FR3085412A1 - Secteur de distributeur d'une turbomachine comprenant une encoche anti-rotation a insert d'usure - Google Patents

Secteur de distributeur d'une turbomachine comprenant une encoche anti-rotation a insert d'usure Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un secteur de distributeur d'une turbine d'une turbomachine, comprenant une plateforme externe (14) comprenant un crochet cylindrique (15) aval adapté pour venir en prise avec un carter de la turbomachine, le crochet (15) comprenant une partie (19) dans laquelle est formée une encoche (17) anti-rotation en forme de U comprenant un fond (171) et deux parois latérales (172, 173) s'étendant depuis ledit fond (171), ladite encoche (17) étant recouverte au moins partiellement d'un insert d'usure inséré dans ladite encoche (17), l'insert étant amovible.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L’invention concerne le domaine général des turbomachines et plus particulièrement des éléments de turbomachine comprenant des encoches anti-rotations notamment ceux des secteurs de distributeur de turbine basse pression et encore plus particulièrement ceux des structures d’accrochage de tels secteurs.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Une turbomachine comprenant une ou plusieurs sections de compression de l’air admis dans le moteur (généralement une section basse pression et une section haute pression).
Classiquement, une turbine basse pression comporte plusieurs étages successifs de détente. Chacun de ces étages présente une roue mobile (rotor) et une roue fixe (appelée aussi distributeur ou stator).
Les figures 1 et 2 illustrent une turbine basse pression orientée longitudinalement d’amont en aval selon une direction F.
De manière connue, une turbine basse pression comprend des roues mobiles 10 et des distributeurs 11. Chaque distributeur 11 est sectorisé, c’est-à-dire formé de plusieurs secteurs radiaux 12 qui portent chacun une pluralité d’aubes fixes 20. Les secteurs radiaux 12 sont chacun fixés sur un carter 13 en leur extrémité la plus éloignée de l’axe central par une plate-forme annulaire externe 14. La plate-forme externe 14 présente de l’amont vers l’aval des crochets cylindriques 16 amont et des crochets cylindriques 15 aval permettant de fixer la plate-forme 14 sur le carter 13.
L’amont et l’aval sont définis ici par le sens d’écoulement des gaz dans la turbine (flèche F sur les figures 1 et 2).
En raison de la symétrie axiale des distributeurs et des efforts tangentiels résultant de l'écoulement gazeux qui les traverse, il est nécessaire de prévoir des moyens de blocage des secteurs en rotation. Pour cela, on conforme le crochet aval 15 de la plateforme externe de manière à créer des encoches anti-rotation dans lesquelles sont insérés des pions anti-rotation. Ces pions prennent la forme d’une tête placée dans ces encoches, empêchant ainsi tout mouvement de rotation du segment de distributeur autour de son axe X.
La figure 3 illustre un secteur 12 dont le crochet aval 16 comprend une encoche 17 anti-rotation en forme de U formée une
Un problème avec cette encoche 17 est qu’elle est sujette à une usure par pression de matage et par frottement.
Cette usure implique que le distributeur basse pression n’est plus suffisamment maintenu et peut bouger dans le carter ;
les positions tangentielles et axiale des distributeurs ne sont plus conformes ce qui dégrade les jeux dans la turbine avec des risques de frottement avec les roues mobiles et dégrade la performance de la turbine.
Une telle usure nécessite classiquement une opération de réparation par soudure ce qui pose des problèmes de criques autour et dans la zone réparée, en raison du gradient thermique important lors de la dépose du métal soudure.
PRESENTATION DE L’INVENTION
L’invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients.
A cet effet, l’invention propose un secteur de distributeur d’une turbine d’une turbomachine, comprenant une plateforme externe comprenant un crochet cylindrique aval adapté pour venir en prise avec un carter de la turbomachine, le crochet comprenant une partie dans laquelle est formée une encoche anti-rotation en forme de U comprenant un fond et deux parois latérales s’étendant depuis ledit fond, ladite encoche étant recouverte au moins partiellement d’un insert d’usure inséré dans ladite encoche, l’insert étant amovible.
L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- l’insert d’usure est en forme de U et de forme complémentaire à l’encoche, ledit insert étant inséré selon une direction axiale faisant face au fond de l’encoche, l’insert comprenant une base interne en contact avec le fond de l’encoche et deux parois latérales s’étendant perpendiculairement depuis la base de l’insert, les parois latérales de l’insert étant en contact avec les parois latérales de l’encoche ;
- la base de l’insert est clipsée au fond de l’encoche, l’insert comprenant une lèvre supérieure et une lèvre inférieure, lesdites lèvres s’étendant selon la direction axiale depuis la base de l’insert de manière à enserrer la base de l’encoche ;
- chaque paroi latérale de l’insert comprend une lèvre supérieure et une lèvre inférieure, lesdites lèvres s’étendant tangentiellement depuis chaque paroi de manière à enserrer chaque paroi latérale de l’encoche ;
- l’insert est positionné iso-statiquement sur l’encoche :
au moins la lèvre supérieure formant un appui plan pour l’insert selon une direction radiale, la base interne formant un contact linéique pour l’insert selon une direction axiale ;
la paroi latérale formant une butée pour l’insert selon une direction tangentielle.
- l’insert est en forme de U inséré dans l’encoche selon une direction radiale, l’insert comprenant en outre deux ailes s’étendant depuis chaque paroi latérale du U selon une direction perpendiculaire à la direction radiale, lesdites ailes reposant sur la surface annulaire externe de la plateforme annuaire supérieure du crochet ;
o l’insert est positionné iso-statiquement sur l’encoche :
les ailes en contact avec la surface annulaire formant un appui plan pour l’insert selon une direction radiale ;
une des parois latérales formant un contact linéique pour l’insert selon une direction axiale ;
une extrémité d’une des ailes formant une butée pour l’insert selon une direction tangentielle.
- l’insert en forme de L inséré dans l’encoche selon une direction tangentielle en appui plan avec une surface annulaire interne de la plateforme externe du crochet ;
- l’insert (50e) est positionné iso-statiquement sur l’encoche :
un contact entre la surface annulaire interne formant un appui plan pour l’insert dans le sens radial ;
une des parois latérales de l’encoche formant un contact linéique pour l’insert dans le sens tangentiel ;
le fond de l’encoche formant une butée pour l’insert dans le sens axial.
- l’insert est en forme de U inséré dans l’encoche selon une direction tangentielle perpendiculaire à une direction axiale face au fond de l’encoche, l’insert comprenant une base interne en contact avec une paroi latérale de ladite encoche, deux parois latérales s’étendant depuis ladite base interne.
- l’insert (50e) est positionné iso-statiquement sur l’encoche :
une des parois latérales formant un appui plan pour l’insert dans le sens radial ;
une des parois latérales de l’encoche formant un contact linéique pour l’insert dans le sens tangentiel ;
le fond de l’encoche formant une butée pour l’insert dans le sens axial.
- l’insert est en matériau en alliage métallique à base Cobalt, par exemple du type HA188, MAR-M-509, HS25.
- l’insert est formé dans une pièce en tôle d’une épaisseur comprise entre 0,08 mm et 4 mm.
- Il comprend une plateforme annulaire supérieure comprenant la partie. L’invention concerne également une turbine basse pression d’une turbomachine comprenant un secteur de distributeur selon l’invention.
Les avantages de l’invention sont multiples.
L’insert est amovible de sorte qu’une fois usé il peut facilement être changé ce qui simplifie grandement la réparation des turbines basse pression.
L’insert protège efficacement les parois de l’encoche anti-rotations.
PRESENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels, outre les figures 1 à 3 déjà discutées :
- la figure 4 illustre une encoche anti-rotation comprenant un insert d’usure selon un premier mode de réalisation ;
- la figure 5 illustre une encoche anti-rotation comprenant un insert d’usure selon un deuxième mode de réalisation ;
- la figure 6 illustre une encoche anti-rotation comprenant un insert d’usure selon un troisième mode de réalisation ;
- la figure 7 illustre une encoche anti-rotation comprenant un insert d’usure selon un quatrième mode de réalisation ;
- la figure 8 illustre une encoche anti-rotation comprenant un insert d’usure selon un cinquième mode de réalisation.
Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
Dans ce qui suit, l'amont et l'aval sont définis par rapport au sens d'écoulement normal du fluide (flèche F sur les figures 1 et 2). La turbine est de symétrie de révolution autour d’un axe parallèle à un sens d’écoulement du fluide. Une direction axiale correspond à une direction du sens d’écoulement du fluide, et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe et passant par lui. Sauf précision contraire, on utilisera interne et externe, respectivement, en référence à une direction radiale de sorte que la partie ou la face interne (i.e. radialement interne) d'un élément est plus proche de l'axe de symétrie de la turbine que la partie ou la face externe (i.e. radialement externe) du même élément.
En revenant aux figures 2 et 3, le crochet aval 15 est constitué de la plateforme externe 14 et d’une plateforme annulaire supérieure 15’ dont une partie 19 s’étend en corniche depuis une partie 18 radiale s’étendant elle depuis la plateforme externe 14. La plateforme externe 14 et la plateforme annulaire supérieure 15’ forment un espace libre dans lequel le carter 13 est inséré.
La plateforme annulaire supérieure 15’ comprend une encoche 17 antirotation en forme de U formant une ouverture dans la partie 19 en corniche.
De manière non limitative, l’encoche est en forme de U et telle que la base du U fait face à un axe s’étendant dans une direction opposée au sens d’écoulement du fluide dans la turbine.
L’encoche 17 est donc formée dans une plaque 15’ annulaire constituant la turbine et comprend un fond 171 à partir duquel s’étend en forme de U des parois latérales 171, 172. En outre, la plaque 15’ annulaire comprend une surface annulaire supérieure 151 et une surface annulaire inférieure 152.
Comme cela sera décrit plus précisément en relation avec les figures 4 à 8, afin d’éviter les usures au niveau de l’encoche anti-rotation, le crochet ou plus généralement tout élément d’une turbomachine comprenant une encoche anti rotation qui peut comprendre un insert 50a, 50b, 50c, 50d, 50e d’usure qui recouvre partiellement ou en totalité l’encoche 17 anti-rotation.
Un tel insert est amovible de sorte qu’il est facilement interchangeable.
L’insert 50a, 50b, 50c, 50d, 50e est de préférence en matériau différent de celui dans l’encoche dans laquelle il est inséré. On veillera à ce que le matériau de l’insert soit compatible du matériau de l’encoche.
L’insert est de préférence en matériau en alliage métallique à base Cobalt, par exemple du type HA188, MAR-M-509, HS25. Un tel matériau est avantageux en ce qu’il résiste bien au frottement par rapport au matériau du distributeur qui est en général un alliage métallique à base Nickel du type R77, IN100.
De manière avantageuse, l’insert est en tôle (clinquant) d’une épaisseur de 0,08 à 0,4 mm, typiquement 0,25 mm.
Dans ce qui suit, on décrit plusieurs modes de réalisation d’implémentation de l’insert d’usure dans l’encoche en relation avec les figures 4 à 8 sur lesquels des axes A, T et R sont représentés correspondant respectivement à des axes selon les directions axiales, tangentielles et radiales.
Selon un premier mode de réalisation illustré sur la figure 4, l’insert d’usure 50a est en forme de U et est de forme complémentaire à l’encoche 17. Il est inséré selon une direction axiale faisant face au fond 171 de l’encoche. Un tel insert comprend une base interne 51 en contact avec le fond 171 de l’encoche et deux parois 52, 53 latérales qui s’étendent perpendiculairement depuis la base 51 interne de l’insert, les parois 52, 53 latérales de l’insert étant en contact avec les parois 172, 173 latérales de l’encoche.
Selon ce premier mode de réalisation, la base interne 51 de l’insert est clipsée au fond de l’encoche 17 et est en butée contre le fond 171 de l’encoche 17, l’insert 50a comprenant une lèvre 54 supérieure et une lèvre 53 inférieure, ces lèvres 53, 54 s’étendent selon la direction axiale depuis la base interne 51 de l’insert de manière à enserrer la base 171 de l’encoche 17.
Ainsi selon ce premier mode de réalisation, l’insert 50a est positionné isostatiquement sur l’encoche 17, par exemple :
Sens radial servant d’appui plan est assuré par la lèvre 54 supérieure de l’insert ;
Sens axial servant de contact linéique est assuré par la base interne 51 ;
Sens tangentiel servant de butée est assuré par une des parois latérales 52.
L’insert 50a selon ce premier mode de réalisation est maintenu dans l’encoche soit par montage serré au niveau des parois latérales 52, 53 de l’insert 50a soit ajusté à l’encoche ou au moyen de point de soudure au niveau de ces mêmes parois.
Selon un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 5, l’insert 50b d’usure est ici aussi en forme de U et est de forme complémentaire à l’encoche. Il est inséré selon une direction axiale faisant face au fond de l’encoche. Un tel insert comprend une base interne 51 en contact avec le fond 171 de l’encoche et deux parois 52, 53 latérales qui s’étendent perpendiculairement depuis la base interne 51 de l’insert, les parois 52, 53 latérales de l’insert étant en contact avec les parois 172, 173 latérales de l’encoche.
Selon ce deuxième mode de réalisation, les parois latérales 52, 53 sont clipsés aux parois latérales 172, 173 de l’encoche 17 au moyen de lèvres supérieures et inférieurs 54, 55, 56, 57 qui s’étendent respectivement depuis chaque parois latérales 52, 53 de manière à enserrer chaque paroi latérale de l’encoche. Ainsi les lèvres embrassent respectivement les parois latérales de l’encoche est sont supportées par les parois interne et externe de la pièce dans laquelle est formée l’encoche 17.
Ainsi selon ce deuxième mode de réalisation, l’insert 50b est positionné isostatiquement dans l’encoche 17, par exemple :
Sens radial servant d’appui plan est assuré par les lèvres supérieures 55, 56 de l’insert
Sens axial servant de contact linéique est assuré par la base interne 51.
Sens tangentiel servant de butée est assuré par une des parois latérales 52.
L’insert 50b selon ce deuxième mode de réalisation est maintenu dans l’encoche soit par montage serré au niveau des lèvres supérieures et inférieures 54, 55, 56, 57 s’étendant depuis les parois latérales 52, 53 de l’insert 50a soit ajusté à l’encoche ou au moyen de point de soudure.
Selon un troisième mode de réalisation, illustré sur la figure 6, l’insert 50c est en forme générale de U inséré dans l’encoche 17 selon une direction radiale, l’insert comprenant en outre deux ailes 60, 61 s’étendant depuis chaque paroi latérale 58, 59 du U selon une direction perpendiculaire à la direction radiale, les ailes reposant sur la surface annulaire externe 151 de la pièce dans laquelle est formée l’encoche 17.
Ainsi, selon ce troisième mode de réalisation, l’insert 50c est positionné isostatiquement sur l’encoche 17, par exemple :
Sens radial servant d’appui plan est assuré par les ailes 60, 61 en contact avec la surface annulaire externe 1511;
Sens axial servant de contact linéique est assuré par la paroi latérale 59 ;
Sens tangentiel servant de butée est assuré par un point de soudure effectué à l’extrémité d’une des ailes de l’insert 50c.
L’insert 50c selon ce troisième mode de réalisation est maintenu dans l’encoche au moyen de points de soudure effectué au niveau d’une extrémité des ailes de l’insert 50c. Le point de soudure sera de préférence effectué sur une des deux ailes positionnées sur la partie de l’encoche sujette à l’usure.
Selon un quatrième mode de réalisation illustré sur la figure 7, l’insert 50d est en forme de L inséré dans l’encoche en appui plan avec une surface annulaire interne de la plateforme 18 externe du crochet 16. L’insert en forme de L est inséré dans le fond 171 de l’encoche selon une direction tangentielle.
Selon ce quatrième mode de réalisation, l’insert 50d est positionné isostatiquement dans l’encoche 17, par exemple :
Sens radial servant d’appui plan est assuré par le contact avec la surface annulaire inférieure de la pièce dans laquelle l’encoche est formée ;
Sens tangentiel servant de contact linéique est assuré par une des parois latérales de l’encoche sujette à l’usure ;
Sens axial servant de butée est assuré par le contact avec le fond de l’encoche 171.
L’insert 50d selon ce quatrième mode de réalisation est maintenu dans l’encoche au moyen de points de soudure effectué au niveau de la surface annulaire interne de la pièce dans laquelle l’encoche 17 est formée.
Selon un cinquième mode de réalisation illustré sur la figure 8, l’insert 50e est en forme de U inséré dans selon une direction tangentielle faisant face à une paroi latérale de l’encoche sujette à l’usure.
L’insert en forme de U comprend une base 61 interne en contact avec une des parois latérales de l’encoche 17 et deux parois latérales 62, 63 s’étendant depuis la base 61 interne.
Selon ce cinquième mode de réalisation, la base interne 61 de l’insert est clipsée au niveau des parois latérales de l’encoche 17 et est en butée contre une des parois latérales de l’encoche 17 sujette à l’usure, les parois latérales 61,62 s’étendant depuis la base interne 61 enserrent une des parois latérales. Les parois latérales 62, reposent donc sur d’une part la surface annulaire externe de la pièce dans laquelle l’encoche est formée et d’autre part sur la surface annulaire interne de la même pièce. L’insert en forme de U est positionné en isostatique sur l’encoche côté paroi sujette à l’usure au niveau de la plate-forme externe du distributeur, par exemple :
- Sens radial servant d’appui plan est assuré par la paroi latérale 62.
Sens tangentiel servant de contact linéique est assuré par la paroi latérale 61 ; Sens axial servant de butée est assuré par le contact avec le fond de l’encoche 171.
L’insert 50e selon ce cinquième mode de réalisation est maintenu dans 10 l’encoche au moyen de points de soudure effectué au niveau de la surface annulaire interne de la pièce dans laquelle l’encoche 17 est formée.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Secteur de distributeur d’une turbine d’une turbomachine, comprenant une plateforme externe (14) comprenant un crochet cylindrique (15) aval adapté pour venir en prise avec un carter (13) de la turbomachine, le crochet (15) comprenant une partie (19) dans laquelle est formée une encoche (17) anti-rotation en forme de U comprenant un fond (171) et deux parois latérales (172, 173) s’étendant depuis ledit fond (171), ladite encoche (17) étant recouverte au moins partiellement d’un insert (50a, 50b, 50c, 50d, 50e) d’usure inséré dans ladite encoche (17), l’insert étant amovible.
  2. 2. Secteur selon la revendication 1, dans lequel l’insert (50a, 50b) d’usure est en forme de U et de forme complémentaire à l’encoche (17), ledit insert étant inséré selon une direction axiale faisant face au fond de l’encoche (17), l’insert comprenant une base interne (51) en contact avec le fond de l’encoche (17) et deux parois latérales s’étendant perpendiculairement depuis la base de l’insert, les parois latérales de l’insert étant en contact avec les parois latérales de l’encoche (17).
  3. 3. Secteur selon la revendication 2, dans lequel la base de l’insert (50a) est clipsée au fond (171) de l’encoche (17), l’insert comprenant une lèvre supérieure et une lèvre inférieure, lesdites lèvres s’étendant selon la direction axiale depuis la base de l’insert de manière à enserrer la base de l’encoche (17).
  4. 4. Secteur selon la revendication 2, dans lequel chaque paroi latérale (52, 53) de l’insert (50a) comprend une lèvre supérieure et une lèvre inférieure, lesdites lèvres s’étendant tangentiellement depuis chaque paroi de manière à enserrer chaque paroi latérale de l’encoche (17).
  5. 5. Secteur selon l’une des revendications 3 à 4, dans lequel l’insert (50a, 50b) est positionné iso-statiquement sur l’encoche (17) :
    - au moins la lèvre supérieure formant un appui plan pour l’insert selon une direction radiale,
    - la base interne formant un contact linéique pour l’insert selon une direction axiale ;
    - la paroi latérale formant une butée pour l’insert selon une direction tangentielle.
  6. 6. Secteur selon la revendication 1, dans lequel l’insert (50c) est en forme de U inséré dans l’encoche (17) selon une direction radiale, l’insert comprenant en outre deux ailes (60,61) s’étendant depuis chaque paroi (58, 59) latérale du U selon une direction perpendiculaire à la direction radiale, lesdites ailes (60, 61) reposant sur la surface annulaire externe de la plateforme annuaire supérieure du crochet (15).
  7. 7. Secteur selon la revendication 6, dans lequel l’insert (50c) est positionné isostatiquement sur l’encoche (17) ;
    - les ailes en contact avec la surface annulaire (151) formant un appui plan pour l’insert selon une direction radiale ;
    - une des parois latérales formant un contact linéique pour l’insert selon une direction axiale ;
    - une extrémité d’une des ailes formant une butée pour l’insert selon une direction tangentielle.
  8. 8. Secteur selon la revendication 1, dans lequel l’insert (50d) en forme de L inséré dans l’encoche (17) selon une direction tangentielle en appui plan avec une surface annulaire interne de la plateforme externe du crochet (15).
  9. 9. Secteur selon la revendication 8, dans lequel l’insert (50e) est positionné isostatiquement sur l’encoche (17) :
    - un contact entre la surface annulaire interne formant un appui plan pour l’insert dans le sens radial ;
    - une des parois latérales de l’encoche formant un contact linéique pour l’insert dans le sens tangentiel ;
    - le fond de l’encoche formant une butée pour l’insert dans le sens axial.
  10. 10. Secteur selon la revendication 1, dans lequel l’insert (50e) est en forme de U inséré dans l’encoche (17) selon une direction tangentielle perpendiculaire à une direction axiale face au fond de l’encoche (17), l’insert (50e) comprenant une base (61) interne en contact avec une paroi (172,173) latérale de ladite encoche (17), deux parois latérales (62, 63) s’étendant depuis ladite base (61) interne.
  11. 11. Secteur selon la revendication 10, dans lequel l’insert (50e) est positionné isostatiquement sur l’encoche (17) :
    - une des parois latérales (62) formant un appui plan pour l’insert dans le sens radial ;
    - une des parois latérales de l’encoche formant un contact linéique pour l’insert dans le sens tangentiel ;
    - le fond de l’encoche formant une butée pour l’insert dans le sens axial.
  12. 12. Secteur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’insert (50a, 50b, 50c, 50d, 50e) est en matériau en alliage métallique à base Cobalt, par exemple du type HA188, MAR-M-509, HS25.
  13. 13. Secteur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’insert (50a, 50b, 50c, 50d, 50e) est formé dans une pièce en tôle d’une épaisseur comprise entre 0,08 mm et 4 mm.
  14. 14. Secteur selon l’une des revendications précédentes, comprenant une plateforme annulaire supérieure (15’) comprenant la partie (19).
  15. 15. Turbine basse pression d’une turbomachine comprenant un secteur de distributeur selon l’une des revendications précédentes.
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