FR2965583A1 - Dispositif de pilotage de jeu dans une turbine de turbomachine - Google Patents

Abstract

Dispositif (50) de pilotage du jeu radial entre une roue et un carter d'une turbine de turbomachine, comprenant une cavité annulaire (54) d'alimentation en air de rampes annulaires (56), chaque rampe étant formée par au moins une tôle en U ou en Ω inversé dont les bords sont soudés ou brasés sur une paroi radialement interne (58) du corps, cette paroi du corps comportant des orifices (84) de communication entre la cavité et les rampes et des orifices de communication entre des espaces axiaux inter-rampes et au moins une chambre (70) du corps pour la récupération et l'évacuation de l'air de décharge.

Description

1 Dispositif de pilotage de jeu dans une turbine de turbomachine

La présente invention concerne un dispositif de pilotage du jeu radial entre une roue et un carter entourant cette roue dans une turbine de turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Un dispositif de ce type comprend un corps annulaire entourant le carter de turbine et définissant une cavité annulaire d'alimentation en air de rampes annulaires de circulation d'air espacées axialement les unes des autres autour du carter et comportant des perforations pour la décharge d'air sur le carter. Cet air est injecté sur la surface extérieure du carter, qui entoure la veine d'écoulement des gaz chauds de la turbine, et provoque ainsi des dilatations ou des contractions thermiques du carter faisant varier son diamètre et donc le jeu radial entre la roue et la surface intérieure du carter.

Le document EP-B1-1 505 261 décrit un dispositif de pilotage de jeu de ce type, dans lequel les rampes de circulation sont espacées radialement du corps et sont reliées à la cavité d'alimentation du corps par des entretoises ou lunules creuses de distribution d'air. Ces entretoises assurent une communication fluidique entre la cavité et les rampes et permettent à l'air déchargé sur le carter de circuler entre le corps et les rampes et d'être évacué vers l'aval. Les entretoises sont brasées sur le corps et les rampes, qui sont ici suspendues au corps. Ce dispositif comprend une butée amont et une butée aval destinées à coopérer avec des parties correspondantes du carter pour réaliser des étanchéités entre lesquelles est formé une chambre annulaire dans laquelle est injecté l'air de décharge. Ce dispositif est formé de deux pièces semi-circulaires qui sont disposées bout à bout et sont fixées l'une à l'autre par boulonnage de leurs extrémités circonférentielles. Chaque pièce semi-circulaire comporte à ses extrémités circonférentielles des brides de fixation relativement complexes dont une porte un pion de centrage orienté en direction circonférentielle et destiné à coopérer avec un évidement de forme complémentaire d'une bride correspondante située sur l'extrémité circonférentielle en regard de l'autre pièce semi-circulaire. Les pions du dispositif assurent un centrage et un positionnement correct des brides qui sont fixées entre elles par des moyens du type vis-écrou. Cette configuration particulière du dispositif de pilotage de jeu génère des hétérogénéités de raideur axiale importantes sur tout son pourtour, les zones du corps situées au niveau des brides étant plus rigide axialement que le reste du corps. Cela se traduit par un comportement vibratoire du dispositif qui est hétérogène sur tout son pourtour. Pour limiter les contraintes statiques lors de certains régimes de fonctionnement, la cote entre les butées amont et aval précitées doit être réduite (par retrait de matière des butées) au niveau des zones de plus grande raideur du corps, ce qui a pour inconvénient de limiter ou supprimer les étanchéités précitées dans ces zones. Le dispositif de pilotage de jeu de la technique antérieure présente d'autres inconvénients. Il comprend un grand nombre de pièces (22 au total), ce qui rend son montage long et complexe et nécessite beaucoup de soudures de pré-assemblage. Par exemple, chaque partie semi-circulaire de rampe a une section sensiblement carrée ou rectangulaire et est formée par l'assemblage de deux pièces en U, respectivement amont et aval, dont les bords périphériques libres sont accolés et brasés les uns aux autres. Les cordons de soudure pour l'assemblage des différentes pièces du dispositif sont nombreux et représentent une longueur importante lorsqu'ils sont mis bout à bout (13 000mm au total pour un dispositif), ce qui induit des déformations et des contraintes dans le dispositif. De plus, chaque partie semi-circulaire de rampe a ses extrémités circonférentielles obturées et ne communique donc pas avec l'autre partie semi-circulaire de cette rampe, ce qui génère des hétérogénéités thermiques dans la rampe.

L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ces problèmes de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un dispositif de pilotage du jeu radial entre une roue et un carter d'une turbine de turbomachine, comprenant un corps annulaire destiné à s'étendre autour du carter et comportant une cavité annulaire d'alimentation en air de rampes annulaires de circulation d'air, qui sont espacées axialement les unes des autres et qui sont perforées pour la décharge d'air sur le carter, et des moyens d'évacuation de l'air de décharge vers l'aval, caractérisé en ce que chaque rampe est formée par au moins une tôle sensiblement en U ou en SZ inversé dont les bords périphériques radialement externes sont soudés ou brasés sur une paroi radialement interne du corps, cette paroi du corps comportant des premiers orifices de communication entre la cavité et les rampes en vue de leur alimentation en air et des seconds orifices de communication entre les espaces axiaux inter-rampes et au moins une chambre du corps pour la récupération et l'évacuation de l'air de décharge. Selon l'invention, les rampes de circulation d'air sont directement brasées ou soudées sur le corps du dispositif et sont donc intégrées à ce corps. Ces rampes sont ainsi reliées au corps sur tout leur pourtour, ce qui augmente la raideur globale du dispositif et permet ainsi une répartition plus homogène de l'appui des butées du dispositif sur les parties de carter précitées et donc un meilleur contrôle des contraintes et des jeux au niveau de ces butées. Le dispositif selon l'invention comprend en outre un nombre de cordons de soudure ou brasure et un nombre de pièces réduits par rapport à la technique antérieure. La réduction du nombre de cordons de soudure du dispositif permet de diminuer les contraintes résiduelles et les déformations géométriques lors du traitement thermique de détente. Le nombre de pièces du dispositif est diminué de 200/0 par rapport à la technique antérieure, ce qui permet de simplifier les opérations d'assemblage et de réduire la durée de fabrication du dispositif et le coût lié à la gestion de ces pièces. En fonctionnement, de l'air passe de la cavité annulaire du corps aux rampes à travers les premiers orifices précités de la paroi interne du corps, puis impacte le carter pour contrôler son comportement thermique. Le débit d'air de décharge sur le carter est notamment déterminé en fonction du régime de fonctionnement du moteur. L'air de décharge passe ensuite dans au moins une chambre du corps à travers les seconds orifices de la paroi interne du corps, puis est évacué vers l'aval. Pour cela, la paroi radialement interne du corps peut comprendre des troisièmes orifices débouchant en aval des rampes et dans la ou les chambres d'évacuation de l'air de décharge. Le corps du dispositif peut être formé de tôles, par exemple embouties, qui sont soudées ou brasées les unes aux autres. Il peut comprendre une paroi radialement externe comportant des moyens d'alimentation en air de la cavité. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est formé de deux parties semi-circulaires assemblées l'une à l'autre à leurs extrémités circonférentielles par des brides comportant des orifices de passage de vis de centrage et de fixation de ces brides. Au contraire de la technique antérieure, les vis de fixation des brides assurent également le centrage de ces brides, ce qui permet de supprimer les pions de centrage de la technique antérieure et donc de simplifier les brides du dispositif. Pour cela, les vis sont ajustées avec précision en fonction des orifices de passage de ces vis des brides. Les brides peuvent être soudées ou brasées sur les extrémités circonférentielles des parties semi-circulaires du corps. Avantageusement, les extrémités circonférentielles des deux parties de chaque rampe sont ouvertes et reçoivent chacune une extrémité d'un manchon de communication fluidique entre ces parties, ce qui garantit une répartition thermique plus homogène sur tout le pourtour de la rampe.

La ou chaque chambre d'évacuation de l'air de décharge peut être délimitée par la paroi radialement interne du corps et par au moins une tôle soudée ou brasée sur la surface radialement externe de cette paroi. Le dispositif peut comprendre plusieurs chambres d'évacuation de l'air de décharge, ces chambres étant formées par des tôles de forme sensiblement parallélépipédique qui sont régulièrement réparties autour du corps et dont les bords latéraux sont soudés ou brasés sur la surface radialement externe de la paroi interne du corps. La paroi interne du corps est de préférence soudée ou brasée à son extrémité aval sur une collerette annulaire s'étendant vers l'aval et vers l'extérieur, cette collerette formant un déflecteur et comportant une rangée annulaire d'orifices de passage d'air. Ce déflecteur est destiné à mélanger de l'air alimentant la turbine. Il peut être raccourci par rapport à la technique antérieure de façon à réduire son porte-à-faux et diminuer les vibrations auxquelles il est soumis en fonctionnement. La présente invention concerne également une turbine haute-pression de turbomachine, caractérisée que en ce qu'elle comprend un dispositif tel que décrit ci-dessus. L'invention concerne encore une turbomachine, telle qu'un 20 turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif du type précité. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques 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 25 dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'une turbine haute-pression de turbomachine, cette turbine comprenant un dispositif de pilotage de jeu selon la technique antérieure ; - les figures 2 et 3 sont des vues schématiques partielles en perspective 30 des extrémités circonférentielles des parties semi-circulaires du dispositif selon la technique antérieure ; - la figure 4 est une vue schématique en perspective du dispositif de pilotage de jeu selon l'invention ; - les figures 5 et 6 sont des vues schématiques partielles en perspective des extrémités circonférentielles des parties semi-circulaires du dispositif selon l'invention ; et - les figures 7 et 8 sont des vues schématiques partielles en perspective et en coupe du corps annulaire du dispositif selon l'invention. On se réfère d'abord aux figures 1 à 3 qui représentent un dispositif de pilotage du jeu radial entre une roue 10 et un carter 12 d'une turbine haute-pression 14 de turbomachine, tel que celui décrit dans le document EP-B1-1 505 261. La turbine 14 comprend au moins un étage comportant un distributeur 16 formé d'une rangée annulaire d'aubes fixes et une roue à aubes 10 située en aval du distributeur 16 et comportant un disque portant à sa périphérie une rangée annulaires d'aubes de rotor. La roue 10 est entourée par un anneau 18 sectorisé et accroché à un carter interne 20 par l'intermédiaire d'entretoises 22. Un jeu radial 24 est laissé entre la surface interne de l'anneau 18 et la roue 10 pour permettre la rotation de cette dernière, ce jeu 24 devant être réduit autant que possible afin d'accroître le rendement de la turbine. Le carter interne 20 est entouré par un carter externe 26 et définit avec celui-ci un espace annulaire 28 dans lequel est monté le dispositif de pilotage du jeu radial 24. Le carter interne 20 comporte des ailettes annulaires 30 s'étendant radialement vers l'extérieur dans l'espace 28 et formant des surfaces d'échange de chaleur. Selon les régimes de fonctionnement de la turbomachine, le dispositif est destiné à refroidir ou à réchauffer les ailettes 30 du carter interne 20 par décharge (ou impact) d'air sur celles-ci. Sous l'effet de cette décharge d'air, le carter interne 20 se rétracte ou se dilate, ce qui diminue ou augmente le diamètre de l'anneau 18 de la turbine et donc le jeu radial 24.

Ce dispositif comprend un corps annulaire 32 s'étendant autour du carter interne dans l'espace 28 et comportant une cavité annulaire 34 d'alimentation en air de rampes 36 perforées de circulation d'air. Chaque rampe 36 est suspendue au corps 32 par l'intermédiaire d'entretoises ou lunules 38 creuses de distribution d'air, qui assurent une communication fluidique entre la cavité 34 et la rampe 36. De l'air de décharge 39 passe à travers les perforations des rampes 36 et impacte le carter 20, puis circule autour des ailettes 30 et est évacué vers l'aval en passant axialement entre les lunules 38, c'est-à-dire entre le corps 32 et les rampes 36 du dispositif. Ce dispositif est formé de deux parties semi-circulaires qui sont disposées bout à bout et assemblées l'une à l'autre par l'intermédiaire de brides 40 fixées sur les extrémités circonférentielles de ces parties (figures 2 et 3). Ces brides comportent des orifices 42 de passage de vis de fixation ainsi que des moyens de centrage par pions 44. Chaque partie semi-circulaire d'une rampe 36 a une section sensiblement carrée et est formée de deux pièces en U dont les bords périphériques sont fixés les uns aux autres par des cordons de soudure 46 à orientation circonférentielle (figure 3). Les extrémités circonférentielles de chaque partie semi-circulaire de rampe sont fermées par des obturateurs 48. Le dispositif porte à ses extrémités amont et aval des butées annulaires 49 destinées à être en appui sur des épaulements cylindriques des carters externe 26 et interne 20, respectivement (figure 1).

Le dispositif de la technique antérieure illustré aux figures 1 à 3 présente les inconvénients décrits plus haut. L'invention apporte une solution à l'ensemble de ces inconvénients grâce notamment à l'intégration des rampes 36 de circulation d'air dans le corps annulaire 32 du dispositif.

Un dispositif 50 de pilotage de jeu selon l'invention est représenté aux figures 4 à 8. Ce dispositif 50 comprend un corps annulaire 52 comprenant une cavité annulaire 54 d'alimentation en air de rampes de circulation d'air 56, qui sont au nombre de trois dans l'exemple représenté. Le corps 52 comprend deux parois annulaires 58, 60 en tôle s'étendant l'une autour de l'autre et définissant entre elles la cavité d'alimentation 54. La paroi radialement externe 60 du corps comporte des orifices radiaux 61 d'alimentation en air de la cavité 54, cet air étant par exemple prélevé sur un compresseur de la turbomachine. La paroi radialement interne 58 du corps est fixée à son extrémité aval à l'extrémité amont d'une collerette annulaire s'étendant vers l'aval et vers l'extérieur (figures 7 et 8) et formant un déflecteur 62 qui est percé de plusieurs orifices 64 de passage d'air, régulièrement répartis autour de l'axe A de révolution du corps. Le bord circonférentiel aval de la paroi radialement externe 60 du corps est brasé ou soudé sur le déflecteur 62. En figure 8, la référence 66 désigne le cordon de soudure entre la paroi externe 60 et le déflecteur 62 et la référence 68 désigne le cordon de soudure entre la paroi interne 58 du corps et le déflecteur 62. Le bord circonférentiel amont de la paroi externe 60 du corps est brasé ou soudé sur sa paroi interne 58.

Le corps 52 comporte également plusieurs chambres 70 d'évacuation d'air, qui sont régulièrement réparties autour de l'axe A de révolution du corps et sont formées par des tôles 72 soudées sur la surface externe de la paroi interne 58 du corps (figures 7 et 8). Ces chambres 70 sont isolées de la cavité 54 du corps. Les tôles 72 ont une forme sensiblement rectangulaire ou carrée et comportent des rebords latéraux brasés ou soudés sur la surface externe de la paroi 58. La référence 74 en figure 8 désigne le cordon de soudure entre le rebord aval d'une tôle 72 et la paroi radialement interne 58 du corps. Chaque rampe 56 de circulation d'air est formée par au moins une tôle à section en U ou en S2 inversé dont les bords périphériques radialement externes 76 sont soudés ou brasés (cordons de soudure 78 en figure 8) sur la surface interne de la paroi radialement interne 58 du dispositif. Les rampes 56 sont perforées de multiples trous 80 (figure 8) pour le passage d'air qui est déchargé sur le carter 12, ce dernier étant schématiquement représenté en figure 7. Les rampes 56 sont espacées axialement les unes des autres et définissent entre elles des espaces annulaires inter-rampes dans lesquels s'étendent les ailettes 30 du carter 12 (figure 7). La paroi radialement interne 58 du corps comprend des orifices 82 (figure 8) de communication fluidique entre ces espaces et les chambres 70 du corps pour la récupération de l'air déchargé sur le carter. La paroi interne 58 comprend également des orifices 84 (figure 7) de communication fluidique entre la cavité 54 et les rampes 56 pour leur alimentation en air, ainsi que des orifices 86 (figure 8) de communication fluidique entre les chambres et une enceinte annulaire 88 située en aval des rampes pour l'évacuation de l'air de décharge. Comme cela est schématiquement représenté par les flèches en figure 7, un débit d'air prélevé sur un compresseur de la turbomachine alimente la cavité annulaire 54 du corps à travers les orifices 61 (flèche 90).

Cet air circule dans la cavité et passe à travers les orifices 84 de la paroi interne 58 pour alimenter les rampes de circulation 56 (flèches 92). Cet air passe ensuite à travers les trous 80 des rampes et impacte le carter 12 (flèches 94). L'air circule ensuite d'amont en aval autour du carter et de ses ailettes 30 puis pénètre dans les chambres 70 du corps à travers les orifices 82 (flèche 96), et est enfin évacué vers l'aval à travers les orifices 86 de la paroi interne 58 (flèche 98). Le débit d'air d'alimentation de la cavité 54 du corps varie en fonction du régime de fonctionnement du moteur. Comme cela est visible aux figures 5 et 6, le dispositif selon l'invention est formé de deux parties semi-circulaires qui sont assemblées l'une à l'autre à leurs extrémités circonférentielles par des brides 100 comportant des orifices 102 de passage de vis de centrage et de fixation de ces brides. Ces brides 100 sont soudées ou brasées sur les extrémités circonférentielles des parties semi-circulaires de la paroi interne 58 du corps.

Dans l'exemple représenté, les bords longitudinaux 103 de chaque partie semi-circulaire de la paroi externe 60 du corps sont soudés ou brasés sur la paroi interne, au voisinage des brides 100 (figure 5). La cavité annulaire 54 du corps est donc ici formée de deux parties semi-circulaires ne communiquant pas entre elles. Chacune de ces parties est alimentée en air par un orifice d'alimentation 61 (figure 4). Les extrémités circonférentielles de chaque partie semi-circulaire d'une rampe 56 sont ouvertes et reçoivent chacune une extrémité d'un manchon 104 de communication fluidique entre cette partie et la partie adjacente de la rampe, ce qui assure une communication fluidique entre ces parties de rampe. Comme dans la technique antérieure, le dispositif comprend des anneaux formant butée, respectivement amont et aval. La butée aval 106 peut être formée par un anneau soudé ou brasé sur une partie aval radialement interne de la rampe 56 la plus aval (cordon de soudure 108 en figure 8). La butée amont peut être formée par un anneau soudé ou brasé sur l'extrémité amont de la paroi interne 58 et/ou de la paroi externe 60 du corps. Ces butées sont destinés à être en appui sur des épaulements cylindriques de carter de la turbine pour former des étanchéités délimitant entre elles une enceinte amont de décharge d'air isolée de l'enceinte aval 88 d'évacuation de cet air. L'intégration des rampes 56 au corps du dispositif permet notamment d'uniformiser la rigidité axiale du dispositif sur tout son pourtour et de garantir un meilleur contrôle des contraintes et des jeux au niveau des butées précitées. Elle permet également de simplifier sa fabrication en réduisant le nombre de cordons de soudure et de pièces qui le composent. L'invention permet également de simplifier les brides de fixation des parties

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif (50) de pilotage du jeu radial entre une roue et un carter (20) d'une turbine de turbomachine, comprenant un corps annulaire (52) destiné à s'étendre autour du carter et comportant une cavité annulaire (54) d'alimentation en air de rampes annulaires (56) de circulation d'air, qui sont espacées axialement les unes des autres et qui sont perforées pour la décharge d'air sur le carter, et des moyens d'évacuation de l'air de décharge vers l'aval, caractérisé en ce que chaque rampe est formée par au moins une tôle sensiblement en U ou en S2 inversé dont les bords périphériques radialement externes (76) sont soudés ou brasés sur une paroi radialement interne (58) du corps, cette paroi du corps comportant des premiers orifices (84) de communication entre la cavité et les rampes en vue de leur alimentation en air et des seconds orifices (82) de communication entre les espaces axiaux inter-rampes et au moins une chambre (70) du corps pour la récupération et l'évacuation de l'air de décharge.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (52) est formé de tôles soudées ou brasées les unes aux autres.
3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est formé de deux parties semi-circulaires assemblées l'une à l'autre à leurs extrémités circonférentielles par des brides (100) comportant des orifices (102) de passage de vis de centrage et de fixation de ces brides.
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les brides (100) sont soudées ou brasées sur les extrémités circonférentielles des parties semi-circulaires.
5. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les extrémités circonférentielles des deux parties de chaque rampe (56) sont ouvertes et reçoivent chacune une extrémité d'un manchon (104) de communication fluidique entre ces parties.
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque chambre (70) d'évacuation de l'air de décharge est délimitée par la paroi radialement interne (58) du corps et par au moins une tôle (72) soudée ou brasée sur la surface radialement externe de cette paroi.
7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs chambres (70) d'évacuation de l'air de décharge, ces chambres étant formées par des tôles (72) de forme sensiblement parallélépipédique qui sont régulièrement réparties dans le corps et dont les bords latéraux sont soudés ou brasés sur la surface radialement externe de la paroi interne (58) du corps.
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi radialement interne (58) du corps comprend des troisièmes orifices (86) débouchant en aval des rampes (56) et dans la ou les chambres (70) d'évacuation de l'air de décharge.
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (52) comprend une paroi radialement externe (60) portant des moyens (61) d'alimentation en air de la cavité.
10. 10. Turbine haute-pression de turbomachine, caractérisée que en ce qu'elle comprend un dispositif selon l'une des revendications précédentes.
11. 11.Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif selon l'une des revendications 1 à 9.