FR3075863A1 - Turbine de turbomachine comportant un dispositif de limitation de survitesse - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une turbine (22) de turbomachine (10) d'aéronef, comprenant : - au moins un étage comportant un aubage (42b) de rotor mobile en rotation autour d'un axe (A) et un aubage (44b) de stator adjacent audit aubage (42a) de rotor avec un jeu axial (J1), - un dispositif (43) de destruction d'aubes mobiles dudit aubage (42b) de rotor commandé en réponse à la détection d'une survitesse de rotation du rotor (22) de la turbine, ledit dispositif de destruction (43) comprenant au moins une aube bombée (48b) avec laquelle lesdites aubes (42b) mobiles sont susceptibles d'entrer en contact par déplacement axial pour provoquer la destruction dudit aubage de rotor (42b) en consommant le jeu (J1), caractérisée en ce que le dispositif de destruction (43) des aubes mobiles comporte des moyens de projection de l'aubage de stator (44b), aptes à déplacer axialement l'aubage de stator (44b) contre l'aubage de rotor (42b) en cas de survitesse de la turbine (22).
Description
Turbine de turbomachine comportant un dispositif de limitation de survitesse
L'invention se rapporte à une turbine de turbomachine d'aéronef, telle que par exemple une turbine de turboréacteur, comportant un dispositif de limitation de survitesse du rotor de cette turbine de turbomachine d'aéronef.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Le phénomène de survitesse d’un rotor de turbine est en principe un phénomène rare.
Par exemple, dans le cas d'un turboréacteur, qui comprend de manière classique un rotor basse pression accouplé à une soufflante du turboréacteur, et dans lequel l'accouplement est réalisé par l'intermédiaire de deux arbres et d'un réducteur montés en série, un tel phénomène peut se produire lorsque l'arbre qui relie le rotor basse pression au réducteur se rompt, ou lorsqu’un organe interne au réducteur se rompt, ou encore lorsque l'arbre qui relie le réducteur à la soufflante se rompt.
A la rupture d'un de ces arbres ou de l’organe interne du réducteur, le rotor de la turbine se retrouve par conséquent désaccouplé mécaniquement de la soufflante, qui n'exerce alors plus de couple résistant sur cet arbre et qui par conséquent ne limite plus sa vitesse de rotation.
Toutefois, les aubes mobiles de la turbine continuent d'être entraînées en rotation par les gaz sortant de la chambre de combustion de la turbomachine. La turbine passe alors en survitesse, ce qui soumet le rotor de turbine à des forces centrifuges excessives qui sont susceptibles de provoquer son éclatement et par conséquent la libération de débris ayant une haute énergie cinétique, avec pour conséquence des risques de perforation du carter externe de la turbine et aussi de la carlingue de l'avion qui est équipé de cette turbomachine. La limitation de survitesse est donc une contrainte impérative à respecter dans les turbomachines.
La position axiale de l'arbre du rotor de turbine est notamment déterminée par un palier de butée et par son accouplement au réducteur.
Les dispositifs connus de limitation de survitesse exploitent en général le fait que la rupture de l'arbre de turbine autorise un déplacement vers l'aval du rotor de la turbine sous l'action de la pression des gaz sur les aubes du rotor. On a ainsi déjà proposé des dispositifs de freinage mécanique du rotor de la turbine, comprenant des moyens portés par le rotor de turbine et destinés à venir en appui sur des moyens correspondants d'un stator ou distributeur correspondant de manière à freiner le rotor de turbine, suite à son déplacement vers l'aval après la rupture de l'arbre de turbine.
On a également proposé, au sein d'un même étage de la turbine, de monter les aubes directrices du stator de façon amovible ou basculante pour que le rotor, du fait de son déplacement vers l'aval après la rupture de l'arbre de turbine, vienne s'appuyer sur ces aubes et les fasse basculer sur la trajectoire des aubes mobiles pour les détruire et ainsi ralentir la rotation de la turbine.
On a enfin proposé une solution technique consistant, au sein d'un même étage de la turbine, à pourvoir des aubes d'un aubage du stator avec une zone en forme de déviation axiale de la forme desdites aubes appelée « bombé >>, permettant à un aubage du rotor de turbine, lorsqu’il recule lors de la casse de l’arbre de turbine, de voir les aubes mobiles de son aubage rentrer en contact avec la zone de bombé des aubes du stator afin de détruire les pales des aubes mobiles et ainsi ralentir la rotation de la turbine. Cette opération de destruction est, pour cette raison, connue sous le nom de « plumage >> de la turbine.
Cette solution présente l’inconvénient de ne permettre d’arrêter la turbine qu’en cas de déplacement axial de l’arbre de turbine survenant en cas de casse de cet arbre, mais pas en cas de casse de l’arbre de soufflante ou de casse d’un organe interne du réducteur, car ce type de casse ne provoque pas de déplacement axial de l’arbre de turbine. Or ce type de casse est néanmoins dangereux car il est susceptible de provoquer une survitesse du rotor de turbine.
Dans le cas particulier d’une casse de l’arbre reliant le réducteur à la soufflante, la survitesse de l'arbre de turbine peut aussi risquer de provoquer la destruction du réducteur, car il se retrouve alors entraîné à des vitesses de rotation pour lesquelles il n'est pas conçu.
EXPOSÉ DE L’INVENTION
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ces problèmes, permettant d'éviter les inconvénients de la technique connue. L'invention a notamment pour but de permettre la destruction de l'aubage mobile d'un étage de la turbine afin de freiner le rotor de la turbine à l'aide d'un dispositif de plumage perfectionné fonctionnant même en l'absence de recul de l'arbre de turbine.
Dans ce but, l'invention propose une turbine pour une turbomachine d’aéronef, comprenant au moins un étage comportant un aubage de rotor mobile en rotation autour d’un axe et un aubage de stator adjacent audit aubage de rotor, ladite turbine comprenant en outre un dispositif de limitation de survitesse comprenant un dispositif de destruction d’aubes mobiles dudit aubage de rotor commandé en réponse à la détection d'une survitesse de rotation du rotor de la turbine, ledit dispositif de destruction comprenant au moins une aube bombée dudit aubage de stator distante des aubes mobiles dudit aubage de rotor selon un jeu axial déterminé et étant configuré pour que lesdites aubes entrent en contact avec ladite au moins une aube bombée par déplacement axial en consommant le jeu axial déterminé pour provoquer la destruction dudit aubage de rotor, caractérisée en ce que le dispositif de destruction des aubes mobiles comporte des moyens de projection configurés pour provoquer le déplacement axial de l'aubage de stator contre l'aubage de rotor en réponse à la détection de ladite survitesse de la turbine.
L'avantage essentiel de ce dispositif de destruction est qu'il n'est pas tributaire du recul du rotor de la turbine et peut être déclenché en l'absence de recul du rotor, en projetant vers l'aval un aubage de stator situé en amont de l'aubage de rotor ou, au contraire, en projetant vers l'amont un aubage de stator situé en aval de l'aubage de rotor. De plus, la rapidité avec laquelle le dispositif ralentit le rotor ne dépend plus que du temps de réponse des moyens de projection de l'aubage de stator.
Selon d'autres caractéristiques de la turbine :
- l'aubage de stator comporte au moins un bord extérieur annulaire qui est monté dans un carter extérieur de la turbine par l'intermédiaire d'au moins une liaison coulissante longitudinale parallèle à la direction axiale, et les moyens de projection comportent ladite au moins une liaison coulissante et un moyen d'actionnement à effet longitudinal vers l'aubage de rotor,
- le bord extérieur de l'aubage de stator comporte une bride d'extrémité amont et une bride d'extrémité aval comportant respectivement une collerette annulaire amont et une collerette annulaire aval conformées en crochet qui coopèrent en coulissement longitudinal avec des collerettes en crochet complémentaires amont et aval du carter extérieur de la turbine pour déterminer deux liaisons coulissantes longitudinales correspondantes,
- les deux liaisons coulissantes longitudinales déterminent un jeu longitudinal entre l'aubage de stator et le carter extérieur de la turbine qui est supérieur ou égal au jeu axial déterminé,
- l'au moins un moyen d'actionnement à effet longitudinal est interposé entre le carter de turbine et le bord extérieur de l'aubage de stator et il présente une course d'actionnement supérieure ou égale au jeu axial déterminé,
- la turbine comporte un capteur de vitesse mesurant la vitesse d'un arbre solidaire de ladite turbine et configuré pour émettre une information de vitesse de rotation dudit arbre caractérisant la vitesse de ladite turbine.
L'invention concerne aussi une turbomachine comportant un compresseur haute pression et une turbine haute pression reliés par un arbre haute pression, de part et d'autre desquels sont agencés un compresseur basse pression et une turbine basse pression reliés par un arbre basse pression traversant l'arbre haute pression, une soufflante étant accouplée à l'arbre basse pression par l'intermédiaire d'un réducteur, caractérisée en ce qu'elle comporte une turbine du type décrit précédemment, dont le capteur de vitesse mesure la vitesse de l'arbre basse pression et est agencé axialement entre le réducteur et l'extrémité amont de l'arbre haute pression.
Selon d'autres caractéristiques de la turbomachine :
- le moyen d'actionnement à effet longitudinal comporte au moins un actionneur pyrotechnique la turbomachine comporte une unité électronique recevant l'information de vitesse et configurée pour émettre une commande électrique d'actionnement à l'intention dudit au moins un actionneur pyrotechnique dès lors que ladite information de vitesse dépasse un seuil déterminé,
- la turbomachine comporte au moins un moyen de coupure de l'alimentation en carburant couplé avec le dispositif de limitation de survitesse de la turbine.
L'invention concerne enfin un procédé d'arrêt d'urgence en cas de survitesse d'une turbomachine du type décrit précédemment caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de surveillance de la vitesse de la turbine basse pression au cours de laquelle l'unité électronique reçoit l'information de vitesse, une étape de comparaison au cours de laquelle l'unité électronique compare l'information de vitesse au seuil de vitesse déterminé, et au cours de laquelle, si l'information de vitesse est supérieure au seuil de vitesse déterminé, l'unité électronique initie une étape d'arrêt de la turbine basse pression au cours de laquelle, l'unité électronique émet une commande électrique d’actionnement à l'intention des actionneurs pyrotechniques et une consigne de coupure de l'alimentation en carburant de la turbomachine à l'intention des moyens de coupure de l'alimentation en carburant.
DESCRIPTION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une partie amont d’un premier type de turbomachine à laquelle s’applique l’invention ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une partie amont d’un deuxième type de turbomachine à laquelle s’applique l’invention ;
- la figure 3 est une demi-vue très schématique en coupe longitudinale d’une turbomachine conventionnelle ;
- la figure 4 est une demi-vue de détail schématique, en coupe longitudinale, d’une turbine basse pression équipée d'un dispositif de limitation de survitesse selon un état antérieur de la technique ;
- la figure 5A est une demi-vue très schématique en coupe longitudinale d’une turbomachine selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 5B est une demi-vue très schématique en coupe longitudinale d’une turbomachine selon un second mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 6A est une demi-vue de détail en coupe longitudinale, d’une turbine basse pression équipée d'un dispositif de limitation de survitesse selon le premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 6B est une vue de détail de la figure 6A ;
- la figure 7 est une demi-vue de détail schématique d’une turbine basse pression équipée d'un dispositif de limitation de survitesse selon le premier mode de réalisation de l'invention représenté dans une position inactive ;
- la figure 8 est une demi-vue de détail schématique, d’une turbine basse pression équipée d'un dispositif de limitation de survitesse selon le premier mode de réalisation de l'invention représenté dans une position active ;
- la figure 9 est une vue en perspective avec arrachement d'un actionneur pyrotechnique pour un dispositif de limitation de survitesse selon l'invention :
- la figure 10 est un diagramme bloc illustrant les étapes d'un procédé d'arrêt d'une turbomachine selon l'invention
DESCRIPTION DETAILLEE
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. Les désignations amont et aval sont définies par rapport à un sens d'écoulement des gaz à l'intérieur d'une turbomachine.
On a représenté à la figure 3 une turbomachine 10 d’aéronef réalisée selon l’invention, qui est ici un turboréacteur à double flux et à double corps. L’architecture globale de cette turbomachine 10 est une architecture classique à deux corps, connue de nombreuses turbomachines connues de l’état de la technique. Pour cette raison, dans la suite de la présente description, toute référence à l’architecture générale d’une turbomachine selon l’état de la technique sera faite en considérant la figure
3.
Pour l’essentiel, la turbomachine 10 comporte, d'amont en aval selon le sens d’écoulement des flux de gaz F dans la turbomachine, une soufflante 12 munie de pales 13, un compresseur basse-pression 14, un compresseur haute-pression 16, une chambre annulaire de combustion 18, une turbine haute-pression 20, une turbine basse-pression 22 et une turbine d'échappement 50.
Un rotor 16R du compresseur haute-pression 16 et un rotor 20R de la turbine haute-pression 20 sont reliés par un arbre haute-pression 26 et forment avec lui un corps haute-pression. Un rotor 14R du compresseur basse-pression 14 et un rotor 44R de la turbine basse-pression 44 sont reliés par un arbre basse-pression (BP) 28 et forment avec lui un corps basse-pression.
Comme l’illustrent les figures 1 et 2, dans la partie amont de la turbomachine 10, la soufflante 12 est reliée à un arbre de soufflante 18 qui, dans l'exemple représenté, est lié en rotation à l'arbre BP 28 par l'intermédiaire d'un réducteur 20, par exemple un réducteur planétaire 32, qui a été représenté ici de manière schématique. La soufflante 12 et le compresseur basse pression 14 forment ainsi un module amont basse pression de la turbomachine.
De manière connue, la soufflante 12, et notamment lorsqu'elle est de très grande dimension, est mue à une vitesse de rotation inférieure à celle de l'arbre BP 28, afin de mieux l'adapter aérodynamiquement.
Les arbres HP 26 et BP 28 s'étendent suivant un axe A longitudinal de la turbomachine 10.
La turbomachine 10 comprend également un carter de soufflante (non visible) qui s’étend autour des pales 12 et qui définit une veine d’entrée d’air des flux F. Une partie de cet air pénètre dans une veine annulaire interne 34 d'écoulement d’un flux primaire et l’autre partie alimente une veine annulaire externe (non visible) d’écoulement d’un flux secondaire. La veine 34 traverse les compresseurs basse-pression 14 et haute-pression 16,1a chambre de combustion 18 et les turbines hautepression 20 et basse-pression 22. La veine externe enveloppe des carters des compresseurs et des turbines et rejoint la veine interne 34 dans une tuyère (non représentée) de la turbomachine 10.
En amont de la turbomachine 10, l'arbre de soufflante 30 et l'arbre basse pression 28 sont centrés et guidés en rotation autour de l’axe A par des paliers 36, 38, 40. Dans un premier type de turbomachine qui a été représenté à la figure 1, l’arbre de la soufflante 30 est guidé par deux paliers 36, 38 à rouleaux coniques, et, dans un deuxième type de turbomachine qui a été représenté à la figure 2, l’arbre de la soufflante 18 est guidé par deux paliers 32, 34 respectivement à rouleaux et à billes.
Quel que soit le type de turbomachine, comme l'illustrent les figures 1 et 2, chaque arbre basse pression 28 est guidé dans sa partie amont par au moins un palier à billes 40 qui forme une butée axiale conditionnant la position axiale de l’arbre BP 28 correspondant en fonctionnement.
Dans le cas d’une rupture de l’arbre BP 28, le recul de l'arbre basse-pression 28 peut être mis à profit pour parer au risque de survitesse. En effet, dans le cas d'une telle rupture, la partie aval de l’arbre BP 28 n’est plus retenue par le palier à billes 40 situé en amont de l'arbre BP 28 et est donc libre de reculer axialement. On a donc proposé des dispositifs de limitation de survitesse permettant de mettre à profit ce recul pour ralentir l'arbre BP28.
On a ainsi proposé, dans une configuration de turbomachine analogue à celle de la turbomachine de la figure 3, des dispositifs de destruction des aubes mobiles d'un aubage déterminé de la turbine 22 afin de la ralentir ou de l'arrêter, selon une technique dite de « plumage » de la turbine BP 22.
Comme l'illustre de manière schématique la figure 4, la turbine BP 22 comporte ici, de manière non limitative, trois étages d'aubages, comportant chacun un aubage respectif de rotor mobile 42a, 42b, 42c. En aval de chaque aubage respectif de rotor mobile 42a, 42b, 42c, est agencé avec un aubage correspondant de stator ou redresseur 44a, 44b, 44c.
Selon la technique de plumage, un dispositif de destruction 43 comporte des moyens d'obstacle 46b qui sont agencés sur l'aubage 44b de stator du deuxième étage du compresseur basse pression 22. Ces moyens d'obstacle 46b consistent en des zones bombées 46b d'aubes directrices 48b de l'aubage 44b de stator. Chaque aube 48b est agencée avec un jeu Ji par rapport à l'aubage 42b de rotor associé. Les zones bombées 46b sont prévues, en cas de recul de l'arbre BP 28 entraînant une réduction du jeu Ji, pour être agencées sur la trajectoire des aubes mobiles de l'aubage 42b de rotor et entrer ainsi en contact avec les aubes mobiles de l'aubage 42b du rotor basse pression 22 pour détruire lesdites aubes et ainsi ralentir puis arrêter la rotation de la turbine basse pression 22. L'arbre BP28 n'est alors plus entraîné par les gaz hautement énergétiques provenant de la chambre de combustion et ne risque donc pas d’être en survitesse.
Toutefois, il n’existe actuellement pas de solution efficace pour prévenir une survitesse de l’arbre BP 28 en cas de rupture de l’arbre de soufflante 30 ou en cas de rupture d’un organe interne au réducteur 20.
En effet, dans ce cas, l’arbre BP 28 est toujours retenu axialement par son palier à billes 40, de sorte qu'il n'est pas à même reculer et de réduire le jeu Ji, de sorte que l'aubage 42b de rotor n'est pas à même d'entrer en contact avec les aubes 48b bombées de l'aubage 44b de stator. L'arbre BP 28 peut entrer en survitesse.
Une telle survitesse peut provoquer un éclatement des aubages 42a, 42b ou 42c d’un ou plusieurs étages de la turbine BP 22. En effet, par construction, les turbines BP comportent de manière connue pour chaque étage des aubes solidaires des disques de turbines. Ces disques sont prévus pour retenir radialement les aubes, sont soumis à des efforts centrifuges très intenses et sont dimensionnés pour y résister jusqu’à une certaine vitesse, au-delà de laquelle ils risquent d’éclater. L’éclatement d’un disque est susceptible de provoquer l’envoi de débris de disques et d’aubes à haute énergie principalement dans une direction radiale, ces débris étant alors à même de traverser les carters de la turbomachine, voire les ailes ou la cabine de l’aéronef auquel appartient la turbomachine 10, avec des conséquences élevées pour sa sécurité.
Une telle survitesse pourrait en outre être préjudiciable au réducteur 32, qui n'est pas dimensionné pour supporter des régimes de survitesse de l'arbre BP 28.
Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose un dispositif de destruction d'aubes 43 à même d'assurer un contact d'un aubage mobile avec des zones bombées d'aubes bombées d'un aubage de stator adjacent dans tous les cas de départ en survitesse de la turbine BP 28.
A cet effet, l'invention propose une turbine BP 28 équipée d'un dispositif de limitation de survitesse comportant un dispositif de destruction d'aubes 43 comportant des moyens de projection configurés pour provoquer le déplacement axial d'un aubage de stator bombé contre un aubage de rotor en réponse à la détection de ladite survitesse de la turbine BP 28.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention qui a été représenté à la figure 5A, le dispositif de destruction d'aubes 43 peut comporter des moyens de projection vers l'amont de l'aubage 44b de stator, aptes à projeter axialement l'aubage 44b de stator vers l'amont contre l'aubage 42b de rotor en réponse à la détection de ladite survitesse de la turbine BP 28 afin que les zones bombées 46b des aubes bombées 48b de l'aubage 44b de stator détruisent l'aubage mobile 42b. Dans ce cas, les zones bombées 46b sont situées à l'amont des aubes bombées 48b.
Selon un second mode de réalisation de l'invention qui a été représenté à la figure 5B, le dispositif de destruction d'aubes 43 comporte des moyens de projection vers l'aval de l'aubage 44b de stator, aptes à projeter axialement l'aubage 44b de stator vers l'amont contre l'aubage 42c de rotor en réponse à la détection de ladite survitesse de la turbine BP 28 afin que les zones bombées 46b des aubes bombées 48b de l'aubage 44b de stator détruisent l'aubage mobile 42c. Dans ce cas, les zones bombées 46b sont situées à l'aval des aubes bombées 48b.
Conformément à l'invention, les moyens de projection comportent pour l'essentiel au moins une liaison coulissante 50 interposée entre l'aubage 44b et un carter 52 de la turbine BP 28, et un moyen d'actionnement 54 à effet longitudinal vers l'aubage mobile de rotor configuré pour solliciter l'aubage 44b vers l'aubage mobile 42b ou l'aubage mobile 42c.
On va à présent décrire les détails d'un dispositif de destruction d'aubes 43 correspondant au premier mode de réalisation de l'invention, étant entendu qu'un dispositif de destruction d'aubes analogue peut être employé pour la mise en œuvre du second mode de réalisation de l'invention et ne sera donc pas décrit en détail.
Avantageusement, l'au moins une liaison coulissante est réalisée en tirant parti d'une configuration de montage de l'aubage de stator 44b. Comme l'illustre plus en détail la figure 6A, l'aubage de stator 44b comporte au moins un bord extérieur 56 annulaire et de préférence un bord intérieur annulaire (non représenté) entre lesquels s'étendent une rangée annulaire d'aubes fixes de redresseur, dont au moins une aube bombée 48b comportant la zone de bombée 46. Le bord extérieur annulaire 56 est monté dans un carter 52 extérieur de la turbine par l'intermédiaire de deux liaisons coulissantes 50, 51 longitudinales, parallèles à la direction axiale. Les moyens de projection comportent donc les deux liaisons coulissantes
50, 51 et le moyen d'actionnement 54, ici à effet longitudinal vers l'amont, qui est interposé entre le carter extérieur 50 et le bord extérieur 56.
Plus particulièrement, pour réaliser les liaisons coulissantes 50 et
51, le bord extérieur 56 de l'aubage de stator 44b comporte une bride d'extrémité amont 58 et une bride d'extrémité aval 60 comportant respectivement une collerette annulaire amont 62 et une collerette annulaire aval 64 conformées en crochet qui coopèrent en coulissement longitudinal avec des collerettes en crochet complémentaires amont 66 et aval 68 du carter extérieur 52 de la turbine. La coopération des collerettes en crochets amont 62, 66 d'une part, et des collerettes en crochets aval 64, 58 d'autre part déterminent ainsi les deux liaisons coulissantes 50, 51 longitudinales correspondantes qui autorisent un degré de liberté de l'aubage 44b selon la direction axiale A.
Le moyen d'actionnement à effet longitudinal 54 est interposé, comme on l'a vu, entre le carter extérieur 52 de la turbine et le bord extérieur 56, et plus particulièrement entre le carter extérieur 52 et la collerette en crochet 68 de la bride d'extrémité aval 60 de l'aubage de stator 44b.
Pour assurer le glissement, par la coopération des collerettes en crochets amont 62, 66 d'une part et des collerettes en crochets aval 64, 68 d'autre part, la collerette en crochet 64 de la bride d'extrémité aval 60 de l'aubage de stator 44b comporte une portée longitudinale 70 agencée radialement à l'intérieur d'une portée longitudinale 72 de la collerette en crochet 68 complémentaire aval du carter 52 de turbine.
Comme l'illustre plus en détail la figure 6B, des faces longitudinales en vis-à-vis des portées 70, 72 sont maintenues en contact mutuel par un anneau de pincement 74 qui comporte deux mors annulaires coaxiaux 76 pinçant les portées 70, 72 de la collerette en crochet de la bride d'extrémité aval 64 et de la collerette en crochet complémentaire aval 68 du carter de la turbine 52 l'une contre l'autre. Cet anneau 74 est agencé en butée longitudinale avec la portée 70 de la collerette en crochet 64 de la bride d'extrémité aval. Il détermine, par rapport à la portée 72 de la collerette en crochet complémentaire aval 68 du carter de turbine 52, un jeu longitudinal J2 de la liaison coulissante 51 qui est supérieur au jeu J1. Ce jeu J2 est donc par construction un jeu longitudinal entre l'aubage 44b de stator et le carter extérieur de la turbine 52 considéré en l'absence d'aubage mobile
42b, et il ne correspond donc pas à une course longitudinale susceptible d'être parcourue par l'aubage de stator 44b une fois que la turbomachine est assemblée, car le jeu Ji entre l'aubage de stator 42b et l'aubage mobile 42b, qui est inférieur au jeu J2, limite le déplacement axial de l'aubage 44b de stator.
Le moyen d'actionnement à effet longitudinal est interposé entre le carter de turbine 52 et l'anneau de pincement 74, et présente une course C supérieure ou égale au jeu J1. Il est donc à même de solliciter la collerette en crochet 68 de la bride d'extrémité aval 60 de l'aubage de stator 44b par l'intermédiaire de l'anneau 74 selon la flèche de la figure 6B pour qu'elle consomme au moins le jeu Ji et au moins une partie du jeu J2. Sur la figure 8, la course C a été représentée entre la position initiale en traits pointillés de l'aubage de stator 44b et sa position finale en traits pleins. Il sera compris que le moyen d'actionnement à effet longitudinal pourrait solliciter un autre point du bord extérieur 56 de l'aubage de stator 44b, par exemple la bride d'extrémité amont 58, sans changer la nature de l'invention.
Dans la configuration précédemment décrite, le moyen d'actionnement à effet longitudinal 54 est susceptible de solliciter la collerette en crochet 68 par l'intermédiaire de l'anneau 74, suivant la course C en consommant le jeu Ji et au moins une partie du jeu J2. Comme le jeu J2 est supérieur au jeu Ji et offre ainsi une possibilité maximale de déplacement de l'aubage de stator 44b correspondant au jeu J2, ce mouvement suivant la course C entraîne un déplacement de l'aubage 44b supérieur au jeu Ji qui se trouve donc entièrement annulé et l'aubage fixe 44b se trouve par conséquent projeté sur le chemin de rotation des aubes de l'aubage 42b par un contact franc et massif entre les aubes de ces deux aubages, comme représenté à la figure 8. Il en en résulte donc au moins un freinage de la turbine basse pression 22, voire un arrêt complet de celle-ci.
Le moyen d'actionnement à effet longitudinal 54 peut prendre toute forme connue de l'état de la technique. Toutefois, il est souhaitable que le moyen d’actionnement à effet longitudinal 54 soit le plus réactif possible, de manière à être à même d’arrêter la turbine basse pression 22 en un temps minimal.
Dans ce but, le moyen d'actionnement à effet longitudinal 54 comporte au moins un actionneur pyrotechnique 54a.
De préférence, le moyen d'actionnement à effet longitudinal 54 comporte au moins trois d'actionneurs pyrotechniques 54a qui sont répartis angulairement de manière régulière autour de la périphérie de l'anneau de pincement 70, cette configuration permettant de garantir l'équilibrage de la charge des actionneurs et d'éviter tout coincement de l'aubage de stator 44b. Bien entendu, il sera compris qu’un nombre supérieur d’actionneurs pyrotechniques 54a peut être envisagé.
La figure 9 illustre de manière non limitative un actionneur pyrotechnique 54a pouvant être mis en œuvre dans le cadre de l’invention.
Un tel actionneur pyrotechnique 54a comporte un corps tubulaire 78 dans une extrémité 80 duquel est reçu un bouchon 82 qui reçoit une cartouche 84 interne de gaz pyrotechnique et un allumeur 86 destiné à provoquer l’explosion de la cartouche 84 et la libération des gaz à l’intérieur du corps tubulaire 75. A mi-longueur du corps 78 se trouve un disque de rupture 88 destiné à assurer un confinement des gaz dans une chambre de compression comprise entre le disque 88 et le bouchon 82 pendant une montée en pression des gaz. Ce disque de rupture 88 est destiné à être rompu une fois une pression de gaz suffisante atteinte pour permettre au flot de gaz d’envahir une chambre de propulsion 90 formée dans un vérin 92 monté coulissant dans le corps 78. L’extrémité 94 du vérin 92 est conformée en touche d’appui et permet, sous l’effet des gaz qui sollicitent le vérin 92, d’exercer une poussée sur un organe, ici l’anneau 74. Des évents 96 formés dans le corps du vérin 92 et des évents 98 formés dans le corps 78 permettent par la suite d’évacuer les gaz.
Comme on le voit, l’actionneur 54a est donc un actionneur électrique commandé en réponse à une information représentative d’une survitesse de la turbine BP 22. Pour caractériser cette survitesse, comme l’illustrent les figures 5A et 5B, la turbine BP 22 comporte un capteur 100 de vitesse mesurant la vitesse d'un arbre solidaire de ladite turbine BP 22, ici, et de manière non limitative de l’invention, l’arbre BP 28. Ce capteur 100 est configuré pour émettre une information v de vitesse de rotation de l’arbre BP 28 caractérisant la vitesse de la turbine BP 22.
Le capteur 100 est par exemple situé dans une enceinte de la turbomachine traversée par l’arbre basse pression 28, axialement entre le réducteur 32 et l'extrémité amont de l'arbre haute pression 26.
Ce capteur 100 émet l’information de vitesse de rotation de l’arbre BP 28 à l’intention d’une unité électronique 102 qui est configurée pour émettre une commande électrique p d'actionnement à l'intention des actionneurs pyrotechniques 54a dès lors que l’information de vitesse dépasse un seuil déterminé caractéristique d’une survitesse, comme l’illustrent les flèches de la figure 5.
Accessoirement, la turbomachine 10 peut également comprendre au moins un moyen de coupure de l'alimentation en carburant qui est couplé avec le dispositif de limitation de survitesse de la turbine 22. Par exemple, l’unité électronique 102 peut simultanément, en cas de survitesse, émettre une commande off de coupure à l’intention d’une électrovanne 104 d’alimentation en carburant de la chambre 18 de carburant.
Dans cette configuration, comme l’illustre la figure 10, un procédé d'arrêt d'urgence en cas de survitesse de la turbomachine comporte au moins une étape ET1 de surveillance de la vitesse de la turbine basse pression au cours de laquelle l'unité électronique 102 reçoit l'information v de vitesse du capteur 100 et une étape de comparaison ET2 simultanée au cours de laquelle l'unité électronique 102 compare l'information de vitesse à un seuil de vitesse s déterminé. Si, au cours de cette étape ET2, la vitesse v est inférieure au seuil s, le procédé retourne à l’étape ET1. Dans le cas contraire, si au cours de l'étape ET2 l'information de vitesse v est supérieure au seuil de vitesse s déterminé, l'unité électronique 102 initie une étape ET3 d'arrêt de la turbine basse pression au cours de laquelle l'unité électronique 102 émet une commande électrique d'actionnement p à l'intention des actionneurs pyrotechniques 54a et simultanément commande la coupure de l'alimentation en carburant de la turbomachine par une consigne off envoyée à l’électrovanne 104.
L’invention permet de déclencher un arrêt d’une turbine en cas de survitesse, de manière simple et efficace.
Bien que l’invention ait été décrite en relation avec un type particulier de turbomachine, il sera compris qu'elle pourrait s’appliquer à tout autre type de turbomachine.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Turbine (22) pour une turbomachine (10) d’aéronef, comprenant au moins un étage comportant un aubage (42b) de rotor mobile en rotation autour d’un axe (A) et un aubage (44b) de stator adjacent audit aubage (42a) de rotor, ladite turbine (22) comprenant en outre un dispositif de limitation de survitesse comprenant un dispositif (43) de destruction d’aubes mobiles dudit aubage (42b) de rotor commandé en réponse à la détection d'une survitesse de rotation du rotor (22) de la turbine, ledit dispositif de destruction (43) comprenant au moins une aube bombée (48b) dudit aubage de stator (44b) distante des aubes mobiles dudit aubage (42b) de rotor selon un jeu axial déterminé (J1) et étant configuré pour que lesdites aubes (42b) mobiles entrent en contact avec ladite au moins une aube bombée (48b) par déplacement axial en consommant le jeu (J1) pour provoquer la destruction dudit aubage de rotor (42b), caractérisée en ce que le dispositif de destruction (43) des aubes mobiles comporte des moyens de projection configurés pour provoquer le déplacement axial de l'aubage de stator (44b) contre l'aubage de rotor (42b) en réponse à la détection de ladite survitesse de la turbine (22).
- 2. Turbine (22) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'aubage de stator (44b) comporte au moins un bord extérieur (56) annulaire (56) qui est monté dans un carter extérieur (52) de la turbine par l'intermédiaire d'au moins une liaison coulissante (50, 51) longitudinale parallèle à la direction axiale (A), et en ce que les moyens de projection comportent ladite au moins une liaison coulissante (50, 51) et un moyen d'actionnement (54) à effet longitudinal vers l'aubage de rotor.
- 3. Turbine (22) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le bord extérieur (56) de l'aubage (44b) de stator comporte une bride d'extrémité amont (58) et une bride d'extrémité aval (60) comportant respectivement une collerette annulaire amont (62) et une collerette annulaire aval (64) conformées en crochet qui coopèrent en coulissement longitudinal avec des collerettes en crochet complémentaires amont (66) et aval (68) du carter extérieur (52) de la turbine (22) pour déterminer deux liaisons coulissantes longitudinales correspondantes (50, 51).
- 4. Turbine (22) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les deux liaisons coulissantes longitudinales (50, 51) déterminent un jeu longitudinal (J2) entre l'aubage (44b) de stator et le carter extérieur (52) de la turbine (22) qui est supérieur ou égal au jeu axial déterminé (J1 ).
- 5. Turbine (22) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le moyen d'actionnement (54) à effet longitudinal est interposé entre le carter de turbine et le bord extérieur (56) de l'aubage (44b) de stator et en ce qu'il présente une course d'actionnement (C) supérieure ou égale au jeu axial déterminé (J1).
- 6. Turbine (22) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un capteur de vitesse (100) mesurant la vitesse d'un arbre solidaire de ladite turbine (22) et configuré pour émettre une information de vitesse (v) de rotation dudit arbre caractérisant la vitesse de ladite turbine (22).
- 7. Turbomachine (10) selon l'une des revendications précédentes, comportant un compresseur haute pression (16) et une turbine haute pression (20) reliés par un arbre haute pression (26), de part et d'autre desquels sont agencés un compresseur basse pression (14) et une turbine basse pression (22) reliés par un arbre basse pression (28) traversant l'arbre haute pression (26), une soufflante (12) étant accouplée à l'arbre basse pression (28) par l'intermédiaire d'un réducteur (32), caractérisée en ce qu'elle comporte une turbine (22) selon l'une des revendications 1 à 6, dont le capteur de vitesse (100) mesure la vitesse de l'arbre basse pression (28) et est agencé axialement entre le réducteur (32) et l'extrémité amont de l'arbre haute pression (26).
- 8. Turbomachine (10) selon la revendication 7 prise en combinaison avec les revendications 5 et 6, caractérisée en ce que le moyen d'actionnement à effet longitudinal 54 comporte au moins un actionneur pyrotechnique (54a) et en ce que la turbomachine comporte une unité électronique (102) recevant l'information de vitesse (v) et configurée pour émettre une commande électrique d'actionnement (p) à l'intention dudit au moins un actionneur pyrotechnique (54a) dès lors que ladite information de vitesse (v) dépasse un seuil déterminé (s).
- 9. Turbomachine (10) selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un moyen de coupure (104) de l'alimentation en carburant couplé avec le dispositif de limitation de survitesse de la turbine (12).
- 10. Procédé d'arrêt d'urgence en cas de survitesse d'une turbomachine (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape (ET1) de surveillance de la vitesse de la turbine (12) basse pression au cours de laquelle l'unité électronique (102) reçoit l'information de vitesse (v), une étape de comparaison (ET2) au cours de laquelle l'unité électronique (102) compare l'information de vitesse (v) au seuil de vitesse (s) déterminé, et au cours de laquelle, si l'information de vitesse (v) est supérieure au seuil de vitesse (s) déterminé, l'unité électronique (102) initie une étape (ET3) d'arrêt de la turbine basse pression (22) au cours de laquelle l'unité électronique (102) émet une commande électrique d'actionnement (p) à l'intention des actionneurs pyrotechniques et une consigne (off) de coupure de l'alimentation en carburant de la turbomachine à l'intention des moyens de coupure (104) de l'alimentation en carburant.
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