FR3001760A1 - Aubage de distribution de flux comportant une platine d'etancheite amelioree - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un aubage (10) fixe de distribution de flux dans une turbomachine, comprenant deux plates-formes annulaires coaxiales respectivement interne (12) et externe, reliées entre elles par une pluralité d'aubes radiales (11), dans lequel la plate-forme annulaire interne (12) comprend une cloison radiale annulaire (120) et une couronne de support des aubes (121) s'étendant de part et d'autre d'une extrémité radialement externe de ladite cloison (120), l'aubage (10) comprenant en outre une platine annulaire d'étanchéité (20) rapportée sur la plateforme annulaire interne (12), du côté amont de la cloison radiale par rapport à un écoulement d'air dans l'aubage, l'aubage (10) étant caractérisé en ce que la platine d'étanchéité (20) est rapportée sur la couronne de support des aubes(121), et en ce qu'elle comporte une rainure circonférentielle. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel aubage et une turbomachine comprenant un tel aubage.
Description
DOMAINE DE L'INVENTION Le domaine de l'invention est celui des aubages fixes de distribution du flux dans une turbomachine.
ETAT DE LA TECHNIQUE Une turbomachine comprend des étages de turbine comportant chacun une roue de rotor à aubes et un aubage de distribution du flux d'air (stator) s'écoulant dans la turbine, chaque aubage comportant deux plates-formes annulaires coaxiales s'étendant l'une à l'intérieur de l'autre et entre lesquelles s'étendent une pluralité d'aubes radiales fixes. Le flux d'air dans la turbomachine s'écoule normalement dans la veine de l'aubage, c'est-à-dire entre les aubes fixes. Afin d'éviter une recirculation d'air dans une direction radiale entre la veine du rotor et l'interstice entre la plate-forme de l'aubage fixe et le rotor situé en amont de celui-ci par rapport au flux d'air, on a pourvu les étages d'aubages fixes formant le stator et le rotor d'éléments coopérant pour former un joint d'étanchéité de type à labyrinthe. Chaque étage de rotor comprend à cet égard un becquet annulaire aval, tandis que chaque aubage fixe comprend, sur sa plate-forme interne, une platine d'étanchéité s'étendant vers l'amont de sorte que les deux (becquet annulaire et platine d'étanchéité) soient partiellement superposés. La platine d'étanchéité doit en outre accomplir une fonction dite de « fusible » pour préserver une hiérarchie de rupture en cas de survitesse de la turbine, c'est-à-dire une augmentation importante de la vitesse de rotation de la turbine, pouvant découler par exemple d'une rupture de l'arbre de la turbine. Pour stopper ce dysfonctionnement qui peut avoir des conséquences graves sur l'intégrité de la turbine et donc de l'aéronef, on cherche à casser un maximum d'aubes de rotors sur les aubes fixes de stator (ensemble des étages d'aubages fixes) en partant du principe que le rotor recule par rapport au stator sous l'effet des efforts aérodynamiques, engendrant un contact entre les aubes fixes du stator et les aubes mobiles du rotor. On distingue les jeux de survitesse endommageants, situés entre le bord de fuite des aubes mobiles du rotor et le bord d'attaque des aubes fixes du stator au niveau supérieur ou au milieu de la veine, des jeux de survitesse non endommageants, situés entre le bord de fuite des aubes mobiles du rotor et le bord d'attaque des aubes fixes au niveau inférieur de la veine. Pour maîtriser au mieux la survitesse et donc préserver la hiérarchie de rupture afin de garantir l'arrêt de la turbine, il faut que les jeux de survitesse endommageants soient comblés en premier, i.e. deviennent nuls avant les jeux de survitesse non endommageants. Cet état de fait impose d'augmenter les jeux de survitesse non endommageants pour assurer cette hiérarchie. On aboutit donc à une contradiction concernant la platine d'étanchéité : une augmentation des jeux non endommageants de survitesse à veine inférieure implique une diminution du jeu de recouvrement et vice-versa. Or, étant donné le faible jeu entre cette platine et le rotor en amont, le contact rotor/stator s'effectuera en premier dans cette zone en cas de survitesse de la turbine. Pour préserver la hiérarchie de rupture en cas de survitesse, la platine d'étanchéité ne doit pas opposer de résistance et rompre ou se plier au plus vite en cas de choc avec le rotor mobile, d'où cette fonction de « fusible ». A cet égard, on a représenté en figure 1 une vue en coupe d'une plateforme inférieure 12 d'un aubage 10 de distribution de flux, illustrant la configuration adoptée jusqu'à présent d'une platine d'étanchéité. La plate-forme inférieure comporte une cloison 120 s'étendant radialement et une couronne de support des aubes 121, s'étendant sensiblement axialement de part et d'autre de la cloison. La platine d'étanchéité 2 est rapportée par brasage uniquement sur la cloison de la plateforme inférieure, du côté amont, afin d'être facilement détruite en cas de choc avec rotor. En outre, elle présente des ondulations entre la partie brasée à la cloison et la partie s'étendant vers l'amont, pour la rendre moins rigide.
La platine d'étanchéité nécessite donc, pour être réalisée, la mise en oeuvre d'un nombre important d'opérations : d'abord découpe et mise en forme, qui est complexe du fait des ondulations que la platine présente, puis brasage de la platine sur la cloison de la plate-forme. Ce procédé de fabrication est complexe, nécessite un surcoût d'usinage pour préparer les surfaces à braser, ainsi qu'un allongement du temps de réalisation. Il existe donc un besoin pour une alternative de réalisation de la platine d'étanchéité, conservant les mêmes fonctions d'étanchéité et de « fusible », et facilitant le procédé de fabrication.
PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a pour but de résoudre le problème mentionné ci-avant, en proposant un aubage de distribution de flux comprenant une platine d'étanchéité de fabrication simplifiée. A cet égard, l'invention a pour objet un aubage fixe de distribution de flux dans une turbomachine, comprenant deux plates-formes annulaires coaxiales respectivement interne et externe, reliées entre elles par une pluralité d'aubes radiales, dans lequel la plate-forme annulaire interne comprend une cloison radiale annulaire et une couronne de support des aubes s'étendant de part et d'autre d'une extrémité radialement externe de ladite cloison, l'aubage comprenant en outre une platine annulaire d'étanchéité rapportée sur la plate-forme annulaire interne, du côté amont de la cloison radiale par rapport à un écoulement d'air dans l'aubage, l'aubage étant caractérisé en ce que la platine d'étanchéité est rapportée sur la couronne de support des aubes, et en ce qu'elle comporte une rainure circonférentielle. Avantageusement, mais facultativement, l'aubage fixe de distribution de flux selon l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes - la platine d'étanchéité est réalisée en tôle. - la platine d'étanchéité est rapportée sur une surface radialement interne de la couronne de support des aubes. - la couronne de support des aubes comprend, sur une surface radialement interne, une gorge annulaire, et la platine d'étanchéité est un anneau élastique fendu comprenant une saillie circonférentielle complémentaire de la gorge. - la couronne de support des aubes comprend une face amont, et la platine d'étanchéité est rapportée sur la face amont de la couronne de support. - la face amont de la couronne de support des aubes comporte une rainure annulaire, et la platine d'étanchéité est insérée dans ladite rainure sur une bande de largeur correspondant à la profondeur de la rainure, la platine d'étanchéité comportant sur ladite largeur une pluralité d'ergotages répartis régulièrement le long de la circonférence de la platine d'étanchéité pour maintenir la platine en position dans la rainure.
L'invention a également pour objet une turbomachine comprenant au moins un tel aubage fixe de distribution de flux. Un autre objet de l'invention est également un procédé de fabrication d'un aubage fixe de distribution de flux, comprenant les étapes consistant à: - réaliser une rainure annulaire dans une platine annulaire d'étanchéité par emboutissage ou usinage, et - rapporter la platine annulaire d'étanchéité sur une couronne de support des aubes d'une plate-forme radialement interne d'un aubage fixe de distribution de flux.
Avantageusement, mais facultativement, le procédé de fabrication comprend en outre au moins l'une des caractéristiques suivantes : - le procédé comprend, avant de rapporter la platine d'étanchéité sur la couronne de support, les étapes consistant à: o réaliser une rainure annulaire dans une face amont de la couronne de support, et o réaliser une pluralité d'ergots sur la platine annulaire d'étanchéité par découpe laser et pliage, l'étape consistant à rapporter la platine annulaire d'étanchéité sur la couronne de support comportant l'insertion de la platine annulaire d'étanchéité dans la rainure de la couronne de support. - la rainure annulaire de la couronne de support est réalisée lors d'une étape de moulage de ladite couronne de support des aubes, par insertion d'un noyau de fonderie (30) dans un moule utilisé pour la formation de ladite couronne. Avantageusement, mais facultativement, l'aubage selon l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques des revendications dépendantes.
Le fait de rapporter la platine d'étanchéité sur la couronne de support des aubes permet de la raccourcir, de l'alléger, ce qui diminue son coût de production, et également d'éviter une étape consistant à onduler la platine pour diminuer sa rigidité. DESCRIPTION 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 sur lesquels : - La figure 1, déjà décrite, représente une vue en coupe axiale d'une plate-forme inférieure d'un aubage de distribution de l'état de la technique. - La figure 2a représente une vue en perspective partielle d'un aubage conforme à un mode de réalisation de l'invention. - La figure 2b représente une vue en perspective partielle d'une platine d'étanchéité d'un aubage conforme de la figure 2a, - La figure 2c représente une vue en coupe axiale d'une platine de la figure 2b, - La figure 3a représente une vue en perspective partielle d'un aubage conforme à un autre mode de réalisation de l'invention. - La figure 3b représente un détail de réalisation d'un aubage de la figure 3a, - La figure 4a représente une vue en perspective partielle d'un aubage conforme à un autre mode de réalisation de l'invention. - La figure 4b représente une vue en perspective partielle d'une platine d'étanchéité d'un aubage de la figure 4a, - Les figures 4c et 4d représentent un détail de réalisation d'une platine de la figure 4b respectivement en perspective et en vue de dessous, et - La figure 4e représente une vue en coupe axiale de l'installation d'une platine d'étanchéité dans un aubage de la figure 4a. - La figure 5a représente une couronne de support des aubes dont une rainure est réalisée au moyen d'un noyau de fonderie, - La figure 5b représente le noyau de fonderie de la figure 5a. - La figure 6 représente les principales étapes du procédé de fabrication d'un aubage.
DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION En référence à la figure 2a, on a représenté une vue partielle d'un aubage 10 fixe de distribution du flux d'air s'écoulant dans une turbomachine, formant un étage d'un distributeur d'une turbine de turbomachine, par exemple de turbine basse-pression. Cet étage d'aubage fixe est donc configuré pour être positionné en aval d'un étage d'aubage mobile de rotor. L'aubage 10 comporte une pluralité d'aubes 11 fixes disposées radialement par rapport à un axe de la turbomachine (non représenté), qui est également l'axe de l'aubage, lesdites aubes s'étendant chacune entre une plate-forme annulaire interne 12 et une plate-forme annulaire externe 13 (représentée en figure 3a) coaxiales autour de l'axe de l'aubage. La plate-forme 12 comporte une cloison annulaire 120 s'étendant radialement par rapport à l'axe de la turbomachine, ainsi qu'une couronne 121 de support des aubes 11, s'étendant de part et d'autre de la cloison annulaire au niveau d'une extrémité radialement externe de celle-ci. La plate-forme 12 comporte également une couronne 122 de support d'une couche de matériau abradable 123 s'étendant de part et d'autre de la cloison radiale 120, au niveau de son extrémité radialement interne. Sur les figures 2a, 3a, et 4a on a représenté par une flèche F le sens d'écoulement de l'air au travers de l'aubage 10, définissant ainsi une partie amont par rapport au flux d'air, par laquelle arrive l'écoulement d'air, et une partie aval par rapport au flux d'air, par laquelle ressort l'écoulement d'air.
Les couronnes 121 et 122, ainsi que la cloison radiale 120, délimitent une cavité ouverte vers l'amont et une cavité ouverte vers l'aval par rapport au flux d'air. En outre, l'aubage 10 comprend une platine annulaire d'étanchéité 20, rapportée sur la plate-forme annulaire interne 12 et du côté amont de la cloison radiale par rapport au flux d'air et s'étendant vers l'amont.
Cette platine annulaire d'étanchéité est configurée pour coopérer avec un becquet aval d'un aubage de rotor situé en amont de l'aubage dans la turbine, pour former un joint d'étanchéité de type labyrinthe comme décrit précédemment.
La platine annulaire d'étanchéité 20 est rapportée sur la couronne 121 de support des aubes, et non plus sur la cloison radiale 120. La platine d'étanchéité 20 est ainsi plus courte dans le sens axial, donc plus légère, et simple à fabriquer. La platine d'étanchéité 20 est avantageusement fabriquée en tôle.
Selon le mode de réalisation représenté en figure 2a, la platine 20 d'étanchéité est rapportée à la couronne 121 de support des aubes, au niveau d'une surface radialement interne 1210 de la couronne, par brasage. Avantageusement, en références aux figures 2b et 2c, la platine 20 comporte en outre une rainure circonférentielle 21 diminuant sa rigidité, pour que la platine puisse également assurer sa dite de « fusible ». Alternativement, la platine 20 peut comporter une pluralité de rainures circonférentielles en secteur de cercle, ou encore une pluralité de rainures axiales. Selon un mode de réalisation alternatif représenté en figures 3a et 3b, la platine 20 d'étanchéité est un « C-clip », c'est-à-dire un anneau élastique fendu, comportant sur sa périphérie une saillie circonférentielle 22. La couronne de support des aubes 121 de l'aubage 10 présente alors une gorge annulaire 1212 sur sa surface radialement interne 1210, adaptée pour recevoir la saillie 22 de la platine 20.
La platine d'étanchéité 20 étant sous forme d'anneau élastique fendu, elle peut être légèrement déformée pour diminuer son diamètre, afin de permettre l'insertion de la saillie dans la gorge de la couronne 121 de support des aubes. Une fois en place, l'anneau fendu retrouve son diamètre initial, du fait de son élasticité, assurant ainsi son maintien en position.
Ce mode de réalisation présente l'avantage que la mise en place de la platine 20 ne nécessite pas d'étape de brasage, qui est le plus souvent chronophage car elle nécessite de préparer les surfaces à braser avant l'étape de brasage proprement dite. Egalement grâce à l'absence de brasage, un aubage selon ce mode de réalisation peut être réparé plus facilement.
Enfin, pour assurer la fonction de fusible décrite ci-avant, la platine 20 peut également comprendre une rainure circonférentielle (non représentée), ou les alternatives décrites ci-avant en relation avec le mode de réalisation des figures 2b et 2c.
Selon un mode de réalisation alternatif représenté des figures 4a à 4e, la couronne 121 de support des aubes comprend, sur sa face amont 1211 une rainure 1213 circonférentielle, adaptée pour recevoir la platine 20 d'étanchéité. Pour son maintien en place dans la rainure 1213, la platine d'étanchéité 20 comprend une pluralité d'ergotages 23 de préférence mais non limitativement répartis régulièrement, c'est-à-dire à intervalle angulaire constant par rapport à l'axe de l'aubage, sur la circonférence de la platine 20. Les ergotages sont réalisés dans une bande annulaire d'extrémité de largeur I de la platine destinée à être insérée dans la rainure.
Les ergotages 23 consistent en des découpes en L réalisées à partir du bord de la platine à insérer dans la rainure 1213, c'est-à-dire une première partie 230 de la découpe sensiblement orthogonale au bord de la platine, et une seconde partie 231 de la découpe orthogonale à la première, et donc sensiblement parallèle au bord de la platine. La partie de tôle 232 de la platine 20 délimitée par cette découpe est ensuite repliée pour former saillie par rapport à la surface de la platine 20. Les ergotages 23 peuvent être repliés alternativement d'un côté de la platine et de l'autre. Avantageusement, la seconde partie de la découpe, parallèle au bord de la platine, s'étend successivement, d'un ergotage à l'autre, d'un côté et de l'autre de la première partie de la découpe, de manière à faire varier l'orientation des ergotages et rendre plus difficile le retrait des ergotages après mise en place de la platine 20 d'étanchéité. Avantageusement, une pluralité de gorges, ou préférentiellement une gorge circonférentielle, est située dans la rainure 1213 de support des aubes, et configurée pour pouvoir recevoir les ergotages, et pour former dans la couronne 121 de support un rebord 1214 adapté pour retenir les ergotages. Ainsi, une fois la platine 20 insérée dans la rainure 1213, les ergotages permettent son maintien en position. La platine 20 d'étanchéité peut encore comprendre une rainure circonférentielle (non représentée) ou les variantes décrites ci-avant pour les autres modes de réalisation, afin de garantir sa fonction de « fusible ». Ce mode de réalisation présente encore l'avantage qu'il ne nécessite pas la mise en oeuvre d'une étape de brasage des pièces.
On va maintenant résumer, en référence à la figure 6, le procédé de fabrication d'un aubage comprenant une platine d'étanchéité conforme à la description qui précède. Les étapes illustrées dans la figure 6 sont représentées selon un ordre arbitraire qui n'est pas limitatif de l'ordre auquel il faut les mettre en oeuvre. Le procédé comprend de préférence au moins deux étapes qui sont, d'une part, réaliser une rainure 100 dans une platine d'étanchéité 20, pour assurer sa fonction de fusible, puis rapporter la rainure 200 sur une couronne de support 121 des aubes 11 d'un aubage 10. La rainure peut être réalisée par emboutissage, ou usinage, par exemple de type électro-érosion. Si l'aubage est conforme au mode de réalisation des figures 2a à 2c, la fixation de la platine d'étanchéité est réalisée par brasage 210. Alternativement, si l'aubage est conforme au mode de réalisation des figures 3a et 3b, ou des figures 4a à 4e, le procédé comporte en outre une étape 150 consistant à réaliser une rainure 1212, 1213 dans la couronne 121 de support des aubes, soit dans la face radialement interne 1210 de la couronne dans le cas des figures 3a et 3b, soit dans la face amont 1211 comme dans le cas des figures 4a à 4e. La rainure 1212 située dans la face radialement interne 1210 de la couronne 121 de support des aubes peut être réalisée par usinage 151. Alternativement, la rainure 1213 réalisée dans la face amont 1211 et présentant un rebord 1214 comme pour le mode de réalisation des figures 4a à 4e, est réalisée, lors du moulage 152 de la couronne 121, par insertion d'un noyau de fonderie 30 dans le moule utilisé à cette fin. Cette réalisation est illustrée en figures 5a, qui représente le noyau en place dans la couronne 121, et 5b, qui représente le noyau. Le noyau 30 comporte avantageusement une couronne de matière 31 munie sur sa circonférence d'une patte 32 en saillie, ladite patte étant munie en son extrémité d'un bourrelet 33 circonférentiel. De cette façon la rainure obtenue présente une gorge en contre-dépouille (formant ainsi le rebord 1214) permettant aux ergotages 23 de se loger à l'intérieur de la rainure, en appui contre le rebord, garantissant ainsi la mise en position et le maintien en position axiale en fonctionnement, c'est-à-dire dans la direction de l'axe de l'aubage et des plates-formes.
L'étape de fixation 200 de la platine d'étanchéité 20 comprend alors l'insertion 220 d'une partie de la platine 20 dans la rainure. Dans le mode de réalisation des figures 3a et 3b, dans lequel la platine d'étanchéité 20 est un C-clip, l'étape d'insertion 220 correspond à l'insertion de la saillie circonférentielle 22 de la platine dans la rainure 1212 complémentaire. Cette étape est alors précédée d'une étape 160 de déformation du C-clip pour réduire son diamètre et permettre cette insertion. Dans le mode de réalisation des figures 4a à 4e, l'insertion de la platine d'étanchéité 20 comprend l'insertion d'une largeur I de la platine, correspondant à la profondeur de la rainure, dans ladite rainure 1213. Le procédé comprend alors une étape préliminaire 170 de réalisation d'ergotages par découpe, par exemple au laser, puis pliage. La platine est insérée dans la rainure jusqu'à ce que les ergotages viennent en position dans les cavités, contre le rebord 1214 de la couronne 121 de support des aubes.
Dans tous les cas, le procédé est de mise en oeuvre rapide puisque notamment il ne comprend pas d'étape de formage de la platine d'étanchéité 20 pour former des ondulations dans ladite platine.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Aubage (10) fixe de distribution de flux dans une turbomachine, comprenant deux plates-formes annulaires coaxiales respectivement interne (12) et externe (13), 5 reliées entre elles par une pluralité d'aubes radiales (11), dans lequel la plate-forme annulaire interne (12) comprend une cloison radiale annulaire (120) et une couronne de support des aubes (121) s'étendant de part et d'autre d'une extrémité radialement externe de ladite cloison (120), l'aubage (10) comprenant en outre une platine annulaire d'étanchéité (20) rapportée sur la plate-forme annulaire interne (12), du 10 côté amont de la cloison radiale par rapport à un écoulement d'air dans l'aubage, l'aubage (10) étant caractérisé en ce que la platine d'étanchéité (20) est rapportée sur la couronne de support des aubes(121), et en ce qu'elle comporte une rainure circonférentielle (21). 15
- 2. Aubage (10) selon la revendication 1, dans lequel la platine d'étanchéité (20) est réalisée en tôle.
- 3. Aubage (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la platine d'étanchéité (20) est rapportée sur une surface radialement interne (1210) de la 20 couronne de support des aubes (121).
- 4. Aubage (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couronne de support des aubes(121) comprend, sur une surface radialement interne (1210), une gorge annulaire (1212), et la platine d'étanchéité (20) est un 25 anneau élastique fendu comprenant une saillie circonférentielle (22) complémentaire de la gorge.
- 5. Aubage (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la couronne de support des aubes (121) comprend une face amont (1211), et la platine 30 d'étanchéité (20) est rapportée sur la face amont (1211) de la couronne de support (121).
- 6. Aubage (10) selon la revendication précédente, dans lequel la face amont (1211) de la couronne de support des aubes (121) comporte une rainure annulaire(1213), et la platine d'étanchéité (20) est insérée dans ladite rainure sur une bande de largeur (I) correspondant à la profondeur de la rainure (1213), la platine d'étanchéité (20) comportant sur ladite largeur une pluralité d'ergotages (23) répartis régulièrement le long de la circonférence de la platine d'étanchéité (20) pour maintenir la platine (20) en position dans la rainure (1213).
- 7. Turbomachine comprenant au moins un aubage (10) fixe de distribution de flux selon l'une des revendications précédentes.
- 8. Procédé de fabrication d'un aubage (10) selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant les étapes consistant à: - réaliser une rainure annulaire (21) dans une platine annulaire d'étanchéité (20) par emboutissage ou usinage (100), et - rapporter (200) la platine annulaire d'étanchéité (20) sur une couronne de support des aubes (121) d'une plate-forme radialement interne (12) d'un aubage (10) fixe de distribution de flux.
- 9. Procédé de fabrication d'un aubage selon la revendication 8, comprenant en outre, avant de rapporter la platine d'étanchéité (20) sur la couronne de support (121), les étapes consistant à: - réaliser (150) une rainure annulaire (1213) dans une face amont (1211) de la couronne de support, et - réaliser une pluralité d'ergots (23) sur la platine annulaire d'étanchéité (20) par découpe laser et pliage (170), l'étape consistant à rapporter la platine annulaire d'étanchéité (20) sur la couronne de support (121) comportant l'insertion (220) de la platine annulaire d'étanchéité (20) dans la rainure (1213) de la couronne de support.
- 10. Procédé de fabrication d'un aubage selon la revendication 9, dans lequel la rainure annulaire (1213) de la couronne de support est réalisée lors d'une étape de moulage (152) de ladite couronne de support des aubes, par insertion d'un noyau de fonderie (30) dans un moule utilisé pour la formation de ladite couronne.
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