FR3082873A1 - Ensemble de turbomachine, aube de turbomachine et turbomachine - Google Patents

Ensemble de turbomachine, aube de turbomachine et turbomachine Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un ensemble (200) pour turbomachine comprenant une roue à aubes (201) comprenant une aube (210), et un anneau de turbine (250) entourant ladite roue à aubes (201). Une aube (210) est munie d'au moins un élément d'étanchéité mobile entre une première position et une deuxième position dans lequel l'élément d'étanchéité mobile (215) est en contact avec une surface interne (251) de l'anneau de turbine (250). Au moins l'un parmi l'élément d'étanchéité mobile (215) et la surface interne (251) présente un matériau dit à faible friction. L'invention a également pour objet une aube (210) et une turbomachine (10)

Description

ENSEMBLE DE TURBOMACHINE, AUBE DE TURBOMACHINE ET TURBOMACHINE DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne les turbomachines et les turbines desdites turbomachines.
L'invention a ainsi plus particulièrement pour objet un ensemble de turbomachine, une aube de turbomachine et une turbomachine.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les turbomachines sont composées de nombreux modules parmi lesquels la ou les turbines sont parmi les principaux. En effet, une turbine à notamment pour rôle de récupérer l'énergie issue de la combustion des gaz afin d'entraîner l'arbre de transmission de la soufflante, également connue sous la dénomination anglaise « fan », et du compresseur. L'optimisation de la ou des turbines est donc essentielle pour le bon fonctionnement d'une turbomachine.
Une turbine comporte généralement des anneaux de turbine, formant éléments de stator, et des aubes agencées en roues à aubes. Certaines de ces aubes sont fixes et participent à la formation du stator, tandis que d'autres sont montées mobiles en rotation et participent à la formation du rotor sous la forme de roues mobiles. Il est à noter que selon la configuration une turbomachine peut comprendre une seule turbine ou en comprendre deux qui se succèdent, une turbine dite haute pression et une turbine dite basse pression, la turbine haute pression étant en amont de la turbine basse pression dans le sens générale de l'écoulement des gaz.
Or, afin d'assurer un rendement maximum d'une turbine, il est nécessaire de garantir qu'une part maximum des gaz issus de la combustion participe au déplacement du rotor et donc d'éviter toute fuite de gaz parasite.
Il est connu pour éviter de telles fuites d'équiper les aubes de turbine d'éléments d'étanchéités appelés léchettes. Ces léchettes sont disposées sur la tête d'aube. De manière complémentaire, la paroi interne de la chambre de turbine comporte une couche de matériau abradable. Les léchettes sont dimensionnées de manière à venir en contact avec la couche de matériau abradable. Ainsi au premier démarrage de la turbomachine, les léchettes vont venir en contact avec le matériau abradable et supprimer par usure une partie du matériau abradable en définissant un sillon logeant l'extrémité des léchettes. De cette manière, le sillon ainsi formé joue un rôle de joint labyrinthe qui assure l'étanchéité entre les aubes et la paroi interne du stator.
Avec de telles léchettes et la couche de matériau abradable, les turbines présentent une relative bonne étanchéité entre les aubes et la paroi interne du stator, une bonne partie des fuites de gaz étant évitée. Néanmoins, un tel système de gestion de l'étanchéité n'est pas parfaitement adapté puisqu'il ne permet pas de compenser les variations de jeu entre les aubes et la paroi interne de la chambre liées à la dilatation thermique et à l'élongation des aubes qui peuvent apparaître dans certaines configurations de fonctionnement de la turbomachine. En effet, en raison de cette variation de jeu et de l'élongation des aubes, le sillon creusé par les léchettes est adapté que pour certaines configurations extrêmes de la turbomachine et les fuites de gaz sont non négligeables pour les autres configurations de la turbomachine.
Afin de résoudre cet inconvénient, il est connu du document FR 3025555 d'équiper les têtes d'aube de chacune des aubes de la turbomachine d'éléments d'étanchéité montés mobile. Ces éléments d'étanchéité sont montés mobile entre une première position dite de repos et une deuxième position dite de fonctionnement dans laquelle l'élément d'étanchéité fait saillie de la tête d'aube pour venir en contact du matériau abradable. De cette manière, avec une telle possibilité de déplacement de l'élément d'étanchéité, il est possible de compenser les variations dimensionnelles de l'aube tout au long du fonctionnement de la turbomachine.
Néanmoins, si de tels éléments d'étanchéité mobiles permettent de résoudre partiellement les problèmes d'étanchéité, ils présentent certains inconvénients. En effet, dans le document FR 3025555, de la même manière que dans l'art antérieur, l'étanchéité entre l'élément d'étanchéité mobile et la paroi de la chambre de turbine est fournie par l'utilisation du matériau abradable. Or la présence d'un tel matériau abradable sur la paroi de la chambre de turbine présente un certain nombre d'inconvénient.
En effet, même avec la solution proposée par document FR 3025555, de tels éléments d'étanchéité mobiles ne permettent pas de compenser les mouvements axiaux des aubes, connus sous la dénomination de chariotage, qui sont à l'origine de sillons présentant une largeur et profondeur plus importante et donc à l'origine de fuite de gaz. Qui plus est, le contact entre l'élément d'étanchéité mobile et le matériau abradable peut également être à l'origine d'échauffement et de dégradation dudit élément d'étanchéité mobile. II peut résulter de cette dégradation de l'élément d'étanchéité mobile des impacts sur la pale de l'aube préjudiciable au bon fonctionnement de la turbomachine. Qui plus est l'application de ce matériau abradable sur la paroi interne de la chambre de turbine, outre le fait qu'il présente un coût non négligeable, est à l'origine d'une augmentation du poids de la turbomachine.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention vise à remédier à ces inconvénients et a ainsi pour but de fournir une turbomachine qui, tout en présentant une bonne étanchéité entre les aubes et la paroi interne de la turbine quelle que soit la configuration de fonctionnement de la turbomachine autorise une suppression au moins partielle des inconvénients liés à l'utilisation de matériau abradable.
L'invention concerne à cet effet un ensemble pour turbomachine comprenant :
une roue mobile comprenant une pluralité d'aubes, et au moins un élément de stator entourant ladite roue à aubes, ledit élément de stator présentant une surface interne en regard de la roue à aubes, dans lequel au moins une première aube de la pluralité d'aubes comprend une première tête d'aube munie d'au moins un élément d'étanchéité mobile, ledit élément d'étanchéité mobile étant mobile entre une première position dans laquelle l'élément d'étanchéité mobile est à distance de la surface interne de l'anneau de turbine et une deuxième position dans lequel l'élément d'étanchéité mobile est en contact avec la surface interne de l'élément de stator.
Au moins l'un parmi l'élément d'étanchéité mobile et la surface interne présente un matériau dit à faible friction adapté pour que l'élément d'étanchéité mobile et la surface interne de l'élément de stator présente, sur une surface de contact entre l'élément d'étanchéité mobile et la surface interne de l'anneau de turbine lorsque l'élément d'étanchéité mobile est dans la deuxième position, un coefficient de friction dynamique réduit vis-à-vis d'un coefficient de friction dynamique obtenu pour un contact entre deux éléments réalisés dans un matériau de la première tête d'aube autre que le matériau à faible friction.
Avec un tel matériau dit à faible friction, l'ensemble de turbomachine peut aisément être dépourvu de matériau abradable nécessaire dans l'art antérieur. En effet, un tel matériau à faible friction va permettre de réduire les frottements entre l'élément d'étanchéité mobile et la surface interne du stator. II en résulte une usure moindre et un échauffement moindre qui rend compatible la possibilité d'un contact direct entre l'élément d'étanchéité mobile et la surface interne du stator.
Ainsi, avec cette possibilité de suppression du matériau abradable offert par l'invention, les inconvénients qui y sont associés sont de fait non reproduits.
Qui plus est, selon l'invention, l'élément mobile vient, dans sa deuxième position, directement en contact avec la surface interne du stator, il en résulte une bonne étanchéité entre l'anneau de turbine et la tête d'aube même en cas de mouvement axiaux de l'aube, tel que le chariotage.
Ainsi, selon l'invention, lorsque l'élément d'étanchéité est dans sa deuxième position, l'étanchéité entre l'aube est le stator est assurée quelle que soit la configuration de la turbomachine et quelle que soit les mouvements de l'aube contrairement à l'art antérieur basé sur l'utilisation d'abradable. On notera que par coefficient de friction, il doit être entendu au moins le coefficient de friction dynamique ceci à au moins une température de fonctionnement d'une turbine de turbomachine. Néanmoins, pour des raisons de facilité d'obtention, les valeurs identifiées dans la présente demande concernent les coefficients de friction obtenus à température ambiante, c'est-à-dire à 25°C.Compte tenu de la forte différence observée vis-à-vis de l'art antérieur à température ambiante, il est clair, notamment pour l'homme du métier, que le gain observé est également valable aux températures de fonctionnement d'une turbine de turbomachine.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l'invention, l'élément d'étanchéité et l'élément de stator comprennent respectivement, sur une surface respective de contact avec l'autre parmi l'élément d'étanchéité et l'élément de stator, un premier et un deuxième matériau, le module d'Young du premier et du deuxième matériau présentant une différence inférieure à 20% du module d'Young du premier matériau, cette différence étant préférentiellement inférieure à 10% du module d'Young du premier matériau, le premier et le deuxième matériau présentant préférentiellement un module d'Young supérieure à 100 Giga Pascal, voire à 150 Giga Pascal.
De cette manière, on limite les phénomènes d'abrasion qui peuvent apparaître au niveau de la surface de contact entre l'élément d'étanchéité et l'élément de stator.
Le matériau de faible friction peut être une céramique celle-ci étant préférentiellement un oxyde de zirconium ou un oxyde d'aluminium.
Ces matériaux présentent l'avantage d'allier à la fois une réduction du coefficient de friction, une dureté limitant les risques d'abrasion et une tenue thermique relativement important. Avec de tels matériaux en tant que matériau faible friction, Les risques de dégradation de celui ou ceux parmi l'élément d'étanchéité et la surface interne comprenant ledit matériau de friction est fortement réduit, voire sensiblement nulle.
La première tête d'aube peut comprendre une saillie, et dans lequel l'élément d'étanchéité est agencé sur la tête d'aube en prolongeant ladite saillie dans au moins la deuxième position.
Une telle saillie permet de limiter le déplacement de l'élément d'étanchéité entre sa première position et sa deuxième position. Les éventuels risques de chariotage de l'élément d'étanchéité s'en trouvent fortement réduits, voire annulés.
La roue mobile peut comprendre au moins une deuxième aube, adjacente circonférentiellement de la première aube dans la roue mobile et l'élément d'étanchéité étant commun à la première et la deuxième aube.
De cette manière l'élément d'étanchéité permet également de parfaire l'étanchéité de l'espace inter aube entre la première et la deuxième aube.
Il peut être prévu un système de contrainte adapté pour contraindre l'élément d'étanchéité dans sa deuxième position, le système de contrainte comprenant préférentiellement un moyen de contrainte élastique, tel qu'un ressort.
Un tel moyen de contrainte permet d'assurer un bon contact entre l'élément d'étanchéité et l'élément de stator. Ainsi, les risques d'espacement entre l'élément d'étanchéité et l'élément de stator qui pourraient existés pour un montage libre en rotation sont limités, voire supprimés. L'étanchéité entre la roue mobile et l'élément stator est donc ainsi assurée quelle que soit la configuration de la turbomachine.
L'élément d'étanchéité peut être monté sur l'aube libre en déplacement entre la première et la deuxième position.
Avec un tel montage libre en rotation, lors du démarrage de la turbomachine et la mise en rotation de la roue mobile, la force centrifuge s'exerçant sur l'élément d'étanchéité permet d'amener et maintenir l'élément d'étanchéité dans sa deuxième position.
La roue mobile peut comprendre au moins une deuxième aube adjacente circonférentiellement de la première aube, la deuxième aube comprenant une deuxième tête d'aube, et il peut être prévu un obturateur configuré pour fermer un espace entre la première et la deuxième tête d'aube.
Un tel obturateur permet de parfaite l'étanchéité de la roue mobile au niveau des talons des aubes.
Le matériau de faible friction peut se présenter sous la forme d'un revêtement d'au moins une partie de surface de l'un parmi l'élément d'étanchéité et la surface interne, ladite partie de surface étant en contact avec l'autre parmi l'élément d'étanchéité et la surface interne lorsque l'élément d'étanchéité est dans sa deuxième position.
L'utilisation d'un tel revêtement permet de fournir un ensemble bénéficiant des avantages liés à un tel matériau faible friction sans que cela n'affecte significativement le poids d'un tel ensemble.
L'invention a également pour objet Aube de turbomachine destinée à la formation d'une roue mobile entourée par au moins un élément de stator pour former un ensemble pour turbomachine, ladite aube comprenant une première tête d'aube munie d'au moins un élément d'étanchéité, ledit élément d'étanchéité étant mobile entre une première position dans laquelle l'élément d'étanchéité est destiné à être à distance de la surface interne de l'élément de stator lorsque l'aube participe à la formation de l'ensemble pour turbomachine et une deuxième position dans lequel l'élément d'étanchéité est en contact avec la surface interne de l'élément de stator lorsque l'aube participe à la formation de l'ensemble pour turbomachine, l'élément d'étanchéité présentant, au moins sur une surface destinée à être en contact avec la surface interne de l'élément de stator lorsque l'élément d'étanchéité est dans la deuxième position, un matériau dit à faible friction adapté pour que, lorsque l'aube participe à la formation d'un ensemble pour turbomachine, l'élément d'étanchéité et la surface interne de l'élément de stator présente un coefficient de friction dynamique réduit vis-à-vis d'un coefficient de friction dynamique obtenu pour un contact entre deux éléments réalisés dans un matériau de la première tête d'aube autre que le matériau à faible friction.
Une telle aube permet de fournir une roue mobile d'un ensemble de selon l'invention et donc de bénéficier des avantages qui y sont liés.
L'invention concernant en outre une turbomachine comprenant un ensemble pour turbomachine selon l'invention.
Une telle turbomachine présente, de par son équipement avec un ensemble selon l'invention, les avantages qui y sont liés.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre une turbomachine susceptible d'être équipée par un ensemble pour turbomachine selon l'invention
- les figures 2A et 2B illustrent une première et une deuxième vue en coupe rapprochées d'une aube et d'une portion de paroi d'un anneau de turbine selon un premier mode de réalisation ceci dans respectivement une première et une deuxième configuration de dilatation thermique de ladite aube de turbomachine,
- la figure 3 illustre une vue schématique en perspective de trois aubes adjacentes et un élément d'étanchéité équipant lesdites trois aubes d'un ensemble de turbomachine selon un deuxième mode de réalisation,
- la figure 4 illustre une vue schématique en perspective de trois aubes, un élément d'étanchéité et un obturateur d'un ensemble de turbomachine selon un troisième mode de réalisation,
- la figure 5 illustre une vue en coupe d'une aube selon un quatrième mode de réalisation équipée d'un obturateur selon le troisième mode de réalisation et présentant un élément d'étanchéité qui lui est propre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La figure 1 illustre une turbomachine susceptible d'être équipée d'un ensemble 200 selon l'invention, par exemple un turboréacteur à double flux 10 pour aéronef. Un tel turboréacteur comporte de manière générale une soufflante 12 destinée à l'aspiration d'un flux d'air Fl se divisant en aval de la soufflante en un flux primaire F2 alimentant un les différents modules du turboréacteur et un flux secondaire F3 contournant ce cœur et destiné à fournir en principe la majeure partie de la poussée.
Ces différents modules du turboréacteur comportent, de manière bien connue, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 16, une chambre de combustion 18 par exemple du type annulaire, une turbine haute pression 20 et une turbine basse pression 22. Le turboréacteur est caréné par une nacelle 24 entourant l'espace d'écoulement 26 du flux secondaire. Les rotors du turboréacteur sont montés rotatifs autour d'un axe longitudinal 28 du turboréacteur.
L'invention est néanmoins applicable à tout type de turbomachine.
Selon l'invention, au moins l'une de la turbine haute pression 20 et de la turbine basse pression 22 comporte un ensemble 200 pour turbomachine 10 comprenant :
une roue mobile, telle qu'une roue à aubes 201 comprenant une pluralité d'aubes 210, 220, 230, et un élément de stator, tel qu'un anneau de turbine 250 entourant ladite roue à aubes 201, ledit anneau de turbine 250 présentant une surface interne 251 en regard de la roue à aubes 201.
On notera que dans le cadre de l'invention, la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250 est dépourvue de matériau abradable contrairement à l'art antérieur.
Les aubes 210, 220, 230 de la roue à aubes 201 comportent chacune, comme illustré sur les figures 2A et 2B :
une pale 211 qui prolonge, dans une configuration usuelle, un pied d'aube, non représenté, une tête d'aube qui, prenant la forme d'un talon d'aube 212, prolonge la pale 211 au niveau d'une extrémité de l'aube 210, 220, 230 qui est opposée du pied d'aube, un élément d'étanchéité 215 monté mobile sur la tête d'aube 212 entre une première position et une deuxième position dans laquelle l'élément d'étanchéité 215 fait saillie de la tête d'aube en contact avec la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250.
On notera que dans les figures 2A à 5 suivantes, afin de servir de référentiel, ont été montré le sens d'écoulement du flux d'air Fl, figurant la direction axiale du turboréacteur, et la direction radiale R du turboréacteur 10.
Plus précisément, comme illustré sur les figures 2A et 2B, le talon 212 s'étendant axialement de part et d'autre de la pale 211 et est configuré pour former sensiblement un anneau avec les talons des autres aubes 220, 230 de la roue à aubes 201.
Le talon 212 comprend, sur une surface disposée en regard de la surface interne 251 de l'anneau de turbine250, une saillie 213 formant léchette, l'élément d'étanchéité 215 étant agencé sur le talon d'aube 212 en prolongeant ladite saillie dans ses première et deuxième positions.
Plus précisément, la saillie 213 peut prendre la forme, comme illustré sur les figures 2 et 3, d'une paroi verticale s'étendant radialement à partir du talon 212 en direction de la surface interne 251 et dont le sommet est sensiblement parallèle à la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250. La saillie 213 est conformée de telle manière que, en fonctionnement de la turbomachine 10 équipée par ladite aube 210 et dans une configuration où l'aube 210, et donc sa saillie 213, présentent un allongement maximale, la saillie reste à distance de la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250.
Par interne et externe, il doit être entendu, ci-dessus et dans le reste du présent document, doivent s'entendre par rapport à l'axe longitudinal 28 de la turbomachine 1, ainsi une surface interne est une surface sensiblement en regard de l'axe longitudinale, une surface externe est une surface sensiblement opposée à l'axe de longitudinale 28.
L'élément d'étanchéité 215 se présente sous une forme complémentaire à la saillie 213 et présente ainsi une cavité conformée pour loger, dans la première position de l'élément d'étanchéité, au moins partiellement la saillie 213. Ainsi, comme illustré sur les figures 2A et 2B, l'élément d'étanchéité peut présenter une forme de paroi creuse.
Dans la première position, non illustrée mais similaire à celle illustrée sur la figure 2B, l'élément d'étanchéité loge au moins en partie la saillie 213 et est à distance de la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250. Dans la deuxième position, illustrée à la fois sur les figures 2A et 2B pour des configurations différentes de l'aube 210 liées au fonctionnement de la turbomachine 10, l'élément d'étanchéité fait saillie radialement en direction de la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250 en étant en contact avec cette dernière.
L'aube 210, 220, 230 comprend en outre un système de contrainte adapté pour contraindre l'élément d'étanchéité dans sa deuxième position. Selon une possibilité préférée de l'invention, illustrée sur les figures 2A et 2B, le système de contrainte peut comprendre un moyen de contrainte élastique, tel que le ressort 214 illustré sur les figures 2A et 2B.
En variante le système de contrainte peut comprendre un actionneur, tel qu'un actionneur hydraulique, pneumatique ou électrique. Selon une autre variante de l'invention, l'aube peut être dénuée de système de contrainte, l'élément d'étanchéité 215 étant déplacé de sa première à sa deuxième position par la force centrifuge générée par la rotation du rotor.
Au moins l'un parmi l'élément d'étanchéité 215 et la surface interne 251, préférentiellement les deux, présente un matériau dit à faible friction de manière à ce que l'élément d'étanchéité 215 et la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250 présente, sur une surface de contact entre l'élément d'étanchéité 215 et la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250 lorsque l'élément d'étanchéité 215 est dans la deuxième position, un coefficient de friction dynamique réduit vis-à-vis d'un coefficient de friction dynamique obtenu pour un contact entre deux éléments réalisés dans un matériau de la première tête d'aube autre que le matériau à faible friction.
Bien entendu, pour réaliser une telle comparaison de coefficients de friction, l'homme du métier a à sa disposition un certain nombre de tests qui sont connus pour donner des résultats qui sont, si ce n'est identique, comparables. On notera que dans le cadre de l'invention, l'homme du métier pourrait, par exemple, se conférer à une norme parmi les normes ASTM D1894, ISO 8295 et TAPPI T549. Pour se faire, les mesures peuvent être réalisées à partir de feuillets sur lesquels le ou les matériaux dont la faible fiction ont été préalablement déposés. Bien entendu, l'homme du métier, peut également, en variante, se conformer à des abaques qui répertorient les coefficients de friction dynamique pour des couples de matériaux.
Ce matériau de faible friction est de préférence une céramique et peut être sélectionné parmi les oxydes de zirconium, tels que le dioxyde de zirconium, et les oxydes d'aluminium, tels que l'alumine.
En effet, si l'on considère qu'une aube et l'anneau de turbine sont généralement formés en aluminium, le coefficient de friction dynamique obtenu pour un contact entre deux éléments réalisés en aluminium est approximativement de 1,4. Alors que l'alumine et le dioxyde de zirconium présentent des coefficients de friction avec un autre élément métallique typiquement inférieurs à 0,4 et est sensiblement inférieur à 0,1 pour un contact alumine/alumine.
Le matériau de faible friction est, selon une possibilité préférentielle de l'invention, présent sous la forme d'un revêtement dont l'épaisseur est comprise entre 0,05 mm et 1 mm et avantageusement comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm, voire entre 0,2 mm et 0,3 mm.
En variante, au moins l'un, voire les deux, parmi l'élément d'étanchéité et la surface interne de l'anneau de turbine sont au moins partiellement réalisés dans ledit matériau de friction. La partie de l'élément d'étanchéité et/ou de la surface interne de l'anneau de turbine étant une partie qui est en contact avec l'autre parmi l'élément d'étanchéité et la surface interne de l'anneau de turbine.
Selon une autre variante de l'invention, l'élément d'étanchéité et la surface interne de l'anneau de turbine peuvent comporter respectivement un premier et un deuxième matériau de friction distinct l'un de l'autre. Bien entendu, selon le principe de l'invention, chacun du premier et du deuxième matériau de friction est adapté pour que l'élément d'étanchéité 215 et la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250 présente, sur une surface de contact 216 entre l'élément d'étanchéité 215 et la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250 lorsque l'élément d'étanchéité mobile 250 est dans la deuxième position, un coefficient de friction dynamique réduit vis-à-vis d'un coefficient de friction dynamique obtenu pour un contact entre deux éléments réalisés dans un matériau de la première tête d'aube autre que le premier et le deuxième matériau à faible friction
Les figures 2A et 2B illustrent deux configurations de dilatation de l'aube 210 de turbine. La figure 2A correspondant à une configuration dans laquelle l'aube présente une faible dilatation, par exemple lors du démarrage de la turbine, et dans lequel l'élément d'étanchéité 215 est éloigné du talon afin de compenser la faible dilatation de l'aube 210. Dans la figure 2B, l'aube 210 présente une forte dilatation, par exemple après une phase de décollage, et l'élément d'étanchéité 215 est proche du talon d'aube 112, l'élément d'étanchéité n'ayant pas à compenser la dilatation de l'aube qui est relativement importante.
Un ensemble 200 selon l'invention peut être fabriqué par la mise en œuvre d'un procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes :
fourniture d'une pluralité d'aubes 210, 220, 230 de turbine, formation une saillie 213 sur au moins une aube 210, 220, 230 en contact avec le talon 213, 214, 215 de ladite aube 210, 220, 230, fourniture de l'élément d'étanchéité 215 mobile, fourniture de l'anneau de turbine 250 application du matériau à faible friction sur au moins un, préférentiellement les deux, de la surface interne 251 de l'anneau de turbine et de l'élément d'étanchéité 215 mobile ceci sur une partie correspondant à la surface de contact 216 entre l'élément d'étanchéité mobile 215 et la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250, fourniture d'un système de contrainte, tel que le ressort 214, configuré pour contraindre l'élément d'étanchéité 215 dans une deuxième position dudit élément d'étanchéité 215, montage de l'élément d'étanchéité 215 sur la saillie 213 au moyen notamment du système de contrainte, l'élément d'étanchéité 215 étant monté mobile entre une première position dans laquelle l'élément d'étanchéité mobile 215 est destiné à être à distance de la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250 et une deuxième position dans lequel l'élément d'étanchéité mobile 215 est destiné à être en contact avec la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250, assemblage desdites aubes 210, 220, 230 pour former une roue à aubes 201, et agencement de la roue à aubes 201 ainsi formée dans l'anneau de turbine 250.
Selon la variante où l'un ou les deux parmi l'élément d'étanchéité et l'anneau de turbine est réalisé au moins partiellement dans le ou des matériaux faible friction, le procédé peut ne pas comporter d'étape d'application du matériau à faible friction,, l'un ou les deux parmi l'élément d'étanchéité et la surface interne de l'anneau de turbine comprenant déjà ledit matériau à faible friction.
La figure 3 illustre un ensemble 200 pour turbomachine selon un deuxième mode de réalisation dans lequel l'élément d'étanchéité est commun à trois aubes 210, 220, 230 de la roue à aubes 201. Un ensemble 200 selon ce deuxième mode de réalisation se différencie d'un ensemble 200 selon le premier mode de réalisation en ce que l'élément d'étanchéité est commun à trois aubes qui se succèdent.
Ainsi, selon ce deuxième mode de réalisation, chacune des aubes 210, 220, 230 du groupement de trois aubes est munie d'une saillie 213, 223, 233 respective, l'élément d'étanchéité 215 commun étant monté mobile sur lesdites saillie entre sa première position dans laquelle l'élément d'étanchéité 215 est à distance de la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250 et sa deuxième position dans laquelle l'élément d'étanchéité 215 est en contact de la surface interne 251 de l'anneau de turbine 250.
On notera que, selon les possibilités de ce deuxième mode :
soit chacune des aubes 210, 220, 230 de l'ensemble de trois aubes peut être muni d'un système de contrainte pour contraindre l'élément d'étanchéité 215 dans sa deuxième position, ou soit une partie des aubes 210, 220, 230 de l'ensemble de trois aubes est munie d'un système de contrainte pour contraindre l'élément d'étanchéité 215 dans sa deuxième position, soit une seule des aubes 210, 220, 230, préférentiellement une aube centrale, de l'ensemble de trois aubes est munie d'un système de contrainte pour contraindre l'élément d'étanchéité dans sa deuxième position.
Le procédé de fabrication d'un ensemble selon ce deuxième mode de réalisation se différencie d'un procédé de fabrication d'un ensemble selon le premier mode de réalisation en ce que :
l'ensemble des aubes 210, 220, 230 du groupement de trois aubes sont munie d'une saillie 213, 223, 233, lors de son montage, l'élément d'étanchéité 215 est monté sur les saillies 213, 223, 233 desdites aubes 210, 220, 230 du groupement de trois aubes.
En variante de ce deuxième mode de réalisation, l'élément d'étanchéité 215 peut être commun à un nombre d'aubes différent de trois. Ainsi, selon cette variante, l'élément d'étanchéité peut être commun, par exemple, à cinq aubes 210,220, 230 faisant alors parties d'un groupement de cinq aubes ou encore à deux aubes 210, 220 faisant alors parties d'un groupement à deux aubes.
La figure 4 illustre un ensemble 200 selon un troisième mode de réalisation dans lequel il est prévu entre deux aubes adjacentes circonférentiellement un obturateur 217, ΤΙΊ destiné à venir obturer un espace 218, 228 inter-talon entre lesdites deux aubes 210, 220, 230 adjacentes circonférentiellement.
Un ensemble 200 selon ce troisième mode de réalisation se différencie d'une ensemble 200 selon le deuxième mode de réalisation en ce qu'il est prévu entre deux aubes 210, 220, 230 adjacentes circonférentiellement un obturateur 217, 227.
Un tel obturateur et une telle obturation de l'espace 218, 228 intertalon, permet de parfaire l'étanchéité de l'anneau formé par les talons 212, 222, 232 des aubes 210, 220, 230 de la roue à aubes et ainsi limité les fuites d'air au niveau des têtes d'aube.
Ainsi, selon ce troisième mode de réalisation l'espace inter-talon des aubes 210, 220, 230 est munie d'un obturateur 217, 227, I.
Selon une première possibilité de l'invention destiné à faciliter le montage de la roue à aube, un tel obturateur est agencé mobile sur le talon 212, 222, 232 entre une troisième position dans laquelle l'obturateur 217, 227 laisse au moins partiellement libre l'espace 218, 228 entre le premier et le deuxième talon 212, 222, 232 et une quatrième position dans laquelle l'obturateur 217, 227 ferme l'espace 218, 228 entre le premier et le deuxième talon 212, 222, 232. On notera que pour un tel montage, l'obturateur 217, 227 peut être, comme illustré sur la figure 4, monté coulissant sur les becquets amont et aval de ladite aube 2. Se
Selon cette même première possibilité, le montage de peut également être fourni par un montage coulissant de l'obturateur 217, 227 sur le talon de l'aube autour de la saillie 213, 223 de l'aube 210, 220 correspondant. Bien entendu le montage coulissant de l'obturateur 217, 227 sur la saillie 213, 223 et sur les becquets amont et aval sont parfaitement compatible et il est avantageux de les combiner. On peut noter que dans une configuration préférée de l'invention, l'aube consécutive 220, 230 de l'aube 210, 220 équipée dudit obturateur 217, 7.2Ί peut comporter une butée, non illustrée, sur laquelle l'obturateur vient en buté dans la quatrième position. De manière particulièrement avantageuse, l'obturateur est, lors du montage de la roue à aubes, fixé à ladite butée. De cette manière l'obturateur peut librement coulisser sur le talon de l'aube 210, 220 afin de compenser les éventuellement mouvement relatif entre l'aube 210, 220 et l'aube consécutive 220, 230.
Selon cette configuration de montage coulissant de l'obturateur 217, 7.2Ί, il est également envisageable que l'obturateur comporte des portions radiales, non référencées, venant loger la saillie 213, 223, 233, l'élément d'étanchéité 215 étant alors configuré pour loger partiellement la saillie 213, 223, 233 et les portions radiales de l'obturateur 217, 227.
Selon cette première possibilité, le déplacement de l'obturateur 217, 7.2Ί de sa troisième position à sa quatrième position peut être effectué par un technicien lors du montage de la roue à aubes 201. Selon une autre variante, chaque aube 210, 220, 230 équipée d'un obturateur peut comporter un système de mise en contrainte adaptée pour contraindre l'obturateur 217, 7.2Ί dans sa quatrième position.
Selon une deuxième possibilité de l'invention moins avantageuse, l'obturateur 217, 227 peut être fixé sur les talons de deux aubes adjacentes circonférentiellement de manière à fermer l'espace inter-talon formé entre lesdites deux aubes. De manière à favoriser une telle fixation, fournie par exemple par sertissage ou boulonnage, le talon 212, 222, 232 des aubes 210, 220, 230 peut présenter une forme complémentaire audit obturateur 217, 227. Ainsi, par exemple, chaque talon 212, 222, 232 peut composter au niveau de chacune de ses extrémités circonférentielle un évidement destiné à recevoir une extrémité de l'obturateur 217, 227.
Le procédé de fabrication d'un ensemble selon ce quatrième mode de réalisation se différencie d'un procédé de fabrication d'un ensemble selon le troisième mode de réalisation en ce que :
il est prévu une étape de fourniture d'un obturateur 217, 227 pour chacune des aubes 210, 220, 230, lors de l'étape de montage de l'élément d'étanchéité 215 sur la saillie 213, il est également monté l'obturateur 217, 227, étant à noter que dans une configuration usuelle, telle que celle illustrée sur la figure 4, l'obturateur 217, 227 est monté préalablement à l'élément d'étanchéité 215.
Bien entendu, en fonction de la configuration de l'obturateur 217, 227, il est également envisageable, sans que l'on sorte du cadre de l'invention que l'élément d'étanchéité 215 soit monté postérieurement ou simultanément à l'obturateur 217, 227.
La figure 5 illustre un ensemble 200 selon un quatrième mode de réalisation dans lequel il est à la fois prévu un obturateur 217 tel que décrit dans le troisième mode de réalisation et un élément d'étanchéité 215 conforme au premier mode de réalisation.
Un ensemble 200 selon ce quatrième mode de réalisation se différencie d'un ensemble 200 selon le premier mode de réalisation en ce qu'il comporte un obturateur 217 selon le troisième mode de réalisation.
Ainsi dans ce quatrième mode de réalisation, chaque aube 210 comporte un élément d'étanchéité 215 conforme au premier mode de réalisation et un obturateur 217 conforme au troisième mode de réalisation.
Le procédé de fabrication d'un ensemble selon ce quatrième mode de réalisation se distingue d'un procédé de fabrication selon le premier mode de réalisation selon les mêmes distinctions entre le procédé selon le troisième mode de réalisation et le procédé de fabrication selon le deuxième mode de réalisation.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Ensemble (200) pour turbomachine (10) comprenant :
    une roue mobile (201) comprenant une pluralité d'aubes (210, 220, 230), et au moins un élément de stator (250) entourant au moins partiellement ladite roue à aubes (201), ledit élément de stator (250) présentant une surface interne en regard de la roue à aubes, dans lequel au moins une première aube (210, 220, 230) de la pluralité d'aubes (210, 220, 230) comprend une première tête d'aube (212, 222, 232) munie d'au moins un élément d'étanchéité (215) mobile, ledit élément d'étanchéité (215) étant mobile entre une première position dans laquelle l'élément d'étanchéité mobile (215) est à distance de la surface interne (251) de l'élément de stator (250) et une deuxième position dans lequel l'élément d'étanchéité (215) est en contact avec la surface interne (251) de l'élément de stator (250), l'ensemble (200) étant caractérisé en ce que au moins l'un parmi l'élément d'étanchéité (215) et la surface interne (251) présente un matériau dit à faible friction adapté pour que l'élément d'étanchéité (215) et la surface interne (251) de l'anneau de turbine (250) présente, sur une surface de contact (216) entre l'élément d'étanchéité (215) et la surface interne (251) de l'élément de stator (250) lorsque l'élément d'étanchéité mobile (250) est dans la deuxième position, un coefficient de friction dynamique réduit vis-à-vis d'un coefficient de friction dynamique obtenu pour un contact entre deux éléments réalisés dans un matériau de la première tête d'aube autre que le matériau à faible friction.
  2. 2. Ensemble (200) pour turbomachine selon la revendication 1, dans lequel le matériau de faible friction est une céramique celle-ci étant préférentiellement un oxyde de zirconium ou un oxyde d'aluminium.
  3. 3. Ensemble (200) pour turbomachine selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première tête d'aube (212, 222, 232) comprend une saillie, et dans lequel l'élément d'étanchéité (215) est agencé sur la tête d'aube (212) en prolongeant ladite saillie (213, 223, 233) dans au moins la deuxième position.
  4. 4. Ensemble (200) pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la roue mobile (201) comprend au moins une deuxième aube (220, 230), adjacente circonférentiellement de la première aube (210) dans la roue mobile (201) et dans lequel l'élément d'étanchéité (215) est commun à la première et la deuxième aube (210, 220, 230).
  5. 5. Ensemble (200) pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel il est prévu un système de contrainte adapté pour contraindre l'élément d'étanchéité (215) dans sa deuxième position, le système de contrainte comprenant préférentiellement un moyen de contrainte élastique, tel qu'un ressort (214).
  6. 6. Ensemble (200) pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'élément d'étanchéité (215) est monté sur l'aube libre en déplacement entre la première et la deuxième position.
  7. 7. Ensemble (200) pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la roue mobile (201) comprend au moins une deuxième aube (220, 230) adjacente circonférentiellement de la première aube (210), la deuxième aube (220, 230) comprenant une deuxième tête d'aube (222, 232), et dans lequel il est prévu un obturateur (217, 227) configuré pour fermer un espace (218, 228) entre la première et la deuxième tête d'aube (210, 220, 230).
  8. 8. Ensemble (200) pour turbomachine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel le matériau de faible friction se présente sous la forme d'un revêtement d'au moins une partie de surface de l'un parmi l'élément d'étanchéité (215) et la surface interne (251), ladite partie de surface étant en contact avec l'autre parmi l'élément d'étanchéité (215) et la surface interne (251) lorsque l'élément d'étanchéité (215) est dans sa deuxième position.
  9. 9. Aube (210, 220, 230) de turbomachine destinée à la formation d'une roue mobile(201) entourée par au moins un élément de stator (250) pour former un ensemble (200) pour turbomachine (10), ladite aube (210, 220, 230) comprenant une première tête d'aube (212) munie d'au moins un élément d'étanchéité (215), ledit élément d'étanchéité (215) étant mobile entre une première position dans laquelle l'élément d'étanchéité (215) est destiné à être à distance de la surface interne (251) de l'élément de stator (250) lorsque l'aube (210, 220, 230) participe à la formation de l'ensemble (200) pour turbomachine et une deuxième position dans lequel l'élément d'étanchéité (215) est en contact avec la surface interne (251) de l'élément de stator (250) lorsque l'aube (210, 220, 230) participe à la formation de l'ensemble (200) pour turbomachine, l'aube (210, 220, 230) étant caractérisée en ce que l'élément d'étanchéité (215) présente, au moins sur une surface (216) destinée à être en contact avec la surface interne (251) de l'élément de stator (250) lorsque l'élément d'étanchéité (215) est dans la deuxième position, un matériau dit à faible friction adapté pour que, lorsque l'aube participe à la formation d'un ensemble (200) pour turbomachine (10), l'élément d'étanchéité et la surface interne (251) de l'élément de stator (250) présente un coefficient de friction dynamique réduit vis-à-vis d'un coefficient de friction dynamique obtenu pour un contact entre deux éléments réalisés dans un matériau de la première tête d'aube autre que le matériau à faible friction.
  10. 10. Turbomachine (10) comprenant un ensemble (200) pour turbomachine (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
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