux relatifs entre l'anneau externe du compresseur haute-pression et la plate-forme du diffuseur.
Toujours de façon avantageuse, la gorge annulaire de l'anneau externe du compresseur haute-pression est munie de chanfreins de façon à faciliter le montage de la virole souple.
La présente invention a également pour objet une turbomachine munie d'un compresseur haute-pression et d'un diffuseur de chambre de combustion disposée en sortie du compresseur haute-pression, et comportant un dispositif d'étanchéité tel que défini précédemment.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'une turbomachine équipée d'un dispositif d'étanchéité selon l'invention; 2875851 4 - la figure 2 est une vue agrandie du dispositif d'étanchéité de la figure 1 montrant notamment les déformations subies par celui-ci; et - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif d'étanchéité selon un autre mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée d'un mode de réalisation
En liaison avec la figure 1, la turbomachine comporte notamment un compresseur haute-pression 2 et une chambre de combustion (non représentée) disposée en sortie du compresseur haute- pression.
Le flux d'air traversant la turbomachine d'amont en aval est comprimé au niveau du compresseur haute-pression 2 avant d'être dirigé vers la chambre de combustion par l'intermédiaire d'un diffuseur 4 de chambre de combustion.
De façon connue en soi, le compresseur haute-pression 2 se compose d'une pluralité d'étages de compresseur, chaque étage étant formé par un ensemble d'aubes mobiles montées sur un disque et un ensemble d'aubes fixes formant redresseur.
Ainsi, le dernier étage du compresseur haute-pression 2 illustré sur la figure 1 comporte un ensemble d'aubes mobiles 6 disposées en aval d'un ensemble d'aubes fixes 8 formant redresseur. Les aubes mobiles 6 de ce dernier étage sont entourées par un anneau fixe externe 10 centré sur l'axe de la turbomachine et formant une enveloppe.
Le diffuseur 4 de la chambre de combustion a pour rôle de diminuer la vitesse de l'air sortant du compresseur afin de minimiser les pertes de charge dans le tube à flamme de la chambre. Il se compose notamment d'une plate-forme annulaire interne 12 et d'une plate-forme annulaire externe 14 qui supportent une pluralité de grilles 16 régulièrement réparties autour de l'axe de la turbomachine.
La plate-forme externe 14 du diffuseur 4 est munie d'un jambage (ou épaulement) annulaire 18 qui est orienté vers l'aval et qui s'étend jusqu'à la limite de disposition des injecteurs de carburant 20 de la chambre de combustion.
Des ouvertures 22 pratiquées au travers du jambage 18 35 permettent d'acheminer de l'air provenant du fond de chambre 24 vers 2875851 5 une cavité 26 de façon à réaliser un prélèvement d'air nécessaire à la pressurisation de la cabine avion (non représentée).
Cette disposition particulière pour le prélèvement d'air de la cabine avion nécessite d'assurer une étanchéité entre la cavité 26 et la veine d'écoulement de l'air au niveau de la jonction entre le compresseur hautepression 2 et le diffuseur 4, et plus particulièrement entre l'anneau externe 10 du compresseur et la plate-forme externe 14 du diffuseur.
On notera que la pression de l'air à l'intérieur de la cavité 26 de prélèvement d'air est très légèrement inférieure (de l'ordre de 0,15 à 2 bars) à la pression de l'air au niveau du dernier étage du compresseur haute-pression 2 (cette pression atteignant 35 bars environ).
Selon l'invention, afin d'assurer une telle étanchéité, il est prévu une virole annulaire souple 28 dont l'une des extrémités 28a est logée précontrainte dans une gorge annulaire 30 de l'anneau externe 10 du compresseur haute-pression 2 et dont l'autre extrémité 28b est fixée sur la plate-forme externe 14 du diffuseur 4 (figure 2).
La virole souple 28 peut être réalisée en métal par exemple, ou bien en tout autre matériau souple qui possède une bonne tenue en température (la température de l'air au niveau du dernier étage du compression hautepression 2 étant de l'ordre de 650 C).
Comme illustré sur la figure 2, l'extrémité 28a de la virole souple 28 qui est logée dans la gorge 30 de l'anneau externe 10 du compresseur haute-pression 2 se présente de préférence sous la forme d'un tore ouvert vers l'aval qui est monté de façon légèrement précontrainte dans la gorge.
On notera que le tore formant l'extrémité 28a de la virole souple 28 est ouvert afin de lui garantir une souplesse suffisante pour que les contacts se fassent sur les deux faces (interne et externe) de la gorge 30 dans laquelle il est logé.
De même, l'extrémité 28b de la virole souple 28 qui est fixée sur 30 la plate-forme externe 14 du diffuseur 4 se présente avantageusement sous la forme d'un tore ouvert vers l'amont.
Lorsque la virole souple 28 est métallique, elle peut être fixée à l'aide de cordons de soudure 32 sur un fourreau 34 de la plate-forme externe 14 du diffuseur 4 prévu à cet effet.
Les deux extrémités 28a, 28b de la virole souple 28 sont reliées par une partie 28c sensiblement axiale qui permet ainsi, grâce à la 2875851 6 souplesse du matériau composant la virole 28, de reprendre les écarts radiaux (représentés par la flèche Fi) de position relative entre l'anneau externe 10 du compresseur haute-pression 2 et la plate-forme externe 14 du diffuseur 4.
Les écarts axiaux (représentés par la flèche F2) de position relative entre l'anneau externe 10 du compresseur haute-pression 2 et la plateforme externe 14 du diffuseur 4 sont quant à eux repris grâce à la libre translation de l'extrémité 28a de la virole souple 28 dans la gorge 30 de l'anneau externe du compresseur haute-pression. Cette déformation de l'extrémité 28a de la virole souple 28 sous forme de tore est représentée en pointillés sur la figure 2.
Afin de faciliter le montage de la virole souple 28 sur l'anneau externe 10 du compresseur haute-pression 2, il peut être prévu de réaliser des chanfreins 36 au niveau de la gorge annulaire 30 de cet anneau externe 10.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention illustré par la figure 3, la virole souple 28 peut comporter au moins une spire 38 (au nombre de deux sur la figure 3) de façon à faciliter la reprise des déplacements axiaux F2 relatifs entre l'anneau externe 10 du compresseur hautepression 2 et la plate-forme externe 14 du diffuseur 4. De telles spires 38 s'étendent selon une direction sensiblement radiale.
La gorge annulaire 30 pratiquée dans l'anneau externe 10 du compresseur haute-pression 2 peut être agrandie afin d'améliorer le centrage axial de la virole souple 28 formant le dispositif d'étanchéité.
De plus, il peut aussi être envisagé d'ajouter des revêtements anti-usure (non représentés sur les figures) sur les faces de la virole souple 28 qui sont en contact avec les faces interne et externe de la gorge 30 pratiquée dans l'anneau externe 10 du compresseur haute-pression.

Claims (2)

  1. 7 REVENDICATIONS
    1. Dispositif d'étanchéité pour turbomachine destiné à être disposé entre un anneau externe (10) d'un compresseur haute-pression (2) et une plate-forme annulaire externe (14) d'un diffuseur (4) d'une chambre de combustion de la turbomachine disposé en sortie du compresseur haute-pression (2), caractérisé en ce qu'il se compose d'une virole annulaire souple (28) dont l'une des extrémités (28a) est logée précontrainte dans une gorge annulaire (30) de l'anneau externe (10) du compresseur haute-pression (2) et l'autre extrémité (28b) est fixée sur la plate-forme externe (14) du diffuseur (4).
    2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité (28a) de la virole souple (28) qui est logée dans la gorge (30) de l'anneau externe (10) du compresseur haute-pression (2) se présente sous la forme d'un tore ouvert vers l'aval.
    3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'extrémité (28b) de la virole souple (28) qui est fixée sur la plateforme externe (14) du diffuseur (4) se présente sous la forme d'un tore ouvert vers l'amont.
    4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les extrémités (28a, 28b) de la virole souple (28) sont reliées par une partie sensiblement axiale (28c).
    5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie sensiblement axiale (28c) de la virole souple (28) comporte au moins une spire (38) de façon à faciliter la reprise des déplacements axiaux relatifs entre l'anneau externe (10) du compresseur haute-pression (2) et la plate-forme externe (14) du diffuseur (4).
    6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la gorge annulaire (30) de l'anneau externe (10) du compresseur haute-pression (2) est munie de chanfreins (36) de façon à faciliter le montage de la virole souple (28).
  2. 2875851 8 7. Turbomachine, comportant un compresseur haute-pression (2) et un diffuseur (4) d'une chambre de combustion disposée en sortie dudit compresseur haute-pression (2), caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'étanchéité (28) entre un anneau externe (10) du compresseur haute-pression (2) et une plate-forme annulaire externe (14) du diffuseur (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
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