FR2891862A1 - Plaque perforee a disposer dans une cavite de refroidissement d'anneau de turbine - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une plaque perforée (30) destinée à être disposée dans une cavité de refroidissement de secteur d'anneau de turbine, la plaque comportant au moins une paroi de fond (31) percée d'une pluralité de trous calibrés présentant une disposition asymétrique, la paroi de fond étant entourée de parois latérales (32,33) s'achevant par des rebords rabattus (34,35).Selon l'invention, au moins un rebord (34) et un rebord opposé (35) sont asymétriques.
Description
PLAQUE PERFOREE A DISPOSER DANS UNE CAVITE DE REFROIDISSEMENT D'ANNEAU DE
TURBINE La présente invention concerne les systèmes de refroidissement par influx d'air et par impact et plus précisément les plaques perforées disposées à l'intérieur de cavités de refroidissement aménagées dans des anneaux fixes de turbines à gaz, notamment dans les turbomoteurs. Comme illustré sur la figure 1, dans une turbine à gaz, et plus précisément dans une turbine haute pression (HP) de moteur d'avion, les aubes rotatives 1 sont entourées à l'extérieur de leur parcours en rotation, par un anneau fixe 2. Celui-ci est formé de plusieurs secteurs d'anneau 3 assemblés sur des entretoises 4 fixées à l'intérieur d'un carter 5. Les secteurs d'anneau 3, une fois assemblés forment une paroi cylindrique 2 entourant un passage 6 de gaz chaud dans lequel s'engouffre le flux 7 de gaz brûlants qui sort des chambres de combustion en faisant tourner les aubes 1 et la turbine HP.
Pour refroidir les secteurs d'anneau 3 exposés au flux 7 de gaz brûlants, des cavités 8 sont aménagées entre les secteurs d'anneau 3 et l'entretoise 4. Les cavités 8 sont alimentées par des flux d'air de refroidissement amenés par des conduits d'alimentation 9 traversant les parois d'entretoise 4 du carter 5. Pour améliorer le refroidissement, on dispose de façon connue, une plaque perforée 10 en travers de la cavité 8 dans la zone médiane entre les secteurs d'anneau 3 et d'entretoise 4. La plaque 10 est percée d'une pluralité de trous calibrés pour injecter une multitude de flux d'air. Chaque trou génère un micro-flux d'air projeté sur la face intérieure des parois de la cavité 8, du côté du secteur d'anneau 3. Ceci provoque un refroidissement du secteur d'anneau 3 qui est exposé sur sa face opposée au passage des gaz brûlants 7 issus de la combustion qui se propagent vers la turbine. Selon l'illustration de la figure 1, la plaque perforée 10 a une forme d'auge pour suivre le profil en cuvette de la cavité 8 avec un écartement donné. La plaque 10 comporte une paroi de fond 11, légèrement arquée dans le sens de courbure de l'anneau 2. La paroi de fond 11 est entourée par quatre parois latérales 12 remontant sensiblement parallèlement aux parois de la cavité en cuvette 8. Les rebords 13 de la plaque 10 sont rabattus sensiblement perpendiculairement aux parois latérales 12 pour former des surfaces plates d'appui 13 qui viennent se fixer sur des bords d'assise 14 plats de la cavité 8. La plaque 10 est fixée à demeure par brasure entre les rebords 13 de la plaque et les bords 14 de la cavité 8.
Maintenant, les trous ne sont pas également répartis à la surface d'une plaque perforée. La partie amont de la plaque 10 compte généralement une densité de trous supérieure à la partie aval, afin d'amplifier le refroidissement de la portion amont du secteur d'anneau 3, portion la plus exposée à l'incidence du flux 7 de gaz brûlants. Certaines parois latérales 12 de la plaque 10 peuvent être percées de trous d'injection de flux d'air de refroidissement, en particulier la paroi latérale amont. La paroi amont peut encore comporter une densité de trous supérieure à la paroi aval.
Ces plaques de refroidissement de l'art antérieur ont pour inconvénient de présenter un risque d'inversion entre les côtés amont et aval lors de leur montage dans la cavité avec comme conséquence la perte d'efficacité du refroidissement.
Le but de l'invention est de pallier les inconvénients des solutions actuelles et de réaliser un élément de refroidissement pour une cavité de refroidissement par impact d'anneau fixe de turbine évitant tout risque d'inversion et/ou d'erreur de positionnement des parties amont/aval.35 L'invention a donc pour objet d'empêcher un montage de la plaque à l'envers entre l'aval et l'amont. A cet effet, il est prévu selon l'invention de réaliser une plaque perforée destinée à être disposée dans une cavité de refroidissement de secteur d'anneau de turbine, la plaque comportant au moins une paroi de fond percée d'une pluralité de trous calibrés présentant une disposition asymétrique, la paroi de fond étant entourée de parois latérales s'achevant par des rebords rabattus, avec la particularité qu'au moins un rebord et un rebord opposé sont asymétriques. Il est prévu qu'un rebord comporte au moins une excroissance dans une direction d'extension dudit rebord. Selon une autre particularité, un rebord de la plaque a une largeur supérieure à un rebord opposé.
Dans un exemple de réalisation, un rebord comporte au moins un ergot saillant, notamment dans une position médiane ou une position d'extrémité du rebord. Dans un autre exemple de réalisation, un rebord comporte deux ergots saillants.
Dans des réalisations particulières, la plaque a une forme d'auge et/ou les parois latérales sont de hauteurs (H) égales et symétriques par rapport à au moins un plan de symétrie, les parois latérales s'achevant par des rebords rabattus sensiblement parallèles à la paroi de fond.
Avantageusement, la plaque perforée est fixée, notamment par brasure, sur les bords d'une cavité de refroidissement aménagée dans un secteur d'anneau de turbine. L'invention concerne également un anneau ou un secteur d'anneau de turbine ou un secteur d'entretoise ou encore une couronne d'entretoise muni d'une telle plaque perforée ou de plusieurs plaques (ou seulement d'une partie de plaque). L'invention porte encore sur un carter muni d'un anneau fixe entourant un passage de gaz chauds dans une turbine de turbomoteur dans lequel au moins un secteur d'anneau de turbine est muni d'une telle plaque perforée.
D'autres particularités ou avantages de l'invention apparaîtront plus clairement dans la suite de la description donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une turbine HP au niveau d'un secteur d'anneau comportant une cavité de refroidissement par impact dans laquelle est fixée une plaque perforée avec des bords symétriques égaux source d'erreur d'inversion au montage (ne permet pas de détrompage) ; la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un nouveau (autre) secteur d'anneau de turbine comportant une cavité symétrique avec des bords de même hauteur où est montée une plaque perforée évitant tout risque d'inversion selon l'invention ; - la figure 3 est une vue détaillée du secteur d'anneau de la figure 2 montrant la disposition dans la cavité d'une plaque perforée selon l'invention ; - la figure 4 est une vue agrandie du secteur d'anneau de la figure 2 montrant l'incompatibilité en cas de montage à l'envers aval/amont de la plaque perforée selon l'invention ; - la figure 5 est une vue en perspective d'une plaque perforée selon une première réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue en perspective d'une plaque perforée selon une deuxième réalisation de l'invention ; - la figure 7 est une vue en perspective d'une plaque perforée selon une troisième réalisation de l'invention ; et, - la figure 8 est une vue en perspective d'une plaque perforée selon une quatrième réalisation de l'invention.
Le schéma de la figure 2 montre une nouvelle configuration de carters 15,19 et d'anneau de turbine HP, comportant des secteurs d'anneau 20 assemblés sur des brides de support 16 et 17 du carter 19, chaque secteur d'anneau 20 comprenant une cavité de refroidissement 28 dans laquelle est disposée une plaque perforée 30 selon l'invention. Le carter 19 comporte des brides de support amont 16 et aval 17 orientées vers le centre de la turbine et délimitant un évidemment 18 formant la partie externe de la cavité 28 de refroidissement (l'évidemment 18 peut être annulaire ou sectorisé). Le secteur d'anneau 20 comporte une embase 21 arquée selon la circonférence de l'anneau 2 (portion de tube) et s'étendant parallèlement à l'axe X-X de la turbine. L'embase 21 est munie de deux brides d'accrochage amont 22 et aval 23 coopérant avec les brides de support 16 et 17 du carter 19 pour assembler le secteur d'anneau 20 à l'intérieur du carter 19. Les brides d'accrochage 22 et 23 du secteur 20 sont constituées de parois radiales 24 et 25 munies d'excroissances axiales 26 et 27 formant respectivement, vers l'amont, un crochet 26 venant s'engager dans la bride de support amont 16 du carter 19 et, vers l'aval, une gouttière 29 venant s'emboîter sur la bride 17 de support aval du carter 19 (fixation par un élément de serrage et de verrouillage). Dans la présente, les termes "amont" et "aval" sont définis par rapport au sens d'écoulement axial du flux de gaz, le terme "amont" désignant le côté de la chambre de combustion et le terme "aval" désignant la direction d'échappement des gaz brûlés, c'est-à-dire le côté orienté vers la tuyère d'éjection. Les parois amont 24 et aval 25 formées par les brides d'accrochage 22 et 23 du secteur 20, ainsi que les parois aux extrémités du secteur 20 (non visible sur les figures), forment les quatre parois latérales d'une cavité 28 de refroidissement en forme de cuvette. Les surfaces supérieures des parois latérales 24,25 forment des bords d'assise 24',25' pour une plaque perforée de refroidissement 30.
Comme illustré sur les figures 5 à 8, la plaque de refroidissement selon l'invention, est formée d'une tôle emboutie en forme d'auge. La plaque 30 comporte une paroi de fond 31 légèrement arquée, destinée à être disposée sensiblement parallèlement à l'embase 21 du secteur d'anneau 20, et quatre parois latérales 32,33 prolongeant la paroi de fond 31 et s'élevant perpendiculairement à celle-ci sur une hauteur H donnée. Les quatre parois latérales 32,33 (parois amont, aval et parois des extrémités transversales) s'achèvent par quatre rebords rabattus 34,35 formant une surface de bordure d'appui quasiment plate et plus précisément légèrement arquée selon la direction de courbure de l'anneau 2.
La plaque de refroidissement 30 est percée d'une multitude de trous calibrés, disposés selon un motif spécifique arrangé pour optimiser le refroidissement en fonction du besoin de refroidissement de chacune des parties du secteur d'anneau. La plaque comporte en particulier une densité de trous supérieure dans sa partie amont, la plus exposée à l'échauffement, sous l'incidence du flux de gaz brûlants. La plaque 30 peut comporter par exemple, comme représenté sur la figure 5, une série de plusieurs rangées de trous percés dans la paroi de fond 31 avec une densité (nombre de trous par rangée) diminuant d'amont en aval. La paroi latérale en amont 32 peut également être perforée avec une forte densité de trous et la paroi latérale en aval peut éventuellement être perforée avec une relativement faible densité de trous.
Le perçage des trous peut être effectué notamment par une machine Laser qui perce les trous à intervalles réguliers selon un motif prédéfini et comportant donc une disposition de trous dissymétrique par rapport à un plan médian de la plaque et décroissant généralement de l'amont vers l'aval de la plaque 30. Dans le référentiel de la plaque prise isolément, le terme "amont" désigne généralement le côté de la plaque comportant une densité supérieure de trou et la moitié de la plaque située le long d'un grand rebord comptant le maximum de trous. Selon l'invention, l'un des rebords 34 de la plaque 30 comporte une excroissance 36-37-38 permettant un détrompage physique lors du montage du secteur d'anneau 20 et plus précisément, empêchant l'assemblage du secteur d'anneau 20 sur les brides de support 16-17 du carter 19. Dans l'exemple de réalisation de la figure 5, le rebord amont 34 de la plaque 30 en tôle perforée est prolongé par un ergot 36 saillant dans la direction axiale X-X, l'ergot 36 étant placé ici à une des extrémités du rebord amont 34 de la plaque 30. L'ergot 36 est formé en épargnant un surcroît de tôle lors du découpage de l'ébauche de la plaque 30. La figure 6 montre un autre exemple de réalisation dans lequel la plaque comporte un ergot 36 saillant axialement dans la partie médiane du rebord amont 34. La figure 7 illustre une variante de réalisation dans lequel le rebord amont 34 de la plaque 30 comporte deux ergots 36 et 37 saillants dans le sens axial X-X, réalisés en épargnant deux surcroîts de tôle 36 et 37 aux deux extrémités du rebord amont 34. La figure 8 montre encore une autre variante de réalisation, dans lequel la plaque 30 comporte un surcroît de largeur A sur toute l'étendue en longueur L du rebord amont 38. La plaque présente un rebord amont 38 de largeur A supérieure à la largeur opposée B du rebord aval 35. Ainsi, la plaque perforée 30 comporte de manière générale, selon l'invention, un rebord amont 34/38 présentant, au moins sur la dimension d'un ergot 36/37, une largeur A supérieure à la largeur B du rebord aval 35 opposé. De façon avantageuse, lors du montage de la plaque perforée 30 dans la cavité 28 de secteur d'anneau 20, si la plaque 30 est disposée dans le bon sens comme illustré sur la figure 3, le rebord amont 34 de la plaque qui présente un surcroît de largeur A vient s'appuyer sur le bord 24' le plus large de la cavité 28, tandis que le rebord aval 35 de largeur B inférieure au rebord amont 34 de la plaque 30, vient s'appuyer sur le bord le moins large de la cavité 28. Ainsi, comme illustré sur la figure 3, lorsque la plaque 30 selon l'invention est disposée dans le sens correct amont/aval, il reste sur les bords amont 24' et aval 25' du secteur des intervalles de largeur resp. C et D, pour procéder à la brasure. Par contre, dans l'éventualité d'un montage à l'envers aval/amont de la plaque perforée 30, tel qu'illustré sur la figure 4, le rebord 34/38 de la plaque comportant une excroissance (ergot saillant 36, surcroît de largeur A) se retrouve sur le bord aval 25' de la cavité 28 qui présente une largeur réduite. Le rebord élargi A de la plaque 30 dépasse du bord 25' de la cavité 28 et déborde d'un excès de largeur E dans le creux 29 de la bride aval 23 du secteur d'anneau 20.
L'erreur de montage apparaît alors immédiatement au manipulateur et il ne peut pas procéder à la brasure de la plaque 30 sur les bords du secteur 20. En outre, même si la plaque 30 est assemblée dans ce sens inverse aval/amont, tel qu'illustré sur la figure 4, le rebord élargi 34 dépasse dans le creux 29 de la bride aval 23 du secteur 20, ce qui rend impossible l'emboîtement et l'assemblage du secteur d'anneau 20 sur la bride de support aval 17 du carter 19 (cf. figure 2). Une telle disposition avantageuse permet non seulement de distinguer visuellement dans quel sens amont/aval, la plaque 30 doit être montée puis solidarisée par brasure sur le secteur 20, mais elle permet en outre de rendre incompatible tout montage en sens inverse, ce qui procure un détrompage physique lors de l'assemblage de l'anneau fixe 2 du carter de turbine, grâce à l'invention.
Claims (10)
1. Plaque perforée (30) destinée à être disposée dans une cavité (28) de refroidissement de secteur d'anneau (20) de turbine, la plaque (30) comportant au moins une paroi de fond (31) percée d'une pluralité de trous calibrés présentant une disposition asymétrique, la paroi de fond étant entourée de parois latérales (32,33) s'achevant par des rebords rabattus (34,35), caractérisé en ce que au moins un rebord (34, 38) et un rebord opposé (35) sont asymétriques.
2. Plaque perforée selon la revendication 1, dans lequel un 10 rebord (38) de la plaque (30) a une largeur (A) supérieure à un rebord opposé (35).
3. Plaque perforée selon la revendication 1 ou 2, dans lequel un rebord (34) comporte au moins une excroissance (36,37,38) dans une direction d'extension dudit rebord (34). 15
4. Plaque perforée selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel un rebord (34) comporte au moins un ergot (36,37) saillant (notamment dans une position médiane ou une position d'extrémité du rebord).
5. Plaque perforée selon l'une des revendications 1 à 4, 20 dans lequel un rebord (34) comporte deux ergots saillants (36,37).
6. Plaque perforée selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la plaque (30) a une forme d'auge (31,32,33) et/ou les parois latérales (32,33) sont de hauteurs (H) 25 égales et symétriques par rapport à au moins un plan de symétrie, les parois latérales s'achevant par des rebords (34,35) rabattus sensiblement parallèles à la paroi de fond (31). T
7. Plaque perforée selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'elle est fixée, notamment par brasure, sur des bords (24',25') d'une cavité de refroidissement (28) aménagée dans un secteur (20) d'anneau de turbine.
8. Anneau ou secteur d'anneau de turbine caractérisé en ce qu'il comporte au moins une plaque perforée (30) selon l'une des revendications précédentes.
9. Carter muni d'un anneau fixe entourant un passage de gaz chauds dans une turbine de turbomoteur, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un secteur (20) d'anneau de turbine muni d'une plaque perforée selon la revendication précédente.
10. Couronne d'entretoise ou secteur d'entretoise destiné à solidariser un carter à un anneau fixe de turbine de turbomoteur, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une plaque perforée selon l'une des revendications 1 à 7.
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