FR3086971A1 - Ensemble de regulation de flux auxiliaire - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un ensemble pour une turbomachine (T), l'ensemble comprenant : - un premier disque (5) mobile, - un deuxième disque (5') s'étendant en aval du premier disque (5), - une virole d'assemblage (17) fixée d'une part sur le premier disque (5) et d'autre part sur le deuxième disque (5') formant ainsi une cavité, - un anneau fixe, s'étendant dans la cavité entre le premier disque (5) et le deuxième disque (5') tout en étant séparé du premier disque (5) et du deuxième disque (5') par deux rainures (9, 10) formant un jeu fonctionnel (8), l'anneau fixe comprenant en outre au moins un élément de confinement du flux (13, 13') de forme complémentaire à une forme du premier disque (5) et/ou du deuxième disque (5') de sorte à combler au moins partiellement la cavité et à limiter la circulation de flux à travers le jeu fonctionnel (8).
Description
ENSEMBLE DE REGULATION DE FLUX AUXILIAIRE
DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEUR
L’invention concerne le domaine général des turbomachines, et plus précisément les compresseurs de turbomachines.
Un compresseur 1 d’une turbomachine T s’étendant autour d’un axe X comporte classiquement, tel qu’illustré en figure 1, une veine d’écoulement 2 de section annulaire dans laquelle s’étendent une ou plusieurs rangées d’aubes mobiles 3 disposées alternativement selon l’axe X entre une ou plusieurs rangées d’aubes fixes 4.
Les aubes mobiles 3 sont classiquement montées sur un ou plusieurs disques mobiles 5, qui peuvent être assemblés les uns aux autres et constituent le rotor du compresseur 1. Les aubes mobiles fournissent un travail à l’air circulant dans la veine d’écoulement 2 de manière à augmenter la pression de celui-ci, et ce faisant dévient le flux circulant dans la veine d’écoulement 2.
Les aubes fixes 4 s’étendent classiquement selon une direction radiale entre une plateforme radialement interne 6 et une plateforme radialement externe 7.
Les aubes fixes 4 redirigent le flux dévié par les aubes mobiles 3 situées en amont dans le sens d’écoulement des fluides dans la veine d’écoulement 2, de manière à rétablir la direction d’écoulement du flux et optimiser l’incidence de celui-ci sur des aubes mobiles 3 située en aval, ou améliorer l’admission dans une chambre de combustion.
La juxtaposition de disques mobiles 5 et de plateformes 6, 7 fixes nécessite de prévoir un jeu fonctionnel entre ces éléments pour assurer leur bon fonctionnement.
II est cependant nécessaire que ces jeux soient les plus réduits possibles afin de ne pas perturber l’écoulement du fluide dans la veine d’écoulement 2.
A cet effet, une plateforme interne 6 peut présenter un profil configuré pour former, avec un disque mobile 5 amont et/ou aval, un jeu fonctionnel 8 configuré pour limiter la circulation potentielle de fluide depuis la veine d’écoulement 2 vers le jeu fonctionnel 8, tel qu’illustré en figure 2.
De telles solutions ne sont cependant pas optimales et génèrent des phénomènes nuisant au fonctionnement de la turbomachine, notamment lors de variations de régime de la turbomachine.
Le jeu fonctionnel 8 ainsi formé comporte une première rainure 9 formée par la limite aval du disque mobile 5 amont et la limite amont de la plateforme annulaire interne 6, et une deuxième rainure 10 formée par la limite aval de la plateforme annulaire intérieure 6 et la limite amont du disque mobile 5 aval.
Dans une turbine, la pression en aval est moins importante que la pression en amont, et dans un compresseur, la pression en aval est plus importante que la pression en amont.
Il peut donc arriver qu’un flux entre par la première rainure 9 dans une première cavité 11, ou par la deuxième rainure 10 dans une deuxième cavité 12, et circule dans le jeu fonctionnel 8 en passant entre la plateforme fixe 6 et les disques mobiles 5.
Lors de la réintroduction de ce flux dans la veine d’écoulement 2, un phénomène de décollement aérodynamique peut se produire dans la veine d’écoulement 2 en aval de la zone de réintroduction et perturber le fonctionnement de la turbomachine, diminuant son rendement.
Au cours du fonctionnement de la turbomachine, des variations brusques de régime de fonctionnement, par exemple lors d’une forte accélération ou décélération, ou au cours de tests d’agaceries réalisés en maintenance ou au cours du rodage de la turbomachine, peuvent entraîner des variations rapides de la pression dans la veine d’écoulement 2.
Ces variations peuvent entraîner un différentiel de pression entre la veine d’écoulement 2 et les première cavité 11 et deuxième cavité 12, pouvant engendrer dans ces cas une circulation du fluide contenu dans ces cavités 11,12 vers la veine d’écoulement 2.
Cette réintroduction d’air dans la veine d’écoulement 2 peut engendrer un décollement de l’écoulement au niveau de la plateforme annulaire interne 6, ce qui perturbe le fonctionnement des aubes fixes 4 et mobiles 3 en aval et fait chuter le rendement du moteur, et peut dans certains cas mener à un pompage de la turbomachine.
En effet, lorsque le décollement provoqué par la réintroduction d’air dans la veine d’écoulement 2 provoque des turbulences importantes, un phénomène de décrochage aérodynamique des aubes fixes et mobiles peut être engendré.
Le flux de gaz n’est plus correctement propulsé et peut être amené à circuler en fonction de l’équilibre des pressions dans la veine d’écoulement 2, les gaz de la partie dans laquelle la pression est plus haute pouvant circuler vers la partie dans laquelle la pression est plus basse.
Dans certains cas extrêmes, une inversion du sens d'écoulement peut même se produire, ce qui peut provoquer de graves dommages sur les aubes fixes et mobiles.
PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L’INVENTION
Le but général de l’invention est de limiter la circulation de flux dans le jeu fonctionnel nécessaire entre les disques mobiles et les anneaux fixes.
Un autre but est de limiter les risques de pompage de la turbomachine.
Un autre but est de limiter la masse de la turbomachine.
Un autre but est de favoriser l’adaptation de l’invention aux turbomachines existantes.
Un autre but est d’optimiser les performances mécaniques de la turbomachine.
Afin d’y parvenir, l’invention propose un ensemble pour une turbomachine, l’ensemble comprenant :
- un premier disque mobile comportant un premier moyeu présentant une première plateforme depuis laquelle s’étend une série d’aubes mobiles, une première extension radiale s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la première plateforme et un premier bras s’étendant axialement depuis la première extension radiale,
- un deuxième disque s’étendant en aval du premier disque et comprenant un deuxième moyeu présentant une deuxième plateforme depuis laquelle s’étend une série d’aubes mobiles, une deuxième extension radiale s’étendant radialement depuis la deuxième plateforme,
- une virole d’assemblage fixée d’une part sur la deuxième extension radiale et d’autre part sur le premier bras, de sorte que le premier moyeu, le premier bras, la virole d’assemblage et le deuxième moyeu délimitent ensemble une cavité,
- un anneau fixe, s’étendant dans la cavité entre le premier moyeu et le deuxième moyeu et comprenant une troisième plateforme configurée pour recevoir une série d’aubes fixes et au moins une patte axiale s’étendant axialement vers l’amont depuis la troisième plateforme entre l’anneau fixe et la première extension radiale et/ou vers l’aval entre l’anneau fixe et la deuxième extension radiale, l’anneau fixe étant séparé du premier disque et du deuxième disque de sorte à définir deux rainures formant un jeu fonctionnel, l’ensemble étant caractérisé en ce que l’anneau fixe comprend en outre au moins un élément de confinement du flux, relié à l’au moins une patte axiale de l’anneau fixe en regard du premier moyeu et/ou du deuxième moyeu, ledit élément de confinement s’étendant radialement vers l’intérieur depuis ladite patte axiale et étant de forme complémentaire à une forme de la première et/ou de la deuxième extension radiale de sorte à combler au moins partiellement la cavité et à limiter la circulation de flux à travers la rainure.
L’invention peut être avantageusement complétées par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- l’au moins un élément de confinement de flux présente une géométrie correspondante à la géométrie d’au moins un parmi le disque amont et le disque aval de manière à former au moins une chicane ; cela permet d’introduire d’importantes pertes de charges singulières et ainsi de limiter les risques de circulation de flux dans les rainures ;
- la virole d’assemblage comprend au moins une léchette, et dans lequel l’élément de confinement de flux présente une portion de surface abradable configurée pour coopérer avec la léchette de la virole d’assemblage ; cela permet de limiter la circulation de fluide entre la virole d’assemblage et l’élément de confinement de flux, et permet ainsi de limiter les risques de réintroduction de fluide, provenant de la rainure située en aval de l’anneau fixe, par la rainure située en amont de l’anneau fixe ;
- l’anneau fixe comprend une première patte axiale s’étendant axialement depuis la troisième plateforme entre l’anneau fixe et la première extension radiale et une deuxième patte axiale s’étendant entre l’anneau fixe et la deuxième extension radiale, et un premier élément de confinement du flux d’air de refroidissement relié à la première patte axiale et un deuxième élément de confinement relié à la deuxième patte axiale ; la présence d’un élément de confinement de flux délimitant chacune des rainures permet de réduire le risque de circulation de fluide dans les rainures ;
- le premier et le deuxième élément de confinement sont fixés ensembles ; cela permet d’améliorer les caractéristique mécaniques des éléments de confinement de flux ;
- l’anneau comporte un premier lobe annulaire et un deuxième lobe annulaire comprenant chacun un élément de confinement et une partie de la troisième plateforme, le premier lobe et le deuxième lobe étant fixés l’un à l’autre de manière à former un corps sensiblement torique délimitant une cavité interne annulaire ; cela permet de réaliser en un nombre minimum d’éléments la plateforme, le premier et le deuxième éléments de confinement de flux, tout en limitant la masse de l’anneau fixe et en comblant autant que possible la cavité délimitée par les disques et la virole d’assemblage ;
- l’ensemble comprend en outre au moins un raidisseur fixé entre la première ou la deuxième patte et le premier ou le deuxième élément de confinement de flux, respectivement ; cela permet d’améliorer les caractéristiques mécaniques des éléments de confinement de flux ;
- la troisième plateforme est en deux parties et comprend une première partie monolithique avec la première patte et une deuxième partie monolithique avec la deuxième patte ;
- la première patte est monolithique avec le premier élément de confinement et la deuxième patte est monolithique avec le deuxième élément de confinement ;
- l’un parmi le premier lobe et le deuxième lobe comporte au moins une chape s’étendant radialement vers la cavité interne annulaire, un orifice de centrage étant formé dans ladite chape, l’autre parmi le premier lobe et le deuxième lobe comportant au moins un élément d’assemblage associé à l’orifice de centrage de manière à assembler le premier lobe et le deuxième lobe, et l’un parmi le premier lobe et le deuxième lobe présente au moins un orifice d’accès situé en regard de l’élément d’assemblage, l’orifice d’accès de sorte à permettre un accès à l’élément d’assemblage ; cela permet l’assemblage des lobes, notamment au moyen d’éléments d’assemblage classique, tout en positionnant les éléments d’assemblage dans la cavité annulaire interne et limitant ainsi leur impact sur la géométrie externe des éléments de confinement de flux, ce qui permet de préserver le comportement aérodynamique des éléments de confinement de flux.
PRÉSENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles :
la figure 1 est une vue en coupe de profil représentant une portion de turbomachine comportant des rangées d’aubes mobiles alternées avec des rangées d’aubes fixes et un ensemble de régulation de flux auxiliaire selon l’art antérieur;
La figure 2 est une vue en coupe de profil centrée sur un ensemble de régulation de flux auxiliaire selon l’art antérieur ;
La figure 3 représente un ensemble de régulation de flux auxiliaire selon l’invention ;
La figure 4 représente un élément de confinement de flux selon l’invention.
DESCRIPTION D’UN OU PLUSIEURS MODES DE MISE EN ŒUVRE ET DE RÉALISATION
L’invention s’applique à une turbomachine s’étendant selon un axe X, ou encore à toute machine comportant un compresseur à plusieurs étages de compression entre lesquels sont intercalés des redresseurs.
Plus précisément, l’invention s’applique à un ensemble pour une turbomachine T, ladite turbomachine T comprenant une veine d’écoulement 2, l’ensemble comprenant :
- un premier disque mobile (5) comportant un premier moyeu (51 ) présentant une première plateforme (52) depuis laquelle s’étend une série d’aubes mobiles (3), une première extension radiale (53) s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la première plateforme (52) et un premier bras (16) s’étendant axialement depuis la première extension radiale (53),
- un deuxième disque (5’) s’étendant en aval du premier disque (5) et comprenant un deuxième moyeu (5Γ) présentant une deuxième plateforme (52’) depuis laquelle s’étend une série d’aubes mobiles (3), une deuxième extension radiale (53’) s’étendant radialement depuis la deuxième plateforme (52’),
- une virole d’assemblage (17) fixée d’une part sur la deuxième extension radiale (53’) et d’autre part sur le premier bras (16), de sorte que le premier moyeu (51), le premier bras (16), la virole d’assemblage (17) et le deuxième moyeu (5Γ) délimitent ensemble une cavité,
- un anneau fixe, s’étendant dans la cavité entre le premier moyeu (51) et le deuxième moyeu (5Γ) et comprenant une troisième plateforme (60) configurée pour recevoir une série d’aubes fixes (4) et au moins une patte axiale (61, 6Γ) s’étendant axialement vers l’amont depuis la troisième plateforme (60) entre l’anneau fixe et la première extension radiale (53) et/ou vers l’aval entre l’anneau fixe et la deuxième extension radiale (53’), l’anneau fixe étant séparé du premier disque (5) et du deuxième disque (5’) de sorte à définir deux rainures (9, 10) formant un jeu fonctionnel (8), l’ensemble étant caractérisé en ce que l’anneau fixe comprend en outre au moins un élément de confinement du flux (13, 13’), relié à l’au moins une patte axiale (61, 61’) de l’anneau fixe en regard du premier moyeu (51) et/ou du deuxième moyeu (5Γ), ledit élément de confinement (13, 13’) s’étendant radialement vers l’intérieur depuis ladite patte axiale (61) et étant de forme complémentaire à une forme de la première (53) et/ou de la deuxième extension radiale (53’) de sorte à combler au moins partiellement la cavité et à limiter la circulation de flux à travers le jeu fonctionnel (8)..
Cela permet de réduire fortement le risque que l’air contenu dans la cavité ne soit réinjecté dans la veine d’écoulement 2, ce qui permet de faire diminuer les risques de pompage de la turbomachine.
En effet, l’élément de confinement 13, 13’ présente une forme complémentaire au disque 5, 5’, ou plus précisément à l’extension radiale 53, 53 ‘ à proximité duquel il s’étend, et définit un espace confiné entre ledit disque 5, 5’ et l’élément de confinement 13, 13’, l’espace confiné débouchant dans les rainures 9, 10. L’espace confiné est configuré pour générer des pertes de charges importantes et ainsi s’opposer à la circulation de fluide en son sein, ce qui limite la circulation de fluide à travers le jeu fonctionnel 8, et qui permet donc de ne pas perturber l’écoulement du flux dans la veine d’écoulement 2.
Dans la présente demande, on appelle axe de la turbomachine l'axe X autour duquel s’étend la turbomachine. La direction axiale correspond à la direction de l'axe X de la turbomachine, et une direction radiale est une direction perpendiculaire à cet axe et passant par lui. De même, un plan axial est un plan contenant l'axe X et un plan radial est un plan perpendiculaire à cet axe X et passant par lui. La direction tangentielle (ou circonférentielle) est une direction orthogonale à l'axe X et à une direction radiale et ne passant pas par l’axe X. 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 X que la partie ou la face externe (i.e. radialement externe) du même élément.
Dans le mode de réalisation représenté en figure 4, l’anneau fixe comprend une première patte axiale 61 s’étendant axialement depuis la troisième plateforme 60 entre l’anneau fixe et la première extension radiale 53 et une deuxième patte 61’ axiale s’étendant entre l’anneau fixe et la deuxième extension radiale 53’, et un premier élément de confinement 13 du flux d’air de refroidissement relié à la première patte axiale 61 et un deuxième élément de confinement 13’ relié à la deuxième patte axiale 61’.
Optionnellement mais avantageusement, le premier 13 et le deuxième élément de confinement 13’ sont fixés ensemble, de manière à améliorer la rigidité et la tenue mécanique de l’ensemble.
Le jeu fonctionnel 8 comprend une zone amont 14 délimitée par le disque mobile amont 5 et l’élément de confinement de flux 13, et une zone aval 15 délimitée par le disque mobile aval 5’ et l’élément de confinement de flux 13.
Plus précisément, la zone amont 14 comprend, radialement de l’extérieur vers l’intérieur ;
la rainure 9, une première portion amont 141 s’étendant radialement, une deuxième portion amont 142 s’étendant parallèlement à l’axe X, une troisième portion amont 143 s’étendant radialement, une quatrième portion amont 144 s’étendant parallèlement à l’axe X, une cinquième portion amont 145 s’étendant radialement, une sixième portion amont 146 s’étendant parallèlement à l’axe X.
Optionnellement, au moins une lumière 147 peut être réalisée de manière à mettre en communication fluidique différentes cavités de la turbomachine, qui peuvent avoir différentes fonctions comme le déshuilage ou l’équilibrage de la pression dans ces cavités.
De cette manière, les coudes dans la zone amont 14 induisent des pertes de charges singulières qui limitent la circulation de fluide.
Lors d’une variation de pression dans la veine d’écoulement 2, l’écoulement de fluide dans la zone amont 14 est donc défavorisé, ce qui limite les risques de retour de fluide dans la veine d’écoulement 2 et donc les risques de pompage.
Optionnellement, la section d’une ou plusieurs portions amont peut être réduite par rapport à d’autres, engendrant des goulets limitant la circulation de fluide. Dans l’exemple illustré, la deuxième portion amont 142, la quatrième portion amont 144 et la sixième portion amont 146 présentent une section inférieure aux autres portions amont.
Dans des modes de réalisation non illustrés, la zone amont 14 peut comporter un nombre de coudes ou de goulets inférieur ou supérieur.
Dans le mode de réalisation illustré, les lumières 147 sont réalisées à travers le bras aval 16 du disque mobile amont 5.
La zone aval 15 comprend, radialement d’extérieur vers l’intérieur :
la deuxième rainure 10, une première portion aval 156 s’étendant radialement, une deuxième portion aval 155 s’étendant parallèlement à l’axe X, une troisième portion aval 154 décrivant un coude, une quatrième portion aval 153 s’étendant parallèlement à l’axe X, une cinquième portion aval 152 s’étendant radialement.
De cette manière, les coudes dans la zone aval 15 induisent des pertes de charges singulières qui limitent la circulation du fluide.
Lors d’une variation de pression dans la veine d’écoulement 2, le changement de direction d’écoulement du fluide dans la zone aval 15 est donc défavorisé, ce qui limite les risques de retour de fluide dans la veine d’écoulement 2 et donc les risques de pompage.
Optionnellement, la section d’une ou plusieurs portions aval peut être réduite par rapport à d’autres, engendrant des goulets limitant la circulation de fluide. Dans l’exemple illustré, la quatrième portion aval 153 et la deuxième portion aval 155 présentent une section inférieure aux autres portions aval.
Dans des modes de réalisation non illustrés, la zone aval 15 peut comporter un nombre de coudes ou de goulets inférieur ou supérieur.
La virole d’assemblage 17 comportant au moins une léchette 18 annulaire est assemblée à l’extrémité aval du bras aval 16 du disque amont 5.
L’un des éléments de confinement de flux 13, 13’ peut comporter une portion de surface abradable 19 située en regard de la ou les léchettes 18 de manière à coopérer avec ces dernières pour empêcher la circulation de fluide entre la virole d’assemblage 17 et la portion de surface abradable 19.
De cette manière, la circulation de fluide directement de la zone amont 14 à la zone aval 15 (ou inversement) est limitée.
Dans le mode de réalisation illustré, une deuxième lumière 151 est réalisée à travers la virole d’assemblage 17. Il permet de mettre en communication fluidique la zone aval 15 du jeu fonctionnel 8 avec des cavités de la turbomachine, de manière à mettre sous pression lesdites cavités ou assurer le déshuilage des cavités.
Dans le mode de réalisation illustré, l’anneau fixe est formé d’un premier lobe annulaire 20 et d’un deuxième lobe annulaire 21, chacun présentant une section droite formant sensiblement un U.
Les lobes annulaires 20, 21 sont assemblés de manière à former un élément creux comportant une cavité annulaire 22 délimitée par une paroi 23 présentant une surface extérieure 24 en regard des disques mobiles 5, 5’ et une surface intérieure 25.
Les éléments de confinement de flux 13, 13’ sont formés au moyen des lobes annulaires 20, 21, ce qui permet d’obtenir une tenue mécanique importante en raison de la paroi 23 reliant le premier élément de confinement de flux 13 et le deuxième élément de confinement de flux 13’, tout en remplissant autant que possible la cavité délimitée par les disques 5, 5’ et la virole d’assemblage 17.
De cette manière, la réserve d’air sous pression qui était formée dans l’art antérieur par les cavités délimitées par les disques amont 5 et aval 5’ et la virole d’assemblage 17 est fortement réduite. Les risques de réintroduction d’air dans la veine d’écoulement 2 sont donc réduits.
La cavité annulaire 22 permet de réaliser un élément de confinement de flux 13,13’ présentant un volume important tout en maintenant sa masse au minimum, et il est possible de réaliser des formes internes complexes dans l’élément de confinement de flux 13,13’.
En référence à la figure 4, la paroi 23 présente une pluralité de secteurs, notamment un secteur radialement externe 26, un secteur radialement interne 27, un secteur amont 28 et une secteur aval 29.
Le secteur radialement externe 26 comprend une portion de surface externe 30 sensiblement cylindrique s’étendant axialement autour de l’axe X de la turbomachine, et formant une limite radialement interne de la veine d’écoulement 2. Il comprend en outre des logements 31 configurés pour recevoir des pieds d’aubes fixes 4.
Cela permet notamment de réaliser au moyen de seulement deux pièces (les lobes annulaires 20, 21 ) la plateforme interne 6 et les éléments de confinement de flux 13, 13’ et de limiter ainsi le nombre de pièces du dispositif, ce qui limite les coûts de production.
Les aubes fixes 4 sont ainsi montées directement sur la plateforme interne 6 qui est monobloc avec l’élément de confinement de flux 13.
Optionnellement, les logements 31 sont cylindriques, notamment dans les turbomachines T dans lesquelles les aubes fixes 4 sont montées à rotation autour de l’axe selon lequel elles s’étendent de manière à faire varier leur calage.
Dans le mode de réalisation représenté, les logements 31 sont chacun formés d’une première portion de logement 32 et une deuxième portion de logement 33, les premières portions de logement 32 étant formées dans le premier lobe annulaire 20 et les deuxièmes portions de logement 33 étant formées dans le deuxième lobe annulaire 21.
Le secteur radialement interne 27 comporte une portion de surface radialement interne 271 sensiblement cylindrique s’étendant axialement selon l’axe X de la turbomachine.
La portion de surface radialement interne 271 est disposée en regard du bras aval 16 du disque amont 5, de manière à former ainsi la sixième portion d’admission 146.
Le secteur radialement interne 27 présente la portion de surface abradable 19, positionnée en regard des léchettes 18 de la virole d’assemblage 17.
De part et d’autre de la portion de surface radialement interne 271 s’étendent en s’évasant une première portion tronconique 272 et une deuxième portion tronconique 273, la deuxième portion tronconique 273 s’étendant jusqu’à la portion de surface abradable 19, la première portion tronconique 272 s’étendant jusqu’au secteur amont 28.
Dans le mode de réalisation représenté, la première portion tronconique 272, la portion de surface radialement interne 271 et la deuxième portion tronconique 273 sont formées par le premier lobe annulaire 20. La portion de surface abradable 19 est formée par le deuxième lobe annulaire 21.
Le secteur amont 28 comporte :
- une première portion de secteur amont 281 s’étendant radialement depuis la portion de surface externe 30 du secteur radialement externe 26, la première portion de secteur amont 281 étant située en regard du disque amont 5 de manière à former la rainure 9 et la première portion amont 141,
- une deuxième portion de secteur amont 282 s’étendant axialement depuis la première portion de secteur amont 281, la deuxième portion de secteur amont
282 étant située en regard du disque amont 5 de manière à former la deuxième portion amont 142,
- une troisième portion de secteur amont 283 s’étendant radialement depuis la deuxième portion de secteur amont 282, la troisième portion de secteur amont
283 étant située en regard du disque amont 5 de manière à former la troisième portion amont 143,
- une quatrième portion de secteur amont 284 s’étendant axialement depuis la troisième portion de secteur amont 283, la quatrième portion de secteur amont
284 étant située en regard du disque amont 5 de manière à former la quatrième portion amont 144,
- une cinquième portion de secteur amont 285 s’étendant radialement depuis la quatrième portion de secteur amont 284, la cinquième portion de secteur amont
285 étant située en regard du disque amont 5 de manière à former la cinquième portion amont 145.
Les portions de secteur amont 281,282,283,284,285 sont préférentiellement située en regard de portions de surface du disque amont 5 à une distance configurée pour confiner le flux et engendrer des pertes de charges régulières de manière à limiter le flux dans le jeu fonctionnel 8, et particulièrement dans la zone amont 14.
La limitation des dimensions de la zone amont 14 limite la formation de réservoirs d’air sous pression dans des cavités, et limite ainsi le retour d’air dans la veine d’écoulement 2.
Il est entendu que le secteur amont 28 peut comporter un nombre de portions de secteur amont supérieur ou inférieur au mode de réalisation décrit, et que ces portions de secteur amont peuvent présenter des orientations différentes.
Le nombre de portions de secteur amont définit le nombre de coudes dans l’écoulement dans la zone amont 14. Les coudes génèrent des pertes de charges singulières qui permettent de s’opposer au changement de sens d’écoulement du flux dans le jeu fonctionnel 8.
Le secteur aval 29 comporte :
- une première portion de secteur aval 291 s’étendant radialement depuis le secteur radialement interne 27, et étant située en regard du disque mobile aval 5’ de manière à former la cinquième portion aval 152,
- une deuxième portion de secteur aval 292 s’étendant de la première portion de secteur aval 291 au secteur radialement extérieur 26, et présentant une saillie et un renfoncement situées en regard de formes complémentaires du disque mobile aval 5’ de manière à former une chicane composée des quatrième 153, troisième 154, deuxième 155 et première 156 portions aval.
II est entendu par chicane un circuit fluidique dans lequel le flux subit de brusques changements de direction, contrariant ainsi sa circulation. Par exemple ici, le flux circule dans la chicane dans un premier temps sensiblement parallèlement à l’axe X de la turbomachine dans le sens d’écoulement du fluide dans la veine d’écoulement 2, puis subit un retournement et s’écoule parallèlement à l’axe X dans le sens inverse du fluide dans la veine d’écoulement 2.
Le flux du jeu fonctionnel 8 circule dans la chicane en effectuant des retournements, ce qui génère des pertes de charges importantes et limite la circulation de flux de la veine d’écoulement 2 vers le jeu fonctionnel 8.
Optionnellement, le secteur aval 29 comporte plusieurs chicanes.
En variante, le secteur amont 28 comporte une ou plusieurs chicanes.
Optionnellement mais avantageusement, l’élément de confinement de flux 13 comporte des raidisseurs 34, qui peuvent être internes et s’étendre d’une portion d’un premier secteur 26,27,28,29 à une portion d’un deuxième secteur 26,27,28,29.
Dans l’exemple représenté, les raidisseurs peuvent être fixés entre la première 61 ou la deuxième 61’ patte et le premier 13 ou le deuxième 13’ élément de confinement, respectivement.
Cela permet d’améliorer les caractéristiques mécaniques de l’élément de confinement de flux 13, 13’ notamment en limitant sa déformation, ce qui permet d’éviter la dégradation du fonctionnement de limitation de flux.
Dans le mode de réalisation illustré, les raidisseurs 34 comprennent une pluralité de piliers disjoints répartis circonférentiellement et s’étendant de la portion de surface externe 30 du secteur radialement externe 26 à la première portion de secteur aval 291.
De cette manière, les raidisseurs 34 permettent de limiter la déformation notamment de la deuxième portion de secteur aval 292, permettant ainsi de garantir le maintien de la géométrie et du comportement de la chicane, notamment lors du fonctionnement malgré l’effort de pression effectué par l’air circulant dans la veine d’écoulement 2 sur la portion de surface externe 30.
En outre, l’utilisation de piliers permet de limiter la masse des raidisseurs 34 et donc de l’élément de confinement de flux 13.
Optionnellement mais avantageusement, l’extrémité des piliers des raidisseurs 34 est évasée. Il est entendu par évasé que l’extrémité du pilier présente une dimension croissante en s’approchant de l’extrémité du pilier, formant ainsi un pilier présentant une section droite plus importante à son extrémité qu’à son milieu ce qui limite les concentrations de contraintes et améliore la durée de vie de l’élément de confinement de flux 13.
Afin d’assembler le premier lobe annulaire 20 et le deuxième lobe annulaire 21, un des lobes annulaires 20,21 présente des éléments de centrage 35 coopérant avec des éléments d’assemblage 36 réalisés sur l’autre lobe annulaire 20,21. Des éléments de fixation (non représentés) coopèrent avec les éléments de centrage 35 et d’assemblage 36 de manière à assembler les lobes annulaires 20,21.
Dans l’exemple représenté, le premier lobe 20 comporte des saillies de matière s’étendant dans la cavité 22 depuis le secteur amont 28. Un trou taraudé est réalisé dans chacune de ces saillies, formant les éléments d’assemblage 36.
Le deuxième lobe 21 comporte une pluralité de festons s’étendant radialement vers l’intérieur dans la cavité 22 depuis le secteur radialement externe 26. Un orifice est réalisé sur chacun des festons, et destiné à coopérer avec les éléments d’assemblage 36, formant ainsi les éléments de centrage 35.
Dans l’exemple illustré, les trous taraudés formant éléments d’assemblage 36 et les orifices formant éléments de centrage 35 sont répartis circonférentiellement autour de l’axe X, chacun des orifices étant destiné à être positionné de manière coaxiale à un trou taraudé.
Afin d’assembler les lobes annulaires 20,21, des vis peuvent coopérer avec les éléments de centrage 35 et d’assemblage 36. A cet effet, le deuxième lobe 21 comporte avantageusement des orifices d’accès 37 disposés en regard des éléments de centrage 35. Les vis peuvent donc être aisément introduites à travers les orifices d’accès 37.
Cette configuration permet de positionner les éléments d’assemblage dans la cavité 22, ce qui permet de ne pas présenter sur sa surface externe d’éléments perturbant les performances aérodynamiques de l’élément de confinement de flux
13.
Dans le mode de réalisation représenté, les orifices d’accès 37 sont formés dans la première portion de secteur aval 291.
Optionnellement, la première portion de secteur aval 291 peut présenter une épaisseur de paroi accrue par rapport aux secteurs et à la deuxième portion de secteur aval 292. Cela permet de conserver des performances mécaniques optimales malgré les orifices d’accès 37.
Il est entendu que les termes de premier lobe annulaire 20 et de deuxième 10 lobe annulaire 21 peuvent être intervertis et appliqués mutatis mutandis à la description, et que les formes décrites pour l’élément de confinement de flux 13 ne décrivent qu’un mode de réalisation de l’invention et peuvent présenter des configurations différentes.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Ensemble pour une turbomachine (T), l’ensemble comprenant :- un premier disque mobile (5) comportant un premier moyeu (51) présentant une première plateforme (52) depuis laquelle s’étend une série d’aubes mobiles (3), une première extension radiale (53) s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la première plateforme (52) et un premier bras (16) s’étendant axialement depuis la première extension radiale (53), un deuxième disque (5’) s’étendant en aval du premier disque (5) et comprenant un deuxième moyeu (5Γ) présentant une deuxième plateforme (52’) depuis laquelle s’étend une série d’aubes mobiles (3), une deuxième extension radiale (53’) s’étendant radialement depuis la deuxième plateforme (52’), une virole d’assemblage (17) fixée d’une part sur la deuxième extension radiale (53’) et d’autre part sur le premier bras (16), de sorte que le premier moyeu (51 ), le premier bras (16), la virole d’assemblage (17) et le deuxième moyeu (5Γ) délimitent ensemble une cavité,- un anneau fixe, s’étendant dans la cavité entre le premier moyeu (51) et le deuxième moyeu (51’) et comprenant une troisième plateforme (60) configurée pour recevoir une série d’aubes fixes (4) et au moins une patte axiale (61, 6Γ) s’étendant axialement vers l’amont depuis la troisième plateforme (60) entre l’anneau fixe et la première extension radiale (53) et/ou vers l’aval entre l’anneau fixe et. la deuxième extension radiale (53’), l’anneau fixe étant séparé du premier disque (5) et. du deuxième disque (5’) de sorte à définir deux rainures (9, 10) formant, un jeu fonctionnel (8), l’ensemble étant caractérisé en ce que l’anneau fixe comprend en outre au moins un élément de confinement du flux (13, 13’), relié à l’au moins une patte axiale (61, 61’) de l’anneau fixe en regard du premier moyeu (51) et/ou du deuxième moyeu (5Γ), ledit élément de confinement (13, 13’) s’étendant radialement vers l’intérieur depuis ladite patte axiale (61 ) et. étant de forme complémentaire à une forme de la première (53) et/ou de la deuxième extension radiale (53’) de sorte à combler au moins partiellement la cavité et à limiter la circulation de flux à travers le jeu fonctionnel (8).
- 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel l’au moins un élément de confinement de flux (13, 13’) présente une géométrie correspondante à la géométrie d’au moins un parmi le disque amont (5) et le disque aval (5’) de manière à former au moins une chicane.
- 3. Ensemble selon l’une des revendication 1 ou 2, dans lequel la virole d’assemblage (17) comprend au moins une léchette (18), et dans lequel l’élément de confinement de flux (13, 13’) présente une portion de surface abradable (19) configurée pour coopérer avec la léchette (18) de la virole d’assemblage (17).
- 4. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’anneau fixe comprend une première patte axiale (61 ) s’étendant axialement depuis la troisième plateforme (60) entre l’anneau fixe et la première extension radiale (53) et une deuxième patte (6Γ) axiale s’étendant entre l’anneau fixe et la deuxième extension radiale (53’), et un premier élément de confinement (13) du flux d’air de refroidissement relié à la première patte axiale (61) et un deuxième élément de confinement (13’) relié à la deuxième patte axiale (61’).
- 5. Ensemble selon la revendication 4, dans lequel le premier (13) et le deuxième élément de confinement (13’) sont fixés ensemble.
- 6. Ensemble selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’anneau comporte un premier lobe annulaire (20) et un deuxième lobe annulaire (21) comprenant chacun un élément de confinement (13, 13’) et une partie de la troisième plateforme (60), le premier lobe (20) et le deuxième lobe (21 ) étant fixés l’un à l’autre de manière à former un corps sensiblement torique délimitant une cavité interne annulaire (22).
- 7. Ensemble selon l’une des revendications 4 à 6, comprenant en outre au moins un raidisseur (34) fixé entre la première (61) ou la deuxième (61’) patte et le premier (13) ou le deuxième (13’) élément de confinement, respectivement.
- 8. Ensemble selon l’une des revendications 4 à 7, dans lequel la troisième plateforme (60) est en deux parties et comprend une première partie monolithique avec la première patte (61) et une deuxième partie monolithique avec la deuxième patte (61’).
- 9. Ensemble selon l’une des revendications 4 à 8, dans lequel la première patte (61 ) est monolithique avec le premier élément de confinement (13) et la deuxième patte (6Γ) est monolithique avec le deuxième élément de confinement (13’).
- 10. Ensemble selon la revendication 6 ou la revendication 7 en combinaison avec la revendication 6, dans lequel- l’un parmi le premier lobe (20) et le deuxième lobe (21) comporte au moins une chape s’étendant radialement vers la cavité interne annulaire (22), un orifice de centrage (35) étant formé dans ladite chape, l’autre parmi le premier lobe (20) et le deuxième lobe (21) comportant au moins un élément d’assemblage (36) associé à l’orifice de centrage (35) de manière à assembler le premier lobe (20) et le deuxième lobe (21), et- l’un parmi le premier lobe (20) et le deuxième lobe (21) présente au moins un orifice d’accès (37) situé en regard de l’élément d’assemblage (36), l’orifice d’accès (37) de sorte à permettre un accès à l’élément d’assemblage (36).
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2018
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