FR2960590A1 - Distributeur de turbine pour une turbomachine - Google Patents

Abstract

Distributeur sectorisé de turbine pour une turbomachine, chaque secteur de distributeur (116) comprenant une paroi annulaire aval (130) d'accrochage sur un rail de carter (134) de la turbine, cette paroi comprenant un rebord cylindrique aval (132) d'appui radial sur le rail et une nervure annulaire externe (156) d'appui axial sur le rail, pour assurer une étanchéité axiale entre la paroi annulaire de chaque secteur de distributeur et le rail de carter.

Description

1 Distributeur de turbine pour une turbomachine

La présente invention concerne un distributeur de turbine pour une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion.

Une turbine de turbomachine comprend plusieurs étages comportant chacun une roue à aubes et un distributeur, chaque distributeur étant sectorisé, c'est-à-dire formé de plusieurs secteurs de distributeur disposés circonférentiellement bout à bout autour de l'axe longitudinal de la turbomachine.

Chaque secteur de distributeur comporte deux plates-formes annulaires coaxiales s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et reliées entre elles par des pales sensiblement radiales. La plate-forme externe comporte des moyens amont et aval d'accrochage sur un carter externe de la turbine. Les moyens d'accrochage aval de chaque secteur de distributeur comprennent une paroi annulaire sensiblement radiale comprenant un rebord cylindrique aval destiné à venir en appui radial vers l'extérieur sur la surface interne d'un rail cylindrique du carter de turbine, pour assurer une étanchéité entre la paroi annulaire de chaque secteur de distributeur et le rail de carter.

Le rail de carter comprend à son extrémité aval un rebord annulaire s'étendant radialement vers l'intérieur et sur lequel est destinée à venir en appui l'extrémité aval du rebord cylindrique de chaque secteur de distributeur, pour bloquer axialement le secteur vis-à-vis du carter. Les secteurs de distributeur sont montés dans le carter de turbine en engageant d'abord leurs moyens d'accrochage amont dans des moyens complémentaires du carter, en basculant ensuite leurs parties aval radialement vers l'extérieur jusqu'à ce que les rebords cylindriques de leurs parois annulaires viennent en appui sur le rail de carter, puis en engageant axialement depuis l'aval un organe annulaire de verrouillage à section en C sur le rail de carter et sur ces rebords cylindriques, de façon à les maintenir radialement sur le rail de carter.

En fonctionnement, un gradient thermique apparaît en direction radiale dans les secteurs de distributeur, ce qui provoque un "décambrage" des rebords cylindriques de leurs parois annulaires, c'est à dire que ces rebords cylindriques adoptent un rayon de courbure différent de celui du rail de carter et de l'organe de verrouillage. Les rebords cylindriques des secteurs de distributeur s'écartent alors localement du rail de carter (de 0,2mm environ), ce qui se traduit par des fuites d'air axiales entre les rebords cylindriques des secteurs de distributeur et le rail de carter. Cet air circule jusqu'au niveau des extrémités circonférentielles des rebords cylindriques puis passe entre ces extrémités, radialement de l'extérieur vers l'intérieur, et est évacué dans la veine de turbine. La technique actuelle ne permet donc pas d'assurer une bonne étanchéité entre les parois annulaires aval des secteurs de distributeur et le rail de carter auquel elles sont accrochées.

L'étanchéité entre deux secteurs de distributeur adjacents est réalisée au moyen de lamelles d'étanchéité rapportées et fixées entre les plates-formes externes et les parois annulaires de ces secteurs de distributeur. Une première lamelle longitudinale est engagée dans une première fente formée sur le bord latéral de la plate-forme externe d'un secteur de distributeur, et dans une seconde fente formée sur le bord latéral de la plate-forme externe du secteur de distributeur adjacent, ces fentes étant en vis-à-vis l'une de l'autre. Une seconde lamelle radiale est engagée dans une première fente formée sur le bord latéral de la paroi annulaire d'un secteur de distributeur, et dans une seconde fente formée sur le bord latéral de la paroi annulaire du secteur de distributeur adjacent, ces fentes étant en vis-à-vis l'une de l'autre. Dans la technique actuelle, les fentes radiales formées sur les bords latéraux de la paroi annulaire d'un secteur de distributeur s'étendent radialement vers l'extérieur jusqu'au niveau du rebord cylindrique aval de cette paroi. La section de fuite d'air entre les parois annulaires aval de deux secteurs de distributeur adjacents, au niveau du rail de carter, dépend de la position de l'extrémité radialement externe de la lamelle radiale montée entre ces parois, et est donc fonction de la position radiale des extrémités radialement externes des fentes de logement de cette lamelle et des dimensions (et en particulier de la longueur) de cette lamelle. Cette section de fuite est ainsi difficilement maîtrisable. La technique actuelle ne permet donc pas également de maîtriser la section de fuite et donc le débit de fuite d'air entre les secteurs de distributeur, au niveau de leurs parois annulaires aval. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes précités de la technique actuelle. Elle propose à cet effet un distributeur de turbine pour une turbomachine, ce distributeur étant sectorisé et comprenant des secteurs de distributeur disposés circonférentiellement bout à bout, chaque secteur de distributeur comprenant des pales sensiblement radiales reliées par leurs extrémités radialement externes à une virole annulaire comportant à l'amont et à l'aval des moyens d'accrochage sur un carter de turbine, les moyens d'accrochage aval comportant une paroi annulaire sensiblement radiale comprenant un rebord cylindrique aval destiné à venir en appui radial vers l'extérieur sur un rail cylindrique du carter de turbine, caractérisé en ce que la paroi annulaire comprend une nervure annulaire s'étendant radialement vers l'extérieur depuis l'extrémité amont de son rebord cylindrique et destinée à venir en appui axial vers l'aval sur le rail de carter précité, pour assurer une étanchéité axiale entre la paroi annulaire de chaque secteur de distributeur et le rail de carter.

L'étanchéité entre la paroi annulaire aval de chaque secteur de distributeur et le rail de carter est selon l'invention assurée par un appui axial ou plan et non pas par un appui radial ou circulaire. Cette étanchéité n'est pas affectée par le « décambrage » du rebord cylindrique aval du secteur de distributeur car l'appui axial ou plan est maintenu même lorsque le rebord cylindrique aval est décambré en fonctionnement.

L'appui axial de la paroi annulaire de chaque secteur de distributeur sur le rail de carter assure en outre un blocage axial du secteur de distributeur en position de montage. Les moyens de blocage axial de chaque secteur de distributeur sont donc situés en amont de l'appui radial précité (entre le rebord cylindrique du secteur de distributeur et le rail de carter) et participent à l'étanchéité entre la paroi annulaire de ce secteur et le rail de carter. Au contraire, dans la technique antérieure, les moyens de blocage axial des secteurs de distributeur sont situés en aval de l'appui radial et ne participent pas à l'étanchéité entre la paroi annulaire du secteur de distributeur et le rail de carter. La cinématique de montage du distributeur selon l'invention dans le carter de la turbine est similaire à celle de la technique antérieure. Chaque secteur de distributeur est fixé sur le carter de turbine en engageant ses moyens d'accrochage amont dans des moyens complémentaires du carter, en basculant ensuite la partie aval du secteur de distributeur radialement vers l'extérieur jusqu'à ce que ses moyens d'accrochage aval soient en appui axial et radial sur le rail de carter, puis en engageant un organe de verrouillage à section en C sur le rail de carter et le rebord cylindrique de ces moyens d'accrochage aval.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la nervure annulaire est formée par un prolongement radial externe de la paroi annulaire de chaque secteur de distributeur. Avantageusement, des lamelles d'étanchéité sont montées entre les secteurs de distributeur et sont logées dans des fentes s'étendant le long des bords latéraux en regard des plates-formes et des paroi annulaires précitées des secteurs de distributeur, les fentes situées sur les bords latéraux de la paroi annulaire de chaque secteur de distributeur s'étendant sensiblement radialement vers l'extérieur jusque dans la nervure annulaire de cette paroi.

Une lamelle radiale est montée dans les fentes formées sur les bords latéraux en regard des parois annulaires de deux secteurs de distributeur adjacents. Cette lamelle s'étend radialement à l'extérieur jusqu'au niveau des nervures de ces parois, c'est-à-dire radialement à l'extérieur des rebords cylindriques de ces parois. La partie d'extrémité radialement externe de cette lamelle est donc située en amont et en vis-à- vis de l'extrémité amont du rail de carter. Selon l'invention, la section de fuite d'air entre deux secteurs de distributeur adjacents est définie axialement par la partie d'extrémité radialement externe de la lamelle radiale montée entre ces secteurs et l'extrémité amont du rail de carter. La position des extrémités radialement externes des fentes de logement de cette lamelle et la longueur de cette lamelle n'ont donc pas ou ont peu d'influence sur cette section de fuite, qui est plus facilement maîtrisable que dans la technique antérieure (dans laquelle la section de fuite est définie radialement entre l'extrémité radialement externe de la lamelle radiale et la surface cylindrique interne du rail de carter). La présente invention concerne également une turbine de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un distributeur tel que décrit ci-dessus entouré par un carter comprenant un rail cylindrique d'accrochage des secteurs de distributeur, les nervures annulaires des parois annulaires des secteurs de distributeur étant au moins en partie logées dans une gorge annulaire interne formée dans le carter à l'amont du rail, la paroi latérale de cette gorge orientée vers l'amont définissant une surface annulaire d'appui axial des nervures annulaires précitées des secteurs de distributeur.

La gorge annulaire du carter de turbine peut être réalisée par usinage, et par exemple par fraisage. La section de fuite précitée inter-secteurs s'étend axialement entre l'extrémité radialement externe de la lamelle radiale inter-secteurs et la paroi latérale orientée vers l'amont de la gorge du carter, et dépend donc des côtes d'usinage de la fente. Cette section de fuite est plus facilement maîtrisable que dans la technique antérieure.

La turbine comprend de préférence des pions anti-rotation sensiblement radiaux qui sont portés par le carter, en amont de son rail et de sa gorge, et qui coopèrent avec des moyens de butée circonférentielle portés par les secteurs de distributeur pour les immobiliser en rotation vis à vis du carter. L'invention concerne encore une turbomachine, telle que qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une turbine du type précité. 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 et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une turbine basse-pression de turbomachine selon la technique antérieure ; - la figure 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 1; - la figure 3 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une turbine basse-pression de turbomachine selon l'invention, la coupe passant entre deux secteurs de distributeur consécutifs de la turbine ; - la figure 4 est une autre vue schématique partielle en coupe axiale de la turbine de la figure 3, la coupe passant par un secteur de distributeur de la turbine ; et - la figure 5 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 3.

On se réfère d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent une turbine basse-pression de turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion selon la technique antérieure à l'invention, cette turbine comprenant plusieurs étages comportant chacun une roue 10 à aubes et un distributeur 12 qui est monté en aval de la roue et qui est porté par un carter externe 14 de la turbine.

Chaque distributeur 12 est sectorisé et comprend plusieurs secteurs de distributeur 16 disposés circonférentiellement bout à bout autour de l'axe longitudinal de la turbine. Chaque secteur de distributeur 16 comprend deux plates-formes annulaires coaxiales, respectivement interne (non visible) et externe 18, qui délimitent entre elles la veine annulaire d'écoulement des gaz dans la turbine et entre lesquelles s'étendent des pales fixes 20 sensiblement radiales. Chaque secteur de distributeur 16 est fixé sur le carter externe 14 par l'intermédiaire de sa plate-forme externe 18 qui comprend à l'amont et à l'aval des moyens 22, 24 d'accrochage sur le carter externe 14. Les moyens d'accrochage amont 22 d'un secteur de distributeur comprennent une paroi tronconique reliée à son extrémité amont de plus grand diamètre à un rebord cylindrique 26 orienté vers l'amont et engagé dans une gorge annulaire 28 débouchant axialement vers l'aval du carter externe 14. Les moyens d'accrochage aval 24 d'un secteur de distributeur 16 comprennent une paroi annulaire 30 sensiblement radiale reliée à son extrémité radialement externe à un rebord cylindrique 32 orienté vers l'aval et maintenu radialement sur un rail annulaire 34 du carter au moyen d'un organe annulaire 36 de verrouillage à section en C dont l'ouverture est orientée vers l'amont et qui est engagé axialement depuis l'aval sur le rail de carter 34 et le rebord cylindrique 32 du secteur de distributeur 16. Le rebord cylindrique aval 32 de chaque secteur de distributeur 16 comprend des moyens d'appui radial et axial sur le rail de carter 34. Toutefois, seuls les moyens d'appui radial participent à l'étanchéité aval entre la paroi annulaire 30 du secteur et le rail de carter 34. Les moyens d'appui axial sont formés par l'extrémité aval du rebord cylindrique 32 qui est, en position de montage, en appui axial vers l'aval sur un rebord annulaire radialement interne 38 de l'extrémité aval du rail de carter 34 (figure 2). Le rebord annulaire 38 du rail de carter bloque ainsi axialement vers l'aval le secteur de distributeur 16. Les moyens d'appui radial sont formés par le rebord cylindrique 32 qui est en position de montage en appui radial vers l'extérieur sur la surface cylindrique interne du rail de carter 34 (figure 2). En fonctionnement, un gradient thermique apparaît en direction radiale dans le secteur de distributeur 16, ce qui provoque un "décambrage" de son rebord cylindrique 32, qui s'écarte ainsi localement du rail de carter 34. Ce phénomène se traduit par des fuites d'air entre le rebord cylindrique 32 du secteur de distributeur et le rail de carter (flèche 40), cet air circulant jusqu'au niveau des extrémités circonférentielles des rebords cylindriques puis passant ensuite entre ces extrémités, radialement de l'extérieur vers l'intérieur, pour être évacué dans la veine de turbine. L'étanchéité entre deux secteurs de distributeur 16 adjacents est réalisée au moyen de lamelles d'étanchéité longitudinales rapportées et fixées entre les plates-formes externes 18 des secteurs, et de lamelles d'étanchéité radiales rapportées et fixées entre les parois annulaires 30 des secteurs. Une lamelle d'étanchéité longitudinale (représentée en traits pointillés 42 en figure 2) est engagée dans une première fente 44 formée sur le bord latéral 46 de la plate-forme externe 18 d'un secteur de distributeur, et dans une seconde fente en regard de la première fente et formée sur le bord latéral de la plate-forme externe 18 d'un secteur de distributeur adjacent. Une lamelle d'étanchéité radiale (représentée en traits pointillés 48 en figure 2) est engagée dans une première fente radiale 50 formée sur le bord latéral 52 de la paroi annulaire 30 d'un secteur de distributeur, et dans une seconde fente radiale en regard de la première fente et formée sur le bord latéral de la paroi annulaire du secteur de distributeur adjacent.

Les fentes radiales 50 formées sur les bords latéraux 52 de la paroi annulaire 30 de chaque secteur de distributeur s'étendent radialement vers l'extérieur jusqu'au niveau du rebord cylindrique 32 de cette paroi. La section de fuite d'air entre les parois annulaires 30 de deux secteurs de distributeur 16 adjacents, au niveau du rail de carter, dépend de la distance axiale 54 entre l'extrémité radialement externe de la lamelle radiale 48 montée entre ces parois et la surface cylindrique interne du rail de carter 34, et est donc fonction de la position radiale des extrémités radialement externes des fentes 50 et de la longueur de la lamelle 48, ce qui rend cette section de fuite difficilement maîtrisable. L'invention permet de remédier à l'ensemble des problèmes précités grâce à une étanchéité aval entre la paroi annulaire de chaque secteur de distributeur et le rail de carter, qui est assurée par des moyens d'appui axial et non plus radial, ces moyens d'appui axial n'étant pas influencés par le décambrage du rebord cylindrique du secteur en fonctionnement. Dans l'exemple de réalisation de l'invention représenté aux figures 3 à 5, la paroi annulaire 130 des moyens d'accrochage aval 124 de chaque secteur de distributeur 116 diffère de celle décrite précédemment notamment en ce qu'elle comprend, en amont de son rebord cylindrique 132, une nervure annulaire 156 s'étendant radialement vers l'extérieur et formant des moyens d'appui axial sur le rail 134 du carter de turbine 114.

Dans l'exemple représenté, cette nervure 156 est formée par un prolongement radial vers l'extérieur de la paroi 130 du secteur de distributeur 116, ce prolongement s'étendant au-delà du rebord cylindrique 132. Le carter de turbine 114 diffère de celui précédemment décrit en ce qu'il comprend, en amont du rail 134, une gorge annulaire 158 débouchant radialement vers l'intérieur et dans laquelle est engagée au moins en partie la nervure 156 précitée de la paroi annulaire 130 de chaque secteur de distributeur. Comme cela est mieux visible en figure 4, la gorge 158 a une largeur ou dimension axiale supérieure à celle de la nervure 156 pour autoriser le montage par basculement de chaque secteur de distributeur 116, comme cela sera décrit plus en détail dans ce qui suit. La paroi latérale de la gorge 158 qui est orientée vers l'amont forme une surface radiale 160 d'appui de la nervure 156 de chaque secteur de distributeur. Cette surface d'appui 160 définit un plan transversal P d'étanchéité aval entre la paroi annulaire 130 de chaque secteur de distributeur et le rail de carter 134. Les secteurs de distributeur des figures 3 à 5 diffèrent en outre de ceux précédemment décrits en ce que les fentes 150 formées sur les bords latéraux 152 de leurs parois annulaires 130 ont une plus grande étendue radiale et s'étendent ici jusque dans les nervures 156 de ces parois 130. Ces fentes 150 sont destinées à recevoir des lamelles d'étanchéité radiales 148 de plus grande longueur que celles de la technique antérieure, de façon à ce que leurs parties d'extrémité radialement externes soient situées sensiblement en regard de la surface d'appui 160 précitée du rail de carter 134. La partie d'extrémité radialement externe de chaque lamelle d'étanchéité radiale 148 définit avec la surface d'appui 160 du rail de carter une section 162 de fuite d'air inter-secteurs (flèche 164) qui est facilement maîtrisable par ajustement des côtes d'usinage de la gorge 158 du carter. Les moyens d'appui axial de la paroi annulaire 130 de chaque secteur de distributeur, qui sont formés par leurs nervures 156, assurent une bonne étanchéité aval entre la paroi annulaire et le rail de carter 134, même lorsque le rebord cylindrique 132 du secteur est décambré du fait des gradients thermiques qui apparaissent en fonctionnement dans le secteur. Chaque secteur de distributeur 116 est fixé sur le carter de turbine 114 en engageant d'abord axialement le rebord cylindrique 126 de ses moyens d'accrochage amont 122 dans la gorge annulaire 28 du carter 114, en basculant ensuite la partie aval du secteur de distributeur radialement vers l'extérieur jusqu'à ce que son rebord cylindrique 132 soient en appui radial sur le rail de carter 134 et que sa nervure 156 soit engagée dans la gorge 158 du carter, puis en engageant depuis l'aval un organe de verrouillage 136 à section en C sur le rail de carter 134 et le rebord cylindrique 132 de du secteur de distributeur.

Chaque secteur de distributeur 116 est bloqué axialement vers l'aval vis-à-vis du carter 114 par appui de la nervure 156 de sa paroi annulaire 130 sur la surface radiale 160 amont du rail de carter 134. Chaque secteur de distributeur est en outre bloqué en rotation vis-à-vis du carter 114 au moyen d'un pion anti-rotation porté par le carter et coopérant avec des moyens de butée circonférentielle de la paroi annulaire 130 du secteur. Dans l'exemple représenté en figure 4, ce pion 166 s'étend sensiblement radialement à l'extérieur du secteur de distributeur, sa partie radialement externe étant engagée dans un orifice du carter et sa partie radialement interne étant engagée dans une encoche 168 de forme complémentaire de la paroi annulaire 130 du secteur.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS1. Distributeur de turbine pour une turbomachine, ce distributeur étant sectorisé et comprenant des secteurs de distributeur (116) disposés circonférentiellement bout à bout, chaque secteur de distributeur comprenant des pales (120) sensiblement radiales reliées par leurs extrémités radialement externes à une plate-forme annulaire (118) comportant à l'amont et à l'aval des moyens (122, 124) d'accrochage sur un carter de turbine (114), les moyens d'accrochage aval comportant une paroi annulaire (130) sensiblement radiale comprenant un rebord cylindrique aval (132) destiné à venir en appui radial vers l'extérieur sur un rail cylindrique (134) du carter de turbine, caractérisé en ce que la paroi annulaire comprend une nervure annulaire (156) s'étendant radialement vers l'extérieur depuis l'extrémité amont de son rebord cylindrique et destinée à venir en appui axial vers l'aval sur le rail de carter précité, pour assurer une étanchéité axiale entre la paroi annulaire de chaque secteur de distributeur et le rail de carter.
2. 2. Distributeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la nervure annulaire (156) est formée par un prolongement radial externe de la paroi annulaire (130) de chaque secteur de distributeur (116).
3. 3. Distributeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des lamelles d'étanchéité (148) sont montées entre les secteurs de distributeur (116) et sont logées dans des fentes (150) s'étendant le long des bords latéraux en regard des plates-formes (118) et des parois annulaires (130) précitées des secteurs de distributeur, les fentes situées sur les bords latéraux de la paroi annulaire de chaque secteur de distributeur s'étendant sensiblement radialement vers l'extérieur jusque dans la nervure annulaire (156) de cette paroi.
4. 4. Turbine de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un distributeur selon l'une des revendications précédentesentouré par un carter (114) comprenant un rail cylindrique (134) d'accrochage des secteurs de distributeur (116), les nervures annulaires (156) des parois annulaires (130) des secteurs de distributeur étant au moins en partie logées dans une gorge annulaire interne (158) formée dans le carter à l'amont du rail, la paroi latérale de cette gorge orientée vers l'amont définissant une surface annulaire (160) d'appui axial des nervures annulaires précitées des secteurs de distributeur.
5. 5. Turbine selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend des pions anti-rotation (166) sensiblement radiaux qui sont portés par le carter (114), en amont de son rail (134) et de sa gorge (158), et qui coopèrent avec des moyens de butée circonférentielle portés par les secteurs de distributeur (116) pour les immobiliser en rotation vis à vis du carter.
6. 6. Turbomachine, telle que qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une turbine selon la revendication 4 ou 5.