FR3065484A1 - Ensemble de turbine de turbomachine - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un ensemble de turbine (7) comprenant : une roue mobile (22) en un matériau métallique portant une pluralité d'aubes (24) en matériau composite à matrice céramique (CMC) ; un distributeur (26) fixe en matériau CMC comportant une pluralité d'aubes (28) comprenant à une extrémité extérieure un talon (50), l'ensemble des talons des aubes formant un anneau de distributeur (52) ; un anneau de turbine (30) en une seule pièce en matériau CMC ayant une face interne en regard des extrémités extérieures des aubes (24) de la roue mobile, l'anneau de turbine (30) étant fixé à l'anneau de distributeur de façon définir une paroi annulaire cylindrique correspondant à la paroi extérieure d'une veine d'écoulement de gaz (38) ; et un dispositif de refroidissement (80) de la roue mobile par de l'air prélevé dans une partie froide de la turbomachine, ledit dispositif étant commandé de façon à ajuster un jeu radial (J) entre les extrémités des aubes portées par la roue mobile et la face interne de l'anneau de turbine.
Description
® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication : 3 065 484 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) (© N° d’enregistrement national : 17 53554
COURBEVOIE © Int Cl8 : F 01 D 25/12 (2017.01), F 01 D 25/24
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
| ©) Date de dépôt : 25.04.17. | © Demandeur(s) : SAFRAN AIRCRAFT ENGINES |
| (© Priorité : | Société par actions simplifiée — FR. |
| @ Inventeur(s) : CONDAT HELENE MYRIAM, BLAN- | |
| CHARD STEPHANE PIERRE GUILLAUME et DUVAL | |
| (43) Date de mise à la disposition du public de la | SYLVAIN YVES JEAN. |
| demande : 26.10.18 Bulletin 18/43. | |
| ©) Liste des documents cités dans le rapport de | |
| recherche préliminaire : Se reporter à la fin du | |
| présent fascicule | |
| (© Références à d’autres documents nationaux | ® Titulaire(s) : SAFRAN AIRCRAFT ENGINES Société |
| apparentés : | par actions simplifiée. |
| ©) Demande(s) d’extension : | © Mandataire(s) : CABINET BEAU DE LOMENIE. |
(U4) ensemble de turbine de turbomachine.
FR 3 065 484 - A1 _ L'invention concerne un ensemble de turbine (7) comprenant: une roue mobile (22) en un matériau métallique portant une pluralité d'aubes (24) en matériau composite à matrice céramique (CMC) ; un distributeur (26) fixe en matériau CMC comportant une pluralité d'aubes (28) comprenant à une extrémité extérieure un talon (50), l'ensemble des talons des aubes formant un anneau de distributeur (52); un anneau de turbine (30) en une seule pièce en matériau CMC ayant une face interne en regard des extrémités extérieures des aubes (24) de la roue mobile, l'anneau de turbine (30) étant fixé à l'anneau de distributeur de façon définir une paroi annulaire cylindrique correspondant à la paroi extérieure d'une veine d'écoulement de gaz (38); et un dispositif de refroidissement (80) de la roue mobile par de l'air prélevé dans une partie froide de la turbomachine, ledit dispositif étant commandé de façon à ajuster un jeu radial (J) entre les extrémités des aubes portées par la roue mobile et la face interne de l'anneau de turbine.
Arrière-plan de l'invention
L'invention concerne un ensemble de turbine de turbomachine. Le domaine d'application de l'invention est notamment celui des moteurs aéronautiques à turbines à gaz. L'invention est toutefois applicable à d'autres turbomachines, par exemple aux turbines industrielles.
Dans les moteurs aéronautiques à turbine à gaz, l'amélioration du rendement et la réduction des émissions polluantes conduisent à réduire la masse des pièces constituant le moteur et à le faire fonctionner à des températures toujours plus élevées. Les matériaux composites à matrice céramique (CMC), connus pour leurs bonnes propriétés mécaniques qui les rendent aptes à constituer des éléments de structures et pour conserver ces propriétés à températures élevées, constituent une alternative viable aux traditionnelles pièces métalliques. L'utilisation de pièces en matériau CMC dans les parties chaudes de tels moteurs a déjà été envisagée pour les raisons précitées. En particulier, l'introduction d'aubages et d'anneaux en matériau CMC dans les parties chaudes de la turbomachine telle que la turbine basse pression, présente un enjeu important pour réduire la masse de la turbine.
L'utilisation de matériaux CMC présente toutefois des limites. Ces derniers sont notamment caractérisés par des coefficients de dilatation thermique bien inférieurs à ceux des matériaux métalliques. En d'autres termes, les pièces en matériau CMC se dilatent moins que les pièces en matériau métallique à des températures élevées, ce qui pose des problèmes d'intégration importants, notamment lorsque l'on cherche à contrôler les jeux entre différentes pièces.
Il est aujourd'hui difficile d'envisager une turbine entièrement réalisée en matériau CMC, et certaines pièces structurales, comme le carter entourant les aubages du rotor et du stator, ou les roues mobiles du rotor, doivent encore être fabriquées en matériau métallique. Dans ce contexte, il existe encore un besoin pour une architecture de turbine qui permette d'encore mieux intégrer des pièces en matériau CMC dans un environnement métallique.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un ensemble de turbine de turbomachine comprenant au moins :
une roue mobile en un matériau métallique portant une pluralité d'aubes en matériau composite à matrice céramique, un distributeur fixe en matériau composite à matrice céramique disposé à l'aval de la roue mobile et comportant une pluralité d'aubes, chaque aube du distributeur comprenant à une extrémité extérieure un talon, l'ensemble des talons des aubes du distributeur formant un anneau de distributeur autour des aubes du distributeur, un anneau de turbine en une seule pièce en matériau composite à matrice céramique ayant une face interne en regard des extrémités extérieures des aubes de la roue mobile, l'anneau de turbine étant fixé à l'anneau de distributeur de façon à ce que l'anneau de turbine et l'anneau de distributeur définissent ensemble une paroi annulaire cylindrique correspondant à la paroi extérieure d'une veine d'écoulement de gaz dans la turbine, et un dispositif de refroidissement de la roue mobile par de l'air prélevé dans une partie froide de la turbomachine, ledit dispositif étant commandé de façon à ajuster un jeu radial entre les extrémités des aubes portées par la roue mobile et la face interne de l'anneau de turbine.
Dans tout l'exposé, les termes « intérieur », « extérieur », « axial », « radial » et leurs dérivés sont définis par rapport à l'axe sur lequel est centrée la turbine, coïncidant par ailleurs avec l'axe longitudinal de la turbomachine dans laquelle la turbine peut être utilisée. Les termes « amont » et « aval » sont définis quant à eux par rapport au sens d'écoulement du gaz dans la turbine lorsque celle-ci est en fonctionnement.
Dans une turbine, il est important de pouvoir contrôler le jeu ou l'espacement existant entre les aubes de la roue mobile (rotor) et l'anneau de turbine qui entoure ces aubes de façon à assurer une étanchéité maximale entre ces éléments lorsque la turbine fonctionne, et ainsi améliorer son rendement. L'ensemble de turbine selon l'invention est remarquable car il présente une masse réduite tout en conservant un bon rendement, le rendement pouvant être contrôlé par ajustement du jeu entre les aubes du rotor et l'anneau de turbine.
L'emploi d'un matériau CMC pour les aubes de la roue mobile et l'anneau de turbine permet de réduire la masse de l'ensemble de turbine, mais aussi d'assurer une bonne étanchéité entre les aubes de la roue mobile et l'anneau de turbine en s'affranchissant des problèmes de dilatation différentielle qui pouvaient exister entre des aubes en matériau CMC et un anneau de turbine métallique, ou inversement. L'invention propose encore, pour réduire la masse de l'ensemble de turbine, d'utiliser un distributeur intégralement en matériau CMC comprenant des aubes fixes munies de talons. Le distributeur peut être en une seule pièce, ou encore sectorisé.
L'invention est aussi remarquable en ce que l'ensemble de turbine comprend un dispositif de refroidissement de la roue mobile par de l'air prélevé dans une partie froide de la turbomachine, par exemple dans un compresseur. Ce dispositif de refroidissement est commandé, par exemple il peut être activé ou désactivé, pour ajuster le jeu radial entre les aubes de la roue mobile et l'anneau de turbine. En effet, la roue mobile dans l'ensemble de turbine selon l'invention est en un matériau métallique, et présente donc un coefficient de dilatation thermique plus élevé que le matériau CMC. Ainsi, en refroidissant plus ou moins la roue mobile, on peut augmenter ou réduire avec précision et simplement le jeu existant entre les extrémités des aubes mobiles en CMC et la face interne de l'anneau de turbine.
En outre, avec une paroi annulaire cylindrique, le jeu radial entre les aubes de la roue mobile et la face interne de l'anneau de turbine peut être contrôlé plus simplement à l'aide du dispositif de refroidissement. Ce jeu radial est également préservé pendant le fonctionnement de la turbine car les aubes et l'anneau de turbine sont en matériau CMC, et se dilateront de la même façon. Aussi, il n'est plus nécessaire de contrôler avec précision les jeux axiaux entre les aubes de la roue mobile et l'anneau de turbine, puisque les aubes peuvent se déplacer axialement sans risquer d'entrer en contact avec l'anneau de turbine. Le montage d'un ensemble de turbine selon l'invention est finalement plus aisé que pour une turbine présentant une paroi extérieure de veine qui n'est pas cylindrique.
Enfin, cette configuration cylindrique permet de disposer d'un anneau de turbine en une seule pièce de conception très simple. En effet, l'anneau de turbine et l'anneau de distributeur peuvent avoir une forme cylindrique, c'est-à-dire présenter une section circulaire constante. Avec une telle disposition, les aubes de la roue mobile peuvent présenter, en section longitudinale, des extrémités extérieures rectilignes et parallèles à l'axe de la turbine et à la face interne de l'anneau de turbine, et être dépourvues de léchettes et de talons. Les aubes peuvent être ainsi plus simples à fabriquer.
Dans un exemple de réalisation, l'ensemble de turbine selon l'invention peut constituer une turbine basse pression d'une turbomachine aéronautique.
Dans un exemple de réalisation, le dispositif de refroidissement de la roue mobile peut comprendre un canal d'acheminement d'air froid débouchant en direction de la roue mobile muni d'une vanne.
Le distributeur et l'anneau de turbine peuvent former deux pièces distinctes. Dans ce cas, l'anneau de turbine peut être fixé à l'anneau de distributeur de façon étanche, par exemple à l'aide de moyens de fixation étanches. De tels moyens de fixation étanches peuvent, notamment lorsque le distributeur est sectorisé, comprendre une rainure sur un bord de l'anneau de turbine ou de l'anneau de distributeur, et une languette sur un bord de l'anneau de distributeur ou de l'anneau de turbine coopérant avec la rainure, un joint d'étanchéité pouvant être présent entre la rainure et la languette. En variante, de tels moyens de fixation étanches peuvent comprendre, notamment lorsque le distributeur est en une seule pièce, des rebords sur l'anneau de turbine et l'anneau de distributeur qui coopèrent entre eux et sont séparés par un joint d'étanchéité annulaire.
En variante, l'anneau de turbine et le distributeur peuvent former une seule et même pièce. Cette disposition rend encore plus aisé le montage de l'ensemble de turbine en réduisant notamment le nombre de pièces, et supprime la nécessité d'utiliser des moyens de fixation étanches.
Avantageusement, l'ensemble de turbine peut comprendre en outre un carter en un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique strictement supérieur à celui du matériau composite à matrice céramique formant les aubes de la roue mobile, le distributeur, et l'anneau de turbine, le carter s'étendant autour de l'anneau de distributeur et de l'anneau de turbine, au moins l'anneau de distributeur ou l'anneau de turbine étant relié au carter par au moins une liaison glissière présentant un degré de liberté radial.
Un tel ensemble de turbine peut ainsi permettre d'utiliser un grand nombre d'éléments en matériau CMC dans la turbine afin de réduire la masse de l'ensemble, tout en conservant un carter structural en un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique strictement supérieure à celui du matériau composite à matrice céramique formant les aubes mobile, le distributeur et l'anneau de turbine. Un tel carter peut être typiquement en un matériau métallique.
Concernant l'intégration de l'ensemble formé par la roue mobile, l'anneau de turbine et le distributeur à l'intérieur d'un carter tel que défini ci-dessus, elle est rendue possible grâce à l'introduction d'une liaison glissière entre l'ensemble formé par l'anneau de turbine et le distributeur, et le carter. De façon connue en soi, une liaison glissière est un type de liaison mécanique qui autorise un mouvement de translation entre deux pièces selon un unique degré de liberté, ici radial. De la sorte, le carter ne peut se déplacer par rapport à l'anneau de turbine et au distributeur que dans une unique direction radiale sans contraindre le distributeur et/ou l'anneau de turbine auquel il est relié. En effet, à chaud, le carter aura tendance à se dilater plus que l'anneau de turbine et le distributeur, et se déplacera radialement sans contraindre l'anneau de turbine et le distributeur. En outre, la dilatation du carter permet de créer un jeu supplémentaire à chaud entre l'anneau ou le distributeur et le carter de façon à réduire encore de telles contraintes. Enfin, la liaison glissière permet d'assurer un centrage axial du distributeur et de l'anneau de turbine par rapport au carter.
Le maintien axial de l'anneau et du distributeur par rapport au carter peut être réalisé au moins en partie par des éléments ressorts reliant l'anneau de turbine et le distributeur au carter ou à un distributeur de turbine haute pression situé en amont de la turbine. Le maintien radial de l'anneau et du distributeur peut être réalisé à l'aide d'une liaison pivot, par exemple à l'aide de roulements à paliers, par exemple présents entre le distributeur et le rotor de la turbine.
Dans un exemple de réalisation, le distributeur peut être relié au carter par au moins une liaison glissière présentant un degré de liberté radial.
Dans ce cas, le carter peut comprendre sur une face interne une rainure et l'anneau de distributeur peu présenter sur une face externe une languette logée dans la rainure du carter. La languette et la rainure peuvent s'étendre sur toute la circonférence de la face interne du carter et de la face externe de l'anneau de distributeur, ou en variante, seulement sur une partie de leur circonférence.
Dans un exemple de réalisation, l'anneau de turbine peut être relié au carter par au moins une liaison glissière présentant un degré de liberté radial.
Dans ce cas, le carter peut comprendre sur une face interne une rainure et l'anneau de turbine peut présenter sur une face externe une languette logée dans la rainure du carter. La languette et la rainure peuvent s'étendre sur toute la circonférence de la face interne du carter et de la face externe de l'anneau de turbine, ou en variante, seulement sur une partie de leur circonférence.
L'invention vise enfin un procédé d'ajustement d'un jeu radial entre des extrémités d'aubes portées par une roue mobile et une face interne d'un anneau de turbine dans un ensemble de turbine tel que celui présenté ci-avant, ledit jeu radial étant ajusté par commande du dispositif de refroidissement.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
- la figure 1 est une vue schématique de principe en coupe longitudinale d'une turbomachine aéronautique connue,
- la figure 2 est une vue de principe au niveau de la turbine basse pression d'une turbomachine selon un mode de réalisation de l'invention, et
- la figure 3 est une vue détaillée en coupe longitudinale d'un exemple de turbine basse pression de turbomachine aéronautique selon un mode de réalisation de l'invention dans lequel le distributeur est en une seule pièce, et
- la figure 4 est une vue agrandie en coupe longitudinale montrant des moyens de fixation étanche entre un anneau de turbine et un distributeur voisin dans une turbine basse pression selon un autre mode de réalisation dans lequel le distributeur est sectorisé.
Description détaillée de l'invention
La figure 1 montre une vue schématique de principe en coupe longitudinale d'une turbomachine aéronautique connue. La turbomachine consiste, dans l'exemple illustré, en un turboréacteur à double flux 1 centré sur un axe A-A. Le turboréacteur 1 comprend, d'amont en aval : une soufflante 2, un compresseur basse pression 3 (ou « booster »), un compresseur haute pression 4, une chambre de combustion 5, une turbine haute pression 6, et une turbine basse pression 7.
Le turboréacteur 1 comprend un module basse pression comportant la soufflante 2, le compresseur basse pression 3 et la turbine basse pression 7, les éléments constitutifs de ce module étant solidaires en rotation d'un arbre basse pression 8 s'étendant selon l'axe A-A. De manière similaire, la turbine haute pression 6 est solidaire en rotation du compresseur haute pression 4 par le biais d'un arbre haute pression 9. Qu'il s'agisse des parties dites haute pression ou basse pression du turboréacteur 1, elles comportent toutes une partie en rotation (ou rotor) et une partie fixe (ou stator).
La figure 1 montre les principales liaisons mécaniques en jeu dans le turboréacteur 1 entre ses différents éléments constitutifs. Les parties fixes de chaque élément du turboréacteur 1 sont généralement reliées à un ou plusieurs carters 10, tandis que les parties mobiles peuvent être reliées à un arbre rotatif tel que l'arbre basse pression 8 ou l'arbre haute pression 9. Les parties fixes et mobiles sont généralement reliées entre elles par des liaisons du type pivot 11 ou pivot glissant 12. En pratique, les liaisons pivot 11 et 12 peuvent être réalisées à l'aide de roulements à paliers.
La figure 2 montre une vue de principe d'une turbomachine selon l'invention au niveau de la turbine basse pression 7. La turbine 7 comprend une pluralité d'étages de turbine 20, chaque étage de turbine comprenant une roue mobile 22 sur laquelle est monté un ensemble d'aubes 24 entraînées en rotation par la roue mobile 22, et un distributeur 26 situé à l'aval de la roue mobile 22 et comportant un ensemble d'aubes 28 fixes. La roue mobile 22 est reliée à l'arbre basse pression 8, tandis que le distributeur 26 est relié au carter 10. Une liaison pivot 13 peut être présente entre un distributeur 26 et une roue mobile 22. L'étage de turbine 20 comprend en outre un anneau de turbine 30 dont la position est montrée sur la figure 2, situé en regard des aubes 24 mobiles, et qui est solidaire du distributeur 28.
Les aubes 24, le distributeur 26 et l'anneau de turbine 30 sont en matériau CMC. Le carter 10 est quant à lui en un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique strictement supérieur à celui du matériau CMC, par exemple en un matériau métallique. La roue mobile 22 est en un matériau métallique. L'anneau de turbine 30 et le distributeur 26 sont reliés au carter 10 par le biais de liaisons glissières 32 présentant un degré de liberté orienté selon un axe radial, c'est-à-dire selon un axe perpendiculaire à l'axe A-A du turboréacteur 1 et passant par ce dernier. Les liaisons glissières 32 permettent d'accommoder la dilatation différentielle existant entre le carter 10 et les éléments en matériau CMC de la turbine 7, en autorisant le carter à se dilater radialement et axialement sans contraindre l'anneau de turbine 30 et le distributeur 28. Dans l'exemple illustré, l'ensemble comprenant les distributeurs 26 et les anneaux de turbine 30 est relié aux roues mobiles 22 de la turbine 7 par une liaison du type pivot glissant 11. Conformément à l'invention, la turbine 7 comprend en outre un dispositif de refroidissement 80 de la roue mobile, qui sera décrit plus en détail ci-après.
Un exemple de turbine 7 selon l'invention va maintenant être décrit en lien avec la figure 3 qui en montre une vue en coupe détaillée. Les signes de référence utilisés précédemment sur les figures 1 et 2 sont, sauf mention contraire, applicables à la figure 3. Sur la figure 3, le sens d'écoulement du gaz dans la turbine 7 est indiqué par la flèche 19.
La turbine 7 comprend ici trois étages de turbine 20 complets, et une roue mobile 22 supplémentaire à l'aval des étages 20. Comme expliqué précédemment, chaque étage 20 comprend une partie formant rotor avec une roue mobile 22, et une partie formant stator avec notamment un distributeur 26 situé à l'aval de la roue mobile 22.
La roue mobile 22 comprend un ensemble d'aubes 24 en matériau CMC. Chaque aube 24 comprend un aubage 34 qui s'étend radialement à partir d'un pied 36 qui est engagé dans la roue mobile 22, ainsi qu'une plateforme 38 située entre le pied 36 et l'aubage 34 afin de définir à l'intérieur la veine d'écoulement de gaz 38 dans la turbine 7. Les aubes 24 sont ici dépourvues de talons et de léchettes.
Le distributeur 26 en matériau CMC comprend quant à lui un ensemble d'aubes 28 fixes. Les aubes 28 comprennent un pied 40 qui peut être muni sur une face interne d'un revêtement abradable destiné à venir au contact de léchettes 42 fixées à la roue mobile 22 afin d'assurer l'étanchéité de la veine 38 à l'intérieur. Le pied 40 des aubes 28 du distributeur 26 peut également être relié à une roue mobile 22 par le biais de roulements à paliers 44. Chaque aube 28 comprend en outre une plateforme 46, ainsi qu'un aubage 48 s'étendant entre la plateforme 46 et un talon 50 situé à une extrémité extérieure de l'aube 28.
Chaque étage de turbine 20 comprend en outre, en regard des extrémités des aubes 24 de la roue mobile 22, un anneau de turbine 30 en une seule pièce en matériau CMC. Dans l'exemple illustré, l'anneau de turbine 30 prend la forme d'un anneau cylindrique centré sur l'axe A-A de la turbine. L'anneau de turbine 30 est fixé aux talons 50 des aubes 28 du distributeur 26, les talons 50 formant par ailleurs ensemble un anneau de distributeur 52 lui aussi de forme cylindrique. L'anneau de turbine 30 est fixé au distributeur 26 de façon à garantir l'étanchéité de la veine 38 à l'extérieur. Ainsi, l'anneau de turbine 30 et l'anneau de distributeur 52 forment ensemble une paroi cylindrique délimitant la veine 38 à l'extérieur.
Dans l'exemple illustré, l'anneau de distributeur 50 est monobloc. L'anneau de turbine 30 est ici fixé à l'anneau de distributeur de façon étanche par coopération entre un rebord 30a présent sur un bord de l'anneau de turbine 30 et un rebord 50a correspondant présent sur l'anneau de distributeur 52. Pour assurer l'étanchéité, un joint 53 est prévu entre les rebords 30a et 50a.
Dans une variante illustrée sur la figure 4, l'anneau de distributeur 50 est sectorisé. Dans ce cas, l'anneau de turbine 30 est fixé à l'anneau de distributeur 52 de façon étanche par coopération entre une rainure 50'a présente sur un bord de l'anneau de distributeur 52 et une languette 30'a présente sur un bord de l'anneau de turbine 30. Pour assurer cette étanchéité, un joint 53' est ici prévu dans la rainure 50'a. On notera que la rainure peut en variante être présente sur un bord de l'anneau de turbine 30 et la languette sur un bord de l'anneau de distributeur 52.
Dans la configuration illustrée sur la figure 3, les aubes 24 de la roue mobile 22 ont un aubage 34 ayant une extrémité supérieure qui, en coupe longitudinale, est rectiligne et parallèle à la face interne de l'anneau de turbine 30. En d'autres termes, l'extrémité extérieure de l'aubage 34 située en regard de l'anneau de turbine 30 est parallèle à l'axe A-A de la turbine 7. De la sorte, la présence de talons et de léchettes sur les extrémités extérieures des aubes 24 de la roue mobile 22 n'est pas nécessaire. En outre, le contrôle du jeu axial lors du positionnement des aubes 24 est moins critique. Cette configuration permet d'obtenir des aubes 24 de conception plus simple et de montage plus aisé.
La turbine 7 comprend également un carter 10 annulaire et de forme cylindrique, disposé autour des étages de turbine 20. Le carter 10 comprend un carter externe 54 et une structure de support composée de plusieurs anneaux 56 cylindriques solidaires entre eux et fixés à l'intérieur du carter externe 54. Dans l'exemple illustré, l'anneau de turbine 30 du premier étage de turbine 20, c'est-à-dire celui situé le plus en amont dans la turbine 7, présente sur sa face externe et à l'amont une languette 58 qui est logée dans une rainure 60 formée sur une face interne du carter 10. Plus précisément, la rainure 60 est définie entre un anneau 56 et le carter externe 54.
Toujours dans l'exemple illustré, l'anneau de distributeur 26 du premier étage de turbine 20, formé par l'ensemble des talons 50, comprend sur une face externe une languette 62 qui est logée dans une rainure 60 présente sur une face interne du carter 10. La rainure 60 est plus précisément définie entre deux anneaux 56 consécutifs du carter 10. Les languettes 58 ou 62 peuvent être présentes sur toute la périphérie de l'anneau 30 ou du distributeur 26. Les languettes 58, 62 s'étendent radialement vers l'extérieur. Les anneaux 56 du carter 10 s'étendent axialement entre deux languettes 58 ou 62 consécutives. Dans le premier étage de distributeur 20, l'anneau de turbine 30 et le distributeur 26 sont tous deux reliés au carter 10 par une liaison glissière 32 avec un degré de liberté radial, la liaison glissière 32 résultant de la coopération d'une languette 58 ou 62 et d'une rainure 60. On notera que, pour les autres étages 20 de la turbine 7, seul le distributeur est directement relié au carter 10 par une liaison glissière 32, résultant de la coopération d'une languette 62 avec une rainure 60.
Dans l'exemple illustré, l'ensemble formé par les distributeurs 26 et les anneaux de turbine 30 est également maintenu axialement par des joints d'étanchéité élastiques 64a, 64b. Un joint amont 64a est relié au distributeur 66 de la turbine haute pression 6 d'une part, et à la languette de l'anneau de turbine 30 du premier étage de turbine 20 d'autre part. Un joint aval 64b est relié à une languette 68 s'étendant vers l'intérieur à partir d'un anneau 56 du carter 10 d'une part, et à une languette 70 s'étendant vers l'extérieur à partir de l'anneau de turbine 30 le plus en aval de la turbine 7. Dans l'exemple illustré, les joints 64a et 64b sont plaqués chacun respectivement contre le distributeur 66 et la languette de l'anneau de turbine 30 du premier étage de turbine, et contre la languette 68 et la languette 70.
Dans une variante non illustrée, le distributeur 26 et l'anneau de turbine 30 peuvent former une seule et même pièce.
Conformément à l'invention, la turbine 7 comprend en outre un dispositif de refroidissement 80 de la roue mobile par de l'air prélevé dans une partie froide de la turbomachine. La partie froide de la turbomachine peut être par exemple un compresseur. Dans l'exemple illustré, le dispositif de refroidissement comprend notamment un canal 82 d'acheminement d'air froid ayant une extrémité 84 dirigée vers l'aval de la turbine 7 et débouchant vers la roue mobile 22 du premier étage 20 de la turbine 7. Le canal 82 peut être calorifugé. Le canal 82 peut traverser la veine 38 au niveau d'un carter inter-turbine (non représenté). Afin que l'air froid délivré par le système de refroidissement 80 chemine vers les autres étages de la turbine 7 situés plus en aval, des perçages 90 peuvent être prévus dans des portions du rotor qui feraient obstruction à la bonne circulation de l'air le long des roues mobiles 22 et à proximité de celles-ci. Le canal 82 est pourvu d'une vanne 86 commandée par un système de commande 88. La vanne 86 permet de réguler le débit d'air froid qui est délivré par le canal 84 sur la roue mobile 22.
En régulant le débit d'air délivré par le dispositif de refroidissement 80, on peut refroidir de façon contrôlée la roue mobile et ajuster ainsi le jeu radial J présent entre les extrémités des aubes 34 portées par la roue mobile 22 et la face interne de l'anneau de turbine 30.
En particulier, un refroidissement de la roue mobile 22 (par augmentation du débit d'air froid) permet d'augmenter le jeu J, alors qu'un réchauffage de la roue mobile 22 (par réduction du débit d'air froid) permet de réduire le jeu J. Pour réguler ce débit d'air, le système de commande 88 peut contrôler la vanne 86 en fonction de paramètres de la turbomachine qui permettent d'estimer la valeur du jeu J en temps réel.
Le jeu J peut être mesuré en temps réel à l'aide d'un capteur capacitif (non représenté) présent par exemple sur un carter en regard des extrémités radialement externes des aubes 24 de la roue mobile 22, le capteur étant relié au système de commande 88. De tels capteurs sont connus et généralement utilisés dans les turbines haute pression des turbomachines.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Ensemble de turbine (7) de turbomachïne (1) comprenant au moins :une roue mobile (22) en un matériau métallique portant une pluralité d'aubes (24) en matériau composite à matrice céramique, un distributeur (26) fixe en matériau composite à matrice céramique disposé à l'aval de la roue mobile et comportant une pluralité d'aubes (28), chaque aube du distributeur comprenant à une extrémité extérieure un talon (50), l'ensemble des talons des aubes du distributeur formant un anneau de distributeur (52) autour des aubes du distributeur, un anneau de turbine (30) en une seule pièce en matériau composite à matrice céramique ayant une face interne en regard des extrémités extérieures des aubes (24) de la roue mobile, l'anneau de turbine (30) étant fixé à l'anneau de distributeur de façon à ce que l'anneau de turbine et l'anneau de distributeur définissent ensemble une paroi annulaire cylindrique correspondant à la paroi extérieure d'une veine d'écoulement de gaz (38) dans la turbine, et un dispositif de refroidissement (80) de la roue mobile par de l'air prélevé dans une partie froide de la turbomachïne, ledit dispositif étant commandé de façon à ajuster un jeu radial (J) entre les extrémités des aubes portées par la roue mobile et la face interne de l'anneau de turbine.
- 2. Ensemble de turbine selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de refroidissement de la roue mobile comprend un canal d'acheminement d'air froid (82) débouchant en direction de la roue mobile muni d'une vanne (86).
- 3. Ensemble de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel l'anneau de turbine (30) et le distributeur (26) forment deux pièces distinctes, l'anneau de turbine étant fixé à l'anneau de distributeur de façon étanche.
- 4. Ensemble de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel l'anneau de turbine (30) et le distributeur (26) forment une seule et même pièce.
- 5. Ensemble de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un carter (10) en un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique strictement supérieur à celui du matériau composite à matrice céramique formant les aubes de la roue mobile, le distributeur, et l'anneau de turbine, le carter s'étendant autour de l'anneau de distributeur et de l'anneau de turbine, au moins l'anneau de distributeur ou l'anneau de turbine étant relié au carter par au moins une liaison glissière (32) présentant un degré de liberté radial.
- 6. Ensemble de turbine selon la revendication 5, dans lequel le distributeur (26) est relié au carter (10) par au moins une liaison glissière (32) présentant un degré de liberté radial.
- 7. Ensemble de turbine selon la revendication 6, dans lequel le carter (10) comprend sur une face interne une rainure (60) circonférentielle et l'anneau de distributeur (52) présente sur une face externe une languette annulaire (62) logée dans la rainure du carter.
- 8. Ensemble de turbine selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel l'anneau de turbine (30) est relié au carter (10) par au moins une liaison glissière (32) présentant un degré de liberté radial.
- 9. Ensemble de turbine selon la revendication 8, dans lequel le carter (10) comprend sur une face interne une rainure (60) et l'anneau de turbine (30) présente sur une face externe une languette (58) logée dans la rainure du carter.
- 10. Procédé d'ajustement d'un jeu radial (J) entre des extrémités d'aubes (24) portées par une roue mobile (22) et une face interne d'un anneau de turbine (30) dans un ensemble de turbine (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, ledit jeu radial étant ajusté par commande du dispositif de refroidissement (80).1/3 <
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| WO1995031631A1 (fr) * | 1994-05-16 | 1995-11-23 | Solar Turbines Incorporated | Distributeur de turbine en ceramique a faible contrainte thermique |
| US20120301315A1 (en) * | 2011-05-26 | 2012-11-29 | Ioannis Alvanos | Ceramic matrix composite airfoil for a gas turbine engine |
| WO2014120334A1 (fr) * | 2013-01-29 | 2014-08-07 | Sippel Aaron D | Enveloppe de turbine |
| WO2016052177A1 (fr) * | 2014-10-03 | 2016-04-07 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Turbine à gaz, centrale à cycles combinés, et procédé d'activation de turbine à gaz |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995031631A1 (fr) * | 1994-05-16 | 1995-11-23 | Solar Turbines Incorporated | Distributeur de turbine en ceramique a faible contrainte thermique |
| US20120301315A1 (en) * | 2011-05-26 | 2012-11-29 | Ioannis Alvanos | Ceramic matrix composite airfoil for a gas turbine engine |
| WO2014120334A1 (fr) * | 2013-01-29 | 2014-08-07 | Sippel Aaron D | Enveloppe de turbine |
| WO2016052177A1 (fr) * | 2014-10-03 | 2016-04-07 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Turbine à gaz, centrale à cycles combinés, et procédé d'activation de turbine à gaz |
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