FR2989725A1 - Etage de turbine - Google Patents

Abstract

Etage de turbine dans une turbomachine, comprenant un distributeur (12) à aubes radiales (14) monté à l'intérieur d'un carter (22), caractérisé en ce que le distributeur (12) comprend une couronne externe (16) aubagée s'étendant d'une pièce sur 360° et comportant au moins un organe de blocage circonférentiel et/ou axial du distributeur (12) sur le carter (22) coopérant par liaison de forme avec au moins un pion (46, 76, 124) formé ou rapporté sur la surface interne du carter (22).

Description

ETAGE DE TURBINE La présente invention concerne un étage de turbine dans une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion.

Un étage de ce type comprend un distributeur formé d'une rangée annulaire d'aubes fixes portées extérieurement par une couronne elle-même montée dans un carter de la turbine, et une roue montée en aval du distributeur et comportant une pluralité d'aubes tournant à l'intérieur d'un anneau sectorisé accroché sur le carter.

Dans la technique actuelle, le distributeur est formé de plusieurs secteurs cylindriques agencés circonférentiellement bout à bout à l'intérieur du carter. Le secteur de couronne de chaque secteur de distributeur comporte un rebord circonférentiel amont engagé sur un rail amont et un rebord circonférentiel aval appliqué radialement sur un rail aval du carter et bloqué sur celui-ci par un organe de verrouillage à section en C. Chaque secteur de distributeur est monté dans le carter par une translation axiale depuis l'aval suivie d'un mouvement de basculement du secteur de distributeur. Pour cela, le secteur de distributeur est incliné par rapport à une direction radiale de manière à ce que son extrémité radialement interne soit décalée vers l'amont par rapport à son extrémité externe. Le secteur de distributeur est déplacé vers l'amont de manière à ce que le rebord circonférentiel amont s'engage sur le rail amont du carter, puis l'extrémité radialement interne du secteur de distributeur est basculée vers l'aval pour terminer la mise en place du secteur de distributeur sur le rail aval du carter. Ce type de montage du distributeur par basculement des secteurs de distributeurs sur le carter impose une longueur axiale minimale pour la turbine, ce qui augmente sa masse ainsi que celle de la turbomachine. De plus, l'utilisation de secteurs de distributeurs juxtaposés impose l'intégration de moyens d'étanchéité dans les zones de jonction entre les secteurs de distributeurs, ce qui amène à augmenter l'épaisseur des extrémités circonférentielles des couronnes des secteurs de distributeur et augmente la masse du distributeur et de la turbomachine. Ces moyens d'étanchéité consistent par exemple en des lamelles s'étendant pour partie à l'intérieur d'une fente d'une extrémité circonférentielle d'une couronne d'un secteur de distributeur et pour l'autre partie dans une fente correspondante formée dans une extrémité circonférentielle en vis-à-vis circonférentiel d'une couronne d'un secteur de distributeur adjacent. En outre, l'utilisation de lamelles d'étanchéité ne permet pas de garantir une étanchéité parfaite des zones de jonction entre les secteurs de 10 distributeurs. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à au moins une partie de ces problèmes. A cette fin, elle propose un étage de turbine dans une turbomachine, comprenant un distributeur à aubes radiales monté à l'intérieur d'un carter, 15 caractérisé en ce que le distributeur comprend une couronne externe aubagée s'étendant d'une pièce sur 360° et comportant au moins un organe de blocage circonférentiel et/ou axial du distributeur sur le carter coopérant par liaison de forme avec au moins un pion formé ou rapporté sur la surface interne du carter. 20 Selon l'invention, le distributeur est donc formé essentiellement d'une couronne aubagée réalisée d'une seule pièce sur 360°, ce qui permet de garantir une étanchéité circonférentielle parfaite du distributeur et élimine toutes les fuites d'air inter secteurs de la technique antérieure. La masse du distributeur est également réduite puisque l'utilisation de moyens 25 d'étanchéité et l'ajout de surépaisseurs dans les zones inter-secteurs, comme dans la technique antérieure, ne sont plus nécessaires. Le montage du distributeur peut être réalisé par une translation axiale et ne nécessite plus de mouvement de basculement comme dans la technique antérieure, ce qui permet de réduire la longueur et donc la 30 masse de la turbine. Avantageusement, l'organe de blocage de la couronne coopère par crabotage avec le pion du carter pour permettre un montage axial vers l'amont de la couronne dans le carter et son blocage axial vers l'aval par rotation sur le carter et comprend un rebord annulaire s'étendant en direction circonférentielle et qui est raccordé à un rebord axial s'étendant vers l'aval depuis le rebord annulaire et formant une butée d'appui du pion dans une première direction circonférentielle de la couronne. Selon l'invention, l'organe de blocage peut être formé par un organe en crabot assurant le blocage vers l'aval de la couronne sur le carter et son blocage dans au moins une première direction circonférentielle.

Le distributeur est ainsi positionné de manière simple à l'intérieur du carter, par translation axiale vers l'amont puis par rotation jusqu'à ce que le rebord axial vienne en appui circonférentiel sur le pion du carter. Selon une autre caractéristique de l'invention, la couronne est bloquée dans une seconde direction circonférentielle par une pièce rapportée à l'intérieur du carter et rendue solidaire du carter ou de la couronne. Dans une réalisation particulière de l'invention, l'organe de blocage comprend un autre rebord annulaire espacé axialement du premier rebord annulaire vers l'aval de manière à former une gorge circonférentielle dans laquelle est engagé le pion. Dans cette configuration, le distributeur est bloqué axialement vers l'amont et l'aval par les deux rebords annulaires de l'organe de blocage. Dans une autre réalisation de l'invention, la pièce rapportée est avantageusement montée en direction circonférentielle à l'opposé du pion par rapport au rebord axial et est solidarisée au carter et comprend une surface radiale en appui circonférentielle sur une face correspondante du rebord axial pour autoriser les déplacements relatifs en direction radiale du distributeur dans le carter. Dans encore une autre réalisation de l'invention, la pièce rapportée a une section en U et est engagée depuis l'aval autour du pion et du rebord axial.

La pièce rapportée à section en U peut être immobilisée axialement vers l'aval sur un élément amont d'un anneau de support d'un matériau abradable entourant une roue mobile agencée en aval du distributeur, cet élément amont étant solidaire du carter.

Dans encore une autre réalisation de l'invention, la pièce rapportée est montée en direction circonférentielle à l'opposé du rebord axial de l'organe de crabotage par rapport au pion, elle est fixée à la couronne et elle comprend une surface d'appui circonférentiel du pion. Selon une autre caractéristique de l'invention, la couronne du distributeur comprend une patte annulaire en L orientée vers l'amont et comprenant au moins une encoche coopérant avec un doigt axial solidaire du carter et formé en saillie vers l'aval, la couronne comprenant également dans sa partie aval une paroi radiale de butée appliquée sur une face aval du pion.

Dans cette configuration, le pion du carter ne sert qu'au blocage axial du distributeur dans le carter. Le blocage du distributeur en direction circonférentielle est réalisé par le doigt axial du carter engagé dans une encoche de la patte annulaire en L. Selon une autre caractéristique, un joint annulaire d'étanchéité est intercalé et comprimé entre une surface d'appui axial du carter et l'extrémité amont de la couronne. L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant au moins un étage de turbine de type décrit précédemment.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante 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 étage de turbine selon une première réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale selon le plan de coupe A-A de la figure 1 ; la figure 3 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un étage de turbine selon une deuxième réalisation de l'invention ; les figures 4 et 5 sont des vues schématiques en perspective de la réalisation de la figure 3 ; les figures 6 et 7 sont des vues schématiques en perspective d'une variante de la réalisation des figures 3 à 5 ; la figure 8 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un étage de turbine selon une troisième réalisation de l'invention ; la figure 9 est une vue de dessus de l'organe de blocage circonférentiel du distributeur de la figure 8 ; la figure 10 est une vue schématique en coupe transversale selon le plan de coupe B-B de la figure 8 ; la figure 11 est une vue schématique en coupe axiale d'une quatrième réalisation d'un étage de turbine selon l'invention ; la figure 11A est une vue à plus grande échelle de la zone délimitée en pointillé sur la figure 11 ; la figure 12 est une vue schématique en coupe transversale selon le plan de coupe C-C de la figure 11 ; la figure 13 est une vue schématique en coupe transversale selon le plan de coupe D-D de la figure 11. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un étage 10 de turbine d'un turboréacteur selon l'invention, comprenant un distributeur 12 formé d'une rangée annulaire d'aubes radiales fixes 14 reliées extérieurement les unes autres par une couronne 16 s'étendant d'une pièce sur 360°, et une roue de rotor 18 montée en aval du distributeur 12 et tournant à l'intérieur d'un anneau 20 sectorisé formé d'une pluralité de secteurs qui sont agencés circonférentiellement bout à bout et portés par le carter 22 de la turbine. Les aubes 14 du distributeur s'étendent radialement entre une couronne interne (non visible) et la couronne externe 16, qui délimitent entre elles une veine annulaire d'écoulement des gaz en provenance d'une chambre de combustion agencée en amont (non représentée). La couronne externe 16 comprend une paroi annulaire tronconique 24 portant à son extrémité amont une patte annulaire 26 à section en L formée d'une paroi annulaire sensiblement radiale 28 raccordée extérieurement à une paroi sensiblement cylindrique 30 orientée vers l'amont, la patte annulaire 26 délimitant avec l'extrémité amont de la paroi annulaire 24 une gorge annulaire débouchant vers l'amont. Chaque secteur d'anneau 20 comprend une paroi cylindrique ou tronconique 32 et un bloc 34 de matière abradable fixé par brasage et/ou soudage sur la surface radialement interne de la paroi 32, ce bloc 34 étant du type en nid d'abeille et étant destiné à s'user par frottement sur des léchettes annulaires externes 36 des aubes de la roue 18 pour minimiser les jeux radiaux entre la roue 18 et les secteurs d'anneau 20. Chaque secteur d'anneau 20 comprend à ses extrémités amont et aval des moyens d'accrochage sur le carter. Ces moyens d'accrochage comprennent des rebords circonférentiels amont 36 et aval 38 orientés vers l'amont et engagés sur des rails cylindriques amont 40 et aval 42 du carter orientés vers l'aval (figures 1 et 3). Selon la position axiale des anneaux dans la turbine, chaque secteur d'anneau 41 peut comprendre à son extrémité amont un organe circonférentiel 43 à section en C dont l'ouverture débouche vers l'amont et qui est engagé sur un rail 45 du carter (figure 3, 8 et 11). Un joint annulaire 44 ondulé en direction axiale est intercalé et comprimé axialement entre le fond de la gorge annulaire formée à l'extrémité amont de la couronne 16 et le rebord circonférentiel 42 de l'extrémité aval d'un anneau sectorisé agencé en amont du distributeur 12. Selon l'invention, le distributeur 12 est formé d'une seule pièce sur 360° et est ainsi monté en une seule fois à l'intérieur du carter 22, ce qui facilite les opérations de montage et démontage de la turbine par rapport à 30 un montage par basculement de la technique antérieure comme indiqué précédemment.

Pour réaliser le blocage axial et circonférentiel du distributeur 12 sur le carter, un organe est prévu sur la surface externe de la couronne externe et coopère par liaison de forme avec au moins un pion 46 formé ou rapporté sur la surface interne du carter 22.

Le pion 46 comprend une première partie cylindrique 48 insérée et fixée depuis l'intérieur du carter 22 dans un orifice d'un bossage 50 formé sur la surface interne du carter 22 (figure 2). La première partie 48 du pion 46 se prolonge radialement vers l'intérieur par une seconde partie 52 à section carrée formant à sa jonction avec la première partie cylindrique 48 un épaulement 54 venant en butée radialement vers l'extérieur sur une surface interne du bossage 50 pour réaliser un positionnement radial du pion 46 à l'intérieur du carter 22. La couronne 16 comprend au moins un organe de blocage de la couronne 16 sur le carter 22. Cet organe comprend un premier rebord annulaire 56 s'étendant dans le prolongement radial de la paroi radiale 28 de la patte annulaire 26. Le rebord annulaire 56 est raccordé à un rebord 58 s'étendant axialement vers l'aval depuis une extrémité du rebord annulaire 56. L'organe de blocage comprend un second rebord annulaire 60 espacé axialement vers l'aval du premier rebord annulaire 56 et relié à celui-ci par l'intermédiaire du rebord axial 58. Le carter comprend un second bossage 62 aligné circonférentiellement avec le premier bossage 50 servant au montage du pion 56 sur le carter 22. Ce second bossage 62 comprend un orifice débouchant de part et d'autre du carter 22 et qui est aligné avec un orifice d'une pièce 64 rapportée à l'intérieur du carter 22 et positionnée en direction circonférentielle à l'opposé du pion 46 par rapport au rebord axial 58. Une vis 66 est insérée dans l'orifice du second bossage 62 du carter 22 et vissée dans l'orifice de la pièce rapportée 64 de manière à immobiliser la pièce rapportée 64 sur le second bossage 62. La pièce rapportée 64 comprend une surface radiale 68 en appui circonférentiel sur une surface radiale 70 correspondante du rebord axial de manière à autoriser les dilatations radiales du distributeur par rapport au carter 22. Le montage du distributeur 12 dans le carter 22 s'effectue de la manière suivante : le distributeur 12 est engagé par translation axiale vers l'amont à l'intérieur du carter 22 jusqu'à ce que le pion 46 soit situé en aval du rebord annulaire 56 de l'organe de blocage. Le distributeur 16 est ensuite tourné afin que le rebord axial 58 vienne en butée circonférentiellement sur le pion 46. La pièce rapportée 64 est ensuite montée à l'intérieur du carter 22 en appui circonférentiel sur le rebord axial 58 de l'organe de blocage et est vissée sur le second bossage 62 au moyen de la vis 66. Dans cette position de montage, le distributeur 12 formé d'une seule pièce sur 360° est bloqué axialement vers l'amont et vers l'aval par les rebords annulaires amont 56 et aval 60. Le distributeur 12 est bloqué circonférentiellement par le rebord axial 58 agencé circonférentiellement entre le pion 46 du carter 22 et la pièce rapportée 64 solidaire du carter 22. Dans une seconde réalisation de l'invention représentée aux figures 3 et 4, l'organe de blocage comprend seulement un rebord annulaire 72 et un rebord axial 74. A la différence de la réalisation précédente, une encoche 71 alignée circonférentiellement avec le rebord annulaire est formée dans la paroi radiale 28 et la paroi cylindrique 30 de la patte annulaire 26 de la couronne 16. Dans cette réalisation, la pièce rapportée 78 comprend deux parois 80, 82 parallèles l'une à l'autre et raccordées à une paroi transverse 84. La pièce rapportée 78 est montée depuis l'aval de manière à ce que le pion 76 et le rebord axial 74 viennent se loger entre les parois parallèles 80, 82 de la pièce rapportée 78. Dans cette position, la pièce 78 assure un blocage de la couronne externe 16 du distributeur dans la direction circonférentielle orientée du pion 76 vers le rebord axial 74.

La pièce rapportée 78 est maintenue axialement vers l'amont par le pion 76 sur lequel vient s'appuyer sa paroi transverse 84 et axialement vers l'aval par une pièce annulaire 86 à section en U solidaire de l'anneau aval 88 et servant d'écran thermique de protection du carter 22 contre des recirculations de gaz chauds à l'extérieur du distributeur. La pièce rapportée peut également être maintenue axialement vers l'amont du fait d'un espacement entre les parois parallèles 80, 82 qui est déterminé pour autoriser un serrage des parois parallèles 80, 82 sur le pion et sur le rebord axial 74. Dans une variante représentée aux figures 6 et 7, la pièce rapportée 78 est fixée sur l'organe de blocage de la couronne. Pour cela, le rebord axial 74 de l'organe de blocage comprend une paroi 90 s'étendant circonférentiellement depuis le rebord axial 74 à l'opposé du rebord annulaire et qui fixée par vissage ou rivetage 91 sur une paroi 92 s'étendant circonférentiellement depuis la paroi 82 de la pièce rapportée 78 recouvrant le rebord axial.

Sur les figures 6 et 7, on observe qu'une pièce annulaire 94 de protection thermique du carter entoure extérieurement la couronne 16. Cette pièce 94 est également représentée sur la figure 3 et comprend un rebord amont formant un crochet 96 en prise avec l'extrémité libre du rebord circonférentiel de l'anneau de la roue de rotor amont. Cette pièce de protection 94 s'étend sur environ la moitié de la longueur axiale du distributeur 12 et limite les recirculations d'air chaud en direction du carter 22. La figure 8 représente une troisième réalisation de l'invention dans laquelle la paroi annulaire radiale 28 de la patte annulaire 26 de la couronne 16 se prolonge radialement vers l'extérieur au-delà de la paroi cylindrique 30. La périphérie externe de la paroi annulaire radiale 28 comprend au moins une encoche 98 et un rebord axial 100 s'étendant axialement vers l'aval depuis la face aval de la paroi annulaire 26. La pièce rapportée 102 s'étend en direction circonférentielle. Elle 30 comprend une première partie 104 fixée par boulonnage ou rivetage 105 sur la paroi annulaire 26 à l'opposé du pion 106 par rapport à l'encoche 98 et une seconde partie 108 obturant l'encoche 98 et dont l'extrémité circonférentielle libre en vis-à-vis circonférentiel du pion comprend une surface radiale 110 appliquée sur une surface radiale 112 correspondante du pion 106. La seconde partie 108 comprend une partie creuse 114 de manière à limiter la masse de la pièce 102. Dans cette configuration, le distributeur est bloqué dans une direction circonférentielle par le pion 106 en appui sur le rebord axial 100 et dans l'autre direction circonférentielle par le pion 106 en appui circonférentielle sur la seconde partie 108 de la pièce rapportée 102. En direction aval, le distributeur est bloqué par le pion 106 appliqué sur la paroi annulaire radiale 28. Les figures 11 à 13 représentent une quatrième réalisation de l'invention dans laquelle la patte annulaire 116 de forme en L comprend au moins une encoche 118 formée à sa périphérie externe et coopérant axialement avec un doigt axial 120 s'étendant vers l'aval depuis le rebord circonférentiel 38 d'un anneau sectorisé 42 agencé en amont du distributeur. Cette encoche 118 permet d'assurer l'anti-rotation de l'anneau 42 par blocage circonférentiel de son doigt anti-rotation 120 sur la patte annulaire 116. La couronne 16 comprend une paroi amont 122 orientée circonférentiellement et appliquée sur une face aval du pion 124. Le rail 45 du carter 22 servant à la fixation de l'extrémité amont de l'anneau abradable aval comprend un rebord annulaire radial 126 s'étendant vers l'intérieur sur lequel est engagé radialement depuis l'intérieur un jonc annulaire 128. Le jonc annulaire 128 comprend deux branches parallèles s'étendant radialement dont l'une aval 130 est logée à l'intérieur de l'organe circonférentiel 43 à section en C et est raccordée à une extrémité à une branche transverse 132 reliée au milieu de l'autre branche amont 134. La branche amont 134 présente une dimension radiale supérieure à la dimension radiale de la branche aval 130.

La branche amont 134 du jonc annulaire 128 est serrée axialement entre la paroi radiale 122 de la couronne et le rebord 126 du rail 45 du carter 22, ce qui permet d'immobiliser axialement vers l'aval le distributeur dans le carter 22. Dans les réalisations représentées aux dessins, la seconde partie du pion a une section carrée (figures 1 à 7) ou rectangulaire (figures 8 à 13).

L'utilisation de ce type de section permet de réaliser des appuis plans du pion sur les surfaces correspondantes d'appui en vis-à-vis circonférentiel et axial de la couronne ou de la pièce rapportée. Dans des réalisations particulières de l'invention, le carter 22 peut comprendre par exemple 3 ou 6 pions formés ou rapportés sur la surface interne du carter et coopérant avec autant d'organes de blocage comme décrit précédemment. Les pions et les organes de blocage associés sont alors régulièrement répartis autour de l'axe de la turbine. Selon l'invention, le distributeur formé d'une seule pièce ne nécessite plus l'utilisation de pattes annulaires amont et aval d'accrochage radial du distributeur sur des rails du carter comme avec des secteurs de distributeurs selon la technique antérieure. C'est l'organe de blocage coopérant par liaison de forme avec au moins un pion formé ou rapporté sur la surface interne du carter qui permet de positionner le distributeur dans le carter.20

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Etage de turbine dans une turbomachine, comprenant un distributeur (12) à aubes radiales (14) monté à l'intérieur d'un carter (22), caractérisé en ce que le distributeur (12) comprend une couronne externe (16) aubagée s'étendant d'une pièce sur 360° et comportant au moins un organe de blocage circonférentiel et/ou axial du distributeur (12) sur le carter (22) coopérant par liaison de forme avec au moins un pion (46, 76, 124) formé ou rapporté sur la surface interne du carter (22).
2. 2. Etage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de blocage de la couronne coopère par crabotage avec le pion (46, 76, 124) du carter (22) pour permettre un montage axial vers l'amont de la couronne (16) dans le carter (22) et son blocage axial vers l'aval par rotation sur le carter (22) et comprend un rebord annulaire (56, 72, 28) s'étendant en direction circonférentielle et qui est raccordé à un rebord axial (58, 74, 100) s'étendant vers l'aval depuis le rebord annulaire (56, 72, 28) et formant une butée d'appui du pion (46, 76, 124) dans une première direction circonférentielle de la couronne.
3. 3. Etage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couronne (16) est bloquée dans une seconde direction circonférentielle par une pièce (64, 78, 102) rapportée à l'intérieur du carter et rendue solidaire du carter ou de la couronne.
4. 4. Etage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce l'organe de blocage comprend un autre rebord annulaire (60) espacé axialement du premier rebord annulaire (56) vers l'aval de manière à former une gorge circonférentielle dans laquelle est engagé le pion (46).
5. 5. Etage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce rapportée (64) est montée en direction circonférentielle à l'opposé du pion (46) par rapport au rebord axial (58) et est solidarisée au carter (22).
6. 6. Etage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pièce rapportée (64) comprend une surface radiale (68) en appui circonférentiel sur une face correspondante du rebord axial (58).
7. 7. Etage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce rapportée (78) a une section en U et est engagée depuis l'aval autour du pion (76) et du rebord axial.
8. 8. Etage selon la revendication 7, caractérisé en ce que la pièce rapportée (78) à section en U est solidaire de la couronne et est immobilisée axialement vers l'aval sur un élément amont (86) d'un anneau de matériau abradable entourant une roue mobile agencée en aval du distributeur, cet élément amont étant solidaire du carter (22).
9. 9. Etage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce rapportée (102) est montée en direction circonférentielle à l'opposé du rebord axial par rapport au pion, est fixée à la couronne et comprend une surface d'appui circonférentiel du pion (106).
10. 10. Etage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couronne du distributeur comprend une patte annulaire (116) en L orientée vers l'amont et comprenant au moins une encoche (118) coopérant avec un doigt axial (120) solidaire du carter (22) et formé en saillie vers l'aval, la couronne comprenant également dans sa partie aval une paroi radiale (122) de butée appliquée sur une face aval du pion (124).
11. 11. Etage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un joint annulaire (44) d'étanchéité est intercalé et comprimé entre une surface d'appui axial du carter (22) et l'extrémité amont de la couronne (16).
12. 12. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un étage de turbine selon l'une des revendications précédentes.30