FR3027343B1 - Ensemble rotatif pour turbomachine comprenant un anneau de stator auto-porte - Google Patents

Abstract

Le présent exposé concerne un ensemble rotatif pour turbomachine permettant un meilleur contrôle du jeu radial entre deux pièces coaxiales. Il comprend un rotor comportant au moins deux étages rotoriques consécutifs (10a, 10b) munis d'une pluralité d'aubes mobiles (20), et une virole de rotor (50), annulaire, reliant lesdits deux étages rotoriques consécutifs (10a, 10b) ; un stator comportant au moins un étage statorique (11), muni d'une pluralité d'aubes fixes (30), prévu entre lesdits deux étages rotoriques consécutifs (10a, 10b), et un anneau de stator (60), annulaire, monté sur lesdites aubes fixes (30) ; l'un (50) des éléments parmi la virole de rotor et l'anneau de stator porte au moins une léchette (51) configurée pour coopérer avec une piste abradable (21) portée par l'autre (60) desdits éléments ; l'anneau de stator (60) est monté sur les aubes fixes (30) par l'intermédiaire d'un dispositif d'accrochage mettant en jeu une pluralité de fentes radiales (66), chaque fente étant pratiquée dans une patte radiale (63) de l'anneau de stator (60) ou une patte radiale (35) solidaire des aubes fixes (31), et une pluralité de pions (67), chaque pion (67) étant porté par une patte radiale (63) de l'anneau de stator (60) ou une patte radiale (35) solidaire des aubes fixes (30) et configuré pour s'engager dans une fente correspondante (66) desdites fentes radiales.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION

Le présent exposé concerne un ensemble rotatif pourturbomachine, de préférence du type turbine, permettant un meilleurcontrôle du jeu radial entre deux pièces coaxiales. Le présent exposés'intéresse principalement au domaine des turboréacteurs d'avion maispeut s'appliquer de manière plus générale à tout type de turbomachine,dans le domaine aéronautique ou non.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

Dans une turbine de turbomachine, le rotor est entraîné par l'air dela veine qui se détend au niveau des aubes rotoriques, cédant à cetteoccasion une partie de son énergie à ces dernières. Toutefois, on constatefréquemment qu'une part de l'air de veine, généralement appelée« bypass », contourne les plates-formes internes et externes des aubageset ne se détend donc pas au niveau des aubages, ce qui réduit lesperformances de la turbine.

Afin de limiter cette circulation d'air inefficace qui contourne lesaubes, les têtes des aubes mobiles du rotor sont généralement équipéesde léchettes adaptées pour entailler une piste de matériau abradableportée par le stator, assurant ainsi l'étanchéité de la veine en tête desaubes mobiles. Un dispositif analogue est prévu pour les aubes fixes (oudistributeurs) : une virole dite « labyrinthe » est en effet prévue entredeux roues d'aubes mobiles et porte des léchettes adaptées pour entaillerune piste de matériau abradable portée par le pied des aubes fixes,assurant ainsi l'étanchéité de la veine au pied des aubes fixes.

Toutefois, pour que ce système soit efficace, il est important deminimiser les jeux radiaux séparant les léchettes des pistes abradables.Or, une température élevée et hétérogène régnant dans la turbine, desphénomènes de dilatation différentielle de certains éléments peuventi survenir et modifier les jeux entre certaines pièces, en particulier entrecertaines pièces réalisées dans des matériaux différents ou situées plus oumoins à proximité de la veine d'air et donc soumises à des températuresplus ou moins élevées. Par exemple, le déplacement radial de la virolelabyrinthe est inférieur à celui des aubes fixes : dès lors, on observe unei augmentation du jeu séparant les léchettes portées par la virole labyrinthede la piste abradable portée par les aubes fixes, et donc une augmentation de la circulation de contournement et une réduction desperformances de la turbine.

Pour résoudre ce problème et rectifier ces jeux en fonctionnement,un système de vannes permet aujourd'hui de faire circuler de l'air froid lelong de la paroi extérieure du carter de turbine afin de refroidir ce dernieret donc de contrôler sa dilatation, ce qui influe sur les jeux radiaux, lesaubes fixes étant fixées sur ce carter. Toutefois, un tel système al'inconvénient de prélever un débit important d'air frais qui ne peut alorsservir à d'autres équipements de la turbomachine.

Un autre inconvénient des turbines actuelles réside dans le fait quela dilatation différentielle apparaissant entre la virole labyrinthe, oul'anneau portant la piste abradable, et les organes sur lesquels ils sontmontés engendre des contraintes mécaniques importantes à l'interfaceentre ces pièces, entraînant leur endommagement précoce et donc uneréduction de leur durée de vie.

Il existe donc un réel besoin pour un ensemble rotatif pourturbomachine qui soit dépourvu, au moins en partie, des inconvénientsinhérents aux configurations connues précitées.

PRESENTATION DE L’INVENTION

Le présent exposé concerne un ensemble rotatif pourturbomachine, du type turbine ou compresseur, comprenant un rotorcomportant au moins deux étages rotoriques consécutifs munis d'unepluralité d'aubes mobiles, et une virole de rotor, annulaire, reliant lesditsdeux étages rotoriques consécutifs ; un stator comportant au moins unétage statorique, muni d'une pluralité d'aubes fixes, prévu entre lesditsdeux étages rotoriques consécutifs, et un anneau de stator, annulaire,monté sur lesdites aubes fixes ; dans lequel l'un des éléments parmi lavirole de rotor et l'anneau de stator porte au moins une léchetteconfigurée pour coopérer avec une piste abradable portée par l'autredesdits éléments ; l'anneau de stator est monté sur les aubes fixes parl'intermédiaire d'un dispositif d'accrochage mettant en jeu une pluralité defentes radiales, chaque fente étant pratiquée dans une patte radiale del'anneau de stator ou une patte radiale solidaire des aubes fixes, et unepluralité de pions, chaque pion étant porté par une patte radiale del'anneau de stator ou une patte radiale solidaire des aubes fixes et configuré pour s'engager dans une fente correspondante desdites fentesradiales.

Dans le présent exposé, les termes « longitudinal »,« transversal », « inférieur », « supérieur », « sous », « sur », et leursdérivés sont définis par rapport à la direction principale des aubes ; lestermes « axial », « radial », « tangentiel », « intérieur », « extérieur » etleurs dérivés sont quant à eux définis par rapport à l'axe principal de laturbomachine ; on entend par « plan axial » un plan passant par l'axeprincipal de la turbomachine et par « plan radial » un plan perpendiculaireà cet axe principal ; enfin, les termes « amont » et « aval » sont définispar rapport à la circulation de l'air dans la turbomachine.

Dans un tel ensemble rotatif, grâce à ce dispositif d'accrochage,l'anneau de stator est monté sur les aubes fixes mais ses mouvements dedilatation/contraction radiaux sont totalement décorrélés de ceux desaubes fixes. En effet, lorsque la dilatation des aubes fixes est plusimportante que celle de l'anneau de stator, en raison par exemple d'unetempérature plus élevée ou d'un matériau ayant un coefficient dedilatation plus élevé, les pions du dispositif d'accrochage peuvent sedéplacer librement dans les fentes radiales et ne communiquent donc pasleur mouvement à l'anneau de stator. Dès lors, l'anneau de stator et les aubes fixes peuvent se dilater demanière différente sans que des contraintes mécaniques radialesn'apparaissent à l'interface entre ces pièces, ce qui prolonge la durée devie de l'ensemble rotatif.

En outre, la dilatation des aubes fixes, généralement importante,n'influe plus sur la position radiale de l'anneau de stator : cette positionest désormais régie uniquement par les propriétés propres à l'anneau destator (notamment son coefficient de dilatation thermique) et satempérature, et ne dépend plus d'une longue chaîne de déformations dedifférentes pièces montées les unes sur les autres. Ainsi, il est facile decontrôler la position de l'anneau de stator et de limiter le jeu séparant lesléchettes et la bande abradable coïncidente en agissant sur cesparamètres, notamment en choisissant un matériau à faible coefficient dedilatation thermique. En outre, un système de refroidissement du carterdans le seul but de contrôler ces jeux est superflu puisque l'anneau de stator n'est plus lié radialement au carter, ce qui permet d'économiser del'air frais pour d'autres équipements.

Il faut en tout état de cause souligner que si l'anneau de stator estlibre de se déplacer en dilatation/contraction radiale autour de l'axeprincipal de l'ensemble rotatif, ce dispositif d'accrochage permet debloquer tangentiellement l'anneau de stator : ce dernier ne peut donctourner et reste ainsi solidaire du stator. Les pattes radiales solidaires desaubes fixes et portées par l'anneau de stator peuvent égalementpermettre de caler axialement l'anneau de stator par rapport aux aubesfixes.

En outre, si au moins deux fentes radiales sont dirigées selon deuxdirections différentes, ce dispositif d'accrochage permet de centrerautomatiquement l'anneau de rotor sur l'axe principal de l'ensemblerotatif.

Dans certains modes de réalisation, chaque fente radiale dudispositif d'accrochage est pratiquée dans une patte radiale de l'anneau destator.

Dans certains modes de réalisation, chaque pion du dispositifd'accrochage est porté par une patte radiale solidaire des aubes fixes.

Dans certains modes de réalisation, un anneau de distributeurréunit les pieds des aubes fixes, cet anneau de distributeur comportantune bride radiale qui porte au moins certains pions du dispositifd'accrochage et/ou dans laquelle sont pratiquées au moins certainesfentes radiales du dispositif d'accrochage. Cet anneau de distributeur peutêtre continu sur 360°, fendu ou sectorisé. Cette bride radiale s'étend doncsur 360° et empêche ainsi le passage de l'air au niveau du dispositifd'accrochage, ce que ne permet pas une configuration comportant unepluralité de pattes distinctes et discontinues.

Dans certains modes de réalisation, l'anneau de distributeur estsectorisé et chacun de ses secteurs porte un pion. De préférence, chaquesecteur réunit trois à cinq aubes fixes.

Dans certains modes de réalisation, l'anneau de stator comporteune première bride radiale qui porte au moins certains pions du dispositifd'accrochage et/ou dans laquelle sont pratiquées au moins certainesfentes radiales du dispositif d'accrochage. L'anneau de stator peut êtrecontinu sur 360° ou fendu ; cette bride radiale s'étend donc sur 360° et empêche le passage de l'air au niveau du dispositif d'accrochage, ce quene permet pas une configuration comportant une pluralité de pattesdistinctes et discontinues. En outre, il est possible de plaquer cette brideradiale contre la bride radiale de l'anneau de distributeur afin de caleraxialement l'anneau de stator par rapport aux aubes fixes avec plus defacilité.

Dans certains modes de réalisation, l'anneau de stator comporteune deuxième bride radiale, chaque patte radiale solidaire des aubes fixesétant configurée pour s'engager entre les première et deuxième bridesradiales de l'anneau de stator. Les pattes radiales solidaires des aubesfixes, prenant de préférence la forme d'une bride radiale, sont ainsiengagées entre les première et deuxième brides de l'anneau de stator : onassure ainsi le blocage axial de l'anneau de rotor par rapport aux aubesfixes.

Dans certains modes de réalisation, la deuxième bride radiale del'anneau de stator est pleine, c'est-à-dire dépourvue d'ouverture. Ainsi, onentrave encore d'avantage la circulation d'air traversant le dispositifd'accrochage.

Dans certains modes de réalisation, au moins certaines fentesradiales sont des alésages oblongs s'étendant radialement.

Dans certains modes de réalisation, au moins certaines fentesradiales sont des encoches oblongues s'étendant radialement depuis lebord de leurs pattes radiales respectives.

Dans certains modes de réalisation, les fentes radiales du dispositifd'accrochage sont régulièrement espacées dans un plan radial tout autourde l'anneau de stator. On assure ainsi une configuration bénéficiant d'aumoins certaines symétries, ce qui facilite le centrage de l'anneau de statoret améliore son comportement en fonctionnement.

Dans certains modes de réalisation, la piste abradable est portéepar l'anneau de stator et ladite au moins une léchette est portée par lavirole de rotor. Les inventeurs ont en effet constaté que la configurationinverse est moins favorable.

Dans certains modes de réalisation, l'anneau de stator est réalisé enmatériau composite à matrice céramique. Ce matériau est plus léger,résiste bien à la chaleur et bénéficie d'un coefficient de dilatation inférieurà celui du métal.

Dans certains modes de réalisation, les aubes fixes et l'anneau dedistributeur sont réalisés en métal.

Dans certains modes de réalisation, la virole de rotor comporte, àchacune de ses extrémités amont et aval, soit une portion de contact dutype axial s'étendant au-dessous d'une butée de l'étage rotoriquecorrespondant, soit une portion de contact du type oblique reposant surune surface d'appui oblique de l'étage rotorique correspondant.

Dans un tel ensemble rotatif, grâce à ces portions de contact de lavirole de rotor, traditionnellement appelée « virole labyrinthe », la virolede rotor est montée entre les étages rotoriques mais les mouvements dedilatation radiale des étages rotoriques n'influent pas ou très peu sur laposition de la virole de rotor.

En effet, dans le cas d'une portion de contact du type axial, labutée de l'étage rotorique permet, à l'arrêt, de retenir la virole de rotor àl'encontre de la gravité mais, en fonctionnement, lorsque l'étage rotoriquedans son ensemble se dilate sous l'effet de la chaleur apportée par l'air dela veine, la butée se déplace vers l'extérieur en s'éloignant de la portion decontact de la virole de rotor : le mouvement de dilatation de l'étagerotorique n'est donc pas communiqué à la virole de rotor.

Dans le cas d'une portion de contact du type oblique, cette dernièrerepose cette fois sur la surface d'appui oblique de l'étage rotorique : ainsi,lorsque l'étage rotorique se dilate sous l'effet de la chaleur, la surfaced'appui de déplace vers l'extérieur et entraîne avec elle la virole de rotor.Toutefois, simultanément, l'ensemble rotatif dans son ensemble se dilateégalement axialement, ce qui augmente la distance séparant les deuxétages rotoriques consécutifs : dès lors, la portion de contact du typeoblique de la virole de rotor glisse le long de la surface oblique de l'étagerotorique et redescend donc vers l'intérieur. On peut alors réglerl'inclinaison de la surface d'appui et de la portion de contact afin decontrôler le déplacement radial total de la virole de rotor qui est la sommede ces deux contributions ; on peut notamment chercher à annulersensiblement ce déplacement radial.

Ainsi, la dilatation des étages rotoriques, généralement importante,n'influe plus ou presque plus sur la position radiale de la virole de rotor :cette position est désormais régie uniquement par les propriétés propres àla virole de rotor (notamment son coefficient de dilatation thermique), et sa température. Ainsi, il est facile de contrôler la position de la virole derotor et de limiter le jeu séparant les léchettes et la bande abradablecoïncidente en agissant sur ces paramètres, notamment en choisissant unmatériau à faible coefficient de dilatation thermique.

En outre, grâce à une telle configuration, la virole de rotor et lesétages rotoriques peuvent se dilater de manière différente sans que descontraintes mécaniques radiales n'apparaissent à l'interface entre cespièces, ce qui prolonge la durée de vie de l'ensemble rotatif.

On note de plus que la butée, dans le cas du contact du type axial,ou la surface de contact, dans le cas du contact du type oblique,permettent d'éviter que de l'air de la veine ne contourne la virole de rotoret ne pénètre dans l'espace inter-disques.

Dans certains modes de réalisation, le rotor est configuré demanière à bloquer axialement la virole de rotor ou à la rappeler vers uneposition axiale stable. On s'assure ainsi que la position axiale de la virolesoit stable lors du fonctionnement de l'ensemble rotatif et qu'elle continueainsi à assurer l'étanchéité de l'espace inter-disques. En particulier, parconstruction, dans le cas d'un contact du type oblique, la surface d'appuioblique de l'étage rotorique rappelle automatiquement la virole de rotorqui glisse sur cette dernière vers une position stable.

Dans certains modes de réalisation, la virole de rotor comprend uneportion d'extrémité, formant portion de contact du type axial, qui s'étendradialement vers l'extérieur et s'engage dans une portion de crochetavançant axialement puis vers l'intérieur depuis une partie de base del'étage rotorique correspondant. La portion de crochet bloque axialementla virole de rotor mais laisse libre un déplacement relatif axial jusqu'à labutée formée par le creux du crochet.

Dans certains modes de réalisation, la virole de rotor comprend uneportion d'extrémité, formant portion de contact du type axial, qui s'étendaxialement et s'engage sous une saillie avançant axialement depuis unepartie de base de l'étage rotorique correspondant.

Dans certains modes de réalisation, une butée de l'étage rotoriques'étend depuis le pied d'une aube mobile ou depuis un muret ou unflasque reliant les pieds des aubes mobiles. Lorsque la partie de base del'étage rotorique est un muret ou un flasque, elle s'étend de préférence à360°, de manière continue ou sectorisée, le long de cet élément.

Dans certains modes de réalisation, une portion de contact du typeoblique possède la même inclinaison que la surface d'appui oblique del'étage rotorique correspondant.

Dans certains modes de réalisation, l'inclinaison de la portion decontact de type oblique par rapport à l'axe principal de l'ensemble rotatifest compris entre 15 et 75°, de préférence entre 35 et 65°. Dans une telleplage de valeur, le glissement de la virole de rotor vers l'intérieur le longde la surface de contact oblique, causé par la dilatation axiale del'ensemble rotatif, compense de manière assez précise le déplacementvers l'extérieur causé par la dilatation radiale des étages rotoriques.

Dans certains modes de réalisation, une surface d'appui obliqued'un étage rotorique est la surface externe d'une saillie avançant depuisune partie de base de l'étage rotorique, de préférence depuis le pied d'uneaube mobile ou depuis un muret ou un flasque reliant les pieds des aubesmobiles. Cette saillie peut prendre la forme d'une nervure annulaires'étendant à 360° de manière continue ou sectorisée.

Dans certains modes de réalisation, une surface d'appui obliqued'un étage rotorique est la surface externe d'une virole d'appui rapportéesur ou formant partie intégrante d'une partie de base de l'étage rotorique.Cette virole d'appui est de préférence continue sur 360° ou fendue.

Dans certains modes de réalisation, la virole d'appui comporte uneportion d'extrémité qui s'étend radialement vers l'extérieur et s'engagedans une portion de crochet avançant axialement puis vers l'intérieurdepuis la partie de base de l'étage rotorique. Il s'agit d'une manière defixer la position de cette virole d'appui.

Dans certains modes de réalisation, le rotor comprend un dispositifd'entraînement permettant d'entraîner la virole de rotor en rotationlorsque les étages rotoriques tournent. En fonctionnement, la virole derotor tourne alors solidairement avec les étages rotoriques, ce qui assureun fonctionnement adéquat du rotor.

Dans certains modes de réalisation, le dispositif d'entraînementcomprend des saillies d'entraînement portées, pour certaines, par unélément solidaire des étages rotoriques et, pour d'autres, par la virole derotor et configurées pour coopérer les unes avec les autres afin d'entraînerla virole de rotor en rotation lorsque les étages rotoriques tournent. Decette manière, lorsque les étages rotoriques tournent, les saillies des étages rotoriques poussent et entraînent les saillies de la virole de rotorsans pour autant bloquer la liberté de déplacement radial de la virole derotor.

Dans certains modes de réalisation, chaque étage rotoriquecomprend un disque sur lequel sont montées les aubes mobiles de l'étagerotorique correspondant, une virole inter-disques reliant les disques desdeux étages rotoriques consécutifs, et le dispositif d'entraînementcomprend des saillies d'entraînement prévues, pour certaines, sur la viroleinter-disques et, pour d'autres, sous la virole de rotor et configurées pourcoopérer les unes avec les autres afin d'entraîner la virole de rotor enrotation lorsque les étages rotoriques tournent. La virole de rotor peutnotamment comprendre des pattes s'étendant vers l'intérieur en directionde la virole inter-disques et coopérant avec des bossages de la viroleinter-disques.

Dans certains modes de réalisation, un jeu est laissé entrel'extrémité des saillies d'entraînement de la virole de rotor et la viroleinter-disques. De cette manière, la virole de rotor n'est pas en appui sur lavirole inter-disque et n'est donc pas déplacée radialement lorsque la viroleinter-disque se dilate.

Dans certains modes de réalisation, le dispositif d'entraînementcomprend des saillies d'entraînement prévues, pour certaines, sur la viroled'appui et, pour d'autres, sous la virole de rotor et configurées pourcoopérer les unes avec les autres afin d'entraîner la virole de rotor enrotation lorsque les étages rotoriques tournent. Ces saillies sont depréférence des cannelures engrenant les unes dans les autres.

Dans certains modes de réalisation, le dispositif d'entraînementcomprend des saillies d'entraînement portées, pour certaines, par la partiede base d'un étage rotorique et, pour d'autres, par la virole de rotor etconfigurées pour coopérer les unes avec les autres afin d'entraîner lavirole de rotor en rotation lorsque les étages rotoriques tournent. Cessaillies sont de préférence des cannelures engrenant les unes dans lesautres.

Dans certains modes de réalisation, la virole de rotor est réalisée enmatériau composite à matrice céramique. Ce matériau est plus léger,résiste bien à la chaleur et bénéficie d'un coefficient de dilatation inférieurà celui du métal. Sa bonne résistance à la chaleur permet notamment de réduire voire de supprimer la circulation de refroidissement de l'espaceinter-disques et donc de réduire les prélèvements d'air en amont, ce quiaméliore les performances de la turbomachine.

Dans certains modes de réalisation, les aubes mobiles, et plusgénéralement les étages rotoriques, sont réalisés en métal.

Dans certains modes de réalisation, l'anneau de stator et la virolede rotor possèdent des coefficients de dilatation thermique proches, depréférence égaux à ±10%, de préférence encore égaux à ±5%. De cettemanière, ces deux pièces autoportées se déplacent sensiblement de lamême manière en fonctionnement.

Dans certains modes de réalisation, l'anneau de stator et la virolede rotor sont réalisés dans le même matériau.

Le présent exposé concerne en outre une turbomachinecomprenant un ensemble rotatif selon l'un quelconque des modes deréalisation précédents.

Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres,apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples deréalisation de l'ensemble rotatif et de la turbomachine proposés. Cettedescription détaillée fait référence aux dessins annexés.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout àillustrer les principes de l'invention.

Sur ces dessins, d'une figure (FIG) à l'autre, des éléments (ouparties d'élément) identiques sont repérés par les mêmes signes deréférence. En outre, des éléments (ou parties d'élément) appartenant àdes exemples de réalisation différents mais ayant une fonction analoguesont repérés sur les figures par des références numériques incrémentéesde 100, 200, etc.

La FIG 1 est une vue en coupe axiale d'un exemple deturboréacteur.

La FIG 2 est une vue en coupe axiale d'un premier exempled'ensemble rotatif.

La FIG 3 est une vue en coupe axiale d'un deuxième exempled'ensemble rotatif.

La FIG 4 est une vue en coupe axiale d'un troisième exempled'ensemble rotatif.

La FIG 5 est une vue en coupe axiale d'un quatrième exempled'ensemble rotatif.

La FIG 6 est une vue en coupe radiale d'un premier exemple devirole fendue.

La FIG 7 est une vue en coupe radiale d'un deuxième exemple devirole fendue.

La FIG 8 est une vue en coupe radiale d'un troisième exemple devirole fendue.

DESCRIPTION DETAILLEE D’EXEMPLE(S) DE REALISATION

Afin de rendre plus concrète l'invention, des exemples d'ensemblesrotatifs sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés.Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples.

La FIG 1 représente, en coupe selon un plan vertical passant parson axe principal A, un turboréacteur à double flux 1 selon l'invention. Ilcomporte, d'amont en aval, une soufflante 2, un compresseur bassepression 3, un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion5, une turbine haute pression 6 et une turbine basse pression 7.

La FIG 2 représente, en coupe selon le même plan axial, une partiede cette turbine basse pression 7 selon un premier exemple de réalisation.On notera à titre incident que l'invention s'appliquerait de manière tout àfait analogue à la turbine haute pression 6. Cette turbine 7 comporte unepluralité d'étages rotoriques 10a, 10b et d'étages statoriques 11 sesuccédant d'amont en aval, chaque étage rotorique 10a, 10b étantimmédiatement suivi par un étage statorique 11. A fins de simplification,seuls un premier étage rotorique 10a, un étage statorique 11 et undeuxième étage rotorique 10b sont ici représentés,

Chaque étage rotorique 10a, 10b comporte une pluralité d'aubesrotoriques mobiles 20, comprenant chacune une pale 21 et un pied 22,montées sur un disque 40 accouplé à un arbre de la turbomachine 1.Chaque étage statorique 11 comprend quant à lui une pluralité d'aubesstatoriques fixes 30, comprenant chacune une pale 31, montées sur lecarter extérieur de la turbine 7.

Dans cet exemple de réalisation, les aubes rotoriques 20 ainsi queles aubes statoriques 30 comprennent essentiellement des matériauxmétalliques.

Les disques 40 de chaque étage rotorique 10a, 10b sont reliés entreeux, deux à deux, par des viroles métalliques 41 appelées viroles inter-disques. Ces viroles 41 sont formées ici par deux demi-viroles 41a, 41bs'étendant chacune depuis un disque 40 et boulonnées l'une avec l'autre àleur point de rencontre.

Les pieds 22 des aubes 20 du premier étage rotorique 10a sontreliés par une structure annulaire de pied d'aube 23 formant des plates-formes 24, un becquet amont 25 et un becquet aval 26. Un flasque 27,annulaire, est de plus rapporté sur la face aval des pieds d'aube 22 demanière à les relier. Tous ces éléments sont réalisés de préférence enmatériau métallique. Les plates-formes 24 définissent la limite intérieurede la veine d'air circulant dans la turbine 7.

Les pieds 22 des aubes 20 de deuxième étage rotorique 10b sontégalement munis d'une structure annulaire de pied d'aube 23 analogueformant des plates-formes 24, un becquet amont 25 et un becquet aval26.

Les aubes 20 des premier et deuxième étages rotoriques 10a, 10bsont en outre reliées par une virole 50, dite virole labyrinthe. Cette virolelabyrinthe 50, annulaire, est réalisée en matériau composite à matricecéramique (CMC) tissé 3D par une méthode de tissage dite « contourweaving ». Le « contour weaving » est une technique connue de tissaged'une texture fibreuse de forme axisymétrique dans laquelle la structurefibreuse est tissée sur un mandrin avec appel de fils de chaîne, le mandrinprésentant un profil extérieur défini en fonction du profil de la texturefibreuse à réaliser.

Les pieds des aubes 30 de l'étage statorique 11 sont reliées par unanneau de distributeur 32, formé de plusieurs secteurs contigus,s'étendant à 360° autour de l'axe principal A. Cet anneau de distributeur32, réalisé en métal, possède des projections amont 33 et aval 34 aptes àformer des chicanes avec les béquets 26 et 25 des étages rotoriquesamont 10a et aval 10b. Il possède en outre une bride radiale 35s'étendant radialement vers l'intérieur tout le long de l'anneau dedistributeur 32.

Un anneau porte-abradable 60 est rapporté sur l'anneau dedistributeur 32 : il comprend une partie axiale 61, cylindrique derévolution, portant des pistes de matériau abradable 62, ainsi que deuxbrides radiales 63 et 64 s'étendant radialement vers l'extérieur. Ces deuxbrides radiales 63, 64 définissent entre elles deux un interstice 65 dont lalargeur correspond sensiblement à la largeur de la bride radiale 35 del'anneau de distributeur 32. La bride radiale aval 64 est pleine tandis quela bride radiale amont 63 comporte plusieurs alésages radiaux 66régulièrement espacés autour de l'axe principal A : un alésage radial 66peut par exemple être prévu en vis-à-vis du milieu de chaque secteur del'anneau de distributeur 32. L'anneau porte-abradable 60 est monté sur l'anneau de distributeur30 en engageant la bride radiale 35 de l'anneau de distributeur 30 dansl'interstice 65 et en montant serré des pions 67 dans cette bride radiale 35à travers les alésages radiaux 66 de la bride amont 63 de l'anneau porte-abradable 60. On bloque ainsi les positions axiale et tangentielle del'anneau porte-abradable 60 par rapport à l'anneau de distributeur 32 touten laissant libre son déplacement radial.

La virole labyrinthe porte des léchettes 51 dont les pointes sont aucontact des pistes abradable 62 de l'anneau porte-abradable 60 afind'entraver le passage de l'air au pied des aubes fixes 30. Cet anneauporte-abradable 60 est également réalisé en CMC tissé 3D ; on choisit depréférence un matériau identique à celui de la virole labyrinthe 50 afind'avoir un coefficient de dilatation thermique identique entre ces deuxpièces et donc d'assurer un contrôle continu des jeux séparant lesléchettes 51 des pistes abradables 62.

Dans ce premier exemple, la virole labyrinthe 50 est monté entreles étages rotoriques 10a, 10b selon une configuration axial/axial. La virole50, orientée sensiblement axialement dans sa portion médiane 59 portantles léchettes 51, se redresse vers l'extérieur en direction de son extrémitéaval afin de former, à son extrémité aval, une portion de contact du typeaxial 52 s'étendant radialement. Cette portion de contact 52 est en appuiaxial contre un muret 28 de la structure de pied d'aube 23 de l'étagerotorique aval 10b et s'engage dans une portion de crochet 71 avançantaxialement puis radialement vers l'intérieur à partir de ce muret 28, cetteportion de crochet 71 étant donc située plus à l'extérieur que la portion de contact 52 de la virole 50 : la position axiale de la virole labyrinthe 50 estainsi bloquée par rapport à l'étage rotorique aval 10b mais leursdéplacements relatifs radiaux restent libres. Cette portion de crochet 71est symétrique de révolution par rapport à l'axe A de la turbine 7 etprésente donc un profil constant sur toute la circonférence de la virolelabyrinthe 50. L'extrémité amont de la virole labyrinthe 50 présente quant à elleune seconde portion de contact du type axial 53 s'étendant axialementsous, c'est-à-dire plus à l'intérieur, une nervure 72 avançant axialement àpartir du flasque 27 de l'étage rotorique amont 10a et s'étendant à 360°autour de l'axe A : les aubes mobiles 20 peuvent ainsi se dilaterradialement sans entraîner le déplacement de la virole labyrinthe 50. Enoutre, lorsque la turbine 7 se dilate axialement, la virole labyrinthe 50 suitle mouvement axial de l'étage rotorique aval 10b mais son extrémitéamont continue de chevaucher la nervure 72, limitant ainsi le passage del'air de veine dans l'espace inter-disques.

La virole labyrinthe 50 comporte en outre des pattes 54, prévuesrégulièrement autour de l'axe A, qui s'étendent depuis sa surfaceintérieure vers la virole métallique inter-disques 41. Cette dernièrepossède des bossages 42, prévus régulièrement autour de l'axe A dans lemême plan radial que les pattes 54 : ainsi, lorsque le rotor tourne, cesbossages 42 entrent en contact avec les pattes 54 et entraînent la virolelabyrinthe 50 solidairement en rotation avec l'ensemble du rotor. Un jeuest toutefois laissé entre les pattes 54 et la virole inter-disques 41 afin quecette dernière ne pousse pas radialement la virole labyrinthe 50 lorsqu'ellese dilate.

La FIG 3 illustre un deuxième exemple d'ensemble rotatif 107analogue en tout point au premier exemple sauf en ce qui concerne lavirole labyrinthe 150 et son montage entre les étages rotoriques 110a et110b, la virole labyrinthe 150 étant montée ici selon une configurationoblique/axial.

Dans ce deuxième exemple, l'extrémité aval de la virole labyrinthe150 est analogue à celle du premier exemple : elle comprend égalementune portion de contact du type axial 152 s'étendant radialement ets'engageant dans une portion de crochet 171 avançant axialement puis radialement vers l'intérieur à partir d'un muret 128 de la structure de piedd'aube 123 de l'étage rotorique aval 110b.

En revanche, son extrémité amont forme une portion de contact dutype oblique 154 qui s'étend selon une direction oblique dont l'inclinaisonforme un angle λ d'environ 40° par rapport à l'axe principal A de la turbine107. Cette portion de contact oblique 154 repose sur la surface externe173a d'une saillie 173 avançant depuis le flasque 127 du premier étagerotorique 110a. Cette surface externe 173a s'étend selon la mêmeinclinaison oblique que celle de la portion de contact 154 et forme donc lemême angle λ d'environ 40° par rapport à l'axe principal A.

Ainsi, lorsque le premier étage rotorique 110a se dilate, lacomposante axiale de cette dilatation tend à faire descendre la virole 150le long de la surface oblique 173a de la saillie 173, ce qui compense lemouvement ascendant de la virole 150 dû à la composante radiale decette dilatation du premier étage rotorique 110a : la position radiale de lavirole labyrinthe 150 reste ainsi sensiblement inchangée. Cette saillie 173est de préférence symétrique de révolution par rapport à l'axe A de laturbine 107 et présente donc un profil constant sur toute la circonférencede la virole labyrinthe 150.

Le dispositif d'entrainement en rotation de la virole labyrinthe 150est également différent de celui du premier exemple. Ici, des pattes 154sont également portées par la virole labyrinthe 150 mais celles-ci sedirigent vers le disque 140 de l'étage rotorique aval 110b afin de coopéreravec des bossages 142 prévus sur la face amont de ce disque 140.

La FIG 4 illustre un troisième exemple d'ensemble rotatif 207analogue en tout point au premier exemple sauf en ce qui concerne lavirole labyrinthe 250 et son montage entre les étages rotoriques 210a et210b, la virole labyrinthe 250 étant montée ici selon une configurationaxial/oblique.

Dans ce troisième exemple, l'extrémité amont de la virole labyrinthe250 est analogue à celle du premier exemple : elle comprend égalementune portion de contact du type axial 253 s'étendant axialement sous,c'est-à-dire plus à l'intérieur, une nervure 272 avançant axialement àpartir du flasque 227 de l'étage rotorique amont 210a.

En revanche, son extrémité aval présente une configuration du typeoblique d'une forme différente de celle du deuxième exemple. Ici, l'étage rotorique aval 210b comprend en outre une virole d'appui 274, à symétriede révolution, qui comporte une portion d'accroche 275, s'étendantradialement et s'engageant dans une portion de crochet 271 analogue àcelle du premier exemple, et une portion d'appui 276 oblique dont lasurface externe 276a forme une surface d'appui oblique dont l'inclinaisonforme un angle μ d'environ 55° par rapport à l'axe principal A de la turbine207.

La virole labyrinthe 250 comporte quant à elle à son extrémité avalune portion de contact du type oblique 255 qui s'étend selon une directionoblique, dont l'inclinaison forme le même angle μ d'environ 55° parrapport à l'axe principal A, et repose sur la surface d'appui 276a de lavirole d'appui 276. De manière analogue, cette surface d'appui oblique276a permet d'obtenir une certaine compensation des déplacementsradiaux de la virole 250 causés par les composantes radiale et axiale de ladilatation de l'étage rotorique 210b.

Le dispositif d'entrainement en rotation de la virole labyrinthe 250est également différent de ceux des premier et deuxième exemples. Ici,des cannelures 256 et 277 correspondantes sont prévues respectivementsur la surface intérieure de la portion de contact oblique 255 de la virolelabyrinthe 250 et sur la surface d'appui 276a de la virole d'appui 276.

La FIG 5 illustre un quatrième exemple d'ensemble rotatif 307analogue en tout point au premier exemple sauf en ce qui concerne lavirole labyrinthe 350 et son montage entre les étages rotoriques 310a et310b, la virole labyrinthe 350 étant montée ici selon une configurationoblique/oblique.

Toutefois, dans ce quatrième exemple, l'extrémité amont de lavirole labyrinthe 350 est analogue à celle du deuxième exemple : ellecomprend également une portion de contact du type oblique 354, quis'étend selon une direction oblique dont l'inclinaison forme un angle λd'environ 40° par rapport à l'axe principal A de la turbine 307, et reposesur la surface externe 373a d'une saillie 373 avançant depuis le flasque327 du premier étage rotorique 310a. L'extrémité aval de la virole labyrinthe 350 est quant à elleanalogue à celle du troisième exemple : elle comprend également uneportion de contact du type oblique 355, qui s'étend selon une directionoblique dont l'inclinaison forme le même angle μ d'environ 55° par rapport à Taxe principal A, et repose sur la surface d'appui 376a d'une viroled'appui 374 analogue à celle du troisième exemple.

Le dispositif d'entrainement en rotation de la virole labyrinthe 350est encore différent dans ce quatrième exemple. Ici, des dents 357avançant depuis la virole labyrinthe 350, plus précisément depuisl'intersection entre sa portion médiane 359 et sa portion de contact 354,engrènent dans des cannelures 378 du flasque 327. Ces cannelures sontde préférence ici usinées dans la portion inférieure de la saillie 373.

Dans chacun de ces exemples, la virole labyrinthe 50 est depréférence continue sur 360° de telle sorte qu'elle est auto-portée dans laturbine 7 autour de l'axe principal A. Il serait toutefois également possiblede concevoir une virole labyrinthe 450 fendue ou sectorisée afin desimplifier son montage ou de réduire les contraintes mécaniquestangentielles. Néanmoins, dans un tel cas, il convient de mettre en place undispositif de connexion étanche entre les secteurs 450a, 450b de la virole450. De tels dispositifs sont présentés aux FIG 6 à 9.

Une première solution, représentée à la FIG 6, est celle d'uneétanchéité sous forme de clips : il s'agit de créer des sur-longueurs 491lors du tissage de la virole labyrinthe 450, celles-ci seront par la suiterepliées afin de créer une accroche pour une plaquette 495 munie elleaussi de pattes repliées 496, cette plaquette 495 permettant d'assurerl'étanchéité.

Cette plaquette d'étanchéité 495 peut également être en CMC, cequi limite les problématiques de dilatation différentielle ou de résistance àla température.

Lors de la mise en rotation, la plaquette d'étanchéité 495 vient seplaquer contre la virole labyrinthe 450, sous l'effet de la force centrifuged'une part et sous l'effet de l'ouverture des secteurs 450a, 450b de lavirole labyrinthe 450 d'autre part, et permet ainsi une bonne étanchéité.

Par ailleurs, la longueur des différentes accroches 491 estdimensionnée en fonction de l'ouverture maximale de l'espace séparantles secteurs 450a, 450b lors du fonctionnement afin qu'à tout moment dufonctionnement la plaquette 495 soit d'une part retenue par la virole 450et qu'aucune surcontrainte ne soit d'autre part exercée sur la plaquette495 lors de l'ouverture des secteurs 450a, 450b.

Un blocage axial peut être aménagé sous la forme d'une petiteencoche sur les accroches 491 repliées de la virole labyrinthe 450.

Une seconde solution, représentée à la FIG 7, est celle d'uneplaquette d'étanchéité 595 retenue par des déliaisons 592 de la virolelabyrinthe 550 : cette solution est très similaire à la précédente etfonctionne de la même façon à ceci près que la plaquette 595 est cettefois retenue par des pattes 592 obtenues par déliaison de la structuretissée de la virole labyrinthe 550.

Une troisième solution met en oeuvre une plaquette 695 munie d'unpied 697. Sous l'effet de la force centrifuge, la plaquette 695 vient seplaquer contre les secteurs 650a, 650b de la virole labyrinthe, créant ainsiune étanchéité.

La rétention et l'entraînement en rotation de la plaquette 695 et dessecteurs 650a, 650b peut être assurée à l'aide d'un dispositif d'accrochagecrénelé analogue à celui décrit dans la demande de brevet françaisFR 13 57776 et représenté notamment sur les FIG 6 et 7 de cettedemande : dans un tel dispositif d'accrochage crénelé, les pieds 697 et698 de la plaquette 695 et des secteurs 650a, 650b de la virole labyrinthe650 sont reçus entre les merlons du profil crénelé, aboutissant à unblocage axial et tangentiel de ces éléments tout en préservant leur libertéde mouvement selon la direction radiale.

Les modes ou exemples de réalisation décrits dans le présentexposé sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne dumétier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes ouexemples de réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans laportée de l'invention.

De plus, les différentes caractéristiques de ces modes ou exemplesde réalisation peuvent être utilisées seules ou être combinées entre elles.Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être commedécrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas auxcombinaisons spécifiques décrites dans le présent exposé. En particulier,sauf précision contraire, une caractéristique décrite en relation avec unmode ou exemple de réalisation peut être appliquée de manière analogueà un autre mode ou exemple de réalisation.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS

   1. Ensemble rotatif pour turbomachine, du type turbine oucompresseur, comprenant un rotor comportant -au moins deux étages rotoriques consécutifs (10a, 10b) munisd'une pluralité d'aubes mobiles (20), et - une virole de rotor (50), annulaire, reliant lesdits deux étagesrotoriques consécutifs (10a, 10b) ; un stator comportant -au moins un étage statorique (11), muni d'une pluralité d'aubesfixes (30), prévu entre lesdits deux étages rotoriques consécutifs (10a,10b), et - un anneau de stator (60), annulaire, monté sur lesdites aubes fixes(30); dans lequel l'un (50) des éléments parmi la virole de rotor etl'anneau de stator porte au moins une léchette (51) configurée pourcoopérer avec une piste abradable (21) portée par l'autre (60) desditséléments ; et dans lequel l'anneau de stator (60) est monté sur les aubes fixes (30) par l'intermédiaire d'un dispositif d'accrochage mettant en jeu - une pluralité de fentes radiales (66), chaque fente prenant la formed'un alésage oblong pratiqué radialement dans une patte radiale (63) del'anneau de stator (60) ou une patte radiale (35) solidaire des aubes fixes (31) , et - une pluralité de pions (67), chaque pion (67) étant porté par unepatte radiale (63) de l'anneau de stator (60) ou une patte radiale (35)solidaire des aubes fixes (30) et configuré pour s'engager dans une fentecorrespondante (66) desdites fentes radiales.
2. 2. Ensemble rotatif selon la revendication 1, dans lequel unanneau de distributeur (32) réunit les pieds des aubes fixes (30), cetanneau de distributeur (32) comportant une bride radiale (35) qui porteau moins certains pions (67) du dispositif d'accrochage et/ou dans laquelle sont pratiquées au moins certaines fentes radiales (66) du dispositifd'accrochage,
3. 3. Ensemble rotatif selon la revendication 1 ou 2, dans lequell'anneau de stator (60) comporte une première bride radiale (63) qui porteau moins certains pions (67) du dispositif d'accrochage et/ou dans laquellesont pratiquées au moins certaines fentes radiales (66) du dispositifd'accrochage. 4. Ensemble rotatif selon la revendication 3, dans lequel l'anneaude stator (60) comporte une deuxième bride radiale (64), chaque patteradiale (35) solidaire des aubes fixes (30) étant configurée pour s'engagerentre les première et deuxième brides radiales (63, 64) de l'anneau destator (60). 5. Ensemble rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les fentes radiales (66) du dispositif d'accrochage sontrégulièrement espacées dans un plan radial tout autour de l'anneau destator (60).
4. 6. Ensemble rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la piste abradable (62) est portée par l'anneau de stator(60) et ladite au moins une léchette (51) est portée par la virole de rotor(50).
5. 7. Ensemble rotatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'anneau de stator (60) est réalisé en matériau composite àmatrice céramique.
6. 8. Ensemble rotatif selon l'une quelconque des revendications là 7, dans lequel la virole de rotor (50) comporte, à chacune de sesextrémités amont et aval, soit une portion de contact du type axial (52, 53) s'étendant au-dessous d'une butée (71, 72) de l'étage rotorique correspondant, soit une portion de contact du type oblique (354, 355) reposant surune surface d'appui oblique (373a, 376a) de l'étage rotoriquecorrespondant.
7. 9. Ensemble rotatif selon la revendication 8, dans lequel l'anneaude stator (60) et la virole de rotor (5=0) possèdent des coefficients dedilatation thermique égaux à ±10%. 10. Turbomachine, comprenant un ensemble rotatif (76) selon l'unequelconque des revendications précédentes.