FR3051220A1 - Obturateur d'un orifice d'endoscopie d'une turbine de turbomachine - Google Patents

Abstract

Turbine d'une turbomachine comprenant : - un carter (5) annulaire ; - au moins un distributeur (4) annulaire situé dans le carter (5) et comprenant une plate-forme (9) annulaire externe fixée sur le carter (5), la plate-forme (9) comprenant un orifice (14) d'endoscopie sensiblement radial ; - une tôle (11) annulaire de protection thermique positionnée entre le carter (5) et la plate-forme (9) ; - un bouchon (15) porté par le carter (5) et comprenant un obturateur (16) mobile de fermeture de l'orifice (14) d'endoscopie, l'obturateur (16) s'étendant le long d'un axe (B) sensiblement radial et traversant une ouverture (18) sensiblement radiale de la tôle (11); caractérisée en ce qu'une portion (43) intermédiaire de l'obturateur (16) en regard d'un bord (19) périphérique de l'ouverture (18) possède un diamètre maximal supérieur ou égal au diamètre d'une portion (42) interne de l'obturateur (16) s'étendant radialement vers l'intérieur depuis la tôle (11).

Description

OBTURATEUR D’UN ORIFICE D’ENDOSCOPIE D’UNE TURBINE DE

TURBOMACHINE

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne le domaine des turbomachines telles qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, et plus particulièrement un obturateur d’un orifice d’endoscopie pour une turbine d’une telle turbomachine.

ETAT DE L’ART

Une turbomachine à double corps, par exemple, comprend, d’amont en aval, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression.

Par convention, dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation des gaz dans la turbomachine. De même, par convention dans la présente demande, les termes « intérieur » et extérieur », et « interne » et « externe » sont définis radialement par rapport à l’axe longitudinal de la turbomachine, qui est l’axe de rotation des rotors des compresseurs et turbines.

Une turbine basse pression de turbomachine comprend plusieurs étages successifs de détente comprenant chacun une roue à aubes solidaire d’un arbre d’entraînement de la turbine et un distributeur annulaire solidaire d’un carter annulaire de la turbine.

Plus précisément, chaque roue à aubes comprend un disque portant à sa périphérie externe des aubes sensiblement radiales, les disques des différentes roues étant reliés coaxialement les uns aux autres et à l’arbre d’entraînement de la turbine par des moyens appropriés. L’ensemble des roues d’aubes forment le rotor.

Chaque distributeur comprend une plate-forme annulaire interne et une plate-forme annulaire externe entre lesquelles s’étendent des aubes sensiblement radiales, la plate-forme annulaire externe étant fixée au carter de la turbine. L’ensemble des distributeurs forment le stator du moteur.

Pour chaque étage de la turbine, afin de protéger le carter contre le rayonnement thermique du distributeur, une tôle de protection thermique est généralement interposée entre la plate-forme externe du distributeur et le carter.

Lors du montage ou de diverses opérations de maintenance de la turbine, des opérateurs spécialisés réalisent des endoscopies de la turbine afin, par exemple, de contrôler le montage ou l’état d’usure de revêtements abradables destinés à coopérer avec les roues précitées.

Pour réaliser une telle endoscopie, généralement pour chaque étage de la turbine, la plate-forme externe du distributeur comprend un orifice d’endoscopie sensiblement radial destiné au passage de l’endoscope.

Chaque orifice d’endoscopie est associé à un bouchon comprenant un obturateur mobile. Le bouchon peut être dans une position montée dans laquelle le bouchon est porté par le carter et l’obturateur ferme l’orifice du distributeur, ou dans une position démontée dans laquelle le bouchon est retiré du carter et l’obturateur est dégagé de l’orifice, de manière à permettre le passage de l’endoscope.

Lorsque le bouchon est en position montée, l’obturateur s’étend le long d’un axe sensiblement radial et traverse une ouverture de la tôle de protection thermique.

Lors d’opérations de maintenance, on a constaté à plusieurs étages de la turbine que la tôle de protection, libre en rotation autour de l’axe longitudinal de la turbomachine, peut se déplacer et venir s’intercaler dans une zone en retrait de l’obturateur. Ainsi, lors du démontage du bouchon, la tôle peut s’opposer au mouvement de l’obturateur, l’opérateur étant dans l’obligation de forcer sur le bouchon et de déformer plastiquement la tôle. Ces déformations plastiques de la tôle entraînent par la suite des difficultés de montage/démontage du bouchon et à terme une dépose du moteur pour un remplacement de la tôle endommagée.

L’objectif de la présente invention est de proposer une turbine permettant un montage/démontage aisé et rapide de chaque bouchon. EXPOSE DE L’INVENTION L’invention propose à cet effet une turbine d’une turbomachine comprenant : - un carter annulaire d’axe A de révolution ; - au moins un distributeur annulaire d’axe A de révolution et situé dans le carter, et comprenant une plate-forme annulaire externe fixée sur le carter, la plate-forme comprenant un orifice d’endoscopie sensiblement radial par rapport à l’axe A de révolution ; - une tôle annulaire de protection thermique d’axe A de révolution et positionnée entre le carter et la plate-forme ; - un bouchon porté par le carter et comprenant un obturateur mobile de fermeture de l’orifice d’endoscopie, l’obturateur s’étendant le long d’un axe B sensiblement radial et traversant une ouverture sensiblement radiale de la tôle ; caractérisée en ce qu’une portion intermédiaire de l’obturateur en regard d’un bord périphérique de l’ouverture possède un diamètre maximal supérieur ou égal au diamètre d’une portion interne de l’obturateur s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la tôle.

Un tel dimensionnement de l’obturateur permet, malgré que la tôle soit libre en rotation autour de l’axe A, de pourvoir monter/démonter l’obturateur. En effet, en prenant pour hypothèse qu’à la suite du fonctionnement de la turbine, la tôle soit en contact avec l’obturateur, aucune zone de l’obturateur n’est susceptible de rentrer en contact avec la tôle de manière à s’opposer à son montage/démontage, lors par exemple d’une opération de maintenance.

La turbine selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le bouchon comprend un tronc fileté extérieurement et vissé dans un trou taraudé d’un chapeau rapporté sur le carter ; - le trou taraudé est aligné avec l’ouverture et l’orifice ; - le chapeau est fixé sur le carter par au moins un boulon ; - le bouchon comprend une empreinte apte à recevoir une clé pour permettre de visser/dévisser le bouchon ; - l’obturateur est partiellement logé dans une cavité délimitée par un fond, un ressort étant logé entre le fond et l’obturateur, l’obturateur étant apte à être arrêté radialement par un pion partiellement en saillie dans la cavité ; - le pion fait saillie dans un méplat de l’obturateur, ce méplat étant délimité radialement par des appuis interne et externe plans et sensiblement perpendiculaires à l’axe B ; - le pion est disposé tangentiellement par rapport à la cavité ; - l’obturateur est délimité par un sommet sphérique, ce sommet reposant sur un siège sphérique entourant l’orifice. L’invention a pour deuxième objet une turbomachine, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comprenant une turbine telle que décrite précédemment.

DESCRIPTION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement 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 vue en coupe longitudinale, schématique, d’une turbine ; - la figure 2 est une vue de détail de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en section transversale illustrant l’implantation d’un bouchon comprenant un obturateur de fermeture d’un orifice d’endoscopie de la turbomachine ; - la figure 4 est une vue en perspective du bouchon de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue de détail de la figure 3.

DESCRIPTION DETAILLEE

Sur la figure 1 est représentée une turbine 1 basse-pression d’une turbomachine 2, telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion. L’invention proposée ci-dessous n’est en rien limitée à une turbine 1 basse-pression, il pourrait ainsi s’agir de tout type de turbine et par exemple d’une turbine haute-pression.

La turbine 1 comprend plusieurs étages successifs de détente comprenant chacun une roue 3 à aubes 7 solidaire d’un arbre d’entraînement et un distributeur 4 solidaire d’un carter 5 annulaire d’axe A de révolution, l’arbre d’entraînement définissant un axe de rotation X sensiblement coaxial avec l’axe A de révolution.

Dans la suite de la description, on entend par « longitudinalement » ou « longitudinal » toute direction parallèle à l’axe X, et par « radialement » ou « radial » toute direction perpendiculaire à l’axe X.

Plus précisément, chaque roue 3 à aubes 7 comprend un disque 6 (représenté partiellement) portant à sa périphérie externe des aubes 7 sensiblement radiales, les disques 6 des différentes roues 3 étant bridés coaxialement les uns aux autres et à l’arbre d’entraînement de la turbine 1.

Chaque distributeur 4 est annulaire d’axe A de révolution et est situé dans le carter 5, chaque distributeur 4 comprenant une plate-forme 8 annulaire interne et une plate-forme 9 annulaire externe entre lesquelles s’étendent des aubes 10 sensiblement radiales, la plate-forme 9 annulaire externe étant fixée au carter 5 de la turbine 1.

Pour chaque étage de la turbine 1, afin de protéger le carter 5 contre le rayonnement thermique du distributeur 4 et les gaz d’échappement chauds, une tôle 11 de protection thermique d’axe A de révolution, libre en rotation autour de ce dernier, est interposée entre la plate-forme 9 externe du distributeur 4 et le carter 5.

Selon le mode de réalisation illustrée sur les figures et notamment la figure 2, la tôle 11 de protection est arrêtée longitudinalement, en amont, par une paroi 12 radiale du carter 5, et en aval, par un ou plusieurs pions 13 anti-rotation, ces derniers permettant d’arrêter en rotation le distributeur 4, et plus précisément les différents secteurs angulaires formant le distributeur 4.

Tel qu’illustré sur la figure 3, la plate-forme 9 externe de chaque distributeur 4 comprend un orifice 14 d’endoscopie sensiblement radial, et autrement dit un orifice 14 de passage d’un endoscope pour l’inspection de pièce au cœur du distributeur 4 lors par exemple d’une opération de maintenance, qui peut être réalisée sur un moteur accroché à l’aile de l’avion. Avantageusement, l’orifice 14 d’endoscopie est cylindrique.

Chaque orifice 14 d’endoscopie est associé à un bouchon 15 comprenant un obturateur 16 mobile de fermeture de l’orifice 14, le bouchon 15 pouvant être dans une position montée (représentée en figure 3) dans laquelle le bouchon 15 est porté par le carter 5 et l’obturateur 16 ferme l’orifice 14, ou dans une position démontée (non représentée) dans laquelle le bouchon 15 est retiré du carter 5 et l’obturateur 16 est dégagé de l’orifice 14, de manière à permettre le passage de l’endoscope.

Plus précisément, selon le mode de réalisation illustré sur les figures et notamment la figure 3, en position montée, l’obturateur 16 s’étend suivant un axe B sensiblement radial et repose sur un siège 17 entourant l’orifice 14. En outre, l’obturateur 16 traverse une ouverture 18 sensiblement radiale de la tôle 11, cette ouverture 18 était délimitée par un bord 19 périphérique ayant pour hauteur l’épaisseur de la tôle 11.

Avantageusement, tel qu’illustré sur les figures 3 et 5, de manière à garantir l’étanchéité de l’orifice 14, le siège 17 et le sommet 20 de l’obturateur 16 reposant sur le siège 17 sont sphériques.

Selon le mode de réalisation illustré sur les figures et notamment la figure 3, le bouchon 15 est porté par le carter 5 via un chapeau 21 épaulé rapporté et fixé au carter 5 via par exemple deux boulons (non représentés), et délimité radialement par une surface 22 interne et une surface 23 externe, ces dernières étant respectivement en contact avec le carter 5 et le bouchon 15, lorsque le bouchon 15 est en position montée. Le chapeau 21 comprend en outre, au centre, un trou 24 taraudé débouchant sensiblement radial, ce dernier étant apte à recevoir le bouchon 15.

Le carter 5 comprend une lumière 25 radiale apte à permettre le passage de l’obturateur 16 du bouchon 15.

Le trou 24 taraudé, la lumière 25, l’ouverture 18 et l’orifice 14 d’endoscopie sont alignés radialement les uns par rapport aux autres de manière à permettre le passage de l’obturateur 16.

Avantageusement, le trou 24 taraudé, la lumière 25, l’ouverture 18 et l’orifice 14 d’endoscopie sont cylindriques et sensiblement coaxiaux.

Tel qu’illustré notamment sur les figures 3 et 4, le bouchon 15 comprend un corps 26 porté par le carter 5 lorsque le bouchon 15 est en position montée et un obturateur 16 mobile par rapport au corps 26, le corps 26 étant coaxial à l’obturateur 16.

Le corps 26 comprend une tête 27 et un tronc 28 cylindriques, le diamètre du tronc 28 étant inférieur au diamètre de la tête 27. A la jonction entre la tête 27 et le tronc 28, le corps 26 comprend une surface 29 de jonction sensiblement plane et perpendiculaire à l’axe B, la surface 29 de jonction étant en butée contre la surface 23 externe du chapeau 21 lorsque le bouchon 15 se trouve en position montée.

Plus précisément, la tête 27 comprend, dans sa partie externe, une empreinte 30 apte à recevoir une clé pour permettre de visser/dévisser le bouchon 15, telle qu’une empreinte 30 à six pans creux caractéristique d’une clé Allen.

Plus précisément, le tronc 28 est fileté extérieurement et est ainsi apte à coopérer avec le trou 24 taraudé du chapeau 21. Le tronc 28 comprend en outre, au centre, une cavité 31 radiale débouchant sur une face 32 interne du tronc 28 et ayant un fond 33 présentant une portion 34 plane périphérique sensiblement perpendiculaire à l’axe B.

Le bouchon 15 comprend en outre un ressort 35 de compression à spires logé dans la cavité 31, le ressort 35 prenant appui d’une part sur la portion 34 plane du fond 33 de la cavité 31 et d’autre part sur une queue 36 de l’obturateur 16.

Tel qu’illustré sur les figures 3 et 4, la queue 36 est partiellement logée dans la cavité 31 et arrêtée radialement par un pion 37 inséré dans un passage 38 du tronc 28, ce passage 38 débouchant dans la cavité 31 et étant disposé tangentiellement par rapport à cette dernière. Le pion 37 est ainsi supporté latéralement par des portées définies dans le tronc 28, et est dans une partie centrale, en saillie dans un méplat 39 du tronc 28. Le méplat 39 est en l’occurrence délimité radialement par un appui 40 interne et un appui 41 externe plans et sensiblement perpendiculaires à l’axe B.

Lorsque le bouchon 15 est en position démontée, sous l’action du ressort 35, l’appui 41 externe du méplat 39 est en contact avec le pion 37.

Dans la suite de la description, on s’intéresse plus en détail au montage du bouchon 15, et autrement dit son passage d’une position démontée à une position montée.

Dans une première phase, lors du vissage du bouchon 15 jusqu’à ce que le sommet 20 de l’obturateur 16 vienne en contact avec le siège 17, l’appui 41 externe du méplat 39 est en contact avec le pion 37 sous l’action du ressort 35. Dans une seconde phase, lors de la poursuite du vissage du bouchon 15 jusqu’à ce que la surface 29 de jonction vienne en appui sur la surface 23 externe du chapeau 21, le ressort 35 se comprime progressivement, l’appui 41 externe du méplat 39 s’éloignant progressivement du pion 37, et autrement dit l’appui 40 interne du méplat 39 se rapprochant progressivement du pion 37.

Ainsi, en position montée, les efforts de rappel du ressort 35, engendrés par la compression de ce dernier, permettent d’éviter un desserrage inopiné du bouchon 15 lorsque la turbine 1 est en fonctionnement.

Selon un mode de réalisation non représenté, le bouchon 15 comprend en outre des moyens de verrouillage et déverrouillage, ces derniers permettant de lutter contre un desserrage inopiné du bouchon 15.

De tels moyens sont par exemple présentés dans le document EP 2 726 536.

Lorsque que le bouchon 15 est en position montée, l’obturateur 16 est divisé en plusieurs portions 42, 43, 44 localisées par rapport à la tôle 11 de la manière suivante : - une portion 42 interne s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la tôle 11 ; - une portion 43 intermédiaire en regard du bord 19 périphérique de l’ouverture 18 ; - une portion 44 externe s’étendant radialement vers l’extérieur depuis la tôle 11.

Sur les figures et plus particulièrement les figures 3 et 5, la séparation des différentes portions 42, 43, 44 est symbolisée par des traits en pointillés.

Le diamètre maximal de la portion 43 intermédiaire de l’obturateur 16 est supérieur ou égal au diamètre de la portion 42 interne de l’obturateur 16.

Selon le mode de réalisation illustré sur les figures, sur la quasitotalité de la hauteur (définie suivant l’axe B) de la portion 42 interne de l’obturateur 16 (à l’exception du sommet 20), le diamètre de la portion 42 interne est égal au diamètre maximal de la portion 43 intermédiaire de l’obturateur 16.

Un tel dimensionnement de l’obturateur 16 permet, malgré que la tôle 11 soit libre en rotation autour de l’axe A, de pourvoir monter/démonter l’obturateur 16. En effet, en prenant pour hypothèse qu’à la suite du fonctionnement de la turbine 1, la tôle 11 soit en contact avec l’obturateur 16, aucune zone de l’obturateur 16 n’est susceptible de rentrer en contact avec la tôle 11 de manière à s’opposer à son montage/démontage, lors par exemple d’une opération de maintenance.

En outre, selon le mode de réalisation illustré sur les figures, sur une hauteur de la portion 44 externe s’étendant jusqu’à la queue 36 de l’obturateur 16, le diamètre de la portion 44 externe est égal au diamètre maximal de la portion 43 intermédiaire de l’obturateur 16.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Turbine (1 ) d’une turbomachine (2) comprenant : - un carter (5) annulaire d’axe (A) de révolution ; - au moins un distributeur (4) annulaire d’axe (A) de révolution et situé dans le carter (5), et comprenant une plate-forme (9) annulaire externe fixée sur le carter (5), la plate-forme (9) comprenant un orifice (14) d’endoscopie sensiblement radial par rapport à l’axe (A) de révolution ; - une tôle (11) annulaire de protection thermique d’axe (A) de révolution et positionnée entre le carter (5) et la plate-forme (9) ; - un bouchon (15) porté par le carter (5) et comprenant un obturateur (16) mobile de fermeture de l’orifice (14) d’endoscopie, l’obturateur (16) s’étendant le long d’un axe (B) sensiblement radial et traversant une ouverture (18) sensiblement radiale de la tôle (11); caractérisée en ce qu’une portion (43) intermédiaire de l’obturateur (16) en regard d’un bord (19) périphérique de l’ouverture (18) possède un diamètre maximal supérieur ou égal au diamètre d’une portion (42) interne de l’obturateur (16) s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la tôle (11).
2. 2. Turbine (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le bouchon (15) comprend un tronc (28) fileté extérieurement et vissé dans un trou (24) taraudé d’un chapeau (21) rapporté sur le carter (5).
3. 3. Turbine (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que le trou (24) taraudé est aligné avec l’ouverture (18) et l’orifice (14).
4. 4. Turbine (1) selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le chapeau (21 ) est fixé sur le carter (5) par au moins un boulon.
5. 5. Turbine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bouchon (15) comprend une empreinte (30) apte à recevoir une clé pour permettre de visser/dévisser le bouchon (15).
6. 6. Turbine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’obturateur (16) est partiellement logé dans une cavité (31) délimitée par un fond (33), un ressort (35) étant logé entre le fond (33) et l’obturateur (16), l’obturateur (16) étant apte à être arrêté radialement par un pion (37) partiellement en saillie dans la cavité (31).
7. 7. Turbine (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que le pion (37) fait saillie dans un méplat (39) de l’obturateur (16), ce méplat (39) étant délimité radialement par des appuis (40, 41) interne et externe plans et sensiblement perpendiculaires à l’axe (B).
8. 8. Turbine (1) selon l’une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que le pion (37) est disposé tangentiellement par rapport à la cavité (31).
9. 9. Turbine (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’obturateur (16) est délimité par un sommet (20) sphérique, ce sommet (20) reposant sur un siège (17) sphérique entourant l’orifice (14).
10. 10. Turbomachine (2), telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’avion, comprenant une turbine (1) selon l’une des revendications précédentes.