FR3000521A1

FR3000521A1 - Tube de liaison a recouvrement

Info

Publication number: FR3000521A1
Application number: FR1262877A
Authority: FR
Inventors: Jean-Luc Bacha; Emmanuel Berche; Tangi Brusq; Jean-Pierre Mareix
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-07-04
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: FR3000521B1

Abstract

L'invention concerne un tube de liaison (1) entre deux enceintes d'une turbomachine pour permettre l'établissement à travers ledit tube de liaison (1) d'une circulation d'un fluide de refroidissement depuis une première enceinte vers une seconde enceinte de la turbomachine, caractérisé en ce que le tube de liaison (1) comporte une paroi (2) refermée sur elle-même de façon tubulaire pour que ses extrémités soient jointives (3,4), lesdites extrémités jointives se recouvrant pour assurer l'étanchéité dudit tube de liaison (1).

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET CONTEXTE DE L'INVENTION La présente invention concerne un tube de liaison entre deux enceintes d'une turbomachine pour permettre l'établissement à travers ledit tube de liaison d'une circulation d'un fluide de refroidissement entre lesdites enceintes. Une turbine de turbomachine présente généralement un circuit de circulation d'air entre une enceinte d'alimentation au niveau du stator basse pression et le rotor de turbine basse pression. Ce circuit de circulation d'air s'établit au travers de tubes de liaison reliant deux enceintes d'une turbomachine pour permettre l'établissement à travers ledit tube de liaison d'une circulation d'un air de refroidissement entre lesdites enceintes. La figure 1 est une vue en coupe illustrant la disposition des tubes de liaison 20, 21 dans une partie basse pression d'une turbine de turbomachine. La figure 2 est un agrandissement de la figure 1 montrant un premier tube de liaison disposé entre une première enceinte au niveau du compresseur haute pression et une seconde enceinte constituée par une pale du distributeur. La figure 3 est une vue en coupe montrant un tube de liaison disposé entre une première enceinte constituée par une pale du distributeur et une seconde enceinte constituée par l'intérieur du rotor basse pression.

En référence aux figures 1, 2 et 3, l'air de ce circuit de circulation d'air est prélevé en amont sur un compresseur de la turbomachine et arrive au niveau d'une première enceinte 22 constituant une enceinte d'alimentation. Il traverse ensuite la paroi externe 25 du distributeur 23 au moyen d'un premier tube de liaison 20 à travers lequel s'établit le circuit de circulation d'air.

Le circuit de circulation d'air passe typiquement par des canaux de circulation ménagés dans une aube 24 du distributeur 23. Une partie de l'air est évacué dans la veine d'écoulement des gaz de la turbine par des orifices (non représentés) formés à proximité des bords de fuite de l'aube 24 du distributeur. Une autre partie de l'air traverse le canal de circulation ménagé dans l'aube 24 du distributeur 23 pour atteindre un second tube de liaison 21 qui permet au circuit d'air de refroidissement de traverser la paroi interne 26 du distributeur et le carter 27 du stator pour arriver au niveau des flasques 28 du rotor basse pression afin de les refroidir.

Ce circuit de circulation d'air présente ainsi deux fonctions importantes consistant à véhiculer l'air de refroidissement: - depuis le compresseur haute pression vers les aubes 24 du distributeur 23, et - depuis le distributeur 23 vers les flasques 28 du rotor basse pression. L'établissement de ce circuit de circulation d'air est rendu possible au moyen de deux tubes de liaison creux qui permettent la circulation de l'air entre deux enceintes telles que l'enceinte d'alimentation et un canal ménagée dans l'aube 24 du distributeur 23.

Typiquement, ces tubes de liaison prennent la forme de tube de liaison avec une forme dite "os de chien", présentant des sections externes élargies à leurs extrémités par lesquels le tube de liaison coopère avec les éléments de paroi des enceintes qu'il relie, ou avec des douilles intermédiaires le reliant auxdits éléments. La demande de brevet EP 1 538 306 présente de tels tubes de liaison.

Les tubes de liaison doivent en outre assurer une bonne étanchéité au niveau de la liaison qu'ils constituent. Assurer une bonne étanchéité requiert: - des tolérances serrées sur le tube de liaison et les pièces en contact avec celui-ci, et - la mise en oeuvre d'un revêtement au niveau des contacts entre le tube de liaison les éléments qu'il relie, par exemple le carter ou le secteur distributeur. Ainsi, pour obtenir une bonne étanchéité, il faut par ailleurs assurer un bon serrage au niveau des contacts entre le tube de liaison et les éléments qu'il relie. Cependant, on constate une usure, notamment en rotation, de ces tubes de liaison, dus aux différentes contraintes auxquelles ils sont soumis lors du fonctionnement de la turbomachine, voire des ruptures de ces tubes. Une structure altérée, fendue ou brisée, ne permet plus à ces tubes d'assurer l'étanchéité du circuit de circulation d'air. On peut également observer des désengagements de ces tubes de liaison, par exemple consécutivement à l'usure ou à la rupture d'une partie du tube de liaison, qui ne peuvent alors plus assurer non seulement l'étanchéité du circuit de circulation d'air, mais encore l'établissement de ce circuit de circulation d'air.

PRESENTATION DE L'INVENTION Un but général de l'invention est de pallier tout ou partie des défauts des tubes de liaison de l'art antérieur. Il est notamment proposé un tube de liaison entre deux enceintes d'une turbomachine pour permettre l'établissement à travers ledit tube de liaison d'une circulation d'un fluide de refroidissement depuis une première enceinte vers une seconde enceinte de la turbomachine, le tube de liaison comportant une paroi refermée sur elle-même de façon tubulaire pour que ses extrémités soient jointives, lesdites extrémités jointives se recouvrant pour assurer l'étanchéité dudit tube de liaison. Un tel tube a l'avantage d'être simple, peu coûteux, fiable, robuste, de présenter une bonne résistance à l'usure et de permettre d'assurer l'étanchéité du circuit de circulation d'air de refroidissement lors du passage de celui-ci dans le tube de liaison. Ce tube est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - les extrémités jointives de la paroi présentent des zones de contact réciproques conformées pour glisser l'une par rapport à l'autre en cas de déformation limitée de la paroi; - au moins une extrémité jointive est biseautée, de préférence les deux extrémités jointives étant biseautées; - une extrémité jointive présente une protubérance faisant saillie vers un épaulement de l'autre extrémité jointive, et de préférence l'autre extrémité jointive présente également une protubérance faisant saillie vers un épaulement de ladite extrémité jointive, et de préférence encore, chacune des protubérances présente une zone de contact avec l'autre protubérance, lesdites zones de contact constituant des zones de contact réciproques pour les extrémités jointives; - une extrémité jointive comporte une excroissance à l'intérieur dudit tube de liaison, ladite excroissance s'étendant jusqu'à l'autre extrémité jointive et entre en contact avec la paroi interne du tube de liaison du côté de ladite autre extrémité jointive; - le tube de liaison comprend en outre un obturateur recouvrant un débouché extrémal d'une cavité définie entre les extrémités jointives de la paroi. L'invention concerne également une turbomachine comportant un tube de liaison selon l'invention.

PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1, déjà commentée, est une vue en coupe illustrant la disposition de tubes de liaison dans une partie basse pression d'une turbine de turbomachine; - la figure 2, déjà commentée, est un agrandissement de la figure 1 montrant un tube de liaison disposé entre une première enceinte au niveau du compresseur haute pression et une seconde enceinte constituée par une pale du distributeur; - la figure 3, déjà commentée, est une vue en coupe montrant un tube de liaison disposé entre une première enceinte constituée par une pale du distributeur et une seconde enceinte constituée par l'intérieur du rotor basse pression; - les figures 4a et 4b sont des schémas illustrant respectivement une vue en perspective et en coupe d'un tube de liaison selon un mode de réalisation possible de l'invention dans lequel les extrémités jointives sont biseautées; - les figures 5a et 5b sont des schémas illustrant respectivement une vue en perspective et en coupe d'un tube de liaison selon un mode de réalisation possible de l'invention dans lequel chaque extrémité jointive présente une protubérance faisant saillie vers un épaulement de l'autre extrémité jointive; - les figures 6a et 6b sont des schémas illustrant respectivement une vue en perspective et en coupe d'un tube de liaison selon un mode de réalisation possible de l'invention dans lequel une extrémité jointive comporte une excroissance à l'intérieur dudit tube de liaison; - les figures 7a, 7b et 7c sont des schémas qui montrent une configuration possible du tube de liaison, dans laquelle ledit tube de liaison est pourvu au niveau d'une de ses extrémités d'un obturateur recouvrant un débouché extrémal d'une cavité définie entre les extrémités jointives de la paroi. DESCRIPTION DETAILLEE En référence aux figures 4a à 6b illustrant à titre non-limitatif des modes de réalisation de l'invention, un tube de liaison 1 comporte une paroi 2 refermée sur elle-même de façon tubulaire pour que ses extrémités soient jointives 3,4, lesdites extrémités jointives 3,4 se recouvrant pour assurer l'étanchéité dudit tube de liaison 1. Le tube de liaison 1 est destiné à être disposé entre deux enceintes d'une turbomachine pour permettre l'établissement à travers ledit tube de liaison d'une circulation d'un fluide de refroidissement, typiquement de l'air, depuis une première enceinte vers une seconde enceinte de la turbomachine, comme précédemment présenté. Par rapport à un tube de liaison de l'état de la technique, un tube de liaison 1 selon l'invention permet d'augmenter les tolérances sur le dimensionnement du tube de liaison 1. En effet, la non-continuité de la paroi 2 du tube de liaison 1, par l'interruption de matière définissant les extrémités de la paroi 2, permet d'augmenter les tolérances sur le tube de liaison 1, que ce soit pour son dimensionnement ou pour celui de l'orifice qui le reçoit. De fait, une déformation limitée du tube de liaison 1 est dès lors permise, qui permet au tube de liaison 1 d'absorber des contraintes mécaniques telles que le déplacement relatif entre les parois 1 des enceintes qu'il relie, notamment en cas de vibration, ou encore de la dilatation thermique du tube 1 ou des parois des enceintes. Ainsi, l'invention permet de diminuer l'usure du tube de liaison 1 en en diminuant la rigidité. Les extrémités jointives 3, 4 de la paroi 2 se touchent sans laisser d'interstice entre elles, et permettent de fermer de manière étanche le tube de liaison 1, et par conséquent d'empêcher une perte d'air de refroidissement entre les extrémités de la paroi 2. De préférence, les extrémités jointives 3, 4 de la paroi présentent des zones de contact réciproques l'une pour l'autre, et l'appui d'une extrémité jointive sur l'autre via ces zones de contact assurent le recouvrement pour fermer le tube de liaison 1.

Le recouvrement des extrémités jointives de la paroi 2 du tube 1 permet d'assurer que les extrémités jointives 3, 4 restent en contact en cas de déformation limitée du tube de liaison 1, notamment sous l'action des parois des enceintes que le tube de liaison 1 relie, ou bien encore en cas de dilatation thermique du tube de liaison 1. De préférence, les zones de contact réciproques des extrémités jointives 3,4 sont conformées pour glisser l'une par rapport à l'autre en cas de déformation limitée de la paroi 2, tout en conservant le tube de liaison 1 fermé de manière étanche.

Il est à noter que le recouvrement des extrémités jointives 3,4 offre plusieurs avantages par rapport à une fermeture du tube de liaison 1 par un joint souple. Tout d'abord, les hautes températures auxquelles peut être soumis un tube de liaison 1 seraient susceptibles d'endommager un tel joint. En outre, le montage du tube de liaison 1 dans l'orifice qui l'accueille à l'interface des deux enceintes que le tube relie se fait le plus souvent à l'aveugle, et il existe alors un fort risque d'endommager le joint, sans possibilité de détection. De fait, le tube de liaison selon l'invention se distingue par sa robustesse et sa simplicité, tant de fabrication que d'utilisation. Les figures 4a et 4b illustrent un mode de réalisation dans lequel au moins une extrémité jointive 3, 4 est biseautée. En l'occurrence, dans l'exemple illustré, les deux extrémités jointives 3, 4 sont biseautées. Les extrémités jointives 3,4 forment ainsi des biseaux en contact l'un par rapport à l'autre au niveau de leurs bords obliques qui forment alors des zones de contact réciproques pour les extrémités jointives 3, 4.

En cas de compression ou d'extension radiale du tube de liaison 1, les parties biseautées des extrémités jointives 3,4, constituant les zones de contact réciproques de celles-ci, glissent l'une sur l'autre afin de permettre une déformation limitée du tube de liaison 1 sans perdre l'étanchéité du tube de liaison 1, qui reste ainsi étanche pour l'air le traversant. L'oblicité du biseautage est choisie suffisante pour obtenir un tel effet. Elle est par exemple choisie pour obtenir des angles supérieurs à 20°, de préférence supérieurs à 30°, entre la partie biseautée de chaque extrémité jointive 3,4 biseautée par rapport au rayon du tube de liaison 1.

Les figures 5a et 5b illustrent un mode de réalisation dans lequel chaque extrémité jointive 3,4 présente une protubérance 5,6 faisant saillie vers un épaulement 7,8 de l'autre extrémité jointive 3,4. Ainsi, la protubérance 5 de l'extrémité jointive 3 fait saillie vers l'épaulement 8 de l'autre extrémité jointive 4.

L'épaulement 8 de l'extrémité jointive 4 est adjacent à une protubérance 6 qui fait saillie vers l'épaulement 7 de l'autre extrémité jointive 3, ledit épaulement 7 étant adjacent à la protubérance 5 de ladite autre extrémité jointive 3. Les zones de contact réciproques des extrémités jointives 3,4 sont constituées par les côtés des protubérances 5, 6 qui sont en regard de l'autre protubérance 5,6. Ainsi, chacune des protubérances 5, 6 présente une zone de contact avec l'autre protubérance 5, 6, lesdites zones de contact constituant les zones de contact réciproques des extrémités jointives 3, 4. En cas de déformation limitée du tube de liaison 1, par exemple par dilatation thermique, les protubérances 5, 6 glissent l'une sur l'autre et permettent au tube de liaison 1 de se dilater ou de se contracter sans altérer l'étanchéité dudit tube de liaison 1. Les épaulements 7, 8 servent de butée pour les protubérances 5, 6 afin de limiter l'amplitude de la déformation subie par le tube de liaison 1. Les épaulements 7,8 et les protubérances 5, 6 sont ainsi de préférence conformés pour qu'en cas de forte dilatation du tube de liaison 1, les protubérances 5,6 viennent simultanément en butée contre les épaulements 7,8 respectifs qui leur font face. Les figures 6a et 6b illustrent un mode de réalisation dans lequel une extrémité jointive 3 comporte une excroissance 9 à l'intérieur dudit tube de liaison 1, ladite excroissance 9 s'étendant jusqu'à l'autre extrémité jointive 4 et entre en contact avec la surface interne de la paroi 2 du tube de liaison 1 du côté de ladite autre extrémité jointive 4. Les zones de contact réciproques des extrémités jointives 3,4 sont ici constituées d'une part par la surface de l'excroissance 9 de l'extrémité jointive 3 dirigée vers l'extérieur du tube de liaison 1, et d'autre part par la surface interne de la paroi 2 qui lui fait face au niveau de l'autre extrémité jointive 3. En cas de déformation limitée du tube de liaison 1, par exemple par dilatation thermique, l'excroissance 9 et la partie de paroi 2 qui lui fait face glissent l'une sur l'autre, et permettent ainsi au tube de liaison 1 de se dilater ou de se contracter sans altérer l'étanchéité dudit tube de liaison 1.

Les figures 7a, 7b et 7c sont des schémas qui montrent une configuration possible du tube de liaison 1, dans laquelle ledit tube de liaison 1 est pourvu au niveau d'une extrémité d'un obturateur 10 recouvrant un débouché extrémal d'une cavité entre les extrémités jointives 3, 4 de la paroi 2.

En effet, ainsi qu'il peut être vu sur les figures 5b et 6b, il existe des configurations dans lesquelles certains modes de réalisation de l'invention peuvent faire apparaître, en fonction des contraintes auquel est soumis le tube de liaison 1, une cavité entre les extrémités jointives 3, 4 de la paroi 2. Cette cavité, bien que fermée vers l'intérieur du tube de liaison 1 par le recouvrement des extrémités jointives 3, 4 de la paroi 2, peut alors constituer un canal d'air ouvert sur l'espace entre les enceintes reliées par le tube de liaison 1. Afin de diminuer ces fuites d'air éventuelles, il peut donc être prévu un obturateur 10 qui obture un débouché extrémal de la cavité entre les extrémités jointives 3, 4 de la paroi 2. L'obturateur 10 peut faire partie intégrante de paroi 2.

Il est alors solidaire d'une extrémité jointive 3, 4 de la paroi 2 du tube de liaison 1 dont il constitue un prolongement faisant saillie hors des rebords du tube de liaison 1, et se prolonge jusqu'au bout de l'autre extrémité jointive 3, 4. Puisque l'obturateur 10 n'est solidaire de la paroi 2 du tube de liaison 1 que par une extrémité jointive 3,4, il ne compromet pas la réduction de contraintes opérée le libre jeu des extrémités jointives 3,4. La figure 7b montre une vue de dessus d'un tube de liaison 1 muni d'un obturateur 10. Le tube de liaison 1 représenté ici correspond à celui de la figure 5b, où chaque extrémité jointive 3,4 présente une protubérance faisant saillie vers un épaulement de l'autre extrémité jointive. L'obturateur 10 recouvre une protubérance 6 et un épaulement 7 (masqués ici par l'obturateur 10 - voir figure 5b) situés du côté externe du tube de liaison 1, ainsi que la cavité qu'ils définissent entre eux. L'obturateur 10 pourrait également recouvrir totalement le rebord du tube 1 au niveau des extrémités jointives 3,4 de la paroi 2. La figure 7c montre également une vue de dessus d'un tube de liaison 1 muni d'un obturateur 10. Le tube de liaison 1 représenté ici correspond à celui de la figure 6b, où une extrémité jointive 3 comporte une excroissance 9 à l'intérieur dudit tube de liaison. L'obturateur 10 recouvre ici les parties des extrémités jointives 3, 4 qui se font face et sont de ce fait masquées, ainsi que la cavité qu'ils définissent entre eux. L'obturateur 10 pourrait également recouvrir l'excroissance 9. Les différents modes de réalisations décrits plus hauts sont des exemples non limitatifs, et d'autres modes de réalisation, par exemple combinant des caractéristiques de ceux décrits, peuvent être envisagés.

Un tube de liaison présentant les caractéristiques de l'invention est de préférence constitué d'un alliage résistant aux hautes températures susceptibles de régner dans une turbomachine, ces températures pouvant dépasser 600°C. Par exemple, un superalliage à base de nickel, pouvant contenir du chrome, du magnésium, du fer et du titane ou autre, peut être choisi pour constituer le matériau du tube de liaison 1. Des revêtements éventuels peuvent être déposés. Une découpe par électroérosion à fil peut être utilisée pour réaliser une fente ou toute autre ouverture similaire s'étendant sur toute la longueur du tube de liaison 1, les bords de cette ouverture définissant alors les extrémités jointives. D'autres méthodes peuvent être utilisées. Le tube de liaison 1 peut être coulé d'une seule pièce, ou bien les protubérances et excroissances peuvent être taillées par enlèvement de matière ou lui être adjointes par soudure ou toute autre méthode. L'invention concerne également une turbomachine comprenant un tube de liaison 1 conforme à un mode de réalisation possible dudit tube de liaison 1 selon l'invention. De préférence, le tube de liaison 1 est monté coulissant dans des orifices de parois des enceintes qu'il relie, et des moyens de retenue axiale permettent de le maintenir en position. Divers moyens de retenue axiale peuvent être envisagés pour empêcher un tube de liaison de sortir de l'orifice dans lesquels il est disposé. On peut citer à cet égard l'utilisation de circlips, disposés dans une rainure annulaire d'une douille intermédiaire logée dans l'orifice, ou bien encore des moyens de butée formés en saillie vers l'extérieur depuis la paroi 2 du tube de liaison 1.

Claims

REVENDICATIONS1. Tube de liaison (1) entre deux enceintes d'une turbomachine pour permettre l'établissement à travers ledit tube de liaison (1) d'une circulation d'un fluide de refroidissement depuis une première enceinte vers une seconde enceinte de la turbomachine, caractérisé en ce que le tube de liaison (1) comporte une paroi (2) refermée sur elle-même de façon tubulaire pour que ses extrémités soient jointives (3,4), lesdites extrémités jointives se recouvrant pour assurer l'étanchéité dudit tube de liaison (1).
2. Tube de liaison (1) selon la revendication 1, dans lequel les extrémités jointives (3,4) de la paroi (2) présentent des zones de contact réciproques conformées pour glisser l'une par rapport à l'autre en cas de déformation limitée de la paroi (2).
3. Tube de liaison (1) selon la revendication 2, dans lequel au moins une extrémité jointive est biseautée.
4. Tube de liaison (1) selon la revendication précédente, dans lequel les deux extrémités sont biseautées.
5. Tube de liaison (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel une extrémité jointive (3,4) présente une protubérance (5,6) faisant saillie vers un épaulement (8, 7) de l'autre extrémité jointive (3,4).
6. Tube de liaison (1) selon la revendication précédente, dans lequel l'autre extrémité jointive (3,4) présente également une protubérance (5,6) faisant saillie vers un épaulement (7,8) de ladite extrémité jointive (3,4).
7. Tube de liaison (1) selon la revendication précédente, dans lequel chacune des protubérances (5,6) présente une zone de contact avec l'autre protubérance (5,6), lesdites zones de contact constituant des zones de contact réciproques pour les extrémités jointives (3,4).
8. Tube de liaison (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel une extrémité jointive (3) comporte une excroissance (9) à l'intérieur dudit tube de liaison, ladite excroissance (9) s'étendant jusqu'à l'autre extrémité jointive (4) et entrant en contact avec la surface interne de la paroi (2) du tube de liaison (1) du côté de ladite autre extrémité jointive (4).
9. Tube de liaison (1) selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant en outre un obturateur (10) recouvrant le débouché extrémal d'une cavité définie entre les extrémités jointives (3,4) de la paroi (2).
10. Turbomachine comprenant un tube de liaison (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.10