FR3027342A1 - Anneau d'etancheite de turbomachine - Google Patents

Abstract

Anneau d'étanchéité (18') de turbomachine, ayant un axe de révolution et comprenant une paroi annulaire (20) de support d'une couronne en matériau abradable, l'anneau comportant à son extrémité amont des moyens de fixation (32) configurés pour coopérer avec un carter et/un distributeur de la turbomachine, et à son extrémité aval des moyens (50, 52') d'appui axial configurés pour coopérer avec un élément complémentaire dudit carter, lesdits moyens d'appui comportant des premiers moyens (50) comportant au moins une face aval d'appui axial sur ledit élément et des seconds moyens (52') comportant au moins une face amont d'appui axial sur ledit élément, lesdits premiers et seconds moyens étant en outre configurés pour que ledit élément soit monté serré axialement entre eux, caractérisé en ce qu'au moins une partie desdits seconds moyens sont rapportés et fixés sur ladite paroi et sont réalisés dans un matériau différent de celui de la paroi.

Description

Anneau d'étanchéité de turbomachine DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un anneau d'étanchéité de turbomachine, et en particulier de turbine de turbomachine. ETAT DE L'ART Une turbine de turbomachine comprend un ou plusieurs étages comportant chacun un distributeur formé d'une rangée annulaire d'aubes fixes portées par un carter de la turbine, et une roue à aubes montée rotative en général en aval du distributeur. La roue est entourée par un anneau d'étanchéité qui est sectorisé et formé par des secteurs qui sont disposés circonférentiellement bout à bout et qui sont fixés au carter de la turbine. Chaque secteur d'anneau comprend en général une paroi à orientation circonférentielle qui porte un bloc de matière abradable fixé sur la surface interne de la paroi. Ce bloc est par exemple du type en nid d'abeille et est destiné à s'user par frottement sur des léchettes annulaires externes des aubes de la roue, pour former un joint d'étanchéité à labyrinthe et minimiser les jeux radiaux entre la roue et les secteurs d'anneau. Chaque secteur d'anneau comprend à son extrémité amont des moyens de fixation au carter. Chaque secteur d'anneau peut comprendre à son extrémité amont un crochet circonférentiel qui définit une gorge annulaire dans laquelle est engagé, d'une part, un crochet annulaire du carter, et d'autre part, un crochet circonférentiel aval du distributeur situé en amont. Chaque secteur d'anneau comprend à son extrémité aval des moyens d'appui axial sur un crochet sensiblement cylindrique du carter. Chaque secteur d'anneau comprend des premiers moyens s'étendant en amont du crochet et comportant au moins une face aval d'appui axial sur le crochet, et des seconds moyens s'étendant en aval du crochet et comportant au moins une face amont d'appui axial sur le crochet. Le crochet cylindrique du carter est engagé entre les premiers et seconds 30 moyens d'appui et serré axialement entre ces moyens d'appui de façon à immobiliser axialement le secteur d'anneau vis-à-vis du carter. Du fait de ce serrage, les moyens d'appui sont précontraints axialement sur le crochet de carter.

Dans la technique actuelle, la paroi de chaque secteur d'anneau est réalisée d'une seule pièce de fonderie avec les premiers et seconds moyens d'appui. Le matériau métallique utilisé actuellement est relativement rigide et on a constaté des endommagements des seconds moyens d'appui de la paroi, à cause des contraintes liées au montage précité. Dans ce cas de rupture des seconds moyens d'appui, la fonction d'étanchéité de l'anneau n'est plus assurée et le secteur d'anneau peut même se désengager du crochet de carter et endommager le reste de la turbine. La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.

EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention propose ainsi un anneau d'étanchéité de turbomachine, ayant un axe de révolution et comprenant une paroi annulaire de support d'une couronne en matériau abradable, l'anneau comportant à son extrémité amont des moyens de fixation configurés pour coopérer avec un carter et/ou un distributeur de la turbomachine, et à son extrémité aval des moyens d'appui axial configurés pour coopérer avec un élément complémentaire dudit carter, lesdits moyens d'appui comportant des premiers moyens comportant au moins une face aval d'appui axial sur ledit élément et des seconds moyens comportant au moins une face amont d'appui axial sur ledit élément, lesdits premiers et seconds moyens étant en outre configurés pour que ledit élément soit monté serré axialement entre eux, caractérisé en ce qu'au moins une partie desdits seconds moyens sont rapportés et fixés sur ladite paroi et sont réalisés dans un matériau différent de celui de la paroi. Seuls les seconds moyens peuvent être rapportés et fixés sur la paroi de l'anneau. En variante, les premiers et au moins une partie des premiers moyens peuvent être rapportés et fixés sur la paroi de l'anneau. L'invention permet ainsi d'utiliser un matériau pour au moins les seconds moyens d'appui, qui est plus élastique que celui utilisé pour la réalisation de la paroi de l'anneau, et qui autorise le montage en précontrainte axiale de l'anneau. Le risque de rupture des seconds moyens d'appui est donc limité voire supprimé. Les premiers moyens d'appui peuvent être conformés pour résister aux contraintes liées au montage précité lorsqu'ils ne sont pas rapportés sur la paroi mais sont obtenus de matière avec celle-ci.

L'anneau selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou en combinaison les unes avec les autres : - lesdits premiers moyens et ladite paroi sont réalisés d'une seule pièce, par exemple de fonderie, - lesdits seconds moyens sont rapportés et fixés sur une face radialement externe de ladite paroi, - l'anneau est sectorisé et comprend plusieurs secteurs disposés circonférentiellement bout à bout, lesdits seconds moyens étant rapportés et fixés sur la paroi de chaque secteur d'anneau, - les seconds moyens de chaque secteur d'anneau comprennent au moins un rail à section sensiblement en L, ledit rail comportant une première patte appliquée et fixée sur la paroi dudit secteur d'anneau, et une seconde patte, sensiblement perpendiculaire à la première patte, ladite seconde patte s'étendant en saillie sur ladite paroi et définissant ladite au moins une face amont d'appui axial sur ledit crochet de carter, - chaque secteur d'anneau comporte deux rails ou plus, - chaque secteur d'anneau comporte un rail au voisinage de chacune de ses extrémités circonférentielles, - chaque rail définit une partie desdits premiers moyens d'appui, - ledit rail est monté dans un évidement de ladite paroi, - ledit rail a une orientation sensiblement circonférentielle et s'étend sur une majeure partie de la dimension circonférentielle dudit secteur d'anneau, - ladite seconde patte du rail comprend deux parties d'extrémité circonférentielles définissant respectivement deux faces amont d'appui axial sur ledit crochet de carter, - ladite seconde patte du rail comprend, entre lesdites parties d'extrémité, une partie médiane qui est configurée pour ne pas être mise en précontrainte axiale contre ledit crochet de carter, - lesdites parties d'extrémité sont déformées, et par exemple rabattues vers l'amont, - lesdites parties d'extrémité sont séparées de ladite partie médiane par des encoches axiales traversantes formées dans ladite seconde patte du rail, et - ledit élément complémentaire peut être un crochet sensiblement cylindrique du carter. La présente invention concerne également une turbomachine, comportant au moins un anneau d'étanchéité tel que décrit ci-dessus.

DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages 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'une turbine de turbomachine ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un secteur d'anneau d'étanchéité selon la technique antérieure ; - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un secteur d'anneau d'étanchéité selon l'invention ; - la figure 4 est une vue schématique à plus grande échelle d'une partie du secteur d'anneau de la figure 3, - la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un secteur d'anneau d'étanchéité selon une variante de réalisation de l'invention, - la figure 6 est une vue schématique à plus grande échelle d'une partie du secteur d'anneau de la figure 5, - la figure 7 est une vue schématique en perspective du rail du secteur d'anneau de la figure 5, - la figure 8 est une vue schématique en perspective d'un secteur d'anneau d'étanchéité selon une autre variante de réalisation de l'invention, - la figure 9 est une vue schématique à plus grande échelle d'une partie du secteur d'anneau de la figure 8, - la figure 10 est une vue schématique en perspective du rail du secteur d'anneau de la figure 8.

DESCRIPTION DETAILLEE On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une turbine 10, ici basse-pression, d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, cette turbine comportant plusieurs étages (dont un seul est ici représenté) comportant chacun un distributeur 12 formé d'une rangée annulaire d'aubes fixes portées par un carter 14 de la turbine, et une roue à aubes 16 montée en aval du distributeur 12 et tournant dans un anneau d'étanchéité 18 fixé au carter 14. L'anneau 18 est sectorisé et formé de plusieurs secteurs qui sont portés circonférentiellement bout à bout par le carter 14 de la turbine.

Chaque secteur d'anneau 18 comprend une paroi tronconique 20 et un bloc 22 de matière abradable fixé par brasage et/ou soudage sur la surface radialement interne de la paroi 20, ce bloc 22 étant du type en nid d'abeille et étant destiné à s'user par frottement sur des léchettes annulaires externes 24 des aubes de la roue 16 pour minimiser les jeux radiaux entre la roue et les secteurs d'anneau 18. Les blocs 22 forment une couronne. Chaque secteur d'anneau 18 comprend à son extrémité amont un crochet circonférentiel 32 à section en C ou U dont l'ouverture débouche vers l'amont et qui est engagé axialement depuis l'aval sur un crochet cylindrique 34 orienté vers l'aval du distributeur 12 situé en amont des secteurs d'anneau 18, d'une part, et sur un rail cylindrique 36 du carter 14 sur lequel est accroché ce distributeur, d'autre part. Le crochet 32 de chaque secteur d'anneau 18 comprend deux parois circonférentielles 38 et 40 s'étendant vers l'amont, radialement externe et radialement interne respectivement, qui sont reliées entre elles à leurs extrémités aval par une paroi médiane de fond 42 sensiblement radiale, et qui s'étendent respectivement radialement à l'extérieur et à l'intérieur du rail 36, la paroi interne 40 maintenant radialement le crochet 34 du distributeur contre le rail 36. Le maintien circonférentiel du distributeur 12 est assuré par l'intermédiaire d'un pion anti-rotation 44 qui est porté par le carter 14 et est engagé dans une encoche du distributeur 12. Son maintien axial vers l'aval est assuré par un jonc annulaire 46 fendu qui est monté dans une gorge annulaire 48 du rail 36, qui débouche radialement vers l'intérieur. Le crochet 34 du distributeur 12 est en appui axial vers l'aval sur le jonc 46 qui est maintenu radialement dans la gorge du rail de carter par la paroi interne 40, qui s'étend radialement à l'intérieur du jonc 46. En variante, la fonction d'arrêt axial du jonc 46 peut être assurée directement par le rail de carter 36. Les extrémités aval des secteurs d'anneau 18 sont maintenues radialement sur un crochet cylindrique 30 du carter par le distributeur situé en aval des secteurs d'anneau. Les secteurs d'anneau 18 sont en appui radial vers l'extérieur sur une face cylindrique radialement interne du rail 30 du carter, et vers l'intérieur sur une face cylindrique radialement externe d'un rebord cylindrique 28 du distributeur aval. Les extrémités aval des secteurs d'anneau 18 sont en outre précontraintes axialement sur le crochet cylindrique 30 du carter. Pour cela, les secteurs d'anneau 18 comprennent à leurs extrémités aval des premiers moyens d'appui axial 50 qui s'étendent en amont du crochet 30 et qui comprennent une face aval d'appui axial sur l'extrémité amont du crochet 30, et des seconds moyens d'appui axial 52 qui s'étendent en aval du crochet 30 et qui comportent au moins une face amont d'appui axial sur ledit crochet. Le crochet 30 est serré axialement entre les moyens 50, 52.

Comme cela est mieux visible en figure 2 (dans laquelle le secteur d'anneau est représenté sans son bloc abradable), les premiers moyens d'appui 50 de chaque secteur d'anneau 18 sont formés par un épaulement circonférentiel qui s'étend sur toute la dimension circonférentielle du secteur d'anneau 18. Les seconds moyens d'appui 52 comprennent deux nervures circonférentielles qui sont coplanaires et à distance circonférentielle l'une de l'autre, et sont situées respectivement au voisinage des extrémités circonférentielles du secteur 18. Comme expliqué dans ce qui précède, dans la technique antérieure représentée par la figure 2, les moyens d'appui 50, 52 sont formés d'une seule pièce de fonderie avec la paroi 20, dans un matériau relativement rigide. Les nervures des seconds moyens 52 sont usinées dans la masse de la pièce fondue et sont configurées pour être mises en précontrainte axiale sur le crochet 30 en position de montage représentée en figure 1. Cependant, le matériau utilisé pour la réalisation de la paroi 20 n'est pas adapté pour résister à la précontrainte axiale précitée et les nervures s'endommagent prématurément.

L'invention permet de résoudre ce problème grâce à au moins une partie des seconds moyens d'appui 52' qui sont rapportés et fixés, par exemple par brasage, sur la paroi 20 et sont réalisés dans un matériau différent de celui de la paroi. Les figures 3 et 4 représentent un premier exemple de réalisation d'un secteur d'anneau d'étanchéité 18' selon l'invention, son bloc abradable (similaire à celui décrit dans ce qui précède et représenté en figure 1) n'étant pas non plus représenté ici pour plus de clarté. Le secteur d'anneau 18' diffère de celui 18 décrit dans ce qui précède essentiellement par ses seconds moyens d'appui 52', qui comprennent ici un rail circonférentiel 54 à section sensiblement en L.

Le rail 54 comporte une première patte circonférentielle 56, sensiblement axiale, appliquée et fixée sur une face radialement externe de la paroi 20 du secteur d'anneau 18', et une seconde patte circonférentielle 58, sensiblement radiale, qui est sensiblement perpendiculaire à la première patte 56 et qui est en saillie sur ladite face de la paroi 20. La première patte 56 du rail 54 peut être logée dans un évidement 59 de forme complémentaire de la paroi 20, comme cela est visible dans les dessins.

Le rail 54 s'étend sur une majeure partie de la dimension circonférentielle du secteur d'anneau 18' et est à distance circonférentielle des extrémités circonférentielles du secteur. Le rail 54 est ici sensiblement centré vis-à-vis de la paroi 20 du secteur 18'. La seconde patte 58 du rail 54 comprend essentiellement trois parties, une partie médiane 60, et deux parties d'extrémité circonférentielles 62, situées de part et d'autre 10 de la partie médiane 60, et comportant chacune une face amont 64 d'appui axial sur le crochet de carter 30. La seconde patte 58 du rail 54 comprend deux encoches 66 traversantes axialement, chacune de ces encoches 66 séparant la partie médiane 60 d'une partie d'extrémité 62. 15 Avantageusement, les parties d'extrémité 62 du rail 54 sont déformées vers l'amont de façon à ce que leurs extrémités radialement externes libres soient situées plus en amont que l'extrémité radialement externe libre de la partie médiane 60. En position de montage, les parties d'extrémité 62 sont en appui axial, par l'intermédiaire de leurs faces 64, sur l'extrémité aval du crochet de carter 30 qui est 20 serré axialement entre ces parties d'extrémité 62 et lesdits premiers moyens d'appui 50. La partie médiane 60 du rail 54 peut ne pas être en précontrainte axiale sur le crochet 30. Elle peut affleurer le crochet 30 voire être à distance axiale de celui-ci. Dans le cas où les parties d'extrémité 62 seraient usées, du fait de leur frottement sur le crochet 30 par exemple, la partie médiane 60 du rail 54 formerait une butée axiale empêchant le 25 secteur d'anneau 18' de se désolidariser du carter 30. La partie médiane 60 du rail 54 forme ainsi un moyen de sécurité. Les figures 5 à 7 représentent une variante de réalisation d'un secteur d'anneau 18' selon l'invention. Ce secteur d'anneau 18' diffère de celui des figures 3 et 4 essentiellement en ce que le rail circonférentiel 54 est ici remplacé par deux rails 54' 30 indépendants à section sensiblement en L. Chaque rail 54' comporte une première patte 56' sensiblement plane et axiale, appliquée et fixée sur une face radialement externe de la paroi 20 du secteur d'anneau 18', et une seconde patte 58', sensiblement plane et radiale, qui est sensiblement perpendiculaire à la première patte 56' et qui est en saillie sur ladite face de la paroi 20. La première patte 56' de chaque rail 54' peut être logée dans un évidement 59' de forme complémentaire de la paroi 20, comme cela est visible aux figures 5 et 6.

Chaque rail 54' est situé au voisinage d'une extrémité circonférentielle du secteur d'anneau 18' et est à distance circonférentielle de l'autre rail 54'. La seconde patte 58' de chaque rail 54' comprend une face amont 64' d'appui axial sur le crochet de carter 30. En position de montage, les secondes pattes 58' des rails 54' sont en appui axial, par l'intermédiaire de leurs faces 64', sur l'extrémité aval du crochet de carter 30 qui est serré axialement entre ces pattes 58' et lesdits premiers moyens d'appui 50. La paroi 20 du secteur d'anneau 18' peut comprendre une nervure externe 60' qui s'étend sensiblement entre les secondes pattes 58' des rails 54' et est sensiblement alignées avec ces dernières. Cette nervure 60' a une orientation circonférentielle et est située sensiblement au milieu de la paroi. Elle forme une butée axiale empêchant le secteur d'anneau 18' de se désolidariser du carter 30 en cas d'endommagement ou rupture des rails 54'. La nervure 60' forme ainsi un moyen de sécurité. Les figures 8 à 10 représentent une variante de réalisation d'un secteur d'anneau 18' selon l'invention. Ce secteur d'anneau 18' diffère de celui des figures 5 et 7 essentiellement en ce que chaque rail circonférentiel 54" comprend une partie 50' des premiers moyens d'appui 50. Chaque rail a en section une forme sensiblement en U dans l'exemple représenté. Chaque rail 54" comporte une première patte 56" sensiblement plane et axiale, appliquée et fixée sur une face radialement externe de la paroi 20 du secteur d'anneau 18', une seconde patte 58", sensiblement plane et radiale, qui est sensiblement perpendiculaire à la première patte 56' et qui est en saillie à une extrémité aval de la première patte 56", et une troisième patte, sensiblement plane et radiale, qui est sensiblement perpendiculaire à la première patte 56" et qui est en saillie à une extrémité amont de la première patte 56" pour former ladite partie 50' des premiers moyens d'appui 50. La première patte 56" de chaque rail 54" peut être logée dans un évidement 59" de forme complémentaire de la paroi 20, comme cela est visible aux figures 8 et 9.

Chaque rail 54" est situé au voisinage d'une extrémité circonférentielle du secteur d'anneau 18' et est à distance circonférentielle de l'autre rail 54". La seconde patte 58" de chaque rail 54" comprend une face amont 64" d'appui axial sur le crochet de carter 30. La partie 50' de chaque rail 54" comprend une face aval 65" d'appui axial sur le crochet de carter 30. En position de montage, les rails 54" sont en appui axial, par l'intermédiaire de leurs faces 64", 65" sur le crochet de carter 30 qui est serré axialement par les rails 54". La paroi 20 du secteur d'anneau 18' peut comprendre une nervure externe 60" qui s'étend sensiblement entre les secondes pattes 58" des rails 54" et est sensiblement alignées avec ces dernières. Cette nervure 60" a une orientation circonférentielle et est située sensiblement au milieu de la paroi. Elle forme une butée axiale empêchant le secteur d'anneau 18' de se désolidariser du carter 30 en cas d'endommagement ou rupture des rails 54". La nervure 60" forme ainsi un moyen de sécurité. Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, la paroi 20 et les premiers moyens d'appui 50 de chaque secteur d'anneau 18' sont réalisés en MarM509® et le ou les rails 54, 54', 54" sont réalisés en HA188® ou Hastelloy® X.20

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Anneau d'étanchéité (18') de turbomachine, ayant un axe de révolution (A) et comprenant une paroi annulaire (20) de support d'une couronne (22) en matériau abradable, l'anneau comportant à son extrémité amont des moyens de fixation (32) configurés pour coopérer avec un carter (14) et/ou un distributeur (12) de la turbomachine, et à son extrémité aval des moyens (50, 52') d'appui axial configurés pour coopérer avec un élément (30) complémentaire dudit carter, lesdits moyens d'appui comportant des premiers moyens (50) comportant au moins une face aval d'appui axial sur ledit élément et des seconds moyens (52') comportant au moins une face amont (64, 64', 64") d'appui axial sur ledit élément, lesdits premiers et seconds moyens étant en outre configurés pour que ledit élément soit monté serré axialement entre eux, caractérisé en ce qu'au moins une partie desdits seconds moyens sont rapportés et fixés sur ladite paroi et sont réalisés dans un matériau différent de celui de la paroi.
2. 2. Anneau (18') selon la revendication 1, dans lequel lesdits seconds moyens (52') sont rapportés et fixés sur une face radialement externe de ladite paroi (20).
3. 3. Anneau (18') selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'anneau est sectorisé et comprend plusieurs secteurs disposés circonférentiellement bout à bout, lesdits seconds moyens (52') étant rapportés et fixés sur la paroi (20) de chaque secteur d'anneau et comprenant au moins un rail (54, 54', 54") à section sensiblement en L, ledit rail comportant une première patte (56, 56', 56") appliquée et fixée sur la paroi (20) dudit secteur d'anneau, et une seconde patte (58, 58', 58"), sensiblement perpendiculaire à la première patte, ladite seconde patte s'étendant en saillie sur ladite paroi et définissant ladite au moins une face amont (64, 64', 64") d'appui axial sur ledit élément de carter (30).
4. 4. Anneau (18') selon la revendication 3, dans lequel chaque secteur d'anneau comporte deux rails (54', 54") ou plus.
5. 5. Anneau (18') selon la revendication 4, dans lequel chaque secteur d'anneau comporte un rail (54', 54") au voisinage de chacune de ses extrémités circonférentielles.
6. 6. Anneau (18') selon la revendication 5, dans lequel chaque rail (54', 54") définit une partie (50') desdits premiers moyens d'appui (50).
7. 7. Anneau (18') selon la revendication 3, dans lequel ledit rail (54) a une orientation sensiblement circonférentielle et s'étend sur une majeure partie de la dimension circonférentielle dudit secteur d'anneau.
8. 8. Anneau (18') selon la revendication 7, dans lequel ladite seconde patte (58) du rail (54) comprend deux parties d'extrémité circonférentielles (62) définissant respectivement deux faces amont (64) d'appui axial sur ledit élément de carter (30).
9. 9. Anneau (18') selon la revendication 8, dans lequel ladite seconde patte (58) du rail (54) comprend, entre lesdites parties d'extrémité (62), une partie médiane (60) qui est configurée pour ne pas être mise en précontrainte axiale contre ledit élément de carter (30).
10. 10. Anneau (18') selon la revendication 9, dans lequel lesdites parties d'extrémité (62) sont séparées de ladite partie médiane (60) par des encoches axiales (66) traversantes formées dans ladite seconde patte (58) du rail (54).
11. 11. Anneau (18') selon l'une des revendications 3 à 10, dans lequel le ou chaque rail (54, 54', 54") est monté dans un évidement (59, 59', 59") de ladite paroi.