FR3040077A1 - Turbomachine, telle par exemple qu'un turboreacteur ou un turbopropulseur d'avion - Google Patents

Turbomachine, telle par exemple qu'un turboreacteur ou un turbopropulseur d'avion Download PDF

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Abstract

L'invention concerne une turbomachine, telle par exemple qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comportant un compresseur centrifuge comprenant un rouet équipé de pales, et un couvercle annulaire (7) délimitant avec le rouet une veine annulaire (8) de circulation d'un flux d'air, ledit couvercle (7) comportant une partie aval fixée à un carter de la turbomachine et une partie amont maintenue en position par rapport audit carter, par l'intermédiaire d'une virole annulaire (17). La virole (17) et le couvercle (7) délimitent entre eux un espace annulaire (27) dans lequel est ménagé un joint annulaire (28). Un organe annulaire d'étanchéité (31) est monté dans ledit espace annulaire (27) et axialement entre l'extrémité amont (30) du joint annulaire (28) et la virole (17).

Description

Turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion
La présente invention concerne une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion.
La demande de brevet FR 3 008 750, au nom de la Demanderesse, divulgue une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant un compresseur haute pression en aval duquel est monté un compresseur centrifuge comprenant un rouet équipé de pales. La turbomachine comporte en outre un couvercle annulaire délimitant avec le rouet une veine annulaire de circulation d’un flux d’air. Le couvercle comporte une partie aval fixée à un carter de la turbomachine et une partie amont maintenue en position par rapport audit carter, par l’intermédiaire d’une virole annulaire. L’air issu du compresseur centrifuge est destiné à alimenter une chambre de combustion de la turbomachine, comme cela est connu en soi.
Il existe un besoin d’assurer l’étanchéité entre la virole et le couvercle, tout en permettant de compenser d’éventuels phénomènes de dilatation différentielle entre la virole et le couvercle. En effet, la virole et le couvercle peuvent être réalisés dans des matériaux différents et/ou être soumis à des températures différentes en fonctionnement, de sorte que ces deux éléments peuvent se dilater différemment l’un de l’autre et donc se déplacer relativement l’un par rapport à l’autre. L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique à ce besoin. A cet effet, elle propose une turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant un compresseur centrifuge comprenant un rouet équipé de pales, et un couvercle annulaire délimitant avec le rouet une veine annulaire de circulation d’un flux d’air, ledit couvercle comportant une partie aval fixée à un carter de la turbomachine et une partie amont maintenue en position par rapport audit carter, par l’intermédiaire d’une virole annulaire, caractérisée en ce que la virole et le couvercle délimitent entre eux un espace annulaire dans lequel est ménagé un joint annulaire, et en ce qu’un organe annulaire d’étanchéité est monté dans ledit espace annulaire et axialement entre l’extrémité amont du joint annulaire et la virole.
Les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation des gaz au sein de la turbomachine.
Le joint annulaire est destiné à assurer l’étanchéité entre la virole et le couvercle. Par ailleurs, l’organe annulaire d’étanchéité ferme, au moins en partie, le jeu annulaire entre ledit espace annulaire et la veine annulaire de circulation du flux d’air. Ainsi, en cas de détérioration éventuelle du joint annulaire, les débris en résultant ne peuvent pas pénétrer dans la veine annulaire, ce qui risquerait d’endommager de façon importante la turbomachine, par exemple en obstruant l’alimentation en air de la chambre à combustion ou les différents circuits de refroidissement, ou encore en impactant les pales ou les parois des turbines haute-pression et basse-pression, situées en aval de la chambre de combustion.
Par ailleurs, l’organe d’étanchéité présente une section dont la dimension radiale est supérieure à la dimension radiale du joint annulaire.
De cette manière, l’organe d’étanchéité peut également assurer la fonction de cale ou d’entretoise, la dilation différentielle de la virole par rapport au couvercle ne risquant alors pas d’endommager le joint annulaire présent dans l’espace annulaire correspondant. En effet, l’organe d’étanchéité est apte à maintenir un espace radial suffisant pour éviter de comprimer radialement le joint annulaire entre la virole et le couvercle.
La partie amont du couvercle peut comporter une première surface cylindrique tournée radialement vers l’extérieur, un premier épaulement s’étendant radialement depuis ladite première surface cylindrique, la virole comportant une seconde surface cylindrique tournée radialement vers l’intérieur, et un second épaulement opposé au premier épaulement et décalé axialement vers l’amont par rapport au premier épaulement, l’espace annulaire étant délimité par les première et seconde surfaces cylindriques et par les premier et second épaulements du couvercle.
Dans ce cas, l’organe d’étanchéité peut être monté sans jeu autour de la première surface cylindrique et peut être maintenu en appui sur le second épaulement par le joint annulaire.
De plus, la virole peut comporter une troisième surface cylindrique située en amont et radialement à l’intérieur par rapport à la deuxième surface cylindrique, un jeu annulaire étant délimité entre la première surface cylindrique du couvercle et la troisième surface cylindrique de la virole
En particulier, ledit jeu annulaire est compris entre 0,3 mm et 1 mm, par exemple entre 0,45 mm et 0,85 mm. Le jeu peut notamment être fonction de la température, environnante.
Un tel jeu est suffisant pour compenser les effets de dilatation différentielle entre la virole et le couvercle en fonctionnement.
De préférence, l’organe annulaire d’étanchéité est un anneau fendu apte à être déformé élastiquement.
De cette manière, il est possible de garantir que l’organe annulaire d’étanchéité est toujours au contact du couvercle et se déforme avec celui-ci.
La virole annulaire et le couvercle peuvent être réalisés dans deux matériaux différents.
En particulier, la virole annulaire peut être réalisée en un superalliage à base de chrome et le couvercle peut être réalisé en un superalliage à base de nickel.
Le joint annulaire peut être monté axialement entre l’organe d’étanchéité et le couvercle et peut exercer un effort axial tendant à plaquer l’organe d’étanchéité sur la virole. 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 en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d’une partie d’une turbomachine selon une forme de réalisation de l’invention, - la figure 2 est une vue de détail de la figure 1, montrant le positionnement de l’organe d’étanchéité et du joint dans l’espace annulaire ménagé entre la virole et le couvercle.
Dans ce qui suit, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine. De même, les termes « radial » et « axial » sont définis par rapport à l’axe de la turbomachine.
Les figures 1 et 2 représentent une turbomachine, en particulier un turboréacteur selon une forme de réalisation de l’invention. La turbomachine comporte classiquement, d’amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz dans la turbomachine, une soufflante logée dans une nacelle, un compresseur basse-pression, un compresseur haute-pression 2, un compresseur centrifuge 3, un diffuseur 4, une chambre de combustion, une turbine haute-pression et une turbine basse-pression.
Le compresseur centrifuge 3 comprend un rouet annulaire 5 équipé de pales 6, formant le rotor, et un couvercle annulaire 7 appartenant au stator et délimitant avec le rouet 5 une veine annulaire 8 de circulation d’un flux d’air. Lors de la rotation du rouet 5, de l’air issu du compresseur haute-pression 2 est aspiré à l’amont du compresseur centrifuge 3, puis est expulsé à haute pression et selon une direction radiale, dans le diffuseur 4 situé en aval du compresseur centrifuge 3.
La forme du couvercle annulaire 7 est telle qu’elle suit avec un jeu minimal la surface balayée par les extrémités radiales des pales 6 du rouet 5. Le couvercle 7 est par ailleurs agencé de façon à ce que son extrémité amont 9 assure une continuité de surface avec la paroi radialement externe 10 de la veine 11 du compresseur haute-pression 2 et que son extrémité aval 12 assure une continuité de surface avec la paroi amont 13 du diffuseur 4.
La partie aval du couvercle 7 comporte une bride 14 fixée par l’intermédiaire de boulons 15 à un carter externe fixe 16 de la turbomachine. Par ailleurs, la partie amont du couvercle 7 est maintenue radialement en position par l’intermédiaire d’une virole annulaire 17. Ladite virole 17 comporte en particulier une extrémité aval 18 qui est fixée au carter 16 par l’intermédiaire de boulons 19 et une partie amont 20 qui coopère avec la partie amont du couvercle 7 de façon à assurer son maintien en position.
La partie amont du couvercle 7 comporte une première surface cylindrique 21 tournée radialement vers l’extérieur, un premier épaulement 22 s’étendant radialement depuis ladite première surface cylindrique 21 et étant décalé vers l’aval par rapport à l’extrémité amont 9 du couvercle 7.
Par ailleurs, la partie amont 20 de la virole 17 comporte une deuxième surface cylindrique 23 tournée radialement vers l’intérieur, un deuxième épaulement 24 opposé au premier épaulement 22 et décalé axialement vers l’amont par rapport au premier épaulement 22, et une troisième surface cylindrique 25 située en amont et radialement à l’intérieur par rapport à la deuxième surface cylindrique 23, un jeu annulaire JR étant délimité radialement entre la première surface cylindrique 21 du couvercle 7 et la troisième surface cylindrique 25 de la virole 17. Ledit jeu annulaire JR est compris entre 0,3 mm et 1 mm, par exemple entre 0,45 mm et 0,85 mm (à température d’environ 20°C).
La partie amont 20 de la virole 17 comporte en outre un troisième épaulement 26 s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la troisième surface cylindrique 25 et décalé axialement vers l’aval par rapport au deuxième épaulement 24. L’épaulement 26 est situé en regard de l’extrémité amont 9 du couvercle 7 et est écarté de ladite extrémité 9 d’un jeu axial JA.
Un espace annulaire 27 est délimité entre le couvercle 7 et la virole 17 par les première et seconde surfaces cylindriques 21,23 et par les premier et second épaulements 22, 24.
Un joint annulaire 28 est monté dans ledit espace annulaire 27, autour de la première surface cylindrique 21 du couvercle 7. Le joint 28 comporte une extrémité aval 29 en appui sur l’épaulement 22 du couvercle 7 et une extrémité amont 30 en appui sur un organe d’étanchéité annulaire 31, monté autour de la surface cylindrique 21 du couvercle 7.
Le joint 28 présente des soufflets 32 ou une succession de plis en forme générale d’Oméga, lui conférant une élasticité axiale. Le joint 28 exerce ainsi un effort axial tendant à plaquer l’organe d’étanchéité 31 contre l’épaulement 24 de la virole 17. Le joint 28 est également apte à s’adapter à d’éventuels déplacements axiaux de la virole 17 par rapport au couvercle 7, du fait notamment d’éventuels phénomènes de dilatations différentielles. L’organe d’étanchéité 31 se présente en particulier sous la forme d’un anneau élastique fendu, monté sans jeu et avec une légère précontrainte radiale, autour de la surface 21. Ainsi en fonctionnement, l’organe d’étanchéité 31 est apte à se déformer simultanément et dans les mêmes proportions que la partie amont du couvercle 7. L’utilisation d’un anneau fendu permet également de réduire les contraintes relatives aux tolérances dimensionnelles des différentes pièces.
Par ailleurs, l’organe d’étanchéité 31 présente une section de forme générale rectangulaire, dont la dimension radiale est sensiblement constante sur toute la périphérie et est supérieure à la dimension radiale maximale de la section du joint annulaire 28, à savoir ici la dimension radiale de la section du joint annulaire 28 au niveau de ses extrémités amont 30 et aval 29. L’extrémité amont de l’organe d’étanchéité 31 est formée par une surface radiale 33 en appui sur l’épaulement 24 et l’extrémité aval de l’organe d’étanchéité 31 est formée par une surface radiale 34 servant à l’appui de l’extrémité amont 30 du joint annulaire 28. Les bords radialement internes 35 et externe 36 de l’organe sont cylindriques. Le bord radialement externe 36 comporte un chanfrein 37 à son extrémité amont.
La fente de l’organe d’étanchéité 31 peut présenter une largeur comprise entre 0,1 et 1 mm, de préférence de l’ordre de 0,4 mm.
La virole annulaire 17 est réalisée par exemple en un superalliage à base de chrome, le couvercle 7 étant réalisé par exemple en un superalliage à base de nickel.
Le joint annulaire 28 est destiné à assurer l’étanchéité entre la virole 17 et le couvercle 7. Par ailleurs, l’organe annulaire d’étanchéité 31 ferme le jeu annulaire JR entre l’espace annulaire 27 et la veine annulaire 8 du compresseur centrifuge 3. Ainsi, en cas de détérioration éventuelle du joint annulaire 28, les débris en résultant ne peuvent pas pénétrer dans la veine annulaire 8, ce qui risquerait d’endommager de façon importante la turbomachine, par exemple en obstruant l’alimentation en air de la chambre à combustion ou les différents circuits de refroidissement, ou encore en impactant les pales ou les parois des turbines haute-pression et basse-pression, situées en aval de la chambre de combustion. L’organe d’étanchéité 31 garantit également la bonne compression axiale du joint annulaire 28, la virole 17 et le couvercle 7 pouvant être écartés axialement l’un par rapport à l’autre en fonctionnement. On limite ainsi les vibrations et l’endommagement prématuré du joint 28.
Le déplacement relatif entre la virole 17 et le couvercle 7 peut également être limité par appui de la surface cylindrique 21 du couvercle 7 sur la surface cylindrique 25 de la virole 17 et/ou par appui de l’extrémité amont 9 du couvercle 7 sur le troisième épaulement 26 de la virole 17.
Afin de réaliser le montage de l’organe d’étanchéité 31 dans l’espace annulaire 27, ledit organe 31 peut être collé sur l’épaulement 24 par l’intermédiaire de points de colle, le joint annulaire 28 pouvant être monté autour de la surface cylindrique 21 du couvercle 7. Le couvercle 7 peut ensuite être engagé de façon à ce que l’extrémité amont 30 du joint annulaire 28 vienne en appui sur l’organe d’étanchéité 31. Lors du montage, une cale peut être introduite dans la fente de l’organe d’étanchéité 31 de manière à faciliter l’insertion de l’extrémité amont 9 du couvercle 7 dans l’organe d’étanchéité 31, la cale pouvant ensuite être retirée après montage. En utilisation, les points de colle sont détruits du fait de l’augmentation de la température.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Turbomachine, telle par exemple qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comportant un compresseur centrifuge (3) comprenant un rouet (5) équipé de pales (6), et un couvercle annulaire (7) délimitant avec le rouet (5) une veine annulaire (8) de circulation d’un flux d’air, ledit couvercle (7) comportant une partie aval fixée à un carter (16) de la turbomachine et une partie amont maintenue en position par rapport audit carter (16), par l’intermédiaire d’une virole annulaire (17), caractérisée en ce que la virole (17) et le couvercle (7) délimitent entre eux un espace annulaire (27) dans lequel est ménagé un joint annulaire (28), et en ce qu’un organe annulaire d’étanchéité (31) est monté dans ledit espace annulaire (27) et axialement entre l’extrémité amont (30) du joint annulaire (28) et la virole (17).
  2. 2. Turbomachine selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’organe d’étanchéité (31) présente une section dont la dimension radiale est supérieure à la dimension radiale du joint annulaire (28).
  3. 3. Turbomachine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la partie amont du couvercle (7) comporte une première surface cylindrique (21) tournée radialement vers l’extérieur, un premier épaulement (22) s’étendant radialement depuis ladite première surface cylindrique (21), la virole (17) comportant une seconde surface cylindrique (23) tournée radialement vers l’intérieur, et un second épaulement (24) opposé au premier épaulement (22) et décalé axialement vers l’amont par rapport au premier épaulement (22), l’espace annulaire (27) étant délimité par les première et seconde surfaces cylindriques (21, 23) et par les premier et seconds épaulements (22, 24).
  4. 4. Turbomachine selon la revendication 3, caractérisée en ce que l’organe d’étanchéité (31) est monté sans jeu autour de la première surface cylindrique (21) et est maintenu en appui sur le second épaulement (24) par le joint annulaire (28).
  5. 5. Turbomachine selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la virole (17) comporte une troisième surface cylindrique (25) située en amont et radialement à l’intérieur par rapport à la deuxième surface cylindrique (23), un jeu annulaire (JR) étant délimité entre la première surface cylindrique (21) du couvercle (7) et la troisième surface cylindrique (25) de la virole (17).
  6. 6. Turbomachine selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit jeu annulaire (JR) est compris entre 0,3 et 1 mm.
  7. 7. Turbomachine selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l’organe annulaire d’étanchéité (31 ) est un anneau fendu apte à être déformé élastiquement.
  8. 8. Turbomachine selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la virole annulaire (17) et le couvercle (7) sont réalisés dans deux matériaux différents.
  9. 9. Turbomachine selon la revendication 8, caractérisée en ce que la virole annulaire (17) est réalisée en un superalliage à base de chrome, le couvercle (7) étant réalisé en un superalliage à base de nickel.
  10. 10. Turbomachine selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le joint annulaire (28) est monté axialement entre l’organe d’étanchéité (31) et le couvercle (7) et exerce un effort axial tendant à plaquer l’organe d’étanchéité (31) sur la virole (17).
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