FR2899274A1 - Dispositif de fixation de secteurs d'anneau autour d'une roue de turbine d'une turbomachine - Google Patents

Dispositif de fixation de secteurs d'anneau autour d'une roue de turbine d'une turbomachine Download PDF

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Abstract

Dispositif de fixation de secteurs d'anneau (20) autour d'une roue (18) de turbine dans une turbomachine, chacun des secteurs d'anneau comprenant à son extrémité amont un rebord circonférentiel (44) pouvant être maintenu sur un rail annulaire (48) de carter par un organe annulaire (50) de verrouillage, et à son extrémité aval une pièce (70) pouvant venir en appui axial contre un élément fixe (38) de la turbine pour empêcher le désengagement du rebord amont (44) du secteur d'anneau (20) de l'organe de verrouillage (50) en cas d'usure importante du rail (48).

Description

Dispositif de fixation de secteurs d'anneau autour d'une roue de turbine
d'une turbomachine
La présente invention concerne un dispositif de fixation de secteurs 5 d'anneau autour d'une roue de turbine dans une turbomachine, telle en particulier qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Une turbine de turbomachine comprend plusieurs étages comportant chacun un distributeur formé d'une rangée annulaire d'aubes fixes portées par un carter de la turbine et une roue montée rotative en aval du 10 distributeur dans une enveloppe cylindrique ou tronconique formée par des secteurs d'anneau fixés circonférentiellement bout à bout sur le carter de la turbine. Les secteurs d'anneau comprennent à leurs extrémités amont des rebords circonférentiels engagés avec un petit jeu axial dans une gorge 15 annulaire radialement interne d'un rail annulaire de carter et maintenus radialement dans cette gorge par un organe annulaire de verrouillage à section en C qui est engagé axialement depuis l'amont sur le rail de carter et sur les rebords circonférentiels des secteurs d'anneau. Ces secteurs sont maintenus axialement par butée de leurs rebords circonférentiels sur 20 des faces amont et aval respectivement de la gorge du rail. Les rebords des secteurs d'anneau sont décambrés par rapport au rail de carter et à l'organe de verrouillage, c'est-à-dire que les rebords des secteurs d'anneau ont un rayon de courbure supérieur à celui du rail de carter et de l'organe de verrouillage, ce qui permet de monter les rebords 25 des secteurs d'anneau avec une certaine précontrainte radiale entre le fond de la gorge du rail et l'organe de verrouillage et de limiter ainsi les déplacements axiaux des rebords des secteurs d'anneau dans la gorge. En fonctionnement, les dilatations thermiques différentielles des secteurs d'anneau et du carter entraînent une augmentation de cette 30 précontrainte radiale qui est appliquée en des zones de contact ponctuelles entre les rebords des secteurs d'anneau et le rail de carter. Mais cette précontrainte disparaît progressivement dans le temps par usure des rebords des secteurs d'anneau et du carter dans ces zones de contact. Lorsque cette précontrainte radiale est nulle, les rebords des secteurs d'anneau peuvent se déplacer axialement dans la gorge du carter et user par frottement les faces amont et aval de la gorge du carter. Lorsque cette usure dépasse une certaine valeur, les rebords des secteurs d'anneau peuvent, en se déplaçant vers l'aval dans la gorge, se désengager de l'organe de verrouillage, ce qui se traduit par un basculement des secteurs d'anneau vers l'axe de la turbine et un risque de contact entre les secteurs d'anneau et la roue de turbine, susceptible de provoquer une destruction des secteurs d'anneau et de la roue. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. Elle propose à cet effet un dispositif de fixation de secteurs d'anneau autour d'une roue de turbine dans une turbomachine, les secteurs d'anneau comprenant des rebords circonférentiels amont pouvant être maintenus sur un rail annulaire de carter par un organe annulaire de verrouillage, caractérisé en ce que chaque secteur d'anneau comprend à son extrémité aval une pièce pouvant venir en appui axial contre un élément fixe de la turbine pour empêcher le désengagement du rebord amont du secteur d'anneau de l'organe de verrouillage. Grâce à l'invention, la pièce d'appui prévue à l'extrémité aval de chaque secteur d'anneau limite le recul possible du rebord amont du secteur d'anneau dans la gorge du rail de carter et évite le désengagement de ce rebord de l'organe de verrouillage. Même en cas d'usure importante du rail de carter, les secteurs d'anneau sont maintenus axialement en amont par appui de leurs rebords amont sur une face correspondante du rail de carter et en aval par appui de la pièce sur l'élément fixe.
La pièce d'appui comprend avantageusement des moyens d'appui radial sur l'élément fixe.
Chaque secteur d'anneau est ainsi retenu en direction axiale et en direction radiale sur l'élément fixe. Selon une autre caractéristique de l'invention, la pièce d'appui est rapportée sur l'extrémité aval du secteur d'anneau et y est fixée par 5 brasage ou soudage. Il est avantageux, du point de vue économique, que la pièce d'appui soit sur le secteur d'anneau, car cela évite de modifier les moules de fabrication de ces secteurs. De plus, le dispositif selon l'invention permet d'accrocher des secteurs d'anneau sur un rail de carter indépendamment 10 de l'usure de celui-ci. Le jeu axial entre la pièce d'appui et l'élément fixe est inférieur à la longueur axiale de l'appui du rebord amont du secteur d'anneau sur l'organe de verrouillage. Cela permet de s'assurer que la position de recul maximal du secteur d'anneau est définie par l'appui axial de la pièce sur 15 l'élément fixe. Ce jeu axial entre la pièce d'appui et l'élément fixe est par exemple compris entre 0,3 et 1,2mm environ. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, la pièce d'appui a une section en F et comprend deux rebords en portion de cylindre qui s'étendent vers l'aval, un de ces rebords étant appliqué sur une surface 20 radialement interne du secteur d'anneau et l'autre de ces rebords étant destiné à venir en appui radial sur une face radialement externe d'un rebord cylindrique de l'élément fixe. L'élément fixe de la turbomachine est avantageusement constitué par un distributeur de turbine situé en aval du secteur d'anneau. 25 L'invention concerne également une turbine de turbomachine et une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant au moins un dispositif tel que décrit ci-dessus. L'invention concerne enfin un secteur d'anneau pour une turbine de turbomachine, comprenant à son extrémité amont un rebord d'accrochage 30 sur un carter, caractérisé en ce qu'il comprend à son extrémité aval une pièce d'appui axial et radial.
La pièce d'appui est préférentiellement fixée par soudure ou brasure sur une partie abradable de l'extrémité aval du secteur d'anneau. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la 5 description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un dispositif de fixation de secteurs d'anneau selon la technique antérieure ; - la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un 10 dispositif de fixation de secteurs d'anneau selon l'invention. La turbine 10 partiellement représentée en figure 1 comprend plusieurs étages comportant chacun un distributeur 12, 13 formé d'une rangée annulaire d'aubes fixes 14 portées par un carter 16 de la turbine, et une roue 18 montée en aval du distributeur 12, 13 et tournant dans une 15 enveloppe sensiblement tronconique formée par des secteurs d'anneau 20 portés circonférentiellement bout à bout par le carter 16 de la turbine. Les distributeurs 12, 13 comprennent des parois de révolution externe 22 et interne (non visible), respectivement, qui délimitent entre elles la veine annulaire d'écoulement des gaz dans la turbine et entre lesquelles 20 s'étendent radialement les aubes 14. Les moyens de fixation des distributeurs comprennent au moins un rebord cylindrique externe 24 orienté vers l'amont et destiné à être engagé dans une rainure annulaire 26 orientée vers l'aval du carter 16. Les roues 18 sont portées par un arbre de turbine (non représenté). 25 Elles comprennent des viroles externes 28 et internes (non visible), respectivement, la virole externe 28 de chaque roue comprenant des nervures annulaires externes 30 entourées extérieurement avec un faible jeu par les secteurs d'anneau 20. Chaque secteur d'anneau 20 comprend une paroi tronconique 32 et 30 un bloc 34 de matière abradable fixé par brasage et/ou soudage sur la surface radialement interne de la paroi 32, ce bloc 34 étant du type en nid d'abeilles et étant destiné à s'user par frottement sur les nervures 30 de la roue pour minimiser les jeux radiaux entre la roue et les secteurs d'anneau 20. Les extrémités aval des secteurs d'anneau 20 sont engagées depuis l'amont dans un espace annulaire 36 délimité par un rebord cylindrique 38 orienté vers l'amont de la paroi externe 22 du distributeur 13 situé en aval des secteurs d'anneau, d'une part, et par un rebord cylindrique 39 du carter sur lequel est accroché ce distributeur, d'autre part. Les secteurs d'anneau 20 sont maintenus radialement à leurs extrémités aval par appui radial vers l'extérieur de leurs parois 32 sur une face cylindrique radialement interne du rebord 39 du carter, et par appui radial vers l'intérieur de leurs blocs 34 de matière abradable sur une face cylindrique radialement externe du rebord cylindrique 38 du distributeur. Les parois 32 des secteurs d'anneau comprennent chacune à leurs extrémités aval une patte 40 s'étendant axialement vers l'aval et destinée à être engagée dans une cavité 42 correspondante du distributeur aval 13 pour immobiliser en rotation les secteurs d'anneau 20 autour de l'axe de turbine. Les parois tronconiques 32 des secteurs d'anneau 20 comprennent également à leurs extrémités amont des rebords cylindriques 44 orientés vers l'amont qui sont engagés avec un jeu axial faible dans une gorge annulaire radialement interne 46 d'un rail annulaire 48 du carter 16. Ces rebords 44 sont maintenus radialement dans cette gorge au moyen d'un organe de verrouillage 50 formé d'un anneau fendu à section en C engagé depuis l'amont sur le rail annulaire 48 du carter et sur les rebords amont 44 des secteurs d'anneau. L'organe de verrouillage 50 comprend deux branches cylindriques 52 et 54 s'étendant vers l'aval, radialement externe et radialement interne respectivement, qui sont reliées entre elles à leurs extrémités amont par une paroi radiale 56, et qui sont appliquées respectivement sur une face cylindrique radialement externe du rail 48 et sur les rebords circonférentiels 44 des secteurs d'anneau 20. Dans l'exemple représenté, l'organe de verrouillage 50 est empêché de se déplacer axialement vers l'amont par appui axial de sa paroi radiale 5 56 sur un rebord annulaire radial 58 de la paroi externe 22 du distributeur 12 situé en amont des secteurs d'anneau 20. Le rayon de courbure de l'organe de verrouillage 50 et du rail 48 est inférieur à celui des rebords 44 des secteurs d'anneau 20, ce qui permet de monter avec une certaine précontrainte radiale les rebords 44 des secteurs 10 d'anneau dans la gorge 46 du rail, ces secteurs d'anneau étant localement en appui radial sur le fond de la gorge et sur la branche radialement interne 54 de l'organe de verrouillage, respectivement. En fonctionnement, les rebords 44 des secteurs d'anneau 20 vibrent axialement et viennent user par frottement les faces amont et aval de la 15 gorge 46 du rail. Lorsque la face aval de la gorge 46 est très usée (comme cela est représenté en traits pointillés 60), les rebords 44 peuvent se déplacer vers l'aval en glissant sur la branche radialement interne 54 de l'organe de verrouillage, et se désengager de l'organe de verrouillage, ce qui peut 20 entraîner notamment la destruction des blocs 34 de matière abradable des secteurs d'anneau qui viennent en contact avec les nervures annulaires 30 de la roue 18. L'invention permet d'apporter une solution simple à ce problème grâce à une pièce d'appui rapportée et fixée sur l'extrémité aval de chaque 25 secteur d'anneau. Dans un mode de réalisation de l'invention représenté en figure 2, la pièce d'appui 70 a une section en F et comprend deux rebords 72 et 74 en portion de cylindre orientés vers l'aval, radialement externe et radialement interne respectivement, qui sont reliés entre eux à leurs extrémités amont 30 par une paroi radiale 76.
La face radialement externe du rebord externe 72 est appliquée et fixée par soudage ou brasage sur une partie d'extrémité aval de la surface radialement interne de la paroi 32 du secteur d'anneau, et la paroi radiale 76 est appliquée et fixée par brasage ou soudage sur une face radiale du bloc 34 de matière abradable du secteur d'anneau 20. Chaque secteur d'anneau est maintenu radialement à son extrémité aval par appui radial du rebord interne 74 de la pièce 70 sur le rebord cylindrique 38 du distributeur aval, et par appui radial de sa paroi 32 sur la face radialement interne du rebord cylindrique 39 du carter 16.
Les secteurs d'anneau sont maintenus axialement à leurs extrémités amont comme précédemment décrit en référence à la figure 1, et à leurs extrémités aval par appui axial vers l'aval de la paroi radiale 76 de la pièce sur l'extrémité amont du rebord cylindrique 38 du distributeur aval 13. Les parois radiales 76 des pièces 70 sont séparées du rebord cylindrique 38 du distributeur 13 par un jeu axial 78 qui est inférieur à la longueur axiale 80 sur laquelle les rebords 44 des secteurs d'anneau sont en appui sur l'organe de verrouillage 50, de manière à ce que, en cas d'usure importante de la face aval de la gorge 46 du rail, les parois radiales 76 de la pièce 70 viennent en appui axial sur le rebord cylindrique 38 du distributeur et limite le recul possible des rebords 44 des secteurs d'anneau dans la gorge en les empêchant de se désengager de l'organe de verrouillage 50. Le jeu axial est par exemple compris entre 0,3 et 1,2mm environ. Aussi longtemps que le rail de carter 48 n'est pas usé ou est faiblement usé, les secteurs d'anneau 20 sont maintenus axialement sur le carter 16, comme précédemment décrit en référence à la figure 1, c'est-à-dire par appui axial des rebords 44 des secteurs d'anneau sur les faces amont et aval respectivement de la gorge 46 du rail. Lorsque la face orientée vers l'amont de la gorge est fortement usée ou a même complètement disparu (comme représenté en traits pointillés 82), les secteurs d'anneau 20 sont maintenus axialement vers l'aval par appui axial des parois radiales 76 des pièces 70 sur le rebord cylindrique 38 du distributeur aval. La pièce 70 peut être rapportée et fixée sur l'extrémité aval d'un secteur d'anneau existant de la technique antérieure. II suffit pour cela de supprimer une partie d'extrémité aval du bloc 34 de matière abradable du secteur d'anneau et d'y fixer à la place par brasage ou soudage une pièce 70 d'appui axial et radial. En variante, la pièce d'appui peut comprendre uniquement des moyens d'appui axial sur le rebord amont 38 du distributeur, les secteurs d'anneau étant maintenus radialement vers l'intérieur à leurs extrémités aval par appui radial des blocs 34 sur ce rebord amont, comme c'est le cas dans la technique antérieure.

Claims (13)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de fixation de secteurs d'anneau (20) autour d'une roue (18) de turbine dans une turbomachine, les secteurs d'anneau (20) comprenant des rebords circonférentiels amont (44) pouvant être maintenus sur un rail annulaire (48) de carter par un organe annulaire (50) de verrouillage, caractérisé en ce que chaque secteur d'anneau (20) comprend à son extrémité aval une pièce (70) pouvant venir en appui axial contre un élément fixe de la turbine pour empêcher le désengagement du rebord amont (44) du secteur d'anneau de l'organe de verrouillage (50).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce d'appui (70) comprend des moyens d'appui radial sur l'élément fixe.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce d'appui (70) est rapportée sur l'extrémité aval du secteur d'anneau (20) et est fixée par brasage ou soudage.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce d'appui (70) est fixée sur une partie abradable du secteur d'anneau (20).
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le jeu axial (78) entre la pièce d'appui (70) et l'élément fixe est inférieur à la longueur axiale (80) de l'appui du rebord amont (44) du secteur d'anneau (20) sur l'organe de verrouillage (50).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le jeu axial (78) entre la pièce d'appui (70) et l'élément fixe est compris entre 0,3 et 1,2mm environ.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce d'appui (70) a une section en F.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce d'appui (70) comprend deux rebords (72, 74) en portion de cylindre qui s'étendent vers l'aval, un de ces rebords (72) étant appliqué sur une surface radialement interne du secteur d'anneau (20) et l'autre deces rebords (74) étant destiné à venir en appui radial sur une face radialement externe d'un rebord cylindrique (38) de l'élément fixe.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément fixe fait partie d'un distributeur (13) de turbine.
10. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes.
11. Secteur d'anneau (20) pour une turbine de turbomachine, comprenant à son extrémité amont un rebord (44) d'accrochage sur un carter (16), caractérisé en ce qu'il comprend à son extrémité aval une pièce (70) d'appui axial et radial.
12. Secteur d'anneau (20) selon la revendication 11, caractérisé en ce que la pièce d'appui (70) est fixée par soudure ou brasure sur une partie abradable de l'extrémité aval du secteur d'anneau.
13. Turbine de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif selon l'une des revendications 1 à 9.
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