FR2973069A1

FR2973069A1 - Ring for casing of stator of high pressure turbine, has part continuous on circumference and concentric with another part, and defining gas flow passage surrounded by casing, where former part is constructed by composite material

Info

Publication number: FR2973069A1
Application number: FR1152464A
Authority: FR
Inventors: Jean Pierre Louis Mareix; Guy Burlet; Didier Fabre
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-09-28
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: FR2973069B1

Abstract

The ring (41) has two parts (47, 51), where the parts include two annular main portions (48, 52), respectively. One of the parts is continuous on a circumference and is in contact with ends of two partitions (42, 43) that are parallel to a main part (40) of a casing. The other part is continuous on the circumference and concentric with the former part. The latter part defines a gas flow passage (2) surrounded by the casing, and is constructed by a material i.e. composite material, different from a material i.e. metal, of the former portion.

Description

1 ANNEAU DE CARTER DE STATOR DE TURBOMACHINE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE Le sujet de l'invention est un anneau de carter de stator de turbomachine, délimitant une veine d'écoulement de gaz incluse dans le carter. Ce gaz, habituellement chaud, impose en général une ventilation de l'anneau par un gaz plus frais, soutiré d'une autre partie de la machine, qui est dirigé vers la face extérieure de l'anneau afin de réduire son échauffement. Une chambre de ventilation est donc établie à l'intérieur du carter autour de la veine d'écoulement des gaz, dont elle est séparée seulement par l'anneau, mais une étanchéité convenable entre la veine d'écoulement et la chambre de ventilation peut être difficile à obtenir, d'autant plus que l'anneau est le plus souvent réalisé en secteurs angulaires, qui sont séparés par des jeux et pourvus de languettes d'étanchéité à l'efficacité imparfaite. Il faut aussi que la ventilation soit uniforme sur la surface de l'anneau, afin d'éviter des insuffisances locales de ventilation et des dilatations thermiques différentielles autour de la veine, qui conduiraient à des dommages locaux des secteurs et à des baisses de rendement dues à des jeux localement excessifs entre l'anneau et des aubes tournantes situés dans la veine. Or les circuits de ventilation comprennent typiquement un petit nombre de conduits d'alimentation de la chambre de ventilation répartis autour de la circonférence. C'est pourquoi on dispose 2 souvent, comme le document US-A-5 964 575 en donne un exemple, une plaque de distribution de gaz de ventilation à travers la chambre de ventilation, qui est percée de multiples trous dont la fonction est d'étaler en l'uniformisant l'écoulement de l'air sur toute la face extérieure des secteurs ; la plaque de distribution doit être proche de cette face extérieure. Or les secteurs sont généralement pourvus de bords latéraux afin de recevoir des languettes d'étanchéité, et la face extérieure de chacun forme une cavité séparée dans laquelle la plaque de distribution est disposée. On trouve donc une plaque de distribution par secteur, qui lui est fixée par brasage de ses bords contre les bords du secteur. Cet assemblage des plaques aux secteurs respectifs est dispendieux. Les plaques et les secteurs sont eux-mêmes dispendieux à fabriquer à cause de leur forme compliquée : les secteurs sont réalisés en fonderie et les plaques doivent être embouties en leur centre à partir d'une forme plane pour les faire pénétrer dans les cavités des secteurs. L'ensemble de l'agencement est ainsi complexe et coûteux à réaliser. L'objet de l'invention est de fournir un anneau de carter de stator qui soit beaucoup plus simple et qui puisse ne pas être ventilé. De plus, une bonne étanchéité est assurée, contrairement à ce que l'on observe dans la conception antérieure. Selon une définition générale, l'invention est relative à un anneau de carter de stator de turbomachine, monté sur des extrémités de deux cloisons parallèles d'une partie principale du stator, 3 caractérisé en ce qu'il comprend une première partie annulaire essentiellement, continue sur une circonférence, au contact desdites extrémités, une seconde partie annulaire essentiellement, elle aussi continue sur une circonférence, concentrique à la première partie annulaire et délimitant une veine d'écoulement de gaz entourée par le carter, et construite en une matière différente de la première partie. Ainsi, la seconde partie annulaire, exposée à la chaleur des gaz, est construite en une matière lui résistant, pouvant être composite, alors que la première partie annulaire est destinée à l'ajustement au reste du carter de stator mais est soumise à un échauffement moindre : elle peut être construite en métal. Aucune de ces parties ne justifie de ventilation. La seconde partie a généralement une épaisseur assez importante pour que la première partie reste éloignée de la veine. Il peut alors être indiqué d'ajouter un joint en bande entre la première et la seconde partie annulaire, s'étendant d'un côté amont de l'écoulement des gaz dans la veine, afin d'éviter des recirculations de gaz dans une structure interne de la seconde partie, reliant à la première partie l'anneau de délimitation de la veine, qui seraient une cause d'échauffement de la première partie en même temps qu'une perte de rendement de la machine. Il est avantageux que la première partie annulaire soit frettée sur les extrémités, recourbées 30 en crochet d'extension essentiellement axiale, des 4 cloisons, puisque l'assemblage est alors beaucoup simplifié. Un mode d'assemblage entre les deux parties de l'anneau, qui évite de grandes transmissions de chaleur à partir de la veine et évite aussi une rigidité excessive, source de contraintes mécaniques plus importantes, est réalisé si la seconde partie annulaire possède une portion extérieure d'assemblage à la première partie annulaire, comprenant deux pieds dont un pénètre dans une feuillure de la première partie annulaire et un autre, opposé en direction axiale, est pressé contre la première partie annulaire par une agrafe. L'invention concerne encore un carter de stator de turbomachine, notamment à l'endroit d'une turbine à haute pression, comprenant ce carter de stator ; et une turbomachine comprenant un tel anneau de carter. L'invention sera maintenant décrite plus en détail en liaison aux figures suivantes, qui sont données à titre illustratif, d'autres modes de réalisation étant possibles : - les figures 1 et 2 représentent une conception connue d'anneau de carter de stator ventilé ; et la figure 3 illustre une réalisation de l'invention. On se reporte aux figures 1 et 2. Un anneau d'une turbomachine - qui est seulement représentée partiellement - est composé de secteurs (1) joints en cercle autour d'une veine (2) d'écoulement des gaz et d'un étage d'aubes tournantes (3). Les secteurs (1) comprennent une portion principale (33) d'orientation essentiellement axiale dans la turbomachine, délimitant la veine (2) et venant en face des bouts des aubes 5 tournantes (3), et deux extrémités de raccordement (4 et 5) à une partie principale (6) du carter, les extrémités de raccordement (4 et 5) étant d'extension essentiellement radiale dans la turbomachine et leurs extrémités étant recourbées en crochet (7 et 8). La partie principale du carter (6) comprend deux cloisons (9 et 10) d'orientation essentiellement radiale, comportant encore des extrémités recourbées en crochet (11 et 12) servant à l'ajustement des secteurs (1) . les crochets (7) du côté amont des secteurs (1) sont insérés autour du crochet (11) de la cloison (9) correspondante tout en s'appuyant par leur extrémité radialement interne (36) contre la partie principale (33) ; alors que les crochets (8) en aval des secteurs (1) sont entourés par le crochet (12) de la cloison et en appui sur lui par une surface circulaire. L'ajustement est réalisé d'abord par une imbrication des crochets (7 et 11) en amont, puis par une rotation des secteurs (1) autour du crochet (11) pour mettre les crochets (8 et 12) en aval en contact, et enfin en ajoutant des agrafes (13) maintenant ce contact. Chacun des secteurs (1) comporte une plaque de distribution (14) percée de multiples trous (15) servant à la ventilation, dont seuls certains ont été représentés. Les plaques de distribution (14) se trouvent dans une chambre de ventilation (16) délimitée par la partie principale du carter (6) et par les 6 secteurs (1), et qui est alimentée en gaz plus frais que les gaz circulant dans la veine (2) à travers des perçages d'alimentation (17) ménagés dans une des cloisons (9). Le gaz de ventilation peut être de l'air originaire d'un compresseur de la turbomachine. Il traverse ensuite les plaques de distribution (14) puis les secteurs (1) avant d'aboutir dans des portions de la machine adjacentes à la veine (2) de manière à ne pas perturber l'écoulement des gaz. Les plaques de distribution (14) ont des bords brasés aux secteurs (1) et s'étendent ensuite à peu de distance de leurs faces externes, donnant sur la chambre de ventilation (16), en étant recourbées pour entrer dans des cavités des secteurs (1) s'étendant entre les extrémités de raccordement (4 et 5). Cette disposition garantit une bonne uniformité de la ventilation. Un joint (18) circulaire comprimé entre les crochets (8 et 12) en aval assure là l'étanchéité, alors que les crochets (7 et 11) en amont, étant imbriqués avec un serrage à l'extrémité radialement interne (36), assurent une étanchéité sans joint. Les secteurs (1) comportent des bords latéraux (19) qui viennent devant un bord semblable d'un secteur (1) voisin. Des languettes sont placées entre deux bords latéraux (19) consécutifs de manière à établir une étanchéité entre les secteurs. On trouve une languette extérieure (20) s'étendant d'avant en arrière des bords latéraux (19) à un rayon à peu près invariable, du crochet (7) au crochet (8) ; une languette oblique (21) s'étendant en diagonale entre la languette (20) précédente du côté du crochet (8) et le 7 raccordement entre la partie principale (33) et la cloison (4) amont opposée audit crochet (8) ; et une seconde languette oblique (22) faisant un angle avec la précédente et s'étendant entre elle et le raccordement entre la partie principale (33) et la cloison (5) aval. Ces languettes, et avant tout la première, limitent les fuites radiales entre secteurs (1) ; les deux dernières ont la fonction supplémentaire d'isoler une chambre (34) donnant sur la veine (2) d'écoulement et donc soumise à un échauffement plus important, mais dans laquelle aboutissent des perçages (35) traversant les bords latéraux (19) et qui y projettent un débit de fuite du gaz de ventilation, qui combat cet échauffement lui aussi. TECHNICAL FIELD The subject of the invention is a turbomachine stator housing ring, delimiting a gas flow channel included in the housing. This gas, usually hot, generally requires ventilation of the ring by a cooler gas withdrawn from another part of the machine, which is directed towards the outer face of the ring to reduce its heating. A ventilation chamber is thus established inside the housing around the gas flow passage, from which it is separated only by the ring, but a suitable seal between the flow channel and the ventilation chamber can be difficult to obtain, especially since the ring is most often made in angular sectors, which are separated by gaps and provided with imperfectly effective sealing tabs. Ventilation must also be uniform over the surface of the ring, to avoid local ventilation deficiencies and differential thermal expansion around the vein, which would lead to local damage to the sectors and to yield reductions due to locally excessive play between the ring and rotating blades in the vein. However, the ventilation circuits typically comprise a small number of supply ducts of the ventilation chamber distributed around the circumference. For this reason, as shown in US Pat. No. 5,964,575, for example, a ventilation gas distribution plate is provided through the ventilation chamber, which is pierced with multiple holes whose function is spread the air flow over the entire outside of the sectors by making it uniform; the distribution plate must be close to this outside face. Or sectors are generally provided with side edges to receive sealing tabs, and the outer face of each forms a separate cavity in which the distribution plate is disposed. There is therefore a distribution plate by sector, which is fixed to it by brazing its edges against the edges of the sector. This assembly of the plates to the respective sectors is expensive. The plates and the sectors are themselves expensive to manufacture because of their complicated shape: the sectors are made in foundry and the plates must be stamped in their center from a flat form to make them penetrate in the cavities of the sectors . The entire arrangement is thus complex and expensive to produce. The object of the invention is to provide a stator housing ring which is much simpler and can not be ventilated. In addition, a good seal is provided, contrary to what is observed in the previous design. According to a general definition, the invention relates to a turbomachine stator housing ring, mounted on the ends of two parallel partitions of a main portion of the stator, characterized in that it comprises a first annular portion essentially, continuing circumferentially, in contact with said ends, a second annular portion substantially, also continuous over a circumference, concentric with the first annular portion and delimiting a gas flow stream surrounded by the housing, and constructed of a material different from the first part. Thus, the second annular portion, exposed to the heat of the gases, is constructed of a material resistant to it, being able to be composite, while the first annular portion is intended for adjustment to the rest of the stator housing but is subjected to a heating less: it can be built of metal. None of these parties justify a breakdown. The second part is usually thick enough to keep the first part away from the vein. It may then be appropriate to add a band seal between the first and second annular portions, extending from an upstream side of the gas flow into the vein, to avoid gas recirculation in a structure. internal part of the second part, connecting to the first part the ring delimitation of the vein, which would be a cause of heating of the first part along with a loss of efficiency of the machine. It is advantageous for the first annular portion to be fretted on the ends, curved in a substantially axial extension hook, of the 4 partitions, since the assembly is then greatly simplified. A mode of assembly between the two parts of the ring, which avoids large heat transmissions from the vein and also avoids excessive rigidity, source of greater mechanical stresses, is achieved if the second ring portion has a portion external assembly of the first annular portion, comprising two feet, one of which penetrates into a rabbet of the first annular portion and another opposite of the axial direction, is pressed against the first annular portion by a staple. The invention further relates to a turbomachine stator casing, in particular at the location of a high-pressure turbine, comprising this stator casing; and a turbomachine comprising such a housing ring. The invention will now be described in more detail with reference to the following figures, which are given by way of illustration, other embodiments being possible: FIGS. 1 and 2 show a known design of a ventilated stator housing ring; and Figure 3 illustrates an embodiment of the invention. Referring to Figures 1 and 2. A ring of a turbomachine - which is only partially shown - is composed of sectors (1) joined in a circle around a vein (2) of gas flow and a stage of rotating blades (3). The sectors (1) comprise a main portion (33) of substantially axial orientation in the turbomachine, delimiting the vein (2) and coming opposite the ends of the rotating blades (3), and two connecting ends (4 and 5). ) to a main portion (6) of the housing, the connecting ends (4 and 5) being of substantially radial extension in the turbomachine and their ends being bent hook (7 and 8). The main portion of the housing (6) comprises two partitions (9 and 10) of substantially radial orientation, further comprising hooked ends hooked (11 and 12) for adjusting the sectors (1). the hooks (7) on the upstream side of the sectors (1) are inserted around the hook (11) of the corresponding partition (9) while bearing at their radially inner end (36) against the main part (33); while the hooks (8) downstream of the sectors (1) are surrounded by the hook (12) of the partition and resting on it by a circular surface. The adjustment is performed first by nesting the hooks (7 and 11) upstream, then by a rotation of the sectors (1) around the hook (11) to bring the hooks (8 and 12) downstream in contact, and finally adding staples (13) maintaining this contact. Each sector (1) has a distribution plate (14) pierced with multiple holes (15) for ventilation, of which only some have been shown. The distribution plates (14) are located in a ventilation chamber (16) delimited by the main part of the housing (6) and by the six sectors (1), and which is supplied with gas which is cooler than the gases flowing in the vein (2) through feed bores (17) formed in one of the partitions (9). The ventilation gas may be air originating from a compressor of the turbomachine. It then passes through the distribution plates (14) and the sectors (1) before ending in portions of the machine adjacent to the vein (2) so as not to disturb the flow of gas. The distribution plates (14) have edges brazed to the sectors (1) and then extend a short distance from their outer faces, giving onto the ventilation chamber (16), being bent to enter the cavities of the sectors (1) extending between the connecting ends (4 and 5). This provision ensures a good uniformity of ventilation. A circular seal (18) compressed between the hooks (8 and 12) downstream provides the seal there, while the hooks (7 and 11) upstream, being nested with a clamping at the radially inner end (36), ensure a seamless seal. The sectors (1) have side edges (19) which come in front of a similar edge of a neighboring sector (1). Tabs are placed between two consecutive lateral edges (19) so as to establish a seal between the sectors. There is an outer tongue (20) extending from front to rear of the side edges (19) to an approximately invariable radius, from the hook (7) to the hook (8); an oblique tongue (21) extending diagonally between the previous tongue (20) on the hook side (8) and the connection between the main part (33) and the upstream partition (4) opposite to said hook (8); and a second oblique tongue (22) at an angle to the preceding one and extending between it and the connection between the main portion (33) and the downstream partition (5). These tongues, and above all the first, limit the radial leaks between sectors (1); the last two have the additional function of isolating a chamber (34) overlooking the flow vein (2) and thus subjected to a greater heating, but in which holes (35) passing through the side edges (19) terminate and which project there a leakage flow of the ventilation gas, which fights this heating too.

On passe au commentaire de la figure 3. Les adjectifs « axial », « radial », « angulaire » ou analogues seront encore compris selon les directions principales de la turbomachine. Par rapport à la conception antérieure, la partie principale du carter est modifiée et porte la référence (40) et l'anneau de l'invention la référence (41). La partie principale du carter (40) comprend encore deux cloisons (42 et 43) aux extrémités recourbées en crochets (44 et 45), et l'ensemble délimite encore une chambre (46) mais qui n'est pas nécessairement parcourue par un gaz de ventilation. L'anneau (41) comprend une première partie (47), dont une portion principale (48) annulaire s'appuie sur des faces radialement internes et de forme circulaire complémentaire des crochets (44, 45). L'ajustement est réalisé par frettage, ce qui maintient 8 l'anneau (41) immobile par rapport à la partie principale du carter (40) sans moyen particulier de liaison. La première partie (47) comprend encore un crochet (49) en amont, dirigé radialement vers l'intérieur et qui délimite une feuillure (50). Une deuxième partie (51) de l'anneau (41) comprend une portion principale (52) annulaire délimitant la veine d'écoulement (2) et une structure de jonction (53) reliant cette portion principale (52) à la première partie (47) ; elle comprend notamment deux pieds (54 et 55) en appui sur la portion principale (48) de la première partie (47) et dont le premier est engagé dans la feuillure (50), alors que le second, en aval du précédent, forme un assemblage serré avec le crochet (45) et l'extrémité aval de la portion principale (48) au moyen d'agrafes (56). Des nervures de la structure de jonction (53) peuvent être entrecroisées en X pour joindre les pieds (54 et 55) à la portion principale (52), comme on l'a représenté ici, ou être différentes. Un joint en bande (56), dont la section est courbe en C, relie le crochet (49) à la portion principale (52) de la seconde partie (51) en amont, et obture le jeu les séparant pour empêcher des recirculations de gaz de la veine (2) à travers la structure de jonction (53). La première partie (47) est métallique et peut donc être frettée sans inconvénient sur les crochets (44 et 45), et la seconde partie (51) est en matière composite résistant bien à la chaleur de la veine (2). La transmission de la chaleur des gaz de la veine (2) à la première partie (47) est limitée par 9 l'épaisseur de la structure de jonction (53), par la finesse de la section de ses nervures et par la conductivité relativement faible de la matière composite, tous ces éléments contribuant à réduire la conduction thermique, de même que le barrage à l'écoulement procuré au joint (56). La liaison assez souple entre les deux parties (47 et 51) réduit la transmission de contraintes à la matière composite. Le crochet (45) en aval est recourbé pour donner une butée axiale (58) à l'anneau (41), qui peut aussi buter contre une structure de distributeur (59) disposée du côté amont et comprenant des aubes fixes assurant un redressement de l'écoulement. L'anneau (41) est alors parfaitement retenu en direction axiale.15 Turning to the commentary of FIG. 3, the adjectives "axial", "radial", "angular" or the like will still be understood according to the main directions of the turbomachine. Compared to the previous design, the main part of the housing is modified and has the reference (40) and the ring of the invention the reference (41). The main portion of the housing (40) further comprises two partitions (42 and 43) with hooked ends (44 and 45), and the assembly further delimits a chamber (46) but which is not necessarily traversed by a gas ventilation. The ring (41) comprises a first portion (47), a main portion (48) annular rests on radially inner faces and complementary circular shape of the hooks (44, 45). The adjustment is made by hooping, which keeps the ring (41) stationary relative to the main part of the housing (40) without particular means of connection. The first portion (47) further comprises a hook (49) upstream, directed radially inwardly and defining a rabbet (50). A second portion (51) of the ring (41) comprises an annular main portion (52) defining the flow passage (2) and a connecting structure (53) connecting this main portion (52) to the first portion ( 47); it comprises in particular two feet (54 and 55) bearing on the main portion (48) of the first part (47) and the first of which is engaged in the rabbet (50), while the second, downstream of the previous one, forms a tight connection with the hook (45) and the downstream end of the main portion (48) by means of staples (56). Ribs of the joining structure (53) may be intersecting at X to join the legs (54 and 55) to the main portion (52), as shown here, or be different. A strip joint (56), whose section is curved at C, connects the hook (49) to the main portion (52) of the second portion (51) upstream, and closes the clearance separating them to prevent recirculations of gas from the vein (2) through the junction structure (53). The first part (47) is metallic and can therefore be folded without inconvenience on the hooks (44 and 45), and the second part (51) is composite material resistant to the heat of the vein (2). The heat transfer of the gases from the vein (2) to the first portion (47) is limited by the thickness of the junction structure (53), the fineness of the section of its ribs and the relatively high conductivity. low of the composite material, all these elements contributing to reduce the thermal conduction, as well as the dam flow provided at the seal (56). The rather flexible connection between the two parts (47 and 51) reduces the transmission of stresses to the composite material. The hook (45) downstream is curved to give an axial stop (58) to the ring (41), which can also abut against a distributor structure (59) arranged on the upstream side and comprising fixed vanes ensuring a recovery of flow. The ring (41) is then perfectly retained in the axial direction.

Claims

REVENDICATIONS1. Turbomachine stator housing ring (41) mounted on ends of two parallel partitions (42, 43) of a main part (40) of the casing, characterized in that it comprises a first annular portion (47) ( 48) substantially continuous on a circumference, in contact with said ends, a second substantially annular portion (51) (52) also continuous on a circumference, concentric with the first annular portion and delimiting a flow vein (2). gas surrounded by the housing, and constructed in a different material from the first part.

Turbomachine stator housing ring according to Claim 1, characterized in that the first annular portion (47) is metallic and the second annular portion (51) is made of a composite material.

Turbomachine stator housing ring according to one of Claims 1 or 2, characterized in that it comprises a strip joint (57) between the first and the second annular part, extending on one side upstream of the flow of gases in the vein.

4. Turbomachine stator casing ring according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first annular portion is hooped on said axially extending ends, bent in hooks (44, 45) essentially, partitions.

5. Turbomachine stator housing ring according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the second annular portion has an outer portion of assembly to the first annular portion, comprising two feet (54, 55) of which one enters a rabbet (50) of the first annular portion and another axially opposed is pressed against the first annular portion (48) by a staple (56).

6. stator housing ring according to claims 4 and 5, characterized in that the clip also overlaps one of said ends of the partitions.

7. stator housing ring according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the end of one of the partitions comprises a stop (58) in the axial direction of the ring (41).

8. Turbomachine stator housing, characterized in that it comprises a ring according to any one of the preceding claims.

9. A turbomachine stator housing according to claim 8, characterized in that the ring is at the location of a high pressure turbine.

10. Turbomachine having a stator housing ring according to any one of claims 8 and 9.