FR3096726A1 - Ensemble pour turbine de turbomachine - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un ensemble pour une turbine 10 haute pression de turbomachine, comprenant une rangée annulaire d’aubes mobiles agencées radialement à l’intérieur d’un anneau 18 en CMC relié à un carter 16 externe en matériau métallique. Selon l’invention, l’ensemble comprend des moyens élastiques réalisés en matériau CMC qui sont conformés tridimensionnellement de manière à pouvoir se déformer en direction radiale et qui sont disposés radialement entre le carter (16) et l’anneau (18) et en ce que l’anneau (18) est relié au carter (16) par des moyens de liaison (72) autorisant un jeu en direction radiale de l’anneau (18) par rapport au carter (16). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 3 [Fig. 3]

Description

Ensemble pour turbine de turbomachine
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne le domaine des turbines de turbomachines et plus particulièrement le contrôle du jeu radial en sommet d’aubes mobiles du rotor de turbine.
Etat de la technique antérieure
Classiquement, une turbine haute pression 10 de turbomachine comprend une alternance axiale de rangées annulaires d’aubes mobiles 12 et de rangées annulaires d’aubes de stator 14. On définit ainsi un étage de de turbine 10 comme comprenant une rangée annulaire d’aubes mobiles 12 amont suivie d’une rangée annulaire d’aubes de stator 14 aval. Comme cela est bien visible sur la figure 1, un carter 16 annulaire externe entoure extérieurement les rangées annulaires d’aubes de stator 14 et de rotor 12. Le carter 16 externe de la turbine 10 supporte des anneaux 18 sectorisés dont les secteurs sont agencés cironférentiellement bout à bout. Les anneaux 12 sont disposés radialement en vis-à-vis des extrémités 20 radiales externes des aubes de rotor 12. L’anneau 18 sectorisé porte sur sa surface annulaire radialement interne 22 un abradable (non représenté) agencé en regard radialement des extrémités 20 de sommets des aubes mobiles de rotor 12 pour ne pas altérer les performances de la turbomachine.
Chaque secteur d’anneau 18 présente une surface annulaire radialement externe 24 à partir de laquelle s’étendent radialement vers l’extérieur une première et une seconde brides 26a, 26b annulaires radiales. La première bride 26a annulaire radiale est disposée en amont AM de la seconde bride 26b annulaire radiale de l’anneau 18. La première bride 26a annulaire radiale présente au niveau de son extrémité radiale externe une première patte 28a annulaire s’étendant longitudinalement vers l’amont AM, et la seconde bride 26b annulaire radiale présente au niveau de son extrémité radiale externe une seconde patte 28b annulaire s’étendant longitudinalement vers l’aval AV.
Les première et seconde pattes 28a, 28b annulaires viennent en appui radial au niveau de leur surface radialement interne respectivement sur une surface radialement externe d’un rail 30a amont d’une entretoise 32 et d’un rail 30b aval d’un organe en C 34 porté par l’entretoise 32. L’entretoise 32 est supportée par le carter 16 et permet ainsi la suspension du secteur d’anneau 18 au carter 16.
La turbine 10 recevant un flux d’air très chaud issu de la chambre de combustion, les pièces de la turbine 10 sont soumises à des déformations thermiques lorsque la turbomachine est en fonctionnement.
Les anneaux 18 étant communément réalisés en matériaux métalliques, ces derniers sont soumis à des flux très chauds et nécessitent donc d’être refroidis pour ne pas être thermiquement déformés et ne plus assurer le jeu J1 nécessaire avec les extrémités 20 des sommets des aubes mobiles de rotor 12.
Ce refroidissement des anneaux 18 est réalisé par le prélèvement d’air dans le compresseur haute pression à une température bien moins importante que celui traversant la turbine 10 haute pression. L’air de refroidissement ayant une température de l’ordre de 600°C est injecté dans des canalisations 36 annulaires disposées radialement à l’extérieur des étages de turbine 10 et permet le refroidissement des anneaux 18.
Toutefois, ce prélèvement d’air dans le compresseur haute pression a un impact non négligeable sur les performances de la turbomachine puisque ce flux d’air de refroidissement est prélevé du flux d’air traversant la veine primaire de la turbomachine. Cet air qui a été comprimé n’est donc pas utilité pour alimenter la chambre de combustion et par suite on réduit la puissance fournie aux turbines haute pression 10 et basse pression.
Pour maintenir la performance de la turbomachine, il serait possible d’augmenter la température de fonctionnement de la turbine, ce qui impose une modification de conception de la turbomachine et est donc compliqué à réaliser. Par ailleurs, une telle modification se heurte à la limite de tenue mécanique d’une pièce en métal dans un environnement chaud.
Il est alors nécessaire d’envisager un autre matériau pour la réalisation de l’anneau 18 ayant une meilleure tolérance aux déformations thermiques afin de maintenir le jeu J1 prédéfini entre l’anneau 18 et les extrémités 20 radialement externe des aubes mobiles de rotor 12 en dépit de la température élevée au sein de la turbine 10 haute pression. Le maintien d’un tel jeu J1 permet ainsi de ne pas altérer les performances de la turbine 10. On connait les matériaux CMC (composites à matrice céramique) qui conservent une intégrité physique à des températures supérieures à celles d’utilisation des matériaux métalliques. Les pièces en matériaux CMC se dilatent moins que les matériaux métalliques et nécessitent donc une ventilation moins importante et permettent ainsi de limiter les prélèvements d’air dans le compresseur haute pression et d’améliorer les performances de la turbomachine.
Cependant, l’introduction de pièces en CMC tel qu’un anneau 18 en CMC pose des problèmes d’accrochage et d’intégration dans un carter en métal du fait des différences de dilatation entre un matériau CMC et un matériau métallique. En d’autres termes, une fixation d’une pièce CMC sur une pièce métallique dans un environnement chaud induit de très fortes contraintes dans les pièces.
Une autre contrainte est de maintenir les anneaux 18 dans une position déterminée par rapport au carter 16 tout en évitant que la dilatation des aubes mobiles de rotor 12 implique un contact avec l’anneau 18.
Ces caractéristiques sont antagonistes ce qui constitue un problème d’intégration d’un anneau 18 en CMC dans un carter 16 en métal.
L'invention vise à réaliser un agencement d’un anneau 18 en CMC dans un carter 16 en métal de manière à limiter le prélèvement d’air au niveau du compresseur haute pression tout en surmontant les problèmes mentionnés précédemment.
La présente invention concerne un ensemble pour une turbine haute pression de turbomachine, comprenant une rangée annulaire d’aubes mobiles agencées radialement à l’intérieur d’un anneau en matériau composite à matrice céramique, dit matériau CMC, relié à un carter externe en matériau métallique, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens élastiques réalisés en matériau CMC qui sont conformés tridimensionnellement de manière à pouvoir se déformer en direction radiale et qui sont disposés radialement entre le carter et l’anneau en CMC et en ce que l’anneau est relié au carter par des moyens de liaison aptes à autoriser un jeu en direction radiale de l’anneau par rapport au carter.
Les moyens élastiques en CMC conformée pour se déformer dans la direction radiale présente une surface radiale interne venant, à froid, en appui radial sur la surface radialement externe de l’anneau pour contraindre l’anneau radialement vers l’intérieur. De cette manière, on assure un positionnement fixe de l’anneau en CMC relativement au carter métallique. La liaison avec jeu radial de montage assure un montage simple de l’anneau en CMC sur le carter en matériau métallique. Ainsi, le positionnement en direction radiale des extrémités des sommets des aubes mobiles de rotor peut être assuré. En fonctionnement, il est ainsi possible de mieux piloter le jeu entre les sommets d’aubes et l’anneau par l’intermédiaire du pilotage de la dilatation du carter grâce à des moyens de prélèvement et d’impact d’air sur la surface externe du carter en matériau métallique. L’effort de contrainte appliqué par les moyens élastiques en CMC sur l’anneau en CMC est indépendant de la température du fait de l’utilisation d’un matériau en CMC.
En outre, les pièces réalisées en matériaux CMC présentent une meilleure tolérance thermique au flux d’air très chaud, à une température de l’ordre de 1300°C, que celles réalisées en matériaux métalliques et d’environ 150°C supérieure. De cette manière, la ventilation de l’anneau et de la pièce annulaire en CMC, peut être réduite par rapport à un anneau métallique fixé de manière conventionnelle dans un carter en métal. L’air non prélevé du compresseur haute pression pour assurer la ventilation de l’anneau traverse alors la chambre de combustion et les turbines haute et basse pression, ce qui permet d’augmenter les performances de la turbomachine par rapport à une turbomachine conventionnelle.
Dans un mode de réalisation préférentiel, les moyens de liaison comprennent des pions engagés dans des brides annulaires radiales amont et aval de l’anneau et dans des parois annulaires radiales amont et aval du carter, lesdits pions étant fixés solidairement aux parois annulaires radiales du carter et engagés avec un jeu radial dans les brides annulaires radiales de l’anneau.
L’anneau en CMC ne peut pas être fixé au carter à l’aide de pattes venant radialement en appui vers l’intérieur sur des rails du carter du fait du caractère abrasif du CMC qui détériorerait les rails en matériau métallique du carter servant de support à l’anneau en CMC.
L’anneau est donc fixé par l’intermédiaire de pions au carter. Les pions sont fixés solidairement au carter et avec un jeu radial au niveau des orifices des brides annulaires radiales de l’anneau. Ce jeu radial peut permettre un déplacement radialement vers l’extérieur de l’anneau, en direction du carter, lorsque la turbine est en fonctionnement nominal.
Dans le mode de réalisation préférentiel précédent, au moins l’une des parois annulaires radiales amont ou aval du carter peut comprendre une paroi de retenue axiale de l’anneau qui est fixée au carter de manière amovible, cette paroi de retenue axiale étant reliée à la bride annulaire radiale amont ou aval, respectivement, de l’anneau par l’intermédiaire desdits pions de liaison.
L’usage d’une paroi annulaire de retenue amovible permet le montage d‘un tel ensemble. En effet, le fait que la paroi annulaire de retenue soit amovible permet l’insertion des moyens élastiques en CMC et de l’anneau en CMC ainsi que la fixation des pions entre la bride annulaire radiale amont ou aval de l’anneau en CMC avec la paroi annulaire radiale respectivement amont ou aval venue de matière avec le carter métallique.
Dans un cas particulier, l’une des parois annulaires radiales est réalisée d’une seule pièce avec le carter métallique comprend des orifices borgnes destinés à recevoir les pions de fixation, il est alors nécessaire que la paroi radiale respective comprenne au moins une portion de paroi constituée d’une paroi annulaire de retenue amovible pour permettre l’introduction des pions de fixation.
Préférentiellement, les moyens élastiques sont montés précontraints élastiquement en direction radiale entre l’anneau en CMC et le carter.
Les moyens élastiques peuvent être des moyens élastiques annulaires, c’est-à-dire s’étendre autour de l’axe longitudinal de l’anneau. Ils peuvent être régulièrement répartis circonférentiellement.
Egalement, les moyens élastiques peuvent comprendre une pièce annulaire en CMC.
La pièce annulaire en CMC est montée précontrainte élastiquement entre l’anneau en CMC et le carter pour permettre, à froid, un appui radial sur la surface radialement externe de l’anneau pour le maintenir à une distance désirée de l’extrémité de sommet de l’aube de rotor et garantir un jeu radial constant entre la surface radialement interne de l’anneau et les extrémités des sommets des aubes mobiles de rotor.
La pièce annulaire en CMC de l’ensemble peut comprendre une structure à N couches fibreuses radiales successives s’étendant en direction circonférentielle et étant reliées radialement les unes aux autres de sorte que pour chaque couche k de 2 à N-1, la couche k est en contact avec :
- une couche k-1 au niveau de premières zones de liaisons espacées circonférentiellement les unes des autres et la couche k est en contact, et
- une couche k+1 au niveau de secondes zones de liaisons espacées circonférentiellement les unes des autres, les secondes zones de liaison étant agencées en quinconces circonférentiellement par rapport aux premières zones de liaison.
Le fait que la pièce annulaire en CMC comprend une structure multicouche dont une couche k est en contact avec une couche k-1 au niveau de premières zones de liaison et que ladite couche k est en contact avec une couche k+1, au niveau de secondes zones de liaisons circonférentiellement en quinconces avec les premières zones de liaison permet un rapprochement entre les différentes couches k-1, k et k+1 de la pièce annulaire en CMC multicouches. Plus précisément, cet agencement en quinconce permet ainsi un rapprochement des couches k-1 et k+1 avec la couche k et par conséquent une compression de la pièce annulaire en CMC conformée pour se déformer.
Optionnellement, la pièce annulaire en matériau CMC est formée d’une pluralité de secteurs, de préférence agencés circonférenciellement bout à bout.
Dans un mode de réalisation d’un secteur de la pièce annulaire en CMC, pour au moins un secteur de la pièce annulaire en CMC, chaque couche k de 2 à N-1, est en contact avec la couche k-1 ou la couche k+1 au niveau de zones de liaisons situées aux extrémités circonférentielles desdites couches, et est respectivement en contact avec la couche k+1 ou k-1 en une unique zone de de liaison située entre les extrémités circonférentielles desdites couches du secteur.
Cet agencement présentant deux zones de liaison, circonférentiellement espacées, au niveau des extrémités circonférentielle d’une couche k et d’une couche k-1 ou une couche k+1 et respectivement une unique zone de liaison d’une couche k avec une couche k+1 ou une couche k-1 disposée entre les extrémités circonférentielles desdites couches permet un agencement en forme d’accordéon entre les différentes couches du secteur de pièce annulaire en CMC multicouche. Cet agencement en accordéon permet donc une compression dans la direction radiale du secteur de pièce annulaire radiale.
Préférentiellement, chaque couche k présente un premier rayon de courbure et les couches k-1 et k+1 un second rayon de courbure, le premier rayon de courbure étant différent du second rayon de courbure.
De la même manière que l’agencement des zones de liaison unique entre deux couches ou au niveau de leurs extrémités circonférentielles, l’agencement en alternance de couches k+2*i (i étant un entier positif) et des couches k+2*i+1 ayant un rayon de courbure différent permet de procéder à un rapprochement des couches et une compression du secteur de pièce annulaire en CMC.
Dans un second mode de réalisation particulier d’un secteur de la pièce annulaire en CMC, chaque couche k présente un premier rayon de courbure et les couches k-1 et k+1 un second rayon de courbure, le premier rayon de courbure étant égal au second rayon de courbure, lesdites couches k et k-1, respectivement k et k-1 présentant des ondulations.
Dans le cas où les rayons de courbures des couches k+2*i et des couches k+2*i+1 est identique, la présence d’ondulations formées par l’agencement en quinconce des zones de liaison permet la compression du secteur de pièce annulaire en CMC.
Optionnellement, chaque couche comprend un empilement d’une pluralité de tissus fibreux.
L’augmentation de l’épaisseur des couches de la pièce annulaire en CMC permet d’augmenter la raideur d’une telle pièce.
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés.
Brève description des figures
est une vue en coupe d’une turbine haute pression selon l’art antérieur ;
est une vue en perspective d’une turbine haute pression selon l’invention ;
est une vue éclatée en perspective de la turbine haute pression représentée en figure 2 ;
[Fig. 4a] est une vue en coupe de la fixation d’un anneau selon l’invention au carter ;
[Fig. 4b] est une vue de détail de la figure 4a ;
est une vue en coupe partielle d’un empilement de couches formant la pièce annulaire en CMC ;
[Fig. 6a] correspond à une de face selon un premier mode de réalisation particulier de la pièce annulaire de N couches ;
[Fig. 6b] correspond à une de face selon un premier mode de réalisation particulier de la pièce annulaire de N+x couches ;
[Fig. 6c] correspond à une de face selon un premier mode de réalisation particulier de la pièce annulaire de N couches ayant une épaisseur de couches supérieure aux couches représentées en figure 6a ;
correspond à une vue en perspective selon un second mode de réalisation particulier de la pièce annulaire.
Description détaillée de l’invention
La figure 1 représentant une turbine 10 haute pression selon l’art antérieur a été décrit précédemment.
Les figures 2, 3, 4a et 4b représentent une turbine 10 haute pression selon l’invention. La turbine 10 haute pression comprend une pluralité d’anneaux 18 en CMC reliés à un carter 16 externe en métal de la turbine 10 haute pression. Une pièce annulaire 38 en CMC, conformée tridimensionnellement de manière à pouvoir se déformer, est disposée radialement entre une surface radiale externe 24 de l’anneau 18 en CMC et une surface radialement interne 40 d’une paroi annulaire 42 du carter 16. La pièce annulaire 38 en CMC présente une structure multicouche dont les couches 44 radiales successives s’étendent en direction circonférentielle et sont reliées radialement les unes aux autres. La paroi annulaire 42 du carter 16 présente une gorge 46 annulaire débouchant radialement vers l’intérieur. La gorge 46 est munie d’une paroi de fond 48 annulaire et de deux flancs 50 annulaires. La paroi de fond 48 annulaire de la gorge 46 étant destinée à recevoir radialement en appui une surface radialement externe 52 de la pièce annulaire 38 en CMC.
Le carter 16 comprend une première et une seconde parois 54a, 54b annulaires radiales s’étendant radialement vers l’intérieur à partir de la paroi 42 annulaire du carter 16. La première paroi 54a annulaire radiale s’étend sur une première hauteur H1 et est munie au niveau de son extrémité radialement interne de premiers orifices 56 borgnes, ayant un premier diamètre, et qui débouchent longitudinalement en vis-à-vis de la seconde paroi 54b annulaire radiale du carter 16. La seconde paroi 54b annulaire radiale du carter 16 comprend une pluralité de saillies 58 s’étendant, circonférentiellement à intervalles discrets ou de manière continue, dans une direction radiale vers l’intérieur à partir de la paroi annulaire 42 du carter 16 sur une deuxième hauteur H2. Chacune desdites saillie 58 est munie d’un deuxième orifice 60 ayant un diamètre différent des premiers orifices 56.
La seconde paroi 54b annulaire radiale comprend une paroi annulaire de retenue axiale 62 (la direction axiale correspond également à la direction longitudinale) amovible ayant une hauteur sensiblement identique à la hauteur H1. La paroi annulaire de retenue axiale 62 est amovible et est agencée radialement en butée contre la surface radialement interne 40 de la paroi annulaire 42 du carter 16 et axialement en butée contre les saillies 58 s’étendant radialement vers l’intérieur à partir de la paroi 42 annulaire du carter 16. Cette paroi annulaire de retenue 62 est munie au niveau de son extrémité radialement interne de troisièmes orifices 64 ayant un premier diamètre et au niveau de son extrémité radialement externe de quatrièmes orifices 66 ayant un second diamètre. Les deuxièmes orifices 60 des saillies 58 s’étendant radialement vers l’intérieur à partir de la paroi 42 annulaire du carter 16 et les quatrièmes orifices 66 de la paroi annulaire de retenue 62 amovible sont traversés par des moyens de fixation 68 de manière à fixer la paroi amovible au carter 16.
Les moyens de fixation 68 de la paroi annulaire de retenue 62 et des saillies 58 s’étendant radialement vers l’intérieur à partir de la paroi 42 annulaire du carter 16 sont préférentiellement des vis.
L’anneau 18 présente une première et une seconde brides 26a, 26b annulaires radiales s’étendant radialement vers l’extérieur à partir de la face radialement externe 24 de l’anneau 18. Lesdites première et seconde brides 26a, 26b annulaires radiales de l’anneau 18 peuvent être formées à l’aide de saillies 68 s’étendant, cironfonférentiellement à intervalles discrets ou de manière continue, dans une direction radialement externe en regard des première et seconde parois 54a, 54b annulaires radiales du carter 16. Les première et secondes brides 26a, 26b annulaires radiales de l’anneau 18 sont munies de cinquièmes orifices 70, d’un troisième diamètre différent des premier et deuxième diamètres. Le troisième diamètre est très légèrement plus important que le premier diamètre. Les première et seconde brides 26a, 26b annulaires radiales sont espacées longitudinalement d’une première distance longitudinale inférieure à une seconde distance longitudinale séparant les première et seconde parois annulaires radiales.
Comme illustré dans les figures 3 et 4a, les deuxièmes, troisièmes, quatrièmes et cinquièmes orifices 60, 64, 66, 70 débouchent dans la direction longitudinale.
La première bride 26a annulaire radiale de l’anneau 18 en CMC est destinée à venir longitudinalement en appui contre la première paroi 54a annulaire radiale du carter 16 et la seconde bride 26b annulaire radiale de l’anneau 18 en CMC est destinée à venir longitudinalement en appui contre la seconde 54b paroi annulaire radiale du carter 16, plus particulièrement contre la paroi annulaire de retenue 62.
Des pions 72 de fixation traversent simultanément des premiers orifices 56 de la première paroi 54a annulaire radiale du carter 16 et des cinquièmes orifices 70 de la première bride 26a annulaire radiale de l’anneau 18 en CMC d’une part et des troisièmes orifices 64 de la seconde paroi 54b annulaire radiale du carter 16 et cinquièmes orifices 70 de la seconde bride 26b annulaire radiale de l’anneau 18 en CMC d’autre part. Ces pions 72 permettent de lier l’anneau 18 en CMC au carter 16 en métal et de porter ledit anneau 18 en CMC. Les pions 72 sont montés serrés dans les premiers et troisièmes orifices 56, 64 tandis qu’un jeu J2 radial est présent entre les pions 72 et les cinquièmes orifices 70. Ce jeu J2 radial permet un léger déplacement radial de l’anneau 18 afin de garantir le jeu J1. Il assure aussi un montage simple de l’anneau en CMC sur le carter.
Les pions 72 sont préférentiellement des pions frettés.
Préférentiellement, l’anneau 18 et la pièce annulaire 38 en CMC peuvent être formés d’une pluralité de secteurs agencés circonférentiellement bous à bout.
La figure 5 représente une vue en coupe partielle de la pièce annulaire 38 en CMC. La pièce annulaire 38 en CMC présente une structure multicouche à N (N étant un nombre entier positif supérieur ou égal à 3) couches fibreuses radiales successives. Chacune des couches 44 s’étend en direction circonférentielle et est reliée radialement à d’autres couches 44, de manière à ce que, pour chaque couche k de 2 à N-1, la couche k est mise en contact avec :
- une couche k-1 au niveau de premières zones de liaisons 74 espacées circonférentiellement les unes des autres et la couche k est en contact, et
- une couche k+1 au niveau de secondes zones de liaisons 76 espacées circonférentiellement les unes des autres, les secondes zones de liaison 76 étant agencées en quinconces circonférentiellement par rapport aux premières zones de liaison 74.
Les figures 6a, 6b, 6c et 7 représentent un secteur de la pièce annulaire 38 en CMC selon deux mode de réalisations.
La figure 6a, 6b et 6c concernent plus particulièrement plusieurs configurations d’un secteur de la pièce annulaire 38 en CMC réalisé selon un premier mode de réalisation, où chaque couche k de 2 à N-1, présente un contact avec une couche k-1 ou une couche k+1 au niveau de zones de liaisons 78 situées aux extrémités circonférentielles desdites couches 44, et est respectivement en contact avec la couche k+1 ou k-1 en une unique zone de de liaison 80 située entre les extrémités circonférentielles desdites couches 44 du secteur.
Cet agencement implique une alternance de couches k+2*i (i étant un entier positif) ayant un premier rayon de courbure et des couches k+2*i+1 ayant un second rayon de courbure différent du premier rayon de courbure.
L’alternance des zones de liaison 78, 80 ou du rayon de courbure de deux couches 44 radialement successive du secteur de pièce annulaire 38 en CMC permet un déplacement entre elles des couches 44 et une compression du secteur de la pièce annulaire 38 en CMC.
En figure 6a, le secteur de la pièce annulaire 38 en CMC présente N couches 44 d’une première épaisseur e1.
En figure 6b, le secteur de la pièce annulaire en CMC présente N+x (x étant un nombre entier positif supérieur ou égal à 1) couches 44.
L’augmentation du nombre de couches 44 de la pièce annulaire 38 en CMC permet de présenter un écrasement admissible accru modifiant la raideur de la pièce annulaire 38 en CMC tout en conservant une même masse.
En figure 6c, le secteur de la pièce annulaire 38 en CMC présente N couches 44 d’une seconde épaisseur e2 supérieure à la première épaisseur e1.
Indépendamment de la géométrie du secteur de la pièce annulaire 38 en CMC, chaque couche 44 du secteur peut être obtenue à partir d’un tissu comprenant une seule nappe fibres ou un tissu comprenant plusieurs nappes de fibres empilées.
L’augmentation de l’épaisseur des couches 44 de la pièce annulaire 38 en CMC permet d’augmenter la raideur d’une telle pièce annulaire 38 en CMC mais implique une augmentation de la masse de la pièce annulaire 38 en CMC et un écrasement admissible réduit.
La figure 7 concerne plus particulièrement un secteur de la pièce annulaire 38 en CMC selon un second mode de réalisation, où toutes les couches 44 présentent un rayon de courbure égal et chaque couche 44 présente des ondulations 82 formées par les contacts des premières zones de liaison 74 avec la couche k-1 et par les contacts des secondes zones de liaison 76 avec la couche k+1. Ces ondulations 82 définissent des premiers lobes 84 délimités radialement par les couches k et k-1 et circonférentiellement par deux premières zones de liaison 74 successives. Respectivement, ces ondulations 82 définissent des seconds lobes 86 délimités radialement par les couches k et k+1 et circonférentiellement par deux secondes zones de liaison 76 successives. Les premiers lobes 84 et les seconds lobes 86 sont agencés en quinconces de manière à permettre un déplacement entre elles des couches 44 et une compression du secteur de pièce annulaire 38 en CMC.
Un secteur de pièce annulaire 38 en CMC comprenant des premiers et second lobes 84, 86 présente une raideur augmentée de la pièce annulaire 38 en CMC sans en augmenter la masse mais en réduisant l’écrasement admissible.
Le procédé de fabrication de la pièce annulaire 38 en CMC décrit précédemment comprend des étapes :
a) de réalisation d’un empilement de couches 44 dans une direction radiale,
b) de liaison 74, 76, 80, 82 de couches 44 selon l’un des modes de réalisation décrit précédemment,
c) mise en forme de l’empilement par espacement des couches 44, cette étape pouvant être réalisé par utilisation d’un premier liant servant au thermoformage des couches qui est ensuite retiré ultérieurement lors d’une étape de déliantage,
d) d’introduction d’un liant constituant la matrice du matériau CMC de la pièce annulaire 38 en CMC, et
e) d’usinage du revêtement de la pièce annulaire 38 en CMC.
La liaison de plusieurs nappes de fibres d’un tissu formant une couche 44 ou la liaison 74, 76, 80, 82 de plusieurs couches 44 peut être obtenue par tissage, par cosiliciuration, pinssage ou encore par introduction de fibres courtes entre des nappes de tissus ou des couches 44 à lier à l’aide d’ultrasons ou encore par couture.
Le montage de l’ensemble selon l’invention est réalisé de la manière suivante. En premier lieu, on place radialement la pièce annulaire 64 sur la surface radiale externe de l’anneau en CMC et axialement entre la première bride 26a et la seconde bride 26b de l’anneau 18 en CMC. On déplace ce sous ensemble radialement vers l’extérieur de manière à ce que la surface radialement externe de la pièce annulaire en CMC vienne en contact avec la paroi de fond de la gorge annulaire 46 de la paroi annulaire du carter 16. Ensuite, on fixe l’anneau 18 au carter 16 au niveau de la première paroi annulaire 54a du carter 16 et de la première bride 26a de l’anneau 18. Puis, on vient fixer la paroi de retenue axiale (ou longitudinale) par rapport à la seconde bride 26b de l’anneau 18 et les saillies s’étendant radialement vers l’intérieur à partir de la paroi annulaire du carter 16.
Dans un montage alternatif, la première paroi 54a pourrait être munie d’orifices débouchant contrairement à ce qui est représenté en figure 4a notamment.
Dans les figures 2, 3, 4a et 4b, la première paroi 54a annulaire radiale du carter 16 et la première bride 26a annulaire radiale de l’anneau 18 en CMC sont disposées en amont de la seconde paroi 54b annulaire radiale du carter 16 et la seconde bride 26b annulaire radiale de l’anneau 18 en CMC. Toutefois, dans un autre mode de réalisation, la première paroi 54a annulaire radiale du carter 16 et la première bride 26a annulaire radiale de l’anneau 18 en CMC pourraient être disposées en aval de la seconde paroi 24b annulaire radiale du carter 16 et la seconde bride 26b annulaire radiale de l’anneau 18 en CMC.
Préférentiellement, la paroi annulaire de retenue axiale 62 est une paroi annulaire radiale.
Dans un autre mode de réalisation alternatif, les pions 72 et la paroi annulaire de retenue axiale 62 sont monoblocs.
La pièce annulaire 38 en CMC est montée précontrainte élastiquement entre la surface radialement externe 24 de l’anneau 18 en CMC et la paroi 48 de fond de la gorge 46 de la paroi annulaire 42 du carter 16 pour permettre. Cette précontrainte permet à la pièce annulaire 38 en CMC de réaliser un effort de de plaquage de l’ordre de 100N sur la surface radialement externe 24 de l’anneau 18 pour le maintenir à une distance désirée des extrémités des sommets des aubes mobiles de rotor 12 et ainsi garantir un jeu radial J1 constant entre la surface radialement interne 22 de l’anneau 18 et les extrémités des sommets des aubes mobiles de rotor 12.
Lors d’un fonctionnement à chaud ou nominal, l’aspect élastique de la pièce annulaire 38 en CMC lui permet de se compresser et de présenter un déplacement compatible avec la nécessité de l’ajustement du jeu J1 entre la surface radialement interne 22 de l’anneau 18 et les extrémités des sommets des aubes mobiles de rotor 12.

Claims (12)

  1. Ensemble pour une turbine (10) haute pression de turbomachine, comprenant une rangée annulaire d’aubes mobiles (12) agencées radialement à l’intérieur d’un anneau (18) CMC relié à un carter (16) externe en matériau métallique, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens élastiques réalisés en matériau CMC qui sont conformés tridimensionnellement de manière à pouvoir se déformer en direction radiale et qui sont disposés radialement entre le carter (16) et l’anneau (18) et en ce que l’anneau (18) est relié au carter (16) par des moyens de liaison (72) autorisant un jeu en direction radiale de l’anneau (18) par rapport au carter (16).
  2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel les moyens de liaison (72) comprennent des pions (72) engagés dans des brides (26a, 26b) annulaires radiales amont et aval de l’anneau (18) et dans des parois (54a, 54b) annulaires radiales amont et aval du carter (16), lesdits pions (72) étant fixés solidairement aux parois (54a, 54b) annulaires radiales du carter (16) et engagés avec un jeu (J2) dans les brides (26a, 26b) annulaires radiales de l’anneau (18).
  3. Ensemble selon la revendication 2, dans lequel au moins l’une des parois (54a, 54b) annulaires radiales amont ou aval du carter comprend une paroi de retenue axiale (62) de l’anneau (18) qui est fixée au carter (16) de manière amovible, cette paroi de retenue axiale (62) étant reliée à la bride (26a, 26b) annulaire radiale amont ou aval, respectivement, de l’anneau (18) par l’intermédiaire desdits pions (72) de liaison.
  4. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens élastiques sont montés précontraints élastiquement en direction radiale entre l’anneau (18) et le carter (16).
  5. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les moyens élastiques sont des moyens élastiques annulaires.
  6. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens élastiques comprennent une pièce annulaire (38) en CMC.
  7. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce annulaire (38) est formée d’une pluralité de secteurs, de préférence agencés circonférentiellement bout à bout.
  8. Ensemble selon la revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la pièce annulaire (38) en CMC comprend une structure à N couches (44) fibreuses radiales successives s’étendant en direction circonférentielle et étant reliées radialement les unes aux autres de sorte que pour chaque couche k de 2 à N-1, la couche k est en contact avec :
    - la couche k-1 au niveau de premières zones de liaisons (74) espacées circonférentiellement les unes des autres et la couche k est en contact, et
    - la couche k+1 au niveau de secondes zones de liaisons (76) espacées circoncérentiellement les unes des autres, les secondes zones de liaison étant agencées en quinconces circonférentiellement par rapport aux premières zones de liaison.
  9. Ensemble selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que pour au moins un secteur, chaque couche k de 2 à N-1, est en contact avec la couche k-1 ou la couche k+1 au niveau de zones de liaison (78) situées aux extrémités circonférentielles desdites couches (44), et est respectivement en contact avec la couche k+1 ou k-1 en une unique zone de de liaison (80) située entre les extrémités circonférentielles desdites couches du secteur.
  10. Ensemble selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que chaque couche k présente un premier rayon de courbure et les couches k-1 et k+1 un second rayon de courbure, le premier rayon de courbure étant différent du second rayon de courbure.
  11. Ensemble selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que chaque couche k présente un premier rayon de courbure et les couches k-1 et k+1 un second rayon de courbure, le premier rayon de courbure étant égal au second rayon de courbure, lesdites couches k et k-1, respectivement k et k-1 présentant des ondulations (82).
  12. Ensemble selon l’une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que chaque couche (44) comprend un empilement d’une pluralité de tissus fibreux.
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FR2973069A1 (fr) * 2011-03-24 2012-09-28 Snecma Anneau de carter de stator de turbomachine
WO2016189224A1 (fr) * 2015-05-22 2016-12-01 Herakles Ensemble d'anneau de turbine avec maintien par brides
FR3068072A1 (fr) * 2017-06-26 2018-12-28 Safran Aircraft Engines Ensemble pour la liaison souple entre un carter de turbine et un element annulaire de turbomachine

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