FR2953252A1

FR2953252A1 - Secteur de distributeur pour une turbomachine

Info

Publication number: FR2953252A1
Application number: FR0905758A
Authority: FR
Inventors: Christian Bariaud; Eric Herzer; David Mathieu; Bruno Richard
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-06-03
Anticipated expiration: 2029-11-30
Also published as: FR2953252B1

Abstract

Secteur (44) de distributeur pour une turbomachine comportant des secteurs (46, 48) de plates-formes intérieure et extérieure annulaires et coaxiaux, reliés entre eux par des pales (14) sensiblement radiales et présentant chacune un bord amont (62) et un bord aval (64), le secteur (48) de plate-forme extérieure comportant des raidisseurs (58). Chaque raidisseur (58) s'étend suivant un axe parallèle à une tangente (74) au bord amont (62) et au bord aval (64) de la pale (14), au niveau de l'extrémité extérieure (60) de la pale (14), chaque raidisseur (58) étant en outre situé dans le prolongement de la pale (14).

Description

Secteur de distributeur pour une turbomachine

La présente invention concerne un secteur de distributeur de turbine basse-pression pour une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Une turbine basse-pression de turbomachine comporte des étages comprenant chacun une roue à aubes et un distributeur, chaque distributeur étant formé de plusieurs secteurs de distributeur disposés ci rconférentiellement bout à bout.

Chaque secteur de distributeur comporte des secteurs de plates-formes intérieure et extérieure annulaires et coaxiaux reliés entre eux par des pales sensiblement radiales. La plate-forme extérieure comporte des moyens d'accrochage sur un carter externe de la turbine. Le secteur de distributeur comporte en outre un secteur de rail annulaire pour le support d'éléments en matériau abradable, ce rail étant situé radialement à l'intérieur du secteur de plate-forme interne et étant raccordé à la surface interne de celui-ci. Les éléments en matériau abradable coopèrent avec des léchettes annulaires portées par le rotor de la turbine pour former des joints d'étanchéité du type à labyrinthe. Les secteurs de distributeur sont soumis en fonctionnement à des vibrations et à des sollicitations importantes. Aussi, comme cela est connu du document FR 2 925 107, au nom du Demandeur, le secteur de plate-forme extérieure est équipé de raidisseurs permettant d'améliorer sa résistance. Chaque raidisseur se présente sous la forme d'une nervure s'étendant sensiblement perpendiculairement au plan du distributeur, les raidisseurs étant régulièrement répartis le long de la plate-forme extérieure. Bien qu'une telle structure réponde aux exigences mécaniques, il apparaît difficile de réaliser le secteur de distributeur en fonderie.

En effet, la disposition des raidisseurs crée des variations dimensionnelles importantes dans le secteur de plate-forme extérieure et dans sa zone de liaison avec les pales, ce qui diminue la coulabilité du secteur de distributeur.

L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose un secteur de distributeur pour une turbomachine, réalisé de fonderie et comportant des secteurs de plates-formes intérieure et extérieure annulaires et coaxiaux, reliés entre eux par des pales sensiblement radiales et présentant chacune un bord amont et un bord aval, le secteur de plate-forme extérieure comportant des raidisseurs, caractérisé en ce que chaque raidisseur s'étend suivant un axe parallèle à une tangente au bord amont et au bord aval de la pale, au niveau de l'extrémité extérieure de la pale, chaque raidisseur étant en outre situé dans le prolongement de la pale. Cette disposition des raidisseurs permet d'améliorer de façon importante la coulabilité du secteur de distributeur. De cette manière, il est également possible de dimensionner au plus juste le secteur, puisque la meilleure coulabilité permet d'éviter l'apparition précoce de fissures dans des zones de défauts (bulles d'air, ..). Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque raidisseur est disposé, au moins en partie, en regard de la zone de plus grande section transversale de la pale correspondante, de façon à améliorer encore la coulabilité de la pièce.

Avantageusement, le secteur de plate-forme extérieure présente une section en U entre les bords amont et aval, définie par deux flancs annulaires sensiblement radiaux reliés par une base sensiblement cylindrique ou tronconique, les raidisseurs faisant saillie vers l'extérieur depuis la base et reliant les deux flancs annulaires.

Selon une possibilité de l'invention, chaque raidisseur est formé par une nervure présentant une zone centrale de faible hauteur, et deux zones d'extrémité de plus grande hauteur, reliées respectivement aux deux flancs annulaires du secteur de plate-forme extérieure. Préférentiellement, la face externe de chaque raidisseur est inclinée ou incurvée sensiblement en arc de cercle, au niveau des zones d'extrémité, avec une partie de plus grande hauteur reliée au flanc correspondant, et une partie de plus faible hauteur dans la zone centrale du raidisseur. Selon une caractéristique de l'invention, la face du secteur de plate-forme extérieure délimitant la veine de passage de fluide est une surface gauche comportant des zones creuses et des zones en saillie, chaque raidisseur s'étendant, au moins en partie, entre une zone creuse et une zone en saillie. La surface gauche permet d'améliorer la circulation de fluide dans la veine correspondante et les performances de la turbine.

L'agencement des raidisseurs entre les zones creuses et en saillie permet encore d'améliorer la coulabilité du secteur de distributeur. De façon générale, l'invention permet d'augmenter la raideur du distributeur, de réduire les contraintes et les risques de rupture de la plate-forme extérieure, de former des pales plus fines, et d'intégrer au distributeur des plates-formes "3D" à surface gauche, pour une amélioration des performances de la turbine. L'invention propose également une turbine basse-pression de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend un distributeur formé de secteurs de distributeur.

L'invention propose encore une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une turbine basse pression. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et autres avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'une turbine basse-pression de turbomachine ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un secteur de distributeur selon l'art antérieur ; - la figure 3 est une vue de dessus du secteur de la figure 2 ; - les figures 4 et 5 sont des vues correspondant respectivement aux figures 2 et 3, d'un secteur de distributeur selon l'invention ; - la figure 6 est une vue partielle en coupe du secteur de plate-forme extérieure selon l'invention ; - la figure 7 est une vue schématique, de dessus, illustrant le positionnement d'un raidisseur vis-à-vis de la pale correspondante. La figure 1 représente une turbine basse-pression 10 de turbomachine telle qu'un turbopropulseur ou un turboréacteur d'avion comprenant quatre étages comportant chacun un distributeur 12 porté par un carter externe 16 de la turbine et une roue à aubes 18 située en aval du distributeur 12. Les roues 18 comprennent des disques 20 assemblés coaxialement les uns aux autres par des brides annulaires 22 et portant des aubes 24 sensiblement radiales. Ces roues 18 sont reliées à un arbre de turbine (non représenté) par l'intermédiaire d'un cône d'entraînement 26 fixé sur des brides annulaires 22 des disques. Des flasques annulaires 28 de retenue axiale des aubes 24 sur les disques 20 sont montés entre les disques et comprennent chacun une paroi radiale interne 29 serrée axialement entre les brides annulaires 22 de deux disques adjacents. Les distributeurs 12 comprennent chacun deux plates-formes annulaires 30, 32 coaxiales, respectivement interne et externe, qui délimitent entre elles la veine annulaire d'écoulement des gaz dans la turbine et entre lesquelles s'étendent des pales fixes 14 sensiblement radiales. Les plates-formes externes 32 des distributeurs sont accrochées par des moyens appropriés sur le carter externe 16 de la turbine. Les plates-formes internes 30 des distributeurs sont chacune reliées à un rail annulaire 34 de support d'éléments annulaires 36 en matériau abradable. Chaque rail annulaire 34 est agencé radialement à l'intérieur de la plate- forme interne 30 d'un distributeur et a en section une forme générale en L. Ce rail 34 comprend une paroi annulaire 38 sensiblement radiale qui est reliée à sa périphérie externe à la surface interne de la plate-forme interne 30 du distributeur, et à sa périphérie interne à une extrémité axiale d'une paroi cylindrique 40 de support des éléments abradables 36.

Ces éléments abradables 36 sont agencés radialement à l'extérieur et en regard de léchettes annulaires externes 42 portées par les flasques 28. Les léchettes 42 sont destinées à coopérer par frottement avec les éléments 36 de façon à former des joints à labyrinthe et à limiter le passage 30 d'air en direction axiale à travers ces joints.

Les distributeurs 12 de la turbine sont sectorisés et sont chacun formés de plusieurs secteurs disposés circonférentiellement bout à bout autour de l'axe longitudinal de la turbine. On a représenté en figures 2 et 3 un secteur 44 de distributeur 12 de l'art antérieur réalisé d'une pièce en fonderie. Ce secteur 44 de distributeur 12 comprend un secteur 46 de plate-forme intérieure 32 et un secteur 48 de plate-forme extérieure 32 reliés entre eux par sept pales 14. Le secteur 48 de plate-forme extérieure présente une forme générale en U entre des bords amont et aval, définie par deux flancs annulaires 50, 52 sensiblement radiaux reliés par une base 54 sensiblement cylindrique ou tronconique. Le secteur 48 de plate-forme extérieure est équipé de raidisseurs 58 formés par des nervures s'étendant depuis la base 54 du U vers l'extérieur. La face radialement externe de la nervure est une surface globalement plane, sensiblement parallèle à la face radialement externe de la base.

Les raidisseurs 58 sont écartés les uns des autres et disposés en quinconce par rapport aux extrémités radialement externes 60 des pales 14. En d'autres termes, les raidisseurs 58 ne sont pas disposés en regard des extrémités radialement externe 60 des pales 14, mais entre celles-ci.

Du fait de cet agencement, le secteur 44 de distributeur a une faible coulabilité, ce qui peut provoquer des défauts de coulée qui, en fonctionnement, font apparaître des zones de concentration de contraintes donnant naissance à des criques ou des fissures. Les figures 4 et 7 montrent un secteur 44 de distributeur selon l'invention, également réalisé d'une pièce en fonderie. Celui-ci comporte, de la même manière que précédemment, des secteurs 46, 48 de plates-formes intérieure et extérieure annulaires et coaxiaux, reliés entre eux par des pales 14 sensiblement radiales et présentant chacune un bord amont 62 et un bord aval 64.

Le secteur 48 de plate-forme extérieure comporte des raidisseurs 58 formés par des nervures s'étendant depuis la base 54 du U vers l'extérieur, en reliant les deux flancs annulaires 50, 52. Comme cela apparaît à la figure 6, chaque raidisseur 58 présente une zone centrale 66 de faible hauteur, et deux zones d'extrémité 68 de plus grande hauteur, reliées respectivement aux deux flancs annulaires 50, 52 du secteur de plate-forme extérieure (voir figure 6). Plus particulièrement, la face 70 radialement externe de chaque raidisseur 58 est inclinée ou incurvée sensiblement en arc de cercle, au niveau de ses extrémités, avec une partie 68 de plus grande hauteur reliée au flanc correspondant 50, 52, et une partie de plus faible hauteur dans la zone centrale 66 du raidisseur 58. La base 54 du U forme une surface gauche comportant des zones creuses et des zones en saillie et fait partie d'une plate-forme "3D". Chaque raidisseur 58 s'étend, au moins en partie, entre une zone creuse et une zone en saillie, et en regard de l'extrémité 60 radialement externe d'une pale 14.

La section 72 d'une pale 14 au niveau de son extrémité radialement externe, c'est-à-dire au niveau de son intersection avec la base 54, est représentée en traits pointillés en figure 7. La tangente 74 au bord amont 62 et au bord aval 64 (bitangente) est représentée en traits pointillés. Le cercle 76 de plus grand diamètre pouvant être inscrit dans ladite section de la pale est également représenté en traits pointillés. On appelle maître-couple la zone de la pale 14 dans laquelle se trouve ce cercle inscrit 76.

Le raidisseur correspondant 58 est représenté en traits forts. Comme indiqué ci-dessus, le raidisseur 58 est disposé en regard de l'extrémité radialement externe 60 de la pale 14 et est, au moins en partie, centré sur le maître-couple 76 de l'extrémité radialement externe 60 de la pale 14. En outre, le raidisseur 58 s'étend suivant un axe parallèle à la bitangente 74. La position et la forme des raidisseurs 58 permettent d'améliorer les caractéristiques mécaniques du secteur 44 de distributeur, tout en augmentant sa coulabilité, de réduire les risques de rupture de la plate-forme extérieure, et de réaliser des pales plus fines, en particulier au niveau des bords de fuite, et des plates-formes "3D".

Claims

REVENDICATIONS1. Secteur (44) de distributeur pour une turbomachine, réalisé d'une seule pièce en fonderie et comportant des secteurs (46, 48) de plates-formes intérieure et extérieure annulaires et coaxiaux, reliés entre eux par des pales (14) sensiblement radiales et présentant chacune un bord amont (62) et un bord aval (64), le secteur (48) de plate-forme extérieure comportant des raidisseurs (58), caractérisé en ce que chaque raidisseur (58) s'étend suivant un axe parallèle à une tangente (74) au bord amont (62) et au bord aval (64) de la pale (14), au niveau de l'extrémité extérieure (60) de la pale (14), chaque raidisseur (58) étant en outre situé dans le prolongement de la pale (14).
2. Secteur (44) de distributeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque raidisseur (58) est disposé, au moins en partie, en regard de la zone (76) de plus grande section transversale de la pale correspondante (14).
3. Secteur (44) de distributeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le secteur (48) de plate-forme extérieure présente une section en U entre les bords amont et aval, définie par deux flancs annulaires (50, 52) sensiblement radiaux reliés par une base (54) sensiblement cylindrique ou tronconique, les raidisseurs (58) faisant saillie vers l'extérieur depuis la base (54) et reliant les deux flancs annulaires (50, 52).
4. Secteur (44) de distributeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque raidisseur (58) est formé par une nervure présentant une zone centrale (66) de faible hauteur, et deux zones d'extrémité (68) de plus grande hauteur, reliées respectivement aux deux flancs annulaires (50, 52) du secteur (48) de plate-forme extérieure.
5. Secteur (44) de distributeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la face externe (70) de chaque raidisseur (58) est inclinée ouincurvée sensiblement en arc de cercle, au niveau des zones d'extrémité (68), avec une partie de plus grande hauteur (68) reliée au flanc correspondant (50, 52), et une partie de plus faible hauteur dans la zone centrale (66) du raidisseur (58).
6. Secteur (44) de distributeur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la face (54) du secteur de plate-forme extérieure délimitant la veine (56) de passage de fluide est une surface gauche comportant des zones creuses et des zones en saillie, chaque raidisseur (58) s'étendant, au moins en partie, entre une zone creuse et une zone en saillie.
7. Turbine basse-pression de turbomachine, caractérisé en ce qu'elle comprend un distributeur formé de secteurs de distributeur selon l'une des revendications précédentes.
8. Turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisé en ce qu'elle comprend une turbine basse-pression selon la revendication 7.