FR3055145A1 - Secteur angulaire d'aube de stator de turbomachine - Google Patents

Secteur angulaire d'aube de stator de turbomachine Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un secteur (12) angulaire d'une rangée annulaire d'aubes de stator de turbomachine, comprenant un secteur (14) de plateforme radialement interne et un secteur (16) de plateforme radialement externe, par rapport à un axe longitudinal, reliés l'un à l'autre par des pales (18), un pied (20) s'étendant depuis le secteur (14) de plateforme radialement interne à l'opposé des pales (18), caractérisé en ce que le pied (20) comprend, à son extrémité opposée au secteur (14) de plateforme interne, au moins deux pattes (32) espacées angulairement l'une de l'autre et s'étendant axialement, selon ledit axe longitudinal.

Description

Titulaire(s) : SAFRAN AIRCRAFT ENGINES Société par actions simplifiée.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : ERNEST GUTMANN - YVES PLASSERAUD SAS.
($4) SECTEUR ANGULAIRE D'AUBE DE STATOR DE TURBOMACHINE.
FR 3 055 145 - A1 _ L'invention concerne un secteur (12) angulaire d'une rangée annulaire d'aubes de stator de turbomachine, comprenant un secteur (14) de plateforme radialement interne et un secteur (16) de plateforme radialement externe, par rapport à un axe longitudinal, reliés l'un à l'autre par des pales (18), un pied (20) s'étendant depuis le secteur (14) de plateforme radialement interne à l'opposé des pales (18), caractérisé en ce que le pied (20) comprend, à son extrémité opposée au secteur (14) de plateforme interne, au moins deux pattes (32) espacées angulairement l'une de l'autre et s'étendant axialement, selon ledit axe longitudinal.
Figure FR3055145A1_D0001
Figure FR3055145A1_D0002
Figure FR3055145A1_D0003
SECTEUR ANGULAIRE D’AUBE DE STATOR DE TURBOMACHINE
La présente invention concerne une turbomachine et plus particulièrement un secteur angulaire d’une rangée annulaire d’aubes de stator.
D’une manière générale, les rangées annulaires d’aubes de stator d’une turbine sont réalisées par aboutement de secteurs autour d’un axe longitudinal de la turbomachine.
La demande de brevet FR 2 925 107, au nom de la demanderesse, décrit un secteur comprenant un secteur de plateforme radialement interne et un secteur de plateforme radialement externe définissant entre eux la veine d’écoulement d’air primaire dans la turbomachine. Ces plateformes sont reliées l’une à l’autre par des pales permettant de redresser le flux d’air. Enfin, le secteur comprend un pied s’étendant depuis le secteur de plateforme radialement interne dans une direction opposée aux pales.
Un tel secteur a comme principal inconvénient sa masse, notamment due aux différentes parties composant le secteur et au matériau utilisé pour la fabrication de ce secteur. Ainsi, l’aboutement de différents secteurs pour former l’anneau augmente la masse générale de la turbomachine rendant cette dernière moins performante et plus énergivore.
Afin de réduire la masse d’une turbomachine, et donc sa consommation en carburant, les fabricants de turbomachines cherchent constamment à réduire la masse des éléments de la turbomachine tout en conservant son efficacité.
L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.
A cet effet, l’invention propose, un secteur angulaire d’une rangée annulaire d’aubes de stator de turbomachine, comprenant un secteur de plateforme radialement interne et un secteur de plateforme radialement externe, par rapport à un axe longitudinal, reliés l’un à l’autre par des pales, un pied s’étendant depuis le secteur de plateforme radialement interne à l’opposé des pales, dans lequel le pied comprend, à son extrémité opposée au secteur de plateforme interne, au moins deux pattes espacées angulairement l’une de l'autre et s’étendant axialement, selon ledit axe longitudinal.
Les pattes permettent d'assurer au pied d’avoir une fonction de fixation d’éléments de la turbomachine, tel que par exemple un secteur d’anneau abradable, tout en garantissant une masse du secteur inférieure à ceux de l’art antérieur.
Avantageusement, une première des pattes est agencée à une première extrémité circonférentielle du secteur et une deuxième des pattes est agencée à une seconde extrémité circonférentielle du secteur, opposée à la première extrémité circonférentielle.
Ainsi, un tel positionnement des pattes permet de bien maintenir un secteur d’anneau abradable tout en réduisant la masse du secteur de stator.
De préférence, le pied comprend une troisième patte intercalée entre les première et deuxième pattes, de préférence au milieu.
Cette troisième patte offre une meilleure fixation du secteur d’anneau abradable par sa position centrale.
Selon l’invention, les pattes font saillie d’un secteur de paroi radiale qui s’étend depuis le secteur de plateforme radialement interne à l’opposé des pales. Ce secteur de paroi s’étend angulairement sur toute la distance du secteur de stator.
Les pattes et le secteur de paroi radiale forment ensemble un pied plus léger que les pieds de l’art antérieur.
Ainsi, on limite encore la masse du secteur tout en gardant une paroi radiale pleine pour empêcher le passage axial de l’air d’un côté à l’autre du secteur.
Dans une configuration de l’invention, les pattes font saillie du secteur de paroi radiale depuis un bord radialement interne de celle-ci.
Selon un mode de réalisation, les pattes sont venues de matière avec la paroi radiale.
Ceci permet que le secteur soit une pièce de fonderie obtenue par moulage, qui est moins coûteuse et plus simple de réalisation qu’un secteur usiné dans un bloc de matière ou obtenue par un procédé d’impression par addition de matière comme l’impression 3D.
Avantageusement, le secteur comprend un secteur d’anneau abradable fixé sur les pattes du pied, ce secteur d’anneau abradable comprenant un secteur de support fixé sur les pattes et un bloc d’abradable fixé sur ledit support.
L’invention propose également un étage de turbomachine, comprenant une pluralité de secteurs tels que précédemment décrits, agencés circonférentiellement bout à bout.
L’invention propose, en outre, un procédé de fabrication d’un secteur angulaire d’une rangée annulaire d’aubes de stator de turbomachine, ce procédé comprenant les étapes suivantes :
- fournir un secteur ;
- positionner un élément de brasure sur la face radialement interne de chacune des pattes du secteur ;
- positionner un secteur de support sur les éléments de brasure des pattes ;
- solidariser le secteur de support avec les pattes ;
- positionner le bloc d’abradable sur le secteur de support ;
- solidariser le bloc d’abradable avec le secteur de support ;
- chauffer le secteur ainsi constitué dans un four pour solidariser définitivement le secteur de support sur les pattes par fonte de l’élément de brasure.
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 de détail d’une turbine basse pression d’une turbomachine ;
- la figure 2 est une vue d’un secteur angulaire d’une rangée annulaire d’aubes de stator ;
- la figure 3 est une vue de détail d’une partie radialement interne du secteur de la figure 2 ;
- la figure 4 est une vue de détail d’une face latérale du secteur selon l’encart IV de la figure 3.
On a représenté, sur la figure 1 une turbine 2 basse pression d’une turbomachine comprenant un carter externe entourant extérieurement plusieurs étages 4 successifs de la turbine 2, chacun formé par une rangée 6 annulaire d’aubes fixes (ou aubes de stator) et une rangée 8 annulaire d’aubes 10 mobiles solidaires d’un arbre de turbine basse pression et formant ensemble le rotor basse pression.
Ainsi, pour plusieurs étages successifs, la turbine 2 comportera une succession de rangées 6 annulaires d’aubes fixes entre lesquelles sont intercalées des rangées 8 d’aubes 10 mobiles.
Chaque rangée 6 annulaire d’aubes de stator est fixée extérieurement au carter externe et est formée par une pluralité de secteurs 12 angulaires agencés circonférentiellement bout à bout autour de l’axe A longitudinal de la turbomachine.
Dans la suite de la description, les expressions « radialement interne » et « radialement externe » s’entendent par rapport à l’axe A longitudinal de la turbomachine.
Les secteurs 12 comprennent chacun, comme représentés sur la figure 2 :
- un secteur 14 de plateforme radialement interne,
- un secteur 16 de plateforme radialement externe,
- des pales 18 sensiblement radiales reliant l’un à l’autre le secteur 14 de plateforme radialement interne et le secteur 16 de plateforme radialement externe, et
- un pied 20 s’étendant depuis le secteur 14 de plateforme radialement interne à l’opposé des pales 18.
Les secteurs 14 de plateforme radialement interne et les secteurs 16 de plateforme radialement externe délimitent entre eux une veine 22 annulaire d’air primaire provenant d’une chambre de combustion amont (non représentée).
Pour réaliser l’étanchéité entre le rotor et les extrémités radialement interne des rangées annulaires d’aubes de stator, chaque secteur 12 porte un secteur 24 d’anneau abradable fixé sur le pied 20. Ce secteur 24 d’abradable comprend un secteur 26 de support fixé sur le pied 20 et un bloc 28 d’abradable fixé sur ledit secteur de support 26. La fixation du secteur 24 d’abradable sur le pied 20 est de préférence réalisée par soudure et par au moins un élément 30 de brasure.
En référence à la figure 3 qui représente un détail du pied 20 d’un secteur 12, le pied 20 comprend, à son extrémité opposée au secteur 14 de plateforme interne, c’est-à-dire radialement interne, au moins deux pattes 32 espacées angulairement l’une de l'autre et s’étendant axialement.
Avantageusement les pattes 32 s’étendent vers l’amont mais elles pourraient également s’étendre vers l’aval ou encore l’une vers l’amont et l’autre vers l’aval. Les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation de l’air dans la turbine 2, l’amont étant par où l’air atteint le secteur 12 et l’aval par où l’air s’éloigne du secteur 12.
Plus précisément, le pied 20 comprend trois pattes 32, une première patte 32a agencée à une première extrémité circonférentielle 34 du secteur 12, une deuxième patte 32b agencée à une seconde extrémité circonférentielle 36 du secteur 12, opposée à la première extrémité 34 circonférentielle, et une troisième patte 32c intercalée circonférentiellement entre les première et deuxième pattes 32a, 32b, de préférence angulairement au milieu.
De préférence, le pied 20 comprend une première patte 32a agencée à une première extrémité circonférentielle 34 du secteur 12, une deuxième patte 32b agencée à une seconde extrémité circonférentielle 36 du secteur 12, opposée à la première extrémité 34 circonférentielle, et plusieurs pattes 32 intercalées circonférentiellement entre les première et deuxième pattes 32a, 32b, de préférence équidistantes angulairement les unes des autres.
Les pattes 32 font saillie d’un secteur 38 de paroi radiale qui s’étend depuis le secteur 14 de plateforme radialement interne à l’opposé des pales 18.
Plus particulièrement, les pattes 32 font saillie du secteur 38 de paroi radiale depuis un bord 40 radialement interne de celui-ci, selon l’axe A longitudinal de la turbine 2. Les pattes 32 comprennent donc une face 42 radialement interne, opposée au secteur 14 de plateforme radialement interne, qui définit une extrémité radialement interne du secteur 12 et sur lesquelles sont montés les éléments 30 de brasure.
Avantageusement, les pattes 32 sont venues de matière avec le secteur 38 de paroi radiale de sorte que le secteur 12 puisse être une pièce de fonderie obtenue par moulage.
Selon un mode de réalisation particulier, les pattes 32 ont une forme sensiblement trapézoïdale et ont une dimension axiale comprise entre 4mm et 8mm. La largeur des pattes 32, c’est-à-dire l’extension circonférentielle, est avantageusement comprise entre 7mm et 18mm, chacune des pattes 32 peut avoir une largeur différente des autres pattes 32, par exemple la première patte 32a a une largeur comprise entre 9mm et 15mm, la deuxième patte 32b a une largeur comprise entre 9mm et 14mm et la troisième patte 32c a une largeur comprise entre 7mm et 18mm.
Contrairement aux secteurs connus, la présence des trois pattes 32 permet de fixer le secteur 24 d’abradable convenablement tout en réduisant la masse du pied 20 et donc du secteur 12.
Le secteur 12 est délimité circonférentiellement par deux faces latérales. Ces faces latérales peuvent définir chacune l’une ou l’autre de la première extrémité 34 circonférentielle et de la seconde extrémité 36 circonférentielle.
Sur chacune des faces latérales, le secteur 14 de plateforme radialement interne comprend une fente 44 longitudinale. De même, sur chacune des faces latérales, le secteur 38 de paroi radiale du pied 20 comprend une fente 46 radiale. Avantageusement, les fentes 44, 46 d’une même face latérale communiquent entre elles et forment ensemble un motif en T.
Ce motif 48 en T est utilisé pour loger des plaquettes d’étanchéité inter-secteurs (non représentées), ces plaquettes se logeant pour partie dans un motif 48 en T d’une face latérale d’un premier secteur 12 et dans le motif 48 en T de la face latérale en vis-à-vis d’un secteur 12 adjacent ou abouté.
Avantageusement, les secteurs 12 comprennent également une ou plusieurs fentes d’étanchéité sur chacune des faces d’extrémités des secteurs 16 de plateformes radialement externes.
Ces plaquettes permettent de réaliser l’étanchéité entre l’intérieur de la veine 22 et l’extérieur de celle-ci.
L’assemblage d’un secteur 12 angulaire d’une rangée annulaire d’aubes de stator de turbomachine tel qu’il vient d’être décrit, comprend les étapes suivantes :
- fournir un secteur 12 sans secteur 24 d’abradable ;
- positionner un élément de brasure 30 sur la face 42 radialement interne de chacune des pattes 32 du secteur 12, et si nécessaire sur une face 50 radialement inférieure du secteur 38;
- positionner un secteur 26 de support sur les éléments 30 de brasure des pattes 32 ;
- solidariser le secteur 26 de support avec les pattes 32 ;
- positionner le bloc 28 d’abradable sur le secteur 26 de support ;
- solidariser le bloc 28 d’abradable avec le secteur 26 de support ;
- chauffer le secteur 12 ainsi constitué dans un four pour solidariser définitivement le secteur 26 de support sur les pattes
32 par fonte de l’élément 30 de brasure.
Avantageusement, les éléments 30 de brasure sont seulement posés sur la face 42 radialement interne de chacune des pattes 32 et si nécessaire sur la face 50 radialement inférieure, et le secteur 26 de support est pointé, c’est-à-dire qu’il est soudé par des point de soudure espacés les uns des autres, sur les pattes 32. De préférence, le bloc 28 d’abradable est également pointé sur la tôle ou soudé en pas de pèlerin, c’est-à-dire par des soudures moyennes en quinconce de part et d’autre du bloc 28 d’abradable.
Ainsi, lors du passage dans le four, la chaleur fera fondre les éléments 30 de brasure qui fusionneront localement avec les pattes 32 et la face 50 radialement inférieure d’une part, et avec le secteur 26 de support d’autre part.
Comme nous l’avons vu, le secteur 12 est avantageusement une pièce de fonderie obtenue par moulage.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Secteur (12) angulaire d’une rangée annulaire d’aubes de stator (4) de turbomachine, comprenant un secteur (14) de plateforme radialement interne, et un secteur (16) de plateforme radialement externe, par rapport à un axe (A) longitudinal reliés l’un à l’autre par des pales (18), un pied (20) s’étendant depuis le secteur (14) de plateforme radialement interne à l’opposé des pales (18), caractérisé en ce que le pied (20) comprend, à son extrémité opposée au secteur (14) de plateforme interne, au moins deux pattes (32) espacées angulairement l’une de l'autre et s’étendant axialement, selon ledit axe (A) longitudinal.
  2. 2. Secteur (12) selon la revendication 1, dans lequel une première des pattes (32a) est agencée à une première extrémité (34) circonférentielle du secteur (12) et une deuxième des pattes (32b) est agencée à une seconde extrémité (36) circonférentielle du secteur (12), opposée à la première extrémité (34) circonférentielle.
  3. 3. Secteur (12) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le pied (20) comprend une troisième patte (32c) intercalée entre les première et deuxième pattes (32a, 32b), de préférence au milieu.
  4. 4. Secteur (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les pattes (32) font saillie d’un secteur (38) de paroi radiale qui s’étend depuis le secteur (14) de plateforme radialement interne à l’opposé des pales (18).
  5. 5. Secteur (12) selon la revendication 4, dans lequel les pattes (32) font saillie du secteur (38) de paroi radiale depuis un bord (40) radialement interne de celui-ci.
  6. 6. Secteur (12) selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel les pattes (32) sont venues de matière avec le secteur (38) de paroi radiale.
  7. 7. Secteur (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un secteur (24) d’anneau abradable est fixé sur les pattes (32) du pied (20).
  8. 8. Secteur (12) selon la revendication 7, dans lequel le secteur
    5 (24) d’anneau abradable comprend un secteur (26) de support fixé sur les pattes (32) et un bloc (28) d’abradable fixé sur ledit secteur (26) de support.
  9. 9. Etage (6) de turbomachine, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de secteurs (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes, agencés circonférentiellement bout à bout.
  10. 10 10. Procédé de fabrication d’un secteur (12) angulaire d’une rangée annulaire d’aubes de stator (4) de turbomachine, ce procédé comprenant les étapes consistant à ;
    - fournir un secteur (12) selon l’une des revendications 1 à 6 ;
    - positionner un élément (30) de brasure sur la face (42)
  11. 15 radialement interne de chacune des pattes (32) du secteur ;
    - positionner un secteur (26) de support sur les éléments (30) de brasure des pattes (32) ;
    - solidariser le secteur (26) de support avec les pattes (30) ;
    - positionner le bloc (28) d’abradable sur le secteur (26) de
    20 support ;
    - solidariser le bloc (28) d’abradable avec le secteur (26) de support ;
    - chauffer le secteur (12) ainsi constitué dans un four pour solidariser définitivement le secteur (26) de support sur les
    25 pattes (32) par fonte de l’élément (30) de brasure.
    2o FIG.2
    32,32b
    32,32c
    2/2 40 50
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