FR3083565A1 - Turbine haute-pression de turbomachine a disque de lechettes - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une turbine haute-pression (2) de turbomachine, comprenant un disque de rotor (6) centré sur un axe longitudinal (X-X) et sur lequel sont destinées à être montées des aubes de turbine (8), le disque comprenant une bride amont (18) destinée à être couplée en rotation autour d'une extrémité d'accouplement aval (20) d'un compresseur haute-pression de la turbomachine, un flasque d'étanchéité (10) disposé en amont du disque de rotor et portant des léchettes (12) d'un joint d'étanchéité à labyrinthe aval (14) destiné à réaliser une étanchéité avec un carter (16) de la turbomachine, et un disque de léchettes (32) monté sur la bride amont du disque de rotor et portant des léchetttes (34) d'un joint d'étanchéité à labyrinthe amont (36) destiné à réaliser une étanchéité radialement sous au moins un injecteur d'air de ventilation (26).

Description

Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général de la ventilation d'une turbine haute-pression d'une turbomachine à double corps, telle qu'un turboréacteur d'avion.
Une turbomachine à double corps comprend notamment une turbine haute-pression qui est positionnée en sortie d'une chambre de combustion pour récupérer de l'énergie d'un flux de gaz de combustion issus de la chambre de combustion et entraîner en rotation grâce à cette récupération un compresseur haute-pression de la turbomachine disposé en amont de la chambre de combustion et alimentant cette dernière en air sous pression.
Typiquement, la turbine haute-pression comprend un disque de rotor disposé en sortie de la chambre de combustion et sur lequel sont montées des aubes de turbine entraînées en rotation par le flux de gaz éjectés par cette chambre de combustion.
Du fait des températures élevées atteintes par les gaz de combustion, le disque de rotor, et les aubes de turbine qu'ils portent, sont soumis à d’importantes contraintes thermiques pouvant induire des dilatations. Pour limiter l'impact négatif de ces contraintes thermiques sur la durée de vie des aubes de turbine, ces dernières sont munies de circuits internes de refroidissement qui comprennent des conduits parcourus par de l'air de ventilation prélevé en fond de chambre de combustion.
Cet air de ventilation est généralement amené dans une cavité annulaire par des injecteurs d'air de ventilation répartis circonférentiellement autour de l'axe longitudinal de la turbomachine. Les injecteurs sont raccordés à un espace annulaire de contournement qui s'étend autour de la chambre de combustion, cet espace annulaire permettant d'acheminer de l'air de ventilation provenant du fond du compresseur vers la turbine de la turbomachine, le compresseur étant situé en amont de la chambre de combustion et alimentant celle-ci en air sous pression pour la combustion des gaz . L'air de ventilation sortant des injecteurs pénètre dans la cavité en traversant des orifices formés dans un flasque d'étanchéité disposé en amont du disque de rotor. La cavité communique avec les circuits internes de refroidissement aménagés à l'intérieur des aubes de turbine. On pourra se référer à la publication FR. 2,937,371 qui décrit un exemple d'une telle architecture de turbine hautepression.
Afin de garantir l'étanchéité autour des injecteurs d'air de ventilation, le flasque d'étanchéité porte des léchetttes de joints d'étanchéité à labyrinthe, et plus précisément d'un joint à labyrinthe amont et d'un joint à labyrinthe aval. Pour respecter les contraintes de fabricabilité des revêtements de ces léchettes, la forme du joint à labyrinthe amont est assez complexe ce qui la rend difficile à concevoir en raison des contraintes auxquelles cette pièce est soumise en fonctionnement. Notamment, la complexité de cette pièce implique de la concevoir selon des critères de durée de vie très importants rend sa conception et une analyse de son comportement dynamique difficile délicate afin d'éviter de la remplacer en fonctionnement ce qui conduit à alourdir ce joint à labyrinthe.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but de proposer une turbine haute-pression dont le joint à labyrinthe amont du flasque d'étanchéité ne présente pas de tels inconvénients.
Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à une turbine haute-pression de turbomachine, comprenant un disque de rotor centré sur un axe longitudinal et sur lequel sont destinées à être montées des aubes de turbine, le disque comprenant une bride amont destinée à être couplée en rotation autour d'une extrémité d'accouplement aval d'un compresseur haute-pression de la turbomachine, un flasque d'étanchéité disposé en amont du disque de rotor et portant des léchettes d'un joint d'étanchéité à labyrinthe aval destiné à réaliser une étanchéité avec un carter de la turbomachine, et un disque de léchettes monté sur la bride amont du disque de rotor et portant des léchetttes d'un joint d'étanchéité à labyrinthe amont destiné à réaliser une étanchéité radialement sous au moins un injecteur d'air de ventilation.
Par « radialement sous », on entend ici radialement vers l'intérieur, c'est-à-dire du côté intérieur de l'injecteur d'air de ventilation. La turbine haute-pression selon l'invention est remarquable en ce que les léchettes du joint à labyrinthe amont ne sont pas intégrées sur le flasque d'étanchéité mais sur un disque de léchettes monté sur la bride amont du disque de rotor et situé entre le compresseur haute-pression de la turbomachine et le disque de rotor. Ainsi, le positionnement de ces léchettes n'est plus limitatif au joint de labyrinthe amont de sorte que ce dernier peut être simplifié en contrainte et en masse. Sa durée de vie s'en trouve également augmentée en simplifiant sa conception. Par ailleurs, grâce à cette liberté de positionnement des léchettes, il est possible d'augmenter de façon importante le nombre de léchettes pour améliorer l'étanchéité ou de les étager. De plus, l'augmentation du nombre de léchettes à cet endroit permet d'améliorer l'étanchéité et ainsi de limiter le nombre de léchettes.
De préférence, la turbine haute-pression comprend en outre une cale de réglage destinée à être montée circonférentiellement autour de l'extrémité d'accouplement aval du compresseur haute-pression et qui est montée contre le disque de léchettes pour régler la position axiale du disque de léchettes sur la bride amont du disque de rotor. Dans ce cas, la cale de réglage peut être une pièce indépendante ou être monolithique avec le disque de léchettes.
De préférence également, le disque de léchettes comprend au moins un doigt pour permettre son guidage en rotation autour de l'extrémité d'accouplement aval du compresseur haute-pression.
De préférence encore, les léchettes du disque de léchettes sont inclinées radialement et le disque de léchettes comprend une bride radiale et une plateforme à partir de laquelle s'étendent les léchettes. Ainsi, l'orientation des léchettes n'est plus limitée aux contraintes de fabrication du joint de labyrinthe amont, ce qui permet d'améliorer leur étanchéité. En particulier, dans le cas où la pression en sortie des injecteurs d'air de ventilation est plus importante que la pression arrivant sur les léchettes, il suffit d'en inverser le sens pour limiter les fuites.
La bride amont du disque de rotor peut comprendre des cannelures pour un accouplement en rotation avec l'extrémité d'accouplement aval du compresseur haute-pression. Les léchettes du disque de léchettes peuvent être décalés radialement vers l'intérieur par rapport aux léchettes du flasque d'étanchéité.
Le flasque d'etancheite comprend avantageusement au moins un orifice disposé axialement en regard d'un injecteur d'air de ventilation.
Le disque de léchettes peut être monté sur la bride amont du disque de rotor indépendamment du flasque d'étanchéité.
L'invention a également pour objet une turbomachine comprenant une turbine haute-pression telle que définie précédemment.
L'invention a encore pour objet un procédé de montage d'une turbine telle que définie précédemment, dans lequel le disque de léchettes est monté sur la bride amont du disque de rotor dans une étape de montage distincte de l'étape de montage du flasque d'étanchéité.
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 partielle et en coupe d'une turbine haute-pression de turbomachine selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue partielle et en perspective du disque de léchettes de la turbine haute-pression de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue partielle et en perspective du disque de léchettes monté sur la bride amont du disque de rotor ; et
- les figures 4A et 4B sont des vues d'exemples d'orientation des léchettes de la turbine haute-pression selon l'invention.
Description détaillée de l'invention
L'invention s'applique aux turbines haute-pression d'une turbomachine à double corps, telles que la turbine haute-pression 2 d'un turboréacteur d'avion représentée sur la figure 1.
De façon connue, cette turbine haute-pression 2 est positionnée en sortie d'une chambre de combustion 4 pour récupérer de l'énergie d'un flux de gaz de combustion issus de la chambre de combustion et entraîner en rotation un compresseur haute-pression (non représenté) disposé en amont de la chambre de combustion et alimentant cette dernière en air sous pression.
La turbine haute-pression 2 comprend un disque de rotor 6 centré sur un axe longitudinal X-X de la turbomachine et qui est disposé en sortie de la chambre de combustion 4. Des aubes de turbine 8 entraînées en rotation par le flux de gaz éjectés par cette chambre de combustion sont montées sur le disque de rotor.
La turbine haute-pression 2 comprend également un flasque d'étanchéité 10 qui est centré sur l'axe longitudinal X-X de la 5 turbomachine et disposé en amont du disque de rotor 6.
Ce flasque d'étanchéité 10 porte des léchettes 12 d'un joint d'étanchéité à labyrinthe aval 14 destiné à réaliser une étanchéité avec un carter 16 de la turbomachine.
Le disque de rotor 6 comprend en outre une bride amont 18 qui 10 est couplée à une extrémité d'accouplement aval 20 du compresseur haute-pression qui est annulaire et qui entoure la bride amont 18 pour entraîner la turbine haute-pression en rotation autour de l'axe longitudinal X-X. A titre d'exemple, ce couplage pourra être réalisé au moyen d'une extrémité d'accouplement pourvue de cannelures complémentaires 22 15 portées par la bride amont 18 du disque de rotor et l'extrémité d'accouplement aval 20 du compresseur haute-pression.
Par ailleurs, le flasque d'étanchéité 10 délimite avec le disque de rotor 6 une cavité annulaire de ventilation 24 permettant de recevoir de l'air de ventilation pour le diriger vers des circuits internes de 20 refroidissement des aubes de turbine 8. A cet effet, des injecteurs d'air de ventilation 26 régulièrement répartis circonférentiellement autour de l'axe longitudinal X-X de la turbomachine sont raccordés à un espace annulaire 28 de contournement de la chambre de combustion qui s'étend autour de la chambre de combustion pour acheminer l'air de ventilation du 25 compresseur de la turbomachine vers la cavité de ventilation 24.
Plus précisément, l'air de ventilation sortant des injecteurs 26 pénètre dans la cavité de ventilation 24 en traversant des orifices 30 formés dans le flasque d'étanchéité 10 et décalés radialement vers l'intérieur par rapport aux léchettes 12. La cavité de ventilation 24 30 communique avec les circuits internes de refroidissement aménagés à l'intérieur des aubes de turbine.
Conformément à l'invention, la turbine haute-pression 2 comprend en outre un disque de léchettes 32 qui est monté sur la bride amont 18 du disque de rotor 6, ce disque de léchettes portant des 35 léchetttes 34 d'un joint d'étanchéité à labyrinthe amont 36 décalé radialement vers l'intérieur par rapport au joint d'étanchéité à labyrinthe aval 14 et destiné à réaliser une étanchéité avec les injecteurs d'air de ventilation 26, et plus précisément avec un revêtement abradable 38 positionné radialement à l'intérieur des injecteurs d'air de ventilation.
Comme représenté sur la figure 2, il est à noter que le disque de léchettes 32 est une pièce distincte du flasque d'étanchéité 10, le disque de léchettes 32 étant fretté sur la bride amont 18 du disque de rotor 6. Ce disque de léchettes est centré sur l'axe longitudinal X-X de la turbomachine.
Selon une disposition avantageuse, la turbine haute-pression 10 comprend en outre une cale de réglage 40 de préférence annulaire qui est montée autour de l'extrémité aval 20 annulaire du compresseur hautepression et contre le disque de léchettes 32. Cette cale de réglage permet ainsi de régler la position axiale du disque de léchettes sur la bride amont 18 du disque de rotor, notamment par rapport à la position axiale du 15 revêtement abradable 38 du joint d'étanchéité à labyrinthe amont.
Comme représenté sur la figure 2, cette cale de réglage 40 peut être une pièce distincte du disque de léchettes 32, ce qui facilite la conception de ces deux pièces.
Alternativement, la cale de réglage pourrait être monolithique 20 (c'est-à-dire former une seule et même pièce) avec ce disque de léchettes.
Dans ce cas, le réglage de la position axiale du disque de léchettes 32 s'effectue par un surfaçage de l'appui du cône aval du compresseur hautepression sur le disque de léchettes.
Selon une autre disposition avantageuse, comme représenté sur 25 les figures 2 et 3, le disque de léchettes 32 vient en butée axiale contre une surface d'appui annulaire 41 du disque de léchettes et comprend au moins un doigt 42 venant s'insérer dans une gorge 44 de la bride amont du disque de rotor pour permettre son accouplement en rotation autour de l'extrémité aval d'accouplement aval 20 du compresseur haute30 pression.
Comme représenté sur les figures 4A et 4B, les léchettes 34 du disque de léchettes 32 sont de préférence inclinées vis-à-vis de l'axe longitudinal X-X et le disque de léchettes et le disque de léchettes comprend une bride 32a et une plateforme 32b sur laquelle sont 35 disposées les léchettes de sorte à permettre deux orientations de montage opposées pour les léchettes selon la direction axiale des léchettes.
Selon que la pression de l'air de ventilation en sortie des injecteurs 26 soit plus importante ou plus faible que la pression arrivant sur les léchettes, l'orientation des léchettes peut être modifiée pour limiter les fuites. Ainsi, sur l'exemple de la figure 3A, les léchettes 34 sont orientées vers l'amont (cas d'une pression en sortie des injecteurs plus faible que la pression arrivant sur les léchettes), tandis que sur l'exemple de la figure 3B, les léchettes sont orientées radialement vers l'aval (cas d'une pression en sortie des injecteurs plus importante que la pression arrivant sur les léchettes).
L'invention concerne également un procédé de montage d'une turbine telle que définie précédemment. Selon ce procédé, le disque de léchettes 32 est monté sur la bride amont 18 du disque de rotor 6 dans une étape de montage distincte de l'étape de montage du flasque d'étanchéité 10 (le flasque d'étanchéité 10 est monté avant le disque de léchettes 32).
On notera que les extrémités radialement externes des léchettes du disque de léchettes 32 sont décalées radialement vers l'extérieur par rapport à l'extrémité radialement interne du flasque d'étanchéité 10.
On notera encore que le disque de léchettes 32 est monté par insertion axiale autour de la bride amont 18 du disque rotor 6.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Turbine haute-pression (2) de turbomachine, comprenant :
    un disque de rotor (6) centré sur un axe longitudinal (X-X) et sur lequel sont destinées à être montées des aubes de turbine (8), le disque comprenant une bride amont (18) destinée à être couplée en rotation autour d'une extrémité d'accouplement aval (20) d'un compresseur haute-pression de la turbomachine ;
    un flasque d'étanchéité (10) disposé en amont du disque de rotor et portant des léchettes (12) d'un joint d'étanchéité à labyrinthe aval (14) destiné à réaliser une étanchéité avec un carter (16) de la turbomachine ; et un disque de léchettes (32) monté sur la bride amont du disque de rotor (6) et portant des léchetttes (34) d'un joint d'étanchéité à labyrinthe amont (36) destiné à réaliser une étanchéité radialement sous au moins un injecteur d'air de ventilation (26).
  2. 2. Turbine selon la revendication 1, comprenant en outre une cale de réglage (40) destinée à être montée circonférentiellement autour de l'extrémité d'accouplement aval (20) du compresseur haute-pression et qui est montée contre le disque de léchettes (32) pour régler la position axiale du disque de léchettes sur la bride amont (18) du disque de rotor (6).
  3. 3. Turbine selon la revendication 2, dans laquelle la cale de réglage (40) est monolithique avec le disque de léchettes.
  4. 4. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le disque de léchettes (32) comprend au moins un doigt (42) pour permettre son accouplement en rotation avec l'extrémité d'accouplement aval du compresseur haute-pression.
  5. 5. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle les léchettes (34) du disque de léchettes (32) sont inclinées vis-à-vis de l'axe longitudinal (X-X) et le disque de léchettes comprend une bride radiale et une plateforme à partir de laquelle s'étendent les léchettes.
  6. 6. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la bride amont (18) du disque de rotor (6) comprend des cannelures (22) pour un accouplement en rotation avec l'extrémité d'accouplement aval du compresseur haute-pression.
  7. 7. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle les léchettes (34) du disque de léchettes (32) sont décalées radialement vers l'intérieur par rapport aux léchettes (12) du flasque d'étanchéité.
  8. 8. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le flasque d'étanchéité (10) comprend en outre au moins un orifice (30) disposé axialement en regard d'un injecteur d'air de ventilation (26).
  9. 9. Turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, configurée pour que le disque de léchettes (32) puisse être monté sur la bride amont (18) du disque de rotor (6) indépendamment du flasque d'étanchéité (10).
  10. 10. Turbomachine comprenant une turbine haute-pression (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
  11. 11. Procédé de montage d'une turbine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le disque de léchettes (32) est monté sur la bride amont (18) du disque de rotor (6) dans une étape de montage distincte de l'étape de montage du flasque d'étanchéité (10).
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