FR3002971A1

FR3002971A1 - Dispositif de ventilation d'un carter de stator d'une turbomachine, comprenant un ajustement sur des circonferences

Info

Publication number: FR3002971A1
Application number: FR1352018A
Authority: FR
Inventors: Bertrand Pellaton; Wilfried Lionel Schweblen
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-09-12
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: FR3002971B1

Abstract

Le dispositif ramifié de ventilation d'un carter de stator (7) délimitant la veine d'écoulement des gaz chauds, et qui comporte des rampes de soufflage composées de portions (26a, 26b, 26c, 26d) s'étendant sur des secteurs de cercle, est amélioré en équipant lesdites portions de vannes (27) individuelles à commande indépendante, afin d'ajuster les intensités de gaz de rafraîchissement sur les circonférences du carter (7) et de rétablir la circularité de sa forme si les dilatations thermiques l'on compromise.

Description

DISPOSITIF DE VENTILATION D'UN CARTER DE STATOR D'UNE TURBOMACHINE, COMPRENANT UN AJUSTEMENT SUR DES CIRCONFERENCES DESCRIPTION Le sujet de l'invention présente est un dispositif de ventilation d'un carter de stator d'une turbomachine, comprenant un ajustement en direction de la circonférence. Des dispositifs de ventilation se retrouvent dans les turbomachines de l'aéronautique, afin de souffler du gaz frais (normalement de l'air sous pression, soutiré d'un autre endroit de la machine) sur certaines parties du carter de stator, notamment les turbines, qui sont soumises à la chaleur de l'écoulement des gaz chauds en aval de la chambre de combustion. Un premier but essentiel du soufflage est de rafraîchir le carter de stator et de le protéger d'échauffements excessifs. Un autre but, obtenu en réglant le rafraîchissement du stator et sa dilatation thermique, est de régler le jeu qu'il fait avec le rotor et d'optimiser le rendement de la machine, en limitant les fuites. Un autre but encore est d'uniformiser les déplacements des crochets de support des distributeurs (étages circulaires d'aubes fixes) appartenant au carter de stator, afin de limiter les basculements dus aux dilatations thermiques de ces distributeurs et de maintenir donc la concentricité entre les distributeurs et l'axe de la machine. Les dispositifs de ventilation comprennent typiquement un réseau ramifié de conduits comprenant au moins un conduit d'amenée de gaz originaire de l'endroit où le gaz de ventilation est soutiré, qui prélève ce gaz de l'écoulement principal et s'étend en direction axiale de la machine. Le conduit d'amenée débouche dans au moins un boîtier de distribution auquel se raccordent d'autres conduits appelés rampes et s'étendant en arcs de cercle dans des sections transversales successives du stator. Les rampes sont munies d'orifices, soufflant le gaz frais dans des chambres du stator situées derrière la paroi du stator délimitant la veine de circulation des gaz chauds et réglant donc la température et la dilatation thermique de cette paroi. Une vanne de réglage d'ouverture, commandée automatiquement selon le régime et l'altitude de la machine, est disposée sur le conduit d'amenée pour ajuster le débit de gaz de ventilation qui le parcourt et ainsi l'intensité de la ventilation. On se reportera aux documents US 5 586 860, 5 915 919, 5 964 575, 6 149 074, 6 666 645 et 6 896 038 pour prendre connaissance plus en détail de plusieurs conceptions de dispositifs de ventilation.

Si donc la ventilation des carters de stator obéit à des critères divers, un réglage satisfaisant des jeux avec le rotor doit normalement être recherché pour éviter soit des pertes de rendement résultant de jeux excessifs, soit de l'usure par frottement (normalement aux garnitures d'abradable s'étendant devant les extrémités libres des aubes) si ces jeux deviennent nuls.

Or on constate que les jeux entre le rotor et le stator dépendent non seulement de la température des gaz chauds s'écoulant entre eux, mais d'autres causes dont certaines peuvent engendrer des irrégularités des dilatations thermiques dans la direction angulaire de la machine. On peut citer parmi ces causes des distorsions mécaniques ou thermiques aux sommets des roues d'aubes mobiles du rotor et des distributeurs (étages circulaires d'aubes fixes du stator). Ces jeux sont appelés « tridimensionnels » ou « 3D » et limitent donc l'intérêt du pilotage des jeux par débits d'air régulés. L'objet de l'invention est d'améliorer les dispositifs existants de ventilation afin de réduire aussi les jeux tridimensionnels variables sur la circonférence de la machine. Sous une forme générale, l'invention concerne ainsi un dispositif de ventilation d'un carter de stator d'une turbomachine, comprenant un réseau ramifié de conduits, le réseau comprenant au moins un conduit d'amenée d'un gaz de ventilation en surpression, au moins un boîtier auquel mène le conduit d'amenée, et des rampes se raccordant au boîtier et s'étendant en arcs de cercle sur des circonférences successives du stator, les rampes comprenant des portions s'étendant dans des sens angulaires opposés à partir du boîtier, caractérisé en ce que certaines au moins desdites portions de rampes sont munies de vannes, lesdites vannes étant commandées indépendamment en permettant différents états d'ouverture desdites portions.

Les vannes permettent donc d'ajuster les débits d'air dans chacune des rampes et donc dans chacune des portions de circonférence sur lesquelles elles sont disposées : l'invention permettra de rétablir la forme circulaire du carter de stator par une irrégularité judicieuse du débit de ventilation sur chaque circonférence munie de rampes de soufflage. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, en liaison aux figures suivantes, qui en illustrent une réalisation possible : - la figure 1 illustre une turbomachine connue et l'emplacement possible de l'invention ; - les figures 2 et 3 illustrent un dispositif de ventilation antérieur ; et - les figures 4 et 5 illustrent une réalisation de l'invention. Une turbomachine d'avion connue est représentée à la figure 1 et comprend un rotor 1 tournant dans l'axe de la machine et entouré par un stator 2; une veine 12 d'écoulement des gaz s'étend entre eux, et l'écoulement parcourt successivement un compresseur à basse pression 3, un compresseur à haute pression 4, une chambre de combustion 13, une turbine à haute pression 5 et une turbine à basse pression 6. Le dispositif de ventilation dont il sera question ici a pour origine un point de prélèvement 14, qui est une écope située dans une veine secondaire 30 périphérique en aval des compresseurs, et il s'étend dans la structure du stator 2, vers l'aval, jusqu'à la turbine à basse pression 6. Cette dernière comprend des étages de distributeurs 8 (aubes fixes) fixés à un carter de stator 7 et alternant avec des étages d'aubes mobiles 9, fixées au rotor 1, en direction axiale de la machine. Le carter de stator 7, qui délimite la veine 12 d'écoulement des gaz chauds, est muni d'anneaux d'abradable 10 devant le bord extérieur des aubes mobiles 9. Les jeux entre les différentes pièces du rotor 1 et du stator 2, et notamment entre les aubes mobiles 9 et l'abradable 10, sont réglés par le dispositif de ventilation, en réglant le débit soutiré de l'écoulement au point de prélèvement et soufflé dans des chambres 11, donnant sur le carter de stator 7, derrière la veine 12 d'écoulement des gaz. Les figures 2 et 3 représentent un dispositif traditionnel de ventilation. Il comprend un conduit 21 d'amenée du débit d'air de soufflage, originaire d'une entrée d'air 22 située au point de prélèvement 14 et s'étendant essentiellement dans l'axe X de la turbomachine. Il est muni d'une vanne 23 de réglage du débit pouvant prendre divers états de fermeture, de manière à ajuster, de manière continue et progressive, le débit d'air parcourant le conduit 21, en fonction des régimes de la machine et de ses circonstances de fonctionnement, au moyen d'une programmation antérieure et immuable, définie par des essais préliminaires. Le dispositif de commande, embarqué dans l'avion, est connu et non représenté. Le débit d'écoulement autorisé par la vanne 23 détermine la puissance calorifique du rafraîchissement, et l'importance de la contraction thermique du stator 2 qui en résulte. Le conduit d'amenée 21 finit sur une bifurcation 24, composée de deux branches dont chacune mène à un boîtier 25 respectif. Des rampes 26 s'embranchent sur les boîtiers 25, chacune comprenant deux portions 26a et 26b, ou 26c et 26d, s'étendant dans des sens opposés, en direction angulaire du stator 2, sur un quart de tour hors d'un boîtier 25 respectif. Les boîtiers 25 sont diamétralement opposés, et les rampes 26 des deux boîtiers 25 sont distribuées sur les mêmes sections transversales de la turbomachine, de sorte que leurs portions 26a, 26b, 26c et 26d forment des cercles presque continus. Une ouverture 28 ménagée au centre de chacune des rampes 26 et donnant dans le boîtier 25 associé permet au contenu gazeux de celui-ci d'entrer dans la rampe 26 et de parcourir l'une ou l'autre de ses portions 26a, 26b ou 26c, 26d avant de la quitter par des orifices de soufflage. Conformément à l'invention, représentée aux figures 4 et 5, la vanne 23 unique est remplacée par des vannes 27, situées sur chacune des portions 26a, 26b, 26c et 26d des rampes 26, par exemple près de la sortie des boîtiers 25. Comme la vanne 23, les vannes 27 sont à fermeture progressive et sont commandées par un système logique en fonction du régime atteint par la machine et éventuellement d'autres paramètres, d'une façon déterminée par des mesures faites au cours d'essais antérieurs. Il est possible ici, et conforme à l'invention, de commander indépendamment chacune des vannes 27 et de faire passer un débit de rafraîchissement différent par chacune des portions 26a, 26b, 26c et 26d des rampes 26, appartenant à une même circonférence et une même section transversale de la machine, et donc d'instaurer des contractions variables sur la circonférence du stator, ce qui rend possible d'atténuer les défauts de circularité que les dilatations thermiques différentielles ont pu faire apparaître sur le carter de stator 7. Le dispositif de commande est embarqué dans l'avion et conforme à l'art connu si ce n'est qu'il commande plusieurs vannes 27 au lieu d'une seule (23). Les dispositions de l'invention peuvent être présentes sur toutes les rampes 26 et portions de rampes 26a, 26b, 26c et 26d du réseau de ventilation ou sur une partie seulement d'entre elles, sans que la nature de l'invention soit modifiée.

Claims

REVENDICATIONS1) Dispositif de ventilation d'un carter de stator d'une turbomachine, comprenant un réseau ramifié de conduits, le réseau comprenant au moins un conduit d'amenée (21) d'un gaz de ventilation en surpression, au moins un boîtier (25) auquel mène le conduit d'amenée, et des rampes (26) se raccordant au boîtier et s'étendant en arcs de cercle sur des circonférences successives du stator, les rampes comprenant des portions (26a, 26b, 26c, 26d) s'étendant dans des sens angulaires opposés à partir du boîtier, caractérisé en ce que certaines au moins desdites portions de rampes sont munies de vannes, lesdites vannes étant commandées indépendamment en permettant différents états d'ouverture desdites portions.
2) Dispositif de ventilation d'un carter de stator suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux boîtiers (25a, b) opposés, les portions (26a, 26b, 26c, 26d) de rampe s'étendent sur des quarts de cercle, et chacune des portions de rampe qui s'étendent dans au moins une même circonférence du stator est munie d'une desdites vannes.