FR2976616A1 - Systeme de ventilation pour une pale creuse d un distributeur de turbine dans une turbomachine - Google Patents

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Abstract

Système de ventilation (60) pour une pale (16) creuse d'un distributeur de turbine (10) dans une turbomachine, comportant une chemise tubulaire (62) perforée, une douille (66) d'entrée d'air dans la chemise et une plaquette (64) de fermeture d'une extrémité de la chemise, cette chemise étant assemblée, par soudage ou brasage, avec la douille et la plaquette avant montage dans la pale creuse du distributeur.

Description

Système de ventilation pour une pale creuse d'un distributeur de turbine dans une turbomachine
La présente invention concerne un système de ventilation pour une pale creuse d'un distributeur de turbine dans une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou d'un turbopropulseur d'avion. Un distributeur de turbine comprend deux plates-formes annulaires coaxiales entre lesquelles s'étendent des pales sensiblement radiales comportant des cavités internes d'écoulement d'air de ventilation prélevé en amont sur le compresseur de la turbomachine et amené par des conduits jusqu'à une enceinte formée dans un carter autour du distributeur. Un système de ventilation est monté dans la cavité interne de chaque pale du distributeur et comprend une chemise tubulaire perforée qui est engagée dans la cavité à travers une ouverture radiale de la plate- forme externe du distributeur et qui est fermée à son extrémité radialement externe par une plaquette rapportée sur la plate-forme externe. Une douille de passage d'air est fixée sur la plate-forme externe du distributeur, à côté de la plaquette de fermeture, et forme une entrée d'air dans la chemise. Des tubes cylindriques de raccordement sensiblement radiaux sont montés dans l'enceinte du carter et leurs extrémités radialement internes sont engagées dans les douilles précitées pour relier l'enceinte aux chemises montées dans les cavités internes des pales du distributeur. Une partie du débit d'air de ventilation traverse les perforations des chemises et impacte les parois internes des pales pour leur refroidissement, cet air étant ensuite évacué dans la veine de turbine à travers des orifices formés dans les bords de fuite des pales. L'autre partie du débit d'air de ventilation sort des chemises et des cavités aux extrémités radialement internes des pales puis est acheminée vers des éléments de rotor de la turbomachine en vue de leur refroidissement.
Dans la technique actuelle, les plaquettes de fermeture et les douilles des systèmes de ventilation des pales sont rapportées et fixées par brasage sur la plate-forme externe du distributeur. Des logements spécifiques sont aménagés sur cette plate-forme pour recevoir et fixer, indépendamment les unes des autres, les extrémités radialement externes des chemises, les douilles et les plaquettes. Ces logements sont réalisés dans des bossages de la plate-forme externe du distributeur, qui sont formés par des surépaisseurs de la plate-forme et augmentent la masse de celle-ci. La géométrie et la conception de certains distributeurs, en particulier pour les moteurs de petite taille, peuvent gêner voire empêcher la fixation par brasage ou soudage des différents éléments précités des systèmes de ventilation sur la plate-forme externe du distributeur. De plus, les moules de réalisation de fonderie des distributeurs sont complexes et coûteux à fabriquer, et l'usinage des logements précités du distributeur est difficile et coûteux à mettre en oeuvre du fait de la faible usinabilité de son matériau.
Enfin, la technologie précitée ne peut pas être utilisée dans un moteur de petite taille car elle est trop encombrante et empêche le passage d'un endoscope standard d'inspection visuelle des pièces du moteur. L'invention a notamment pour but de répondre de manière simple, efficace et économique à ces problèmes.
Elle propose à cet effet un système de ventilation pour une pale creuse d'un distributeur de turbine dans une turbomachine, comportant une chemise tubulaire perforée, une douille d'entrée d'air dans la chemise et une plaquette de fermeture d'une extrémité de la chemise, caractérisé en ce que la chemise, la douille et la plaquette sont assemblées les unes aux autres et forment un ensemble monobloc avant montage dans une pale creuse de distributeur. Cette technologie permet de supprimer les logements de réception de la douille et de la plaquette qui sont formés dans des bossages du distributeur de la technique antérieure. Elle permet donc de dégager les zones de la plate-forme externe du distributeur s'étendant autour des ouvertures de montage des systèmes de ventilation dans les pales, ce qui autorise le passage d'un moyen de soudage de la chemise tel qu'une électrode TIG ou un faisceau laser. L'invention permet en outre de réduire l'encombrement des systèmes de ventilation, d'améliorer le passage d'un endoscope entre les pales du distributeur, à travers un orifice radial du carter, d'autoriser l'utilisation d'endoscopes de taille standard pour les moteurs de petite taille, de simplifier le moule de fonderie pour la réalisation du distributeur, et de réduire la masse du distributeur. Selon une autre caractéristique de l'invention, la chemise comporte à l'une de ses extrémités ouvertes une collerette externe d'appui et de fixation, par soudage ou brasage, de la douille et de la plaquette. Cette collerette externe sert à la fois à la fixation de la plaquette de fermeture et de la douille et à la fixation du système au distributeur, par exemple par brasage ou soudage, et facilite l'assemblage des éléments du système de ventilation avant le montage du système dans la cavité d'une pale du distributeur et sa fixation sur le distributeur. Dans un mode de réalisation de l'invention, la douille et la plaquette sont formées d'une seule pièce, par exemple de fonderie, ce qui a notamment pour avantage de garantir leurs positions l'une par rapport à l'autre, de simplifier l'assemblage car un seul élément est fixé sur la chemise, et d'autoriser une augmentation de la section de passage d'air de la douille par rapport à la technique antérieure. Avantageusement, la douille comprend à l'une de ses extrémités des moyens formés en saillie ou en creux et destinés à coopérer par liaison de formes avec des moyens complémentaires de la collerette externe de la chemise, pour assurer un positionnement correct de la douille sur la chemise. La collerette externe de la chemise peut comprendre une portion à bord externe circulaire sur laquelle est fixée la douille et dont le diamètre externe est sensiblement égal à celui de la douille.
La présente invention concerne également un distributeur de turbine pour une turbomachine, comportant deux plates-formes annulaires coaxiales entre lesquelles s'étendent des pales sensiblement radiales comportant des cavités internes ventilées, caractérisé en ce qu'un système de ventilation tel que décrit ci-dessus est monté dans la cavité interne de chaque pale.
La présente invention concerne encore une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un distributeur de turbine du type précité. La présente invention concerne enfin un procédé d'assemblage d'un distributeur de turbine tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il consiste à pré-assembler chaque système de ventilation formé d'une chemise, d'une douille et d'une plaquette, à monter ce système dans la cavité d'une pale, à travers une ouverture de la plate-forme externe, puis à fixer le système à la plate-forme. Ce procédé diffère de celui de la technique antérieure notamment en ce que les systèmes de ventilation sont pré-assemblés avant leur montage dans les pales du distributeur, et en ce que la fixation de chaque système sur le distributeur est réalisée en une seule étape contre trois dans la technique antérieure (première étape : fixation de la chemise sur la plate-forme externe du distributeur, deuxième étape : fixation de la douille sur la plate-forme externe du distributeur, et troisième étape : fixation de la plaquette sur la plate-forme externe du distributeur). L'étape de pré-assemblage d'un système de ventilation peut consister à fixer par soudage ou brasage la douille et la plaquette sur la collerette externe de la chemise.
En variante, l'étape de pré-assemblage d'un système de ventilation consiste à réaliser la douille et la plaquette d'une seule pièce, par exemple de fonderie, et à fixer par soudage ou brasage cette pièce sur la collerette externe de la chemise. Avantageusement, la collerette externe de la chemise est appliquée sur le bord périphérique de l'ouverture de la plate-forme externe et est fixée sur ce bord par soudage, au moyen par exemple d'une électrode TIG ou d'un faisceau laser. 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 demi vue schématique partielle en coupe axiale d'un distributeur de turbine dans une turbomachine, ce distributeur étant équipé de systèmes de ventilation de ses pales selon la technique antérieure ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un secteur du distributeur de la figure 1, vu de l'amont et de côté ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective des ouvertures de la plate-forme externe du distributeur destinées au montage des systèmes de ventilation selon la technique antérieure ; - la figure 4 est une vue correspondant à la figure 3, des systèmes de ventilation étant montés dans les cavités internes des pales du distributeur ; - la figure 5 est une vue schématique partielle en perspective d'un système de ventilation selon l'invention ; - la figure 6 est une vue schématique partielle en coupe axiale du système de ventilation de la figure 5 monté dans une cavité interne d'une pale de distributeur de turbine d'une turbomachine ; - la figure 7 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une variante de réalisation du système de ventilation selon l'invention ; et - la figure 8 est une vue schématique partielle en perspective d'une autre variante de réalisation du système de ventilation selon l'invention.
En figure 1, la référence 10 désigne un distributeur de turbine d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, ce distributeur 10 comprenant des plates-formes annulaires coaxiales, respectivement interne 12 et externe 14, qui délimitent entre elles la veine annulaire d'écoulement des gaz dans la turbine et entre lesquelles s'étendent radialement des pales 16. La plate-forme externe 14 du distributeur 10, mieux visible en figure 2, comprend des rebords annulaires radialement externes amont 18 et aval 20 comportant des pattes annulaires axiales 22 orientées vers l'amont et destinées à être engagées dans des gorges annulaires axiales 24 correspondantes d'un carter 26 de la turbine.
Les pales 16 du distributeur 10 comprennent des cavités internes 28 dans chacune desquelles est montée une chemise tubulaire perforée 29 de circulation d'air de ventilation provenant d'une enceinte d'alimentation 30 (comme représenté par les flèches 31), radialement externe à la plate-forme externe 14 du distributeur. Cet air passe en partie à travers des orifices 32 de la chemise 29, impacte la paroi interne de la pale 16 pour son refroidissement, puis est évacué dans la veine d'écoulement des gaz de la turbine par des orifices 33 formés à proximité des bords de fuite des pales 16 et débouchant dans leurs cavités internes 28 (flèches 34), l'autre partie étant évacuée dans une enceinte 36 radialement interne à la plate-forme interne 14 du distributeur (flèches 38). L'air de ventilation est prélevé en amont sur un compresseur de la turbomachine et amené dans l'enceinte d'alimentation 30 par des conduits non représentés. Chaque chemise 29 est montée dans la cavité interne 28 d'une pale à travers une ouverture radiale 39 formée dans la plate-forme externe 14 du distributeur, située entre les rebords annulaires externes 18, 20 et débouchant dans la cavité 28 (figure 3). Les chemises 29 sont reliées aux enceintes externe 30 et interne 36 par des tubes cylindriques 40, respectivement. Chaque tube 40 de passage d'air entre l'enceinte externe 30 et une chemise 29 a une extrémité engagée à étanchéité dans une douille 42 fixée dans un logement 44 correspondant formé dans un bossage 46 de la plate-forme externe 14, ce bossage entourant l'ouverture 39 précitée de la plate-forme pour le montage de la chemise 29 dans la pale du distributeur (figures 3 et 4). L'autre extrémité de chaque tube 40 est engagée à étanchéité dans une douille 47 portée par le carter 26 de la turbine. Une plaquette de fermeture 48 est rapportée sur la plate-forme externe 14 du distributeur, dans un autre logement 50 du bossage, comme cela est visible aux figures 3 et 4, pour fermer de manière hermétique la cavité 28 de la pale. Chaque chemise 29 constitue avec la douille 42 et la plaquette 48 qui lui sont associées un système de ventilation d'une pale 16 de distributeur de turbine. Dans la technique actuelle représentée aux figures 1 à 4, la chemise 29, la douille 42 et la plaquette 48 de chaque système de ventilation sont fixées sur la plate-forme externe 14 du distributeur 10 indépendamment les unes des autres, ce qui nécessite notamment la présence d'un bossage 46 sur la plate-forme 14 dans lequel sont formés les logements 44, 50 précités. Cette technologie présente des inconvénients décrits plus haut, et en particulier n'est pas applicable aux moteurs de petite taille. L'invention permet de remédier à ces inconvénients grâce au pré- assemblage des systèmes de ventilation, avant leur montage dans les cavités internes des pales d'un distributeur de turbine d'une turbomachine. Les figures 5 et 6 représentent un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel le système de ventilation 60 comprend une chemise tubulaire perforée 62, une plaquette 64 de fermeture d'une extrémité ouverte de la chemise et une douille 66 d'entrée d'air dans la chemise, la chemise 62 comportant à cette extrémité ouverte une collerette externe 68 sur laquelle sont positionnées et fixées la douille 66 et la plaquette 64 avant le montage du système dans une pale 16 du distributeur 10. La collerette externe 68 s'étend sur tout le pourtour de l'extrémité ouverte de la chemise 62 et a une forme générale en trou de serrure dans l'exemple représenté. La collerette 68 présente une première partie 70 à contour circulaire sur laquelle est positionnée et fixée la douille 66, le diamètre externe de cette partie 70 étant sensiblement égal à celui de la douille 66. La collerette 68 comprend une autre partie 72 dont le contour suit la forme de la plaquette 64. Dans l'exemple représenté, la plaquette 64 a une forme générale triangulaire dont un coin 74 est arrondi et dont le côté 76 opposé est incurvé concave et épouse la forme de la douille 66. La plaquette 64 peut être percée d'un orifice 78 pour le passage d'air de ventilation. La plaquette 64 et la douille 66 peuvent être fixées sur la collerette 68 de la chemise 62 par toute technique appropriée et par exemple par soudage ou brasage. Une fois que le système de ventilation 60 est pré-assemblé, celui-ci est monté dans la cavité interne 28 d'une pale 16 d'un distributeur de turbine 10 d'une turbomachine. Pour cela, la chemise 62 est engagée dans la cavité 28 en déplaçant la chemise radialement depuis l'extérieur à travers l'ouverture radiale 39 de la plate-forme externe 14 du distributeur. La plate-forme 14 ne comporte pas de bossage du type de ceux de la technique antérieure. La surface externe 80 de la plate-forme 14 est dégagée autour des ouvertures 39 précitées, ce qui permet à la collerette externe 68 de la chemise de venir en appui directement sur cette surface 80 et d'être fixée à celle-ci par soudage ou brasage par exemple. Des moyens de soudage tels qu'un faisceau laser ou une électrode TIG peuvent être amenés au voisinage de la collerette 68 et déplacés autour de celle-ci pour réaliser ce soudage, ce qui n'était pas le cas dans la technique antérieure. Le système de ventilation 160 de la figure 7 diffère de celui précédemment décrit notamment en ce que la douille 166 et la plaquette 164 sont formées d'une seule pièce, par exemple de fonderie. La douille 166 et la plaquette 164 comprennent une collerette externe 182 d'appui et de fixation sur la collerette externe 168 de la chemise perforée 162. Les collerettes 168 et 182 ont sensiblement les mêmes formes et dimensions. La plaquette 164 a une forme bombée dans l'exemple représentée, dont la concavité est orientée vers l'intérieur de la chemise 162. Ce mode de réalisation permet notamment d'augmenter le diamètre interne de la douille 166 et de simplifier le montage du système de ventilation 160. Ce système est fixé sur un distributeur comme décrit dans ce qui précède.
Le système de ventilation 260 de la figure 8 diffère de celui des figures 5 et 6 notamment en ce que la douille 266 comprend à son extrémité de fixation sur la chemise 262 des moyens formés en saillie et coopérant par liaison de formes avec la collerette 268 de la chemise pour définir de manière positive la position de la douille 266 sur la collerette 268. La douille 266 comprend sur le bord périphérique 284 de cette extrémité deux dents 286 en saillie qui sont engagées dans des encoches 288 de forme complémentaire de la collerette 268 et qui prennent appui sur les bords de ces encoches pour bloquer en rotation autour de son axe la douille sur la collerette. Dans l'exemple représenté, les encoches 288 sont situées sur la collerette 268, au niveau des zones de raccordement des deux parties précitées 270, 272 de la collerette, la première partie étant de forme générale circulaire. La plaquette (non représentée) de ce système de ventilation 260 est similaire à celle des figures 5 et 6. Ce système de ventilation 260 est fixé sur un distributeur comme décrit dans ce qui précède.20

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Système de ventilation (60) pour une pale (16) creuse d'un distributeur de turbine (10) dans une turbomachine, comportant une chemise tubulaire (62) perforée, une douille (66) d'entrée d'air dans la chemise et une plaquette (64) de fermeture d'une extrémité de la chemise, caractérisé en ce que la chemise, la douille et la plaquette sont assemblées les unes aux autres et forment un ensemble monobloc avant montage dans une pale creuse de distributeur.
  2. 2. Système de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chemise comporte à l'une de ses extrémités ouvertes une collerette externe (68) d'appui et de fixation, par soudage ou brasage, de la douille et de la plaquette.
  3. 3. Système de ventilation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la douille (166) et la plaquette (164) sont formées d'une seule pièce, par exemple de fonderie.
  4. 4. Système de ventilation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la douille (266) comprend à l'une de ses extrémités des moyens (286) formés en saillie ou en creux et destinés à coopérer par liaison de formes avec des moyens (288) complémentaires de la collerette externe (268) de la chemise (262), pour assurer un positionnement correct de la douille sur la chemise.
  5. 5. Système de ventilation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la collerette externe (68) de la chemise (62) comprend une portion (70) à bord externe circulaire sur laquelle est fixée la douille (66) et dont le diamètre externe est sensiblement égal à celui de la douille.
  6. 6. Distributeur de turbine (10) pour une turbomachine, comportant deux plates-formes annulaires (12, 14) coaxiales entre lesquelles s'étendent des pales (16) sensiblement radiales comportant des cavités internes (28) ventilées, caractérisé en ce qu'un système de ventilation (60) selonl'une des revendications précédentes est monté dans la cavité interne de chaque pale.
  7. 7. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un distributeur de turbine (10) selon la revendication 6.
  8. 8. Procédé d'assemblage d'un distributeur de turbine (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste à pré-assembler chaque système de ventilation (60) comprenant une chemise (62), une douille (66) et une plaquette (64), à monter ce système dans la cavité (28) d'une pale (16), à travers une ouverture (39) de la plate-forme externe (14), puis à fixer le système à la plate-forme.
  9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape de pré-assemblage de chaque système de ventilation (60) consiste soit à fixer par soudage ou brasage la douille (66) et la plaquette (64) sur la collerette externe (68) de la chemise (62), soit à réaliser la douille (166) et la plaquette (164) d'une seule pièce, par exemple de fonderie, puis à fixer par soudage ou brasage cette pièce sur la collerette externe (168) de la chemise (162).
  10. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la collerette externe (68) de la chemise (62) est appliquée sur le bord périphérique de l'ouverture (39) de la plate-forme externe (14) et est fixée sur ce bord par soudage, au moyen par exemple d'une électrode TIG ou d'un faisceau laser.
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