FR2887920A1 - Dispositif de fixation de secteurs d'anneau sur un carter de turbine - Google Patents
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Abstract
Dispositif de fixation de secteurs d'anneau sur un carter de turbomachine, en particulier de turboréacteur, comprenant des organes de verrouillage (24) qui sont engagés sur des rebords circonférentiels arrière (20, 22) des secteurs d'anneau (16) et des entretoises de carter (14) et qui sont retenus axialement sur ces rebords circonférentiels par des parties (42) en saillie radiale formées sur au moins l'un (22) des rebords circonférentiels.
Description
Dispositif de fixation de secteurs d'anneau
sur un carter de turbine L'invention concerne un dispositif de fixation de secteurs d'anneau sur un carter de turbine dans une turbomachine, telle en particulier qu'un turboréacteur d'avion.
De façon usuelle, des secteurs d'anneau sont fixés circonférentiellement sur le carter autour des aubes mobiles de la turbine d'un turboréacteur et forment une enveloppe cylindrique continue délimitant extérieurement la veine de passage des gaz dans la turbine. Les secteurs d'anneau sont montés sur un carter interne de la turbine au moyen d'éléments intermédiaires appelés entretoises sur lesquels ils sont accrochés à leur extrémité avant et maintenus à leur extrémité arrière par des organes de verrouillage en forme de C ou de U qui sont engagés axialement depuis l'arrière sur des rebords circonférentiels des extrémités arrière des secteurs d'anneau et des éléments intermédiaires pour les maintenir appliqués les uns sur les autres.
Cette fixation des secteurs d'anneau sur les éléments intermédiaires du carter de la turbine leur permet de suivre les dilatations et contractions thermiques du carter de la turbine, dans lequel on injecte des gaz chauds ou des gaz froids pour contrôler ses dilatations et contractions thermiques afin de conserver un jeu radial aussi faible que possible entre les surfaces internes des secteurs d'anneau et les extrémités des aubes mobiles de la turbine et augmenter ainsi le rendement de la turbine.
Les organes de verrouillage en C ou en U qui sont engagés sur les rebords circonférentiels arrière des secteurs d'anneau et des entretoises, doivent être eux-mêmes maintenus en position et empêchés de glisser vers l'arrière, car ils se dégageraient alors des rebords circonférentiels des secteurs d'anneau et des entretoises, ce qui permettrait aux secteurs d'anneau de venir heurter les extrémités des aubes de la turbine et provoquerait des dégâts importants.
Plusieurs solutions ont été proposées à cet effet dans la technique connue et comprennent en général des butées qui sont fixées sur ou formées par des pièces fixes qui se trouvent en arrière des organes de verrouillage dans la turbine.
L'invention a pour objet une nouvelle solution au problème de la retenue des organes de verrouillage, cette nouvelle solution étant plus simple, plus économique et plus efficace que celle de la technique connue.
Elle propose à cet effet un dispositif de fixation de secteurs d'anneau sur un carter de turbine dans une turbomachine, comprenant des éléments de carter formés avec des moyens d'accrochage des secteurs d'anneau et avec des rebords circonférentiels arrière sur lesquels sont appliqués des rebords circonférentiels arrière des secteurs d'anneau, et des organes de verrouillage engagés sur ces rebords circonférentiels pour les maintenir appliqués les uns sur les autres, caractérisé en ce qu'au moins certains des rebords circonférentiels des éléments de carter et/ou des secteurs d'anneau comprennent des moyens s'opposant à un déplacement axial des organes de verrouillage vers l'arrière.
Selon l'invention, les moyens de retenue des organes de verrouillage, qui les empêchent de glisser vers l'arrière et de libérer les secteurs d'anneau, sont donc formés directement sur les rebords circonférentiels arrière des éléments de carter et/ou des secteurs d'anneau, et non par des pièces fixes montées sur le carter en arrière des organes de verrouillage.
Le recul possible des organes de verrouillage est ainsi déterminé par les éléments de carter et/ou par les secteurs d'anneau et est indépendant des pièces fixées sur le carter qui se trouvent en arrière de ces organes de verrouillage. Cela permet notamment de réduire le recul possible des organes de verrouillage, c'est-à-dire la distance sur laquelle les organes de verrouillage peuvent se déplacer vers l'arrière sans libérer les secteurs d'anneau, lorsque ces organes ont été montés correctement en place sur les secteurs d'anneau et sur les éléments de carter.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens s'opposant au déplacement des organes de verrouillage sont constitués par des parties en saillie radiale des éléments de carter ou des secteurs d'anneau, ces parties en saillie se trouvant à l'intérieur des organes de verrouillage quand ces derniers sont engagés sur les rebords circonférentiels arrière des secteurs d'anneau et des éléments de carter.
De façon typique, chaque organe de verrouillage comprend deux branches longitudinales qui sont reliées entre elles par une branche transversale à leurs extrémités arrière et qui ont des extrémités avant appliquées respectivement sur les rebords circonférentiels d'un élément de carter et d'un secteur d'anneau, une partie en saillie radiale formée sur l'un de ces rebords circonférentiels se trouvant alors entre la branche transversale de l'organe de verrouillage et l'extrémité avant de la branche longitudinale qui est appliquée sur ce rebord circonférentiel.
Dans un premier mode de réalisation, les parties en saillie radiale forment une nervure ou un épaulement annulaire continu qui s'étend autour de l'axe de rotation de la turbine.
Dans une variante de réalisation, cette partie en saillie radiale forme une nervure ou un épaulement annulaire discontinu autour de l'axe de rotation de la turbine, cette disposition permettant d'alléger un peu les éléments de carter et/ou les secteurs d'anneau.
Avantageusement, ces parties en saillie radiale sont raccordées aux faces arrière d'extrémité des éléments de carter ou des secteurs d'anneau par des faces inclinées qui facilitent l'engagement des organes de verrouillage sur les rebords circonférentiels arrière des éléments de carter et des secteurs d'anneau.
Typiquement, les parties en saillie radiale formées sur les rebords circonférentiels ont une dimension radiale qui est comprise entre 0,2 et 0,5mm environ.
De façon simple, ces parties en saillie radiale peuvent être formées par usinage sur les rebords circonférentiels arrière des éléments de carter ou des secteurs d'anneau.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, ces parties en saillie radiale sont formées sur la surface radialement externe, par rapport à l'axe de rotation de la turbine, des rebords circonférentiels arrière des éléments de carter.
L'invention propose également des éléments de carter de turbine dans une turbomachine telle qu'un turboréacteur, servant à la fixation de secteurs d'anneau conformément à ce qui est décrit ci-dessus, ces éléments de carter étant caractérisés en ce que chacun d'eux comprend un rebord circonférentiel d'extrémité dont la surface extérieure comporte une partie annulaire en saillie radiale s'étendant sur une partie au moins de l'étendue circonférentielle du rebord circonférentiel.
L'invention propose aussi un carter de turbine d'une turbomachine, servant à la fixation de secteurs d'anneau conformément à ce qui est décrit ci-dessus, ce carter étant caractérisé en ce qu'il comprend un rebord cylindrique d'extrémité dont la surface cylindrique externe comporte des parties en saillie radiale. Ce carter de turbine est formé d'une pluralité d'éléments juxtaposés circonférentiellement dont au moins certains comportent un rebord circonférentiel d'extrémité ayant des parties en saillie radiale.
L'invention propose encore une turbine de turbomachine, comprenant des étages d'aubes mobiles tournant à l'intérieur d'anneaux formés de secteurs juxtaposés, cette turbine étant caractérisée en ce que les secteurs d'anneau sont fixés sur un carter par un dispositif du type décrit ci-dessus.
L'invention concerne enfin une turbomachine, telle que qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, caractérisé en ce qu'elle comprend au moins un dispositif du type décrit ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un dispositif de fixation de la technique antérieure; - la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un autre dispositif de fixation de la technique antérieure, à plus grande échelle; - la figure 3 est une vue correspondant à la figure 2, mais représente le dispositif selon l'invention; - la figure 4 est une vue correspondant à la figure 3 et représente ce dispositif en position reculée; - les figures 5 et 6 sont des vues schématiques partielles en perspective de deux modes de réalisation de l'invention.
En figure 1, la référence 10 désigne les aubes mobiles d'un étage de turbine haute-pression d'un turboréacteur, qui tournent dans un carter 12 à l'intérieur duquel sont fixées des entretoises 14 ou éléments intermédiaires de carter qui portent des secteurs d'anneau 16 disposés circonférentiellement autour de l'axe de rotation de la turbine, les surfaces internes de ces secteurs d'anneau formant une surface cylindrique continue qui délimite extérieurement une veine de passage de gaz dans la turbine.
Les secteurs d'anneau 16 ont une étendue angulaire autour de l'axe de la turbine de 10 à 20 environ et sont au nombre d'une trentaine.
Chaque secteur d'anneau 16 comprend à son extrémité amont ou extrémité avant un rebord circonférentiel 18 en portion de cylindre, par lequel il est accroché ou fixé sur une entretoise 14, et comprend également à son extrémité arrière ou extrémité aval un rebord circonférentiel 20 en portion de cylindre qui est appliqué sur un rebord circonférentiel 22 correspondant en portion de cylindre de l'entretoise 14, les deux rebords circonférentiels 20 et 22 étant maintenus appliqués l'un sur l'autre par un organe de verrouillage 24 en forme de C ou de U qui est engagé par l'arrière sur les rebords circonférentiels 20 et 22 et qui les maintient serrés l'un sur l'autre.
Chaque organe de verrouillage 24 a une étendue angulaire autour de l'axe de la turbine qui est du même ordre que celle des secteurs d'anneau 16 ou qui peut être plus grande, de façon à prévoir selon les cas un organe de verrouillage 24 par secteur d'anneau 16 ou un organe de verrouillage 24 pour plusieurs secteurs d'anneau 16.
Les secteurs d'anneau 16, les entretoises 14 et les organes de verrouillage 24 sont métalliques et les organes de verrouillage 24 sont montés élastiquement de façon serrée sur les rebords circonférentiels 20 et 22, pour les appliquer l'un sur l'autre avec une certaine précontrainte.
Comme on l'a représenté schématiquement en figure 2, le rebord circonférentiel 20 du secteur d'anneau 16 se termine à son extrémité arrière par des dents radiales 26 orientées vers l'extérieur et engagées dans des encoches correspondantes du rebord circonférentiel 22 de l'entretoise 14, de façon à immobiliser chaque secteur d'anneau 16 en rotation autour de l'axe de la turbine sur une entretoise 14.
De façon générale, chaque organe de verrouillage 24 comprend deux branches longitudinales 28 et 30 radialement externe et radialement interne respectivement, qui sont reliées entre elles à leur extrémité arrière par une branche transversale 32 et dont les extrémités avant sont appliquées sur la face cylindrique externe du rebord circonférentiel 22 de l'entretoise 14 et sur la face cylindrique interne du rebord circonférentiel 20 du secteur d'anneau 16, respectivement.
En fonctionnement, les vibrations et les dilatations et contractions thermiques différentielles des entretoises 14, des secteurs d'anneau 16 et des organes de verrouillage 24 font que ces organes de verrouillage peuvent se déplacer vers l'arrière en glissant sur les faces cylindriques des rebords 20 et 22 des secteurs d'anneau et des entretoises et peuvent s'échapper et libérer les secteurs d'anneau 16, si une butée appropriée 34 n'est pas prévue en arrière des organes de verrouillage 24, à hauteur des branches transversales 32 comme représenté en figure 2.
Ces butées 34 sont en général formées sur des pièces fixes qui se trouvent en arrière des organes de verrouillage 24 ou bien constituées 5 directement par ces pièces fixes, selon les cas.
Dans la représentation schématique de la figure 1, la butée 34 fait partie intégrante de l'extrémité avant d'un élément de carter 36 qui porte des aubes radiales fixes 38.
Comme on le sait, la fonction essentielle des secteurs d'anneau 16 est de maintenir un jeu radial aussi faible que possible entre leur surface cylindrique interne et les extrémités radialement externes des aubes mobiles 10 de la turbine, le réglage de ce jeu radial étant réalisé par amenée de gaz chaud ou de gaz froid dans l'espace compris entre le carter 12 de la turbine et les entretoises 14. Cette injection de gaz chaud ou de gaz froid se traduit par des dilatations ou des contractions thermiques correspondantes du carter 12 et des entretoises 14, qui éloignent ou rapprochent la surface cylindrique interne des secteurs d'anneau 16 des extrémités radialement externes des aubes mobiles 10 de la turbine.
On voit sur la figure 2 que la butée 34 empêche l'organe de verrouillage 24 de se dégager des rebords circonférentiels 20 et 22 et de libérer le secteur d'anneau 16, mais que le recul possible de l'organe de verrouillage 24, c'est-à-dire son déplacement vers l'arrière par glissement des extrémités de ces branches 28 et 30 sur les rebords circonférentiels 20 et 22 est relativement important et ne peut être réduit à une valeur faible ou très faible, en raison des dilatations thermiques différentielles des pièces en fonctionnement.
L'invention propose de nouveaux moyens assurant la retenue des organes de verrouillage 24 sur les rebords circonférentiels 20 et 22 des secteurs d'anneau 16 et des entretoises 14, ces moyens étant représentés schématiquement aux figures 3 et 4 dans un premier mode de réalisation.
On retrouve en figure 3 le même organe de verrouillage 24 qu'en figure 2, ainsi que le même secteur d'anneau 16.
L'entretoise 14 de la figure 3 diffère de celle de la figure 2 en ce que la surface cylindrique externe 40 du rebord circonférentiel 22 de son extrémité arrière comporte une partie 42 en saillie radiale résultant d'un usinage du reste de la surface cylindrique 40 du rebord 22.
Typiquement, la dimension radiale de cette partie en saillie 42 est comprise entre 0,2 et 0,5mm environ, et est de préférence de l'ordre de 0, 2 à 0,3mm. Elle est suffisamment faible pour ne pas empêcher le montage de l'organe de verrouillage 24 lorsqu'il est engagé par l'arrière sur les rebords circonférentiels 20 et 22 du secteur d'anneau 16 et de l'entretoise 14 et suffisamment importante pour interdire à l'organe de verrouillage 24 de se dégager de ces rebords circonférentiels 20 et 22 lorsqu'il est soumis aux vibrations et aux dilatations et contractions thermiques en fonctionnement.
En figure 3, l'organe de verrouillage 24 est dans sa position extrême avant sur les rebords circonférentiels 20 et 22 du secteur d'anneau 16 de l'entretoise 14, la branche transversale 32 de cet organe de verrouillage étant en appui sur l'extrémité arrière du rebord 22 de l'entretoise 14 et, en figure 4, cet organe de verrouillage a été représenté dans sa position la plus reculée, l'extrémité avant de sa branche longitudinale 28 étant en butée sur la partie 42 en saillie de la surface cylindrique externe du rebord circonférentiel 22 de l'entretoise.
Les faces d'extrémité des rebords circonférentiels 20 et 22 comportent des faces obliques 44 et 46 qui facilitent l'engagement de l'organe de verrouillage 24, la face oblique 46 du rebord circonférentiel 22 se terminant sur la partie 42 en saillie radiale.
Dans une variante de réalisation, la partie en saillie radiale servant à la retenue de l'organe de verrouillage 24 peut être formée, non sur la face cylindrique externe 40 du rebord circonférentiel 22, mais sur la face cylindrique interne 41 du rebord circonférentiel 20 du secteur d'anneau 16 comme représenté en pointillés en figure 4.
Dans une autre variante de réalisation, les parties en saillie radiale peuvent être formées sur les deux rebords circonférentiels 20 et 22.
Ces saillies radiales sont formées de préférence par un usinage de la surface cylindrique interne du rebord circonférentiel 20 ou externe du rebord circonférentiel 22, la partie en saillie radiale pouvant être continue et s'étendre sur 360 autour de l'axe de la turbine, comme représenté partiellement en figure 5.
Dans une autre forme de réalisation représentée schématiquement en figure 6, la partie en saillie radiale 42 est discontinue et est interrompue localement comme indiqué schématiquement en 48, ces interruptions permettant d'alléger l'entretoise 14. Ces interruptions ne nuisent pas à la retenue des organes de verrouillage 24, dont le recul vers l'arrière est empêché par les parties restantes 42.
Les dimensions axiales des parties 42 en saillie, c'est-à-dire leurs dimensions dans une direction parallèle à l'axe de la turbine, sont déterminées de façon à ce que le recul possible des organes de verrouillage 24 entre leur position de la figure 3 et celle de la figure 4 soit limité à quelques dixièmes de millimètres, ce jeu étant de préférence inférieur à 0,5mm et plus particulièrement d'environ 0,2 à 0, 3mm.
Claims (15)
1. Dispositif de fixation de secteurs d'anneau sur un carter de turbine dans une turbomachine, comprenant des éléments de carter (14) formés avec des moyens d'accrochage des secteurs d'anneau (16) et avec des rebords circonférentiels arrière (22) sur lesquels sont appliqués des rebords circonférentiels arrière (20) des secteurs d'anneau, et des organes de verrouillage (24) engagés sur ces rebords circonférentiels pour les maintenir appliqués les uns sur les autres, caractérisé en ce qu'au moins certains des rebords circonférentiels (20, 22) des éléments de carter (14) et/ou des secteurs d'anneau (16) comprennent des moyens (42) s'opposant à un déplacement axial des organes de verrouillage (24) vers l'arrière.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens s'opposant au déplacement des organes de verrouillage (24) sont constitués par des parties (42) en saillie radiale des éléments de carter et/ou des secteurs d'anneau, ces parties en saillie se trouvant à l'intérieur des organes de verrouillage (24) quand ces derniers sont engagés sur les rebords circonférentiels (20, 22) des secteurs d'anneau et des éléments de carter.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque organe de verrouillage (24) comprend deux branches longitudinales (28, 30) qui sont reliées entre elles à leur extrémité arrière par une branche transversale (32) et qui ont des extrémités avant appliquées sur des rebords circonférentiels (22, 20) d'un élément de carter (14) et d'un secteur d'anneau (16), respectivement, et en ce qu'une partie (42) en saillie radiale formée sur l'un de ces rebords circonférentiels se trouve entre la branche transversale (32) de l'organe de verrouillage et l'extrémité avant de cette branche longitudinale appliquée sur ce rebord circonférentiel.
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les parties (42) en saillie radiale forment une nervure ou un épaulement annulaire continu s'étendant autour de l'axe de la turbine.
5. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les parties (42) en saillie radiale forment une nervure ou un épaulement annulaire discontinu s'étendant autour de l'axe de la turbine.
6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les parties (42) en saillie radiale sont raccordées aux faces arrière d'extrémité des rebords circonférentiels par des faces inclinées (44, 46) facilitant l'engagement des organes de verrouillage sur les rebords circonférentiels des éléments de carter et des secteurs d'anneau.
7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les parties (42) en saillie radiale ont une dimension radiale comprise entre 0,2 et 0,5mm environ.
8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les parties (42) en saillie radiale sont formées par usinage des faces cylindriques des rebords circonférentiels des éléments de carter et/ou des secteurs d'anneau.
9. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les parties (42) en saillie radiale sont formées sur la surface cylindrique radialement externe des rebords circonférentiels (22) des éléments de carter (14).
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le recul possible vers l'arrière des organes de verrouillage (24) montés sur les rebords circonférentiels (20, 22) des éléments de carter et des secteurs d'anneau est inférieur à 0,5mm et par exemple d'environ 0, 2 à 0,3mm.
11. Eléments de carter de turbine dans une turbomachine, servant à la fixation de secteurs d'anneau conformément à l'une des revendications précédentes, caractérisés en ce que chaque élément de carter (14) comprend un rebord circonférentiel d'extrémité (22) dont la surface cylindrique externe comporte une partie (42) en saillie radiale, s'étendant sur une partie au moins de l'étendue circonférentielle du rebord circonférentiel (22).
12. Carter de turbine d'une turbomachine, utilisé dans un dispositif de fixation de secteurs d'anneau conformément à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un rebord cylindrique d'extrémité dont la surface cylindrique externe comporte des parties (42) en saillie radiale.
13. Carter de turbine selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est formé d'une pluralité d'éléments juxtaposés circonférentiellement et dont au moins certains comportent un rebord circonférentiel d'extrémité (22) ayant des parties en saillie radiale (42).
14. Turbine de turbomachine, comprenant des étages d'aubes mobiles tournant à l'intérieur d'anneaux formés de secteurs juxtaposés, caractérisée en ce que les secteurs d'anneau (16) sont fixés sur un carter par un dispositif selon l'une des revendications 1 à 10.
15. Turbomachine, telle que qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, caractérisé en ce qu'elle comprend au moins un dispositif selon l'une des revendications 1 à 10.
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