FR3065485A1 - Etage de turbine de turbomachine - Google Patents

Etage de turbine de turbomachine Download PDF

Info

Publication number
FR3065485A1
FR3065485A1 FR1753552A FR1753552A FR3065485A1 FR 3065485 A1 FR3065485 A1 FR 3065485A1 FR 1753552 A FR1753552 A FR 1753552A FR 1753552 A FR1753552 A FR 1753552A FR 3065485 A1 FR3065485 A1 FR 3065485A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
turbine
ring
distributor
casing
blades
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR1753552A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3065485B1 (fr
Inventor
Helene Myriam Condat
Stephane Pierre Guillaume BLANCHARD
Sylvain Yves Jean Duval
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Priority to FR1753552A priority Critical patent/FR3065485B1/fr
Priority to US15/961,257 priority patent/US10920609B2/en
Publication of FR3065485A1 publication Critical patent/FR3065485A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3065485B1 publication Critical patent/FR3065485B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/28—Supporting or mounting arrangements, e.g. for turbine casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/284—Selection of ceramic materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/502—Thermal properties
    • F05D2300/5021—Expansivity
    • F05D2300/50212—Expansivity dissimilar
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F05D2300/6033—Ceramic matrix composites [CMC]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

L'invention concerne un étage de turbine (20) de turbomachine (1) comprenant une roue mobile (22) comportant une pluralité d'aubes (24) en matériau CMC, un distributeur (26) fixe en matériau CMC comportant une pluralité d'aubes (28) dont les talons forment un anneau de distributeur (52), un anneau de turbine (30) en une seule pièce en matériau CMC, et 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.

Description

065 485
53552 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :
(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national
COURBEVOIE
©) Int Cl8 : F01 D 25/24 (2017.01)
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.
104) ETAGE DE TURBINE DE TURBOMACHINE.
FR 3 065 485 - A1 _ L'invention concerne un étage de turbine (20) de turbomachine (1) comprenant une roue mobile (22) comportant une pluralité d'aubes (24) en matériau CMC, un distributeur (26) fixe en matériau CMC comportant une pluralité d'aubes (28) dont les talons forment un anneau de distributeur (52), un anneau de turbine (30) en une seule pièce en matériau CMC, et 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.
Figure FR3065485A1_D0001
-J L.
Arrière-plan de l'invention
L'invention concerne un étage 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, 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 étage de turbine de turbomachine comprenant :
une roue mobile comportant 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 correspondant à la paroi extérieure d'une veine d'écoulement de gaz dans la turbine, et 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.
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.
L'étage de turbine selon l'invention permet 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 structurel 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.
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'emploi d'un matériau CMC pour les aubes de la roue mobile et l'anneau de turbine permet d'assurer une bonne étanchéité 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 aussi, toujours pour réduire la masse de l'ensemble, 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.
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 de roulements à paliers, par exemple présents entre le distributeur et le rotor de la turbine.
Avantageusement, la paroi annulaire peut être de forme cylindrique. Pour cela, l'anneau de turbine et l'anneau de distributeur peuvent avoir une forme cylindrique, c'est-à-dire présenter une section circulaire constante. Cette configuration permet de disposer d'un anneau de turbine en une seule pièce de conception très simple. 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. Ainsi, le jeu radial entre les aubes de la roue mobile et de l'anneau de turbine peut être contrôlé plus simplement, et les aubes sont plus simples à fabriquer. Ce jeu radial est également préservé pendant le fonctionnement de la turbine car les aubes et l'anneau sont en matériau CMC, et se dilateront ainsi 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. Enfin, le montage d'un étage de turbine présentant une telle caractéristique est plus aisé que pour une turbine présentant une paroi extérieure de veine qui n'est pas cylindrique.
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 comprendre, notamment lorsque le distributeur est sectorisé, 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'étage de turbine en réduisant notamment le nombre de pièces, et supprime la nécessité d'utiliser des moyens de fixation étanches.
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 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 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.
Dans les exemples de réalisation précédents, la coopération rainure-languette permet d'obtenir une liaison glissière. En effet, cette coopération permet de laisser un degré de liberté radial au carter par rapport à l'anneau de turbine et au distributeur, tout en assurant un centrage axial du distributeur et de l'anneau de turbine par rapport au carter. A chaud, la rainure peut s'écarter avec la dilatation du carter en créant un jeu supplémentaire avec la languette, le carter pourra ainsi se déplacer radialement vers l'extérieur sans contraindre l'anneau de turbine et le distributeur en matériau CMC qui se dilateront moins.
L'invention vise aussi un module de turbine de turbomachine comprenant une pluralité d'étages de turbine tels que celui présenté cidessus ; ainsi qu'une turbomachine aéronautique comprenant un tel module de turbine.
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, de façon connue en soi, une pluralité d'étages de turbine 20, chaque étage de turbine 20 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.
Selon l'invention, 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 peut elle aussi être 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.
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 effet, il est plus facile de contrôler le jeu radial entre les aubes 24 et l'anneau de turbine 30 lorsque l'anneau 30 est cylindrique, et que l'anneau 30 et les aubes 24 sont en matériau CMC. 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.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Etage de turbine (20) de turbomachine (1) comprenant :
    une roue mobile (22) comportant 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 fa 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 (52) de façon à ce que l'anneau de turbine et l'anneau de distributeur définissent ensemble une paroi annulaire correspondant à la paroi extérieure d'une veine d'écoulement de gaz (38) dans la turbine, et 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.
  2. 2. Etage de turbine selon la revendication 1, dans lequel la paroi annulaire est de forme cylindrique.
  3. 3. Etage 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. 4. Etage 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. 5. Etage de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le distributeur (26) est relié au carter (10) par au moins une liaison glissière (32) présentant un degré de liberté radial.
  6. 6. Etage de turbine selon la revendication 5, 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.
  7. 7. Etage de turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 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.
    15
  8. 8. Etage de turbine selon la revendication 7, 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.
    20
  9. 9. Module de turbine de turbomachine comprenant une pluralité d'étages de turbine (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
  10. 10. Turbomachine aéronautique (1) comprenant un module de turbine selon la revendication 9.
    1/3 <
    <c
FR1753552A 2017-04-25 2017-04-25 Etage de turbine de turbomachine Active FR3065485B1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1753552A FR3065485B1 (fr) 2017-04-25 2017-04-25 Etage de turbine de turbomachine
US15/961,257 US10920609B2 (en) 2017-04-25 2018-04-24 Turbine engine turbine assembly

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1753552 2017-04-25
FR1753552A FR3065485B1 (fr) 2017-04-25 2017-04-25 Etage de turbine de turbomachine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3065485A1 true FR3065485A1 (fr) 2018-10-26
FR3065485B1 FR3065485B1 (fr) 2019-07-05

Family

ID=59579696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1753552A Active FR3065485B1 (fr) 2017-04-25 2017-04-25 Etage de turbine de turbomachine

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3065485B1 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
US20120301303A1 (en) * 2011-05-26 2012-11-29 Ioannis Alvanos Hybrid ceramic matrix composite vane structures for a gas turbine engine
WO2014120334A1 (fr) * 2013-01-29 2014-08-07 Sippel Aaron D Enveloppe de turbine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
US20120301303A1 (en) * 2011-05-26 2012-11-29 Ioannis Alvanos Hybrid ceramic matrix composite vane structures for a gas turbine engine
WO2014120334A1 (fr) * 2013-01-29 2014-08-07 Sippel Aaron D Enveloppe de turbine

Also Published As

Publication number Publication date
FR3065485B1 (fr) 2019-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2790191C (fr) Support de palier arriere souple avec butee pour turbomachine
EP3049637B1 (fr) Ensemble rotatif pour turbomachine
CA2860540C (fr) Secteur angulaire de redresseur a amortissement de vibrations par coin pour compresseur de turbomachine
FR3020408A1 (fr) Ensemble rotatif pour turbomachine
FR2971022A1 (fr) Etage redresseur de compresseur pour une turbomachine
FR3065482A1 (fr) Element d&#39;anneau d&#39;etancheite pour turbine comportant une cavite inclinee dans un materiau abradable
WO2017144805A1 (fr) Redresseur pour compresseur de turbomachine d&#39;aeronef, comprenant des orifices de prelevement d&#39;air de forme etiree selon la direction circonferentielle
CA2951014C (fr) Rotor pour turbomachine comportant des aubes a plates-formes raportees.
FR3065485B1 (fr) Etage de turbine de turbomachine
FR3007065A1 (fr) Anneau abradable pour turbomachine
FR3065484B1 (fr) Ensemble de turbine de turbomachine
FR3066533A1 (fr) Ensemble d&#39;etancheite pour une turbomachine
FR3069276B1 (fr) Ensemble d&#39;etancheite pour turbomachine
FR3146948A1 (fr) Roue aubagee pour turbomachine d’aeronef, comprenant un dispositif d’amortissement dynamique realise a l’aide d’un organe de reconstitution d’une veine de circulation des gaz
FR3146949A1 (fr) ROUE AUBAGEE POUR TURBOMACHINE D’AERONEF, COMPRENANT UN DISPOSITIF D’AMORTISSEMENT DYNAMIQUE AMELIORE, EQUIPEe DE SECTEURS ANGULAIRES DE ROUE A TALONS FIXES ET A TALONS MOBILES
EP4208626A1 (fr) Turbine pour turbomachine comprenant des clinquants de protection thermique
FR3107725A1 (fr) Ensemble pour stator de turbomachine d’aéronef, à étanchéité renforcée entre une virole externe et une couronne aubagée de stator entourée par cette virole
FR3106616A1 (fr) Ensemble de stator de turbomachine comprenant une virole interne comprenant des parties amont et aval assemblées par translation axiale
FR3137721A1 (fr) Ensemble de turbine de turbomachine
FR3107924A1 (fr) Anneau mobile pour turbine de turbomachine, comprenant une extrémité axiale d’appui pourvue de rainures de refroidissement différentiel
FR3082873A1 (fr) Ensemble de turbomachine, aube de turbomachine et turbomachine
WO2023156726A1 (fr) Assemblage pour une turbomachine d&#39;aéronef et turbomachine d&#39;aéronef
WO2014132001A1 (fr) Réduction des échanges convectifs entre l&#39;air et le rotor dans une turbine
FR3111677A1 (fr) Compresseur de turbomachine, procédé de montage dudit compresseur
FR3146934A1 (fr) Ensemble d’étanchéité pour turbomachine

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20181026

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 8