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tronçon de distributeur de turbine comportant un chemisage interne Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un tronçon (10) d'un distributeur de turbine haute pression d'une turbomachine comportant une pluralité de pales (16) creuses agencées en couronne entre deux plateformes (12, 14) annulaires coaxiales, dans lequel chaque pale (16) comporte au moins une cavité (18) abritant une chemise (28) percée d'une pluralité de trous (30) débouchant en direction d'une face interne (34) de ladite cavité (18), caractérisé en ce que la chemise (28) comporte une pluralité d'ergots (36) faisant saillie en direction de ladite face interne (34) de la cavité (18) dont l'extrémité libre de chaque ergot (36) est en contact avec la face interne (34) de la cavité (18), pour maintenir la chemise (28) à distance de la face interne (34) de la cavité (18). Figure pour l’abrégé : figure 6

Description

tronçon de distributeur de turbine comportant un chemisage interne
L'invention concerne un distributeur de turbine haute pression comportant une aube chemisée.
L'invention concerne plus particulièrement un distributeur comportant des moyens de maintien de la chemise à une distance prédéfinie par rapport à la paroi de l'aube.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Le distributeur haute pression est localisé dans la turbine haute pression d'une turbomachine et il a pour fonction de réorienter le flux de gaz chaud issu de la chambre de combustion pour qu'ils soient orientés selon une direction tangentielle des aubes mobiles de la turbine haute pression, afin d'améliorer l'efficacité de la turbine haute pression.
Le distributeur permet ainsi de transformer l'énergie de pression des gaz de combustion en énergie cinétique par une accélération de l'écoulement de gaz, cette accélération s'accompagnant d'une diminution de pression et de température des gaz de combustion.
Puisqu'il coopère avec les gaz issus de la chambre de combustion, le distributeur haute pression est soumis à des températures très élevées. Il comporte à cet effet des moyens pour son refroidissement.
Parmi les modes de refroidissement du distributeur, il existe la ventilation par chemise, par laquelle une pluralité de jets d'air de refroidissement impactent la paroi interne de la pale.
Le document FR-2.955.145 décrit un exemple de distributeur comportant des chemises internes de refroidissement.
Chaque pale du distributeur comporte plusieurs cavités dans chacune desquelles une chemise perforée est disposée.
Chaque chemise comporte une paroi perforée de trous qui est placée en vis-à-vis et à distance de la paroi de la pale.
L'air de refroidissement alimente l'intérieur de la chemise par une de ses extrémités et il sort de la chemise par les trous de celle-ci, en formant une pluralité de jets d'air. Ces jets impactent la paroi de la pale, refroidissant celle-ci.
Pour assurer une efficacité optimale du refroidissement, il est recommandé de maintenir la paroi de la chemise à une distance définie de la paroi de la pale.
En outre, au fur et à mesure du fonctionnement de la turbomachine, la chemise peut se dégrader, ce qui impose de changer celle-ci.
Le mode de fixation actuel de la chemise dans la pale est le brasage. Ce mode de fixation pose des risques d'endommager le distributeur lors du débrasage, puisque l'on fait fondre la brasure.
L'invention a pour but de proposer un distributeur haute pression pour lequel la liaison entre la chemise et la pale permet à la fois un positionnement correct de la chemise et facilite le démontage de la chemise.
L'invention propose un tronçon d'un distributeur de turbine haute pression d'une turbomachine comportant au moins une pale creuse agencée entre deux plateformes annulaires coaxiales, dans lequel chaque pale comporte au moins une cavité abritant une chemise percée d'une pluralité de trous débouchant en direction d'une face interne de ladite cavité,
caractérisé en ce que la chemise comporte une pluralité d'ergots faisant saillie en direction de ladite face interne de la cavité dont l'extrémité libre de chaque ergot est en contact avec la face interne de la cavité, pour maintenir la chemise à distance de la face interne de la cavité.
De préférence, les ergots sont répartis autour d'un axe principal commun A de la cavité et de la chemise.
De préférence, chaque ergot est de forme convexe bombé en direction de la face interne de la cavité.
De préférence, la face interne de la cavité comporte une pluralité de logements, dont chaque logement est associé à un ergot et dans lequel dit logement, l'ergot associé est reçu.
De préférence, chaque logement est de forme complémentaire de la forme de l'ergot qui lui est associé.
De préférence, chaque logement est formé dans une extrémité libre d'un bossage qui est porté par la face interne de la cavité et qui fait saillie par rapport à la face interne de la cavité
De préférence, la face interne de la cavité comporte autant de logements que la chemise qui lui est associée comporte d'ergots.
De préférence, la face interne de la cavité comporte un nombre de logements inférieur au nombre d'ergots que la chemise qui lui est associée comporte.
De préférence, chacune de la face interne de la cavité et de la chemise comporte des trous au niveau de chaque logement et au niveau de chaque ergot.
L'invention propose aussi une turbomachine d'aéronef comportant un compresseur, une chambre de combustion et une turbine, caractérisé en ce que la turbine comporte un redresseur composé d'une pluralité de tronçons selon l'invention,, assemblés bout à bout pour former un redresseur annulaire.
est une représentation schématique en perspective d'un tronçon d'un distributeur selon l'invention.
est une vue similaire à celle de la figure 1 avec arrachement, montrant les pales en creux dans l'une desquelles des chemises sont montées.
est une section partielle d'une pale et d'une chemise selon un plan perpendiculaire à un axe principal de la pale.
est un détail en perspective de la chemise représentée à la figure 1, montrant deux ergots portés par la chemise.
est un détail en perspective de l'intérieur de la pale, montrant les bossages destinés à coopérer avec les ergots.
est une vue en perspective montrant la coopération de deux ergots avec les logements et les bossages qui leur sont associés.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION
On a représenté à la figure 1 un tronçon 10 d'un distributeur haute pression pour une turbine haute pression de turbomachine.
Le tronçon comporte une plateforme inférieure 12 et une plateforme extérieure 14 qui sont disposées coaxialement à un axe principal de la turbine. La plateforme inférieure 12 étant située la plus proche de cet axe principal de la turbine par rapport à la plateforme extérieure 14.
Les deux plateformes 12, 14 délimitent une veine d'écoulement de gaz provenant de la chambre de combustion (non représentée) située en amont de la turbine.
Le tronçon 10 comporte ici deux pales 16 s'étendant dans la veine délimitée par les plateformes 12, 14, selon une direction principale radiale par rapport à l'axe principal de la turbine et elles sont décalées circonférentiellement l'une par rapport à l'autre. Il sera compris que le tronçon peut comporter un nombre différent de pales 16, il peut par exemple comporter une seule pale 16, trois pales 16 ou plus.
Lorsque le distributeur est reconstitué dans sa totalité, par l'assemblage de plusieurs tronçons 10 bout à bout, toutes les pales 16 sont réparties circonférentiellement de manière régulière, à intervalle régulier.
Comme on peut le voir plus en détails à la figure 2, chaque pale 16 est creuse et est divisée en plusieurs cavités 18 adjacentes. Ici, l'intérieur de la pale 16 est divisé en en deux cavités, à savoir une cavité 18 qui est située du côté du bord d'attaque 20 de la pale 16, et une autre cavité 18 qui est située du côté du bord de fuite 24 de la pale 16.
Chaque cavité 18 s'étend selon la direction principale radiale de la pale 16 et possède un axe principal A qui est d'orientation radiale.
Chaque cavité 18 communique avec la veine délimitée par les plateformes par une pluralité de rangées de trous 26.
Comme on l'a illustré sur la pale 16 de droite sur la figure 2, une chemise 28 est montée dans chaque cavité 18 de chaque pale 16.
Chaque chemise 28 est de forme correspondant à la forme de la cavité 18 qui lui est associée, c’est-à-dire qu'elle est de forme creuse allongée, ou tubulaire, et lorsque la chemise est mise en place dans la cavité 18 associée, la cavité 18 et la chemise 28 ont un axe principal A commun.
La chemise 28 débouche à l'extérieur de la veine au travers d'une plateforme, par exemple la plateforme extérieure. De l'air plus frais que l’air circulant dans la turbine haute pression est prélevé du compresseur et cet air relativement frais est conduit notamment jusqu'au niveau de la plateforme extérieure 14, alimentant la chemise 28.
La chemise 28 est perforée d'une multitude de trous 30 orientés vers les parois de la pale 16.
L'air alimentant la chemise 28 traverse les trous 30 de celle-ci pour refroidir la pale 16 par effet d'impact puis s'écoule dans la veine au travers des rangées de trous 26 pour créer un film de refroidissement autour de la pale 16.
L'efficacité du refroidissement par effet d'impact des jets d'air de refroidissement sur la paroi de la pale 16 dépend d'un bon positionnement relatif de la chemise 28 par rapport à la pale 16.
En particulier, comme on peut le voir à la figure 3, chaque paroi 32 de la chemise 28 est positionnée en vis-à-vis d'une face interne 34 de la cavité 18 qui lui est associée et la paroi 32 de la chemise 28 est positionnée parallèlement et à une distance prédéfinie de cette face interne 34 de la cavité 18. La valeur de cette distance entre la paroi 32 de la chemise 28 et la face interne 34 de la cavité 18 est définie pour être la plus faible possible afin d'assurer le refroidissement de la paroi de la pale 16, tout en limitant l'échauffement de la chemise 28, c’est-à-dire que si la distance entre la paroi 32 de la chemise 28 et la face interne 34 de la cavité 18 est inférieure à la valeur prédéfinie, la chemise subirai un échauffement trop important.
Comme on l'a représenté à la figure 4, la chemise 28 comporte des ergots 36 qui s'étendent en faisant saillie par rapport à la paroi 32 de la chemise 28, en direction de la face interne 34 de la cavité 18, qui lui est associée.
En outre, chaque ergot 36 est en contact contre la face interne 34 de la cavité 18, qui lui est associée.
La chemise 28 comporte une pluralité d'ergots 36 répartis autour de l'axe commun A de la chemise 28 et de la cavité 18 associée, afin de garantir un positionnement correct de la chemise 28 selon les directions perpendiculaires à cet axe principal commun A de la cavité 18.
A titre d'exemple non limitatif, la chemise 28 comporte quatre ergots 36, dont seuls deux ergots 36 sont représentés sur une portion de la paroi 32 de la chemise 28 qui est sensiblement plane.
Chaque ergot 36 a la forme d'un bossage convexe bombé en direction de la face interne 34 de la cavité 18. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à cette forme des ergots et que toute autre forme des ergots peut faire partie de l'invention.
En complément du positionnement de la chemise 28 perpendiculairement audit axe commun A, par un appui des ergots 36 contre la face interne de la cavité 18, la chemise 28 est aussi positionnée le long de cet axe commun par les ergots 36.
Pour cela, comme représenté aux figures 4 et 5, selon une variante de réalisation, la face interne 34 de la cavité 18 porte des logements 40 associés aux ergots 36 et dans lesquels les ergots 36 sont reçus.
Selon un mode de réalisation, la face interne de la cavité 18 comporte autant de logements 40 que la chemise 28 comporte d'ergots 36, c’est-à-dire que chaque ergot 36 est reçu dans un logement 40.
Selon une variante de réalisation, la face interne de la cavité 18 comporte un nombre de logements 40 qui est différent du nombre d'ergots 36 que la chemise 28 comporte.
Par exemple, la face interne de la cavité 18 comporte un nombre de logements 40 qui est inférieur au nombre d'ergots 36. Ainsi, certains ergots 36 sont reçus dans les logements 40 qui leur sont associés, d'autres ergots sont uniquement en appui contre la face interne de la cavité 18.
De préférence, chaque logement 40 est de forme complémentaire de la forme de l'ergot 36 qui lui est associé, pour assurer un bon positionnement de l'ergot 36 dans le logement 40.
Selon un premier mode de réalisation, chaque logement est formé directement dans la face interne de la cavité 18.
Selon un deuxième mode de réalisation représenté aux figures 4 et 5, chaque logement 40 est formé dans un bossage 42 faisant saillie par rapport à la face interne 34 de la cavité 18.
La hauteur de chaque bossage 42 est définie en fonction de l'espace désiré entre la chemise 28 et la face interne de la cavité 18.
Ainsi, la hauteur combinée d'un bossage 42, avec son logement 40, et de l'ergot 36 associé est égale à l'espace requis entre la face interne de la cavité 18 et la paroi 32 de la chemise 28 pour assurer une efficacité optimale des jets d'air.
L'assemblage de la chemise 28 dans la cavité 18 s'effectue en coulissant la chemise 28 le long de l'axe principal commun A.
Lorsque les ergots 36 arrivent à proximité de leurs logements 40, la paroi 32 de la chemise 28 est déformée élastiquement pour permettre de franchir le bord du logement 40, puis, lorsqu'un ergot 36 est au droit du logement 40 associé, la paroi 32 de la chemise 28 revient élastiquement dans sa configuration initiale, permettant l'installation de l'ergot 36 dans le logement 40.
L'orientation de l'ergot 36 et du logement 40, c’est-à-dire avec leur axe sensiblement perpendiculaire à la direction de l'axe principal commun A, permet une rétention de l'ergot 36 dans le logement 40 et aussi un maintien en position de la chemise 28 dans la cavité 18.
Un tel mode d'assemblage n'utilise pas de procédé de fixation permanent tel que le brasage. Cela permet de faciliter l'assemblage et le démontage de la chemise dans le logement 40 puisqu'il n'y a aucune étape de mise en œuvre du brasage ni de retrait de ce brasage lors du démontage.
Selon un mode de réalisation préféré, lorsque l'ergot 36 est en position dans le logement 40 qui lui est associé, la paroi 32 de la chemise 28 est encore déformée élastiquement, ce qui permet de précontraindre la chemise 28 pour maintenir l'ergot 36 dans le logement 40 et ainsi favoriser le maintien en position de la chemise 28 dans la cavité 18.
Afin de ne pas limiter l'efficacité du refroidissement par circulation d'air, chacun du logement 40 et de l'ergot 36 comporte des trous 26, 30, pour qu'ils puissent être traversé par de l'air et ainsi pour conserver une ventilation optimale, malgré leur présence.
De plus, lorsque la chemise 28 est montée dans la cavité 18, les trous 26 formés dans un logement 40, et le bossage 42 associé, sont situés en communication avec les trous 30 formés dans l'ergot 36.

Claims (10)

  1. Tronçon (10) d'un distributeur de turbine haute pression d'une turbomachine comportant au moins une pale (16) creuse agencée entre deux plateformes (12, 14) annulaires coaxiales,
    dans lequel chaque pale (16) comporte au moins une cavité (18) abritant une chemise (28) percée d'une pluralité de trous (30) débouchant en direction d'une face interne (34) de ladite cavité (18),
    caractérisé en ce que la chemise (28) comporte une pluralité d'ergots (36) faisant saillie en direction de ladite face interne (34) de la cavité (18) dont l'extrémité libre de chaque ergot (36) est en contact avec la face interne (34) de la cavité (18), pour maintenir la chemise (28) à distance de la face interne (34) de la cavité (18).
  2. Tronçon (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les ergots (36) sont répartis autour d'un axe principal commun (A) de la cavité (18) et de la chemise (28).
  3. Tronçon (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque ergot (36) est de forme convexe bombé en direction de la face interne (34) de la cavité (18).
  4. Tronçon (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face interne (34) de la cavité (18) comporte une pluralité de logements (40), dont chaque logement (40) est associé à un ergot (36) et dans lequel dit logement (40), l'ergot (36) associé est reçu.
  5. Tronçon (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque logement (40) est de forme complémentaire de la forme de l'ergot (36) qui lui est associé.
  6. Tronçon selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que chaque logement (40) est formé dans une extrémité libre d'un bossage (42) qui est porté par la face interne (34) de la cavité (18) et qui fait saillie par rapport à la face interne (34) de la cavité (18).
  7. Tronçon (10) selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la face interne (34) de la cavité (18) comporte autant de logements (40) que la chemise (28) qui lui est associée comporte d'ergots (36).
  8. Tronçon (10) selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la face interne (34) de la cavité (18) comporte un nombre de logements (40) inférieur au nombre d'ergots que la chemise (28) qui lui est associée comporte.
  9. Tronçon (10) selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que chacune de la face interne de la cavité (18) et de la chemise (28) comporte des trous (26, 30) au niveau de chaque logement (40) et au niveau de chaque ergot (36).
  10. Turbomachine d'aéronef comportant un compresseur, une chambre de combustion et une turbine, caractérisé en ce que la turbine comporte un redresseur composé d'une pluralité de tronçons (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, assemblés bout à bout pour former un redresseur annulaire.
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