FR2961850A1

FR2961850A1 - Turbine pour une turbomachine, telle qu'un turboreacteur ou un turbopropulseur d'avion

Info

Publication number: FR2961850A1
Application number: FR1055164A
Authority: FR
Inventors: Alain Dominique Gendraud; Alexandra Morvan; Sebastien Jean Laurent Prestel; Julien Renaud
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2011-12-30
Anticipated expiration: 2030-06-28
Also published as: FR2961850B1

Abstract

L'invention concerne une turbine pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant au moins un distributeur (1) comprenant des pales (5) sensiblement radiales reliées par leurs extrémités radialement externes à une plate-forme (3) annulaire comportant à l'amont et à l'aval des rebords cylindriques (9, 13) engagés sur les rails (11, 15) d'un carter (2) de manière à assurer la fixation du distributeur (1) sur le carter (2). Les rebords (9, 13) du distributeur (1) sont en appui sur le carter (2) par l'intermédiaire de patins (23) en matériau thermiquement isolant.

Description

Turbine pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion

La présente invention concerne une 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.

Ces moyens d'accrochage sont constitués essentiellement par des rebords cylindriques amont et aval, orientés vers l'amont et engagés sur des rails du carter de façon à assurer la fixation du secteur de distributeur sur le carter ainsi que l'étanchéité entre ces deux éléments. Plus précisément, la face radialement interne du rebord amont est en appui direct sur le rail amont du carter et la face radialement externe du crochet aval est en appui direct sur le carter. Les secteurs de distributeur sont montés dans le carter de turbine en engageant, depuis l'aval, les rebords sur les rails du carter, puis sont maintenus axialement en position chacun à l'aide d'un jonc annulaire monté dans une gorge du carter. En fonctionnement, les gaz chauds sous pression sortant de la chambre de combustion de la turbomachine passent sur les aubes des distributeurs, ce qui a pour effet d'élever la température des plates-formes des distributeurs, en particulier de leurs rebords amont et aval en contact direct avec le carter. Les surfaces de contact importantes entre ces rebords et le carter permettent un échauffement du carter par conduction thermique. Le carter est ainsi porté à une température relativement élevée, susceptible de le fragiliser et de réduire sa durée de vie. Il serait possible d'augmenter le débit d'air de refroidissement du carter pour limiter son échauffement en fonctionnement. Cependant, comme le débit d'air supplémentaire serait prélevé sur le compresseur de la turbomachine, cela entraînerait une diminution des performances de celle-ci. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.

A cet effet, elle propose une turbine pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant au moins un distributeur comprenant des pales sensiblement radiales reliées par leurs extrémités radialement externes à une plate-forme annulaire comportant à l'amont et à l'aval des rebords cylindriques engagés sur des rails d'un carter de manière à assurer la fixation du distributeur sur le carter, caractérisée en ce que les rebords du distributeur sont en appui sur le carter par l'intermédiaire de patins en matériau thermiquement isolant. De cette manière, on réduit la conduction thermique entre le carter et le distributeur, de façon à limiter l'échauffement du carter et à augmenter sa durée de vie. Selon un mode de réalisation de l'invention, les patins en matériau thermiquement isolant sont disposés entre la face radialement interne du rebord amont du distributeur et le rail correspondant du carter, et entre la face radialement externe du rebord aval du distributeur et le carter.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le distributeur étant sectorisé, chaque secteur de distributeur comporte un rebord amont et un rebord aval équipés chacun de deux patins disposés au voisinage des extrémités circonférentielles dudit secteur. En fonctionnement, chaque rebord se dilate et se déforme en prenant une forme incurvée concave dans la direction circonférentielle, avec une concavité tournée vers l'extérieur (phénomène de décambrage).

Le fait de positionner les patins isolants aux extrémités du secteur permet de garantir que, en fonctionnement, seuls les patins seront en appui sur le carter et ce malgré la forme concave des rebords due au décambrage.

Les rebords amont et aval du distributeur peuvent avantageusement comprendre des logements dans lesquels les patins sont logés en partie et font saillie radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur au-delà des rebords, de manière à former un espace entre les rebords et le carter.

Les logements et les patins sont dimensionnés de façon à ce que cet espace soit maintenu quels que soient les contraintes et les dilatations du carter et du distributeur, le but étant d'éviter tout contact direct entre le carter et le distributeur. De façon préférée, chaque patin du rebord aval d'un secteur est monté dans un logement débouchant vers l'aval, le patin étant maintenu axialement dans le logement par un jonc de retenue. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les patins sont réalisés en matériau composite à matrice céramique (CMC). Ce matériau présente une conductivité thermique environ six fois plus faible que le métal, ce qui permet de réduire encore l'échauffement du carter par le distributeur. De manière avantageuse, les patins comportent un coeur en matériau isolant entouré par une gaine, par exemple formée par pliage d'un clinquant métallique.

Le matériau composite à matrice céramique a un coefficient de dilatation très faible par rapport à celui du carter. Les dilatations différentielles entre ce type de matériau et le carter sont donc importantes lors du fonctionnement de la turbomachine, ce qui peut provoquer une usure prématurée des patins. La gaine protectrice formée par le clinquant permet de limiter cette usure.

Le clinquant peut par exemple présenter une épaisseur de l'ordre de 0,08 mm. Du fait de sa faible épaisseur, le clinquant conduit très peu la chaleur. Selon une forme de réalisation de l'invention, les patins sont fixés à l'intérieur des logements, par exemple par collage. Ceci permet d'éviter la perte ou des déplacements des patins lors du montage du distributeur à l'intérieur du carter. L'invention concerne en outre une turbomachine, telle 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 détails, caractéristiques et 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 vue schématique partielle et en coupe axiale, d'une turbine basse pression de turbomachine selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue correspondant à la figure 1, d'une turbine selon l'invention ; - la figure 3 est une vue agrandie de la figure 2, montrant le montage du rebord amont du distributeur sur le rail correspondant du carter ; - la figure 4 est une vue agrandie de la figure 2, montrant le montage du rebord aval du distributeur sur le rail correspondant du carter ; - la figure 5 est une vue éclatée, en perspective, montrant notamment une partie d'une extrémité circonférentielle d'un secteur de distributeur selon l'invention ; - la figure 6 est une vue en perspective d'un patin thermiquement isolant. 30 La figure 1 représente 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 à aubes et un distributeur 1 qui est monté en aval de la roue et qui est porté par un carter externe 2 de la turbine. Chaque distributeur 1 est sectorisé et comprend plusieurs secteurs de distributeur disposés circonférentiellement bout à bout autour de l'axe longitudinal de la turbine. Chaque secteur de distributeur 1 comprend deux plates-formes annulaires coaxiales, respectivement interne (non visible) et externe 3, qui délimitent entre elles une veine annulaire d'écoulement des gaz 4 dans la turbine et entre lesquelles s'étendent des pales 5 fixes sensiblement radiales. Chaque secteur de distributeur 1 est monté sur le carter externe 2 par l'intermédiaire de sa plate-forme externe 3 qui comprend à l'amont et à l'aval des moyens d'accrochage 6, 7 sur le carter externe. Les moyens d'accrochage amont 6 d'un secteur de distributeur 1 comprennent une paroi tronconique 8 reliée à son extrémité amont de plus grand diamètre à un rebord cylindrique 9 orienté vers l'amont et engagé sur un rail amont 11 du carter 2, ce rail étant de forme cylindrique et s'étendant axialement vers l'aval. Les moyens d'accrochage aval 7 du secteur de distributeur 1 comprennent une paroi annulaire 12 sensiblement radiale reliée à son extrémité radialement externe à un rebord cylindrique 13 orienté vers l'amont et engagé dans une gorge annulaire 14 formée entre la paroi du carter 2 et un rail aval 15 du carter 2, s'étendant axialement vers l'aval. La paroi annulaire radiale 12 est en outre reliée, dans sa zone médiane, à un rebord cylindrique 16 orienté vers l'aval, servant à l'accrochage d'un bord amont d'un secteur d'anneau 17 portant un bloc 18 de matériau abradable. Plus particulièrement, le bord amont du secteur d'anneau 17 est équipé d'un organe de verrouillage en C 19 dont l'ouverture est orientée vers l'amont, qui vient se monter sur le rebord cylindrique 16 du secteur de distribution. Chaque secteur de distributeur 1 est maintenu axialement en position par un jonc aval de retenue 20, logé dans une gorge du carter 2.

Le jonc 20 comporte une paroi amont 21 s'étendant radialement, contre laquelle le bord radialement externe de la paroi annulaire 12 vient en butée. Le carter 2 et chaque secteur de distributeur 1 sont couplés en rotation par l'intermédiaire d'un pion anti-rotation 22 porté par le carter 2. En fonctionnement, la face radialement interne du rebord amont 9 et la face radialement externe du rebord aval 13 sont en appui direct sur le carter 2. Le distributeur 1, échauffé par le passage des gaz chauds sous pression sortant de la chambre de combustion de la turbomachine, transmet par conduction une partie de cette chaleur au carter 2. Comme indiqué précédemment, ceci fragilise le carter 2 et diminue considérablement sa durée de vie. La figure 2 représente une turbine selon l'invention. Celle-ci diffère de celle décrite précédemment en référence à la figure 1, en ce que les rebords 9, 13 du distributeur 1 sont en appui sur le carter 2 par l'intermédiaire de patins 23 en matériau thermiquement isolant.

Les patins 23 sont disposés au voisinage des extrémités circonférentielles de chaque secteur. Comme cela est mieux visible à la figure 3, la face radialement interne du rebord amont 9 est pourvue au voisinage de chaque extrémité circonférentielle d'un logement 24 destiné à recevoir un patin 23.

Comme représenté aux figures 4 et 5, la face radialement externe du rebord aval 13 est pourvue d'un logement 25 au voisinage de chaque extrémité circonférentielle, ces logements 25 débouchant vers l'aval. Les patins 23 sont montés dans ces logements 25 et sont maintenus en position par le jonc de retenue 20.

L'épaisseur des patins 23 et la profondeur des logements 24, 25 sont déterminées de façon à ce que les patins 23 fassent saillie radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur respectivement au-delà des rebords 9, 13, de manière à former un espace entre les rebords 9, 13 et le carter 2. Cet espace est au minium de l'ordre de 0,5 mm. En outre, afin de faciliter le montage, les patins 23 peuvent fixés à l'intérieur des logements 24, 25, par exemple par collage à l'aide d'une colle de type cyanolite. Chaque patin 23 comporte un coeur 26 en matériau composite à matrice céramique (CMC), entouré par une gaine 27, par exemple formée par pliage d'un clinquant métallique d'une épaisseur de l'ordre de 0,08 mm (figure 6). Chaque patin 23 présente par exemple une surface de l'ordre de 25 mm2. Les secteurs de distributeur 1 sont montés dans le carter 2 de turbine en engageant, depuis l'aval, les rebords 9, 13 sur les rails 11, 15 du carter, puis sont maintenus axialement en position à l'aide du jonc annulaire 20. L'utilisation des patins 23 thermiquement isolants permet de réduire la conduction thermique entre les rebords 9, 13 du distributeur 1 et le carter 2, de façon à limiter l'échauffement du carter 2 et, ainsi, augmenter sa durée de vie. A titre d'exemple, l'invention permet de réduire la température du carter 2 en fonctionnement d'environ 50° C, par comparaison avec l'art antérieur.

Claims

REVENDICATIONS1. Turbine pour une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant au moins un distributeur (1) comprenant des pales (5) sensiblement radiales reliées par leurs extrémités radialement externes à une plate-forme (3) annulaire comportant à l'amont et à l'aval des rebords cylindriques (9, 13) engagés sur les rails (11, 15) d'un carter (2) de manière à assurer la fixation du distributeur (1) sur le carter (2), caractérisée en ce que les rebords (9, 13) du distributeur (1) sont en appui sur le carter (2) par l'intermédiaire de patins (23) en matériau thermiquement isolant.
2. Turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce que des patins (23) en matériau thermiquement isolant sont disposés entre la face radialement interne du rebord amont (9) du distributeur (1) et le rail correspondant (11) du carter (2).
3. Turbine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que des patins (23) en matériau thermiquement isolant sont disposés entre la face radialement externe du rebord aval (13) du distributeur (1) et le carter (2).
4. Turbine selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le distributeur (1) étant sectorisé, chaque secteur de distributeur (1) comporte un rebord amont (9) et un rebord aval (13) équipés chacun de deux patins (23) disposés au voisinage des extrémités circonférentielles dudit secteur.
5. Turbine selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les rebords amont et aval (9, 13) du distributeur (1) comprennent des logements (24, 25) dans lesquels les patins (23) sont logés en partie et font saillie radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur respectivement au-delà des rebords (9, 13), de manière à former un espace entre les rebords (9, 13) et le carter (2).
6. Turbine selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque patin (23) du rebord aval (13) est monté dans un logement (25) débouchant vers l'aval, le patin (23) étant maintenu axialement dans le logement (25) par un jonc de retenue (20).
7. Turbine selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce les patins (23) sont réalisés en matériau composite à matrice céramique (CMC).
8. Turbine selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les patins (23) comportent un coeur (26) en matériau isolant entouré par une gaine (27), par exemple formée par pliage d'un clinquant métallique.
9. Turbine selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les patins (23) sont fixés à l'intérieur des logements (24, 25), par exemple par collage.
10. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend une turbine selon l'une des revendications 1 à 9.