FR3112813A1 - Assemblage anti-cisaillement d’une lamelle et d’un pion - Google Patents

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Abstract

Cet assemblage comprenant une lamelle (11,13) de couronne de distribution inter-secteur d’un distributeur haute pression de turboréacteur, maintenue en position sur ladite couronne par un pion (3) traversant ladite lamelle (11,13), ladite lamelle (11,13) comportant un élément anti-cisaillement (6). Figure pour l’abrégé : [Fig 2]

Description

ASSEMBLAGE ANTI-CISAILLEMENT D’UNE LAMELLE ET D’UN PION
La présente invention concerne les dispositifs de maintien des lamelles d’étanchéité des distributeurs de turbine réparties sur la couronne de distribution haute-pression d’une turbomachine.
La présente invention vise à constituer un assemblage qui évite l’usure prématurée des éléments de maintien de ces lamelles, notamment par cisaillement.
Techniques antérieures
Selon les techniques connues d’assemblage d’une turbomachine, on assemble des lamelles d’étanchéité rigides sur la couronne de distribution haute-pression d’une turbomachine en les positionnant successivement de manière à maximiser l’étanchéité à l’air entre les distributions de haute et basse pression tout en conservant un jeu nécessaire aux mouvements des pièces.
En effet, ces lamelles peuvent être exposées simultanément sur chacune de leurs faces à des températures de l’ordre de huit-cents et mille-deux-cents degrés Celsius, ce qui entraîne leurs dilatations ainsi que des différences de pressions qui font vibrer les lamelles contre les pions.
On a recours à des pions traversant les lamelles pour les maintenir en position, tout en leur permettant un degré de liberté le long du pion. Par soucis d’obstruer au maximum les passages d’air interstitiels entre deux lamelles successives, il est connu d’utiliser un couvre-joint maintenu en position par les pions des deux lamelles et plaqué contre celles-ci par un dispositif d’appui élastique.
Les pions sont alors soumis à des efforts de cisaillements, par les deux lamelles, par le couvre-joint ou par les trois en même temps.
Les ruptures de pions entraînent des défaillances d’étanchéité et parfois des casses moteurs lorsque les tronçons de pions sont entraînés dans les voies aérauliques de la turbine haute-pression. C’est un problème récurrent, qui impose chaque année des milliers d’heures de travail pour le démontage du moteur, et qui se pose pour chaque liaison à pion de la turbomachine.
L’invention a pour but de pallier au moins certains des inconvénients précités et de proposer un assemblage à pion des lamelles capable de cumuler des avantages de rapidité, simplicité et fiabilité pour sa mise en œuvre.
Au vu de ce qui précède, l’invention a pour objet un assemblage comportant une lamelle de couronne de distribution inter-secteur d’un distributeur haute pression de turboréacteur, maintenue en position sur ladite couronne par un pion traversant ladite lamelle, ladite lamelle comportant un élément anti-cisaillement.
Avantageusement, l’élément anti-cisaillement comporte une élongation transversale à la lamelle et entourant le pion.
On augmente ainsi la surface de contact entre la lamelle et le pion, ce qui réduit les forces de cisaillement sur celui-ci.
Par exemple, le pion comporte une tête et l’élongation s’étend depuis l’ouverture par laquelle le pion traverse la lamelle et vers ladite tête.
Selon une forme de réalisation, l’élongation est tubulaire et sensiblement perpendiculaire à la lamelle.
On réalise ainsi une liaison annulaire entre le pion et l’élongation.
Dans un autre mode de réalisation, la surface intérieure de l’élongation a un arrondi.
On réalise ainsi une liaison rotule entre le pion et l’arrondi.
Avantageusement, l’arrondi a un rayon compris entre une et trois fois le rayon de l’épaisseur de la lamelle.
De préférence, l’arrondi est un arrondi bitangent. On atténue les arêtes saillantes susceptibles de choquer le pion lors des mouvements de la lamelle.
L’élément anti-cisaillement peut avoir une longueur de deux à quatre fois l’épaisseur de la lamelle.
De préférence, le pion est cylindrique et a un diamètre de l’ordre de deux millimètres.
La lamelle peut avoir une épaisseur de l’ordre de trois à quatre dixièmes de millimètre.
L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels :
représente l’assemblage d’une lamelle d’étanchéité d’un distributeur de turbine sur une couronne de distribution haute-pression d’une turbomachine selon un premier mode de réalisation.
représente l’assemblage d’une lamelle d’étanchéité d’un distributeur de turbine sur une couronne de distribution haute-pression d’une turbomachine selon un deuxième mode de réalisation.
représente plusieurs assemblages de lamelles sur une couronne de turbine de distribution haute pression.
Description détaillée
On va tout d’abord décrire en référence à la figure 1 un premier mode de mise en œuvre d’un assemblage 1 d’une lamelle d’étanchéité d’un distributeur de turbine sur une couronne de distribution haute-pression d’une turbomachine.
Dans ce mode de mise en œuvre, le distributeur de la turbomachine comporte une lamelle d’étanchéité rigide 11,13.
Bien entendu, le distributeur comporte de multiples lamelles positionnées successivement de manière jointive sur une couronne de distribution haute pression de la turbomachine pour maximiser l’étanchéité à l’air entre les distributions de haute et basse pression, c'est-à-dire de part et d’autre des lamelles 11,13.
La lamelle 11,13 est composée d’un alliage métallique de nickel et de cobalt qui permet de conserver sa résistance mécanique à haute température.
La lamelle 11,13 a une épaisseur de l’ordre de trois à quatre dixièmes de millimètre. Cette épaisseur est choisie par soucis de légèreté de la turbomachine et de flexibilité de la lamelle 11,13 dans les conditions de haute pression et haute température imposées en fonctionnement.
Notamment, le distributeur peut bouger de son amont vers son aval de l’ordre d’un millimètre entre le début et la fin de son régime transitoire.
La souplesse de la lamelle 11,13 permise par sa faible épaisseur contribue à diminuer les risques de cassures lorsqu’elle est sollicitée en effort de flexion ou torsion.
La lamelle 11,13 est classiquement disposée sur une couronne de distribution inter-secteur d’un distributeur haute pression de turboréacteur.
L’assemblage 1 est réalisé au moyen d’un pion 3 qui traverse une ouverture 7 pratiquée dans la lamelle 11,13.
Le pion 3 est cylindrique et d’un diamètre de l’ordre de deux millimètres
Le pion 3 peut comporter une tête d’extrémité 9 par laquelle le pion 3 vient en butée contre la lamelle 11,13.
Le diamètre de l’ouverture 7 est légèrement supérieure au diamètre du pion 3 en conditions normales de température et de pression, ce qui permet la translation du pion 3 le long de l’ouverture 7 et un maintien relatif de la position de la lamelle 11,13 par le maintien environ coaxial de l’ouverture 7 par rapport au pion 3.
L’ouverture 7 se trouve ajustée au diamètre du pion 3 aux températures de fonctionnement nominal de la turbine. Le pion 3 est alors enserré dans l’ouverture 7.
La lamelle 11,13 comportent en outre un élément anti-cisaillement 6. Cet élément anti-cisaillement 6 est destiné à éviter le cisaillement du pion 3 engendré par sa mobilité dans l’ouverture 7.
Cet élément 6 consiste en une élongation de la matière depuis l’ouverture 7 vers la tête 9, de manière à augmenter la surface de contact entre la lamelle 11,13 et le pion 3, ce qui réduit les forces de cisaillement sur celui-ci, l’usure étant directement proportionnelle à la surface de contact (Pression = Effort / Surface).
En augmentant la surface de contact, la pression est fortement réduite, et donc l’usure.
On notera en particulier qu’élargir la longueur de contact entre le pion 3 et la lamelle 11,13 au niveau de l’ouverture de deux à quatre fois l’épaisseur de la lamelle 11,13, grâce à l’élément 6, permet de réduire considérablement les ruptures sous contraintes du pion 3.
L’élongation s’étend depuis l’ouverture 7 par laquelle le pion 3 traverse la lamelle 11,13 et vers ladite tête 9.
L’élongation est transversale à la lamelle 11,13. Elle peut entourer le pion 3.
Dans le premier mode de réalisation illustré sur la Figure 1, l’élongation est tubulaire et sensiblement perpendiculaire à la lamelle 11,13. On réalise ainsi une liaison annulaire entre le pion 3 et l’élongation.
L’élément 6 est réalisé grâce à la matière de la lamelle 11,13.
Par exemple, on réalise l’élément 6 en même temps que l’ouverture 7, par une seule étape d’emboutissage sur la lamelle 11,13, à l’aide d’une presse et d’une contre-presse permettant d’éviter toute déformation de la lamelle 11,13.
Dans le deuxième mode de réalisation illustré sur la Figure 2, la surface intérieure de l’élongation a un arrondi 8.
L’arrondi 8 s’étend dans l’ouverture 7 et dans l’élément 6.
L’arrondi 8 a par exemple un rayon compris entre une et trois fois le rayon de l’épaisseur de la lamelle 11,13.
On réalise ainsi une liaison rotule entre le pion 3 et l’arrondi 8, ce qui permet encore de diminuer l’effet de cisaillement subie par le pion 3.
En outre, l’arrondi 8 peut être un arrondi bitangent, de manière à atténuer ou supprimer les arêtes saillantes susceptibles de choquer ou déformer le pion 3 lors des mouvements de la lamelle 11,13.
Le deuxième mode de réalisation est plus efficace pour augmenter la durée de vie du pion 3 que la solution du premier mode de réalisation.
Il peut être réalisé par une étape de perçage, précédée ou non de l’étape d’emboutissage du premier mode de réalisation. Le perçage permet de réaliser plus précisément que par emboutissage un centrage coaxial du pion 3, de l’ouverture 7 et de l’élément 6.
Le perçage est suivi d’un usinage de l’ouverture 7. La fabrication du deuxième mode de réalisation, qui nécessite plus de précision pour parvenir à l’ajustement de la liaison rotule, est plus long et plus coûteux que le simple emboutissage du premier mode de réalisation, mais permet une quasi-annulation du risque de rencontrer les problèmes précités rencontré sur le pion 3.
La Figure 3 illustre un système de plusieurs assemblages 1 de lamelles d’étanchéité rigides 11,13 sur une couronne de turbine de distribution haute-pression d’une turbomachine.
Les lamelles 11,13 sont positionnées successivement de manière jointive pour maximiser l’étanchéité à l’air entre les distributions de haute et basse pression, c'est-à-dire de part et d’autre des lamelles 11,13. En outre, un jeu nécessaire aux mouvements des lamelles 11,13 est conservé entre celles-ci.
Pour deux assemblages 1 ayant deux lamelles 11,13 successives qui forment un jeu, il est connu de recouvrir le jeu d’un couvre-joint d’étanchéité 5.
Le couvre-joint 5 est maintenu plaqué élastiquement sur les lamelles 11,13 par des moyens d’appui élastique 17,19, comportant notamment une lame flexible 17 d’environ cinq dixième de millimètres d’épaisseur ayant un embout dit « en cuillère », connu de l’homme du métier, qui appuie le couvre-joint 5 les lamelles 11,13.
Il est en outre maintenu sensiblement parallèles aux lamelles 11,13 grâce au pion 3 de chaque assemblage 1.
Le couvre-joint 5 agit comme une soupape qui permet de laisser passer certains flux d’airs unidirectionnels en cas de surpressions, par son soulèvement à l’encontre du plaquage exercé par la lame 17.
L’assemblage 1 des premier et deuxième mode de réalisation est adapté à tout assemblage de lamelle 11,13 réalisé à l’aide d’un pion 3, et il est notamment particulièrement adapté au système de la Figure 3 très soumis aux vibrations.
Comme illustré, on utilise des pions 3 à la fois pour le maintien des lamelles 11,13 et du couvre-joint 5, qui sont deux pièces très vibrantes en fonctionnement, et qui sont toutes deux régulièrement à l’origine de cisaillements non souhaités du pion 3.
Les pions 3 peuvent également supporter l’extrémité recourbée 21 des lames flexibles 17, qui sert à régler l’élasticité du rappel élastique des lames 17 contre le couvre-joint 5.
Grâce aux éléments anti-cisaillement 6, on fiabilise ainsi les assemblages des lamelles 11,13 à pions 3 en limitant les risques d’usure prématurée des pions 3 lors du fonctionnement de la turbomachine, ce qui contribue à augmenter sa disponibilité.

Claims (10)

  1. Assemblage (1) comportant une lamelle d’étanchéité (11,13) de couronne de distribution inter-secteur d’un distributeur haute pression de turboréacteur, maintenue en position sur ladite couronne par un pion (3) traversant ladite lamelle (11,13), caractérisé en ce que ladite lamelle (11,13) comporte un élément anti-cisaillement (6).
  2. Assemblage (1) selon la revendication 1, dans lequel l’élément anti-cisaillement (6) comporte une élongation transversale à la lamelle (11,13) et entourant le pion (3).
  3. Assemblage (1) selon la revendication 2, dans lequel le pion (3) comporte une tête (9) et l’élongation s’étend depuis l’ouverture (7) par laquelle le pion (3) traverse la lamelle (11,13) et vers ladite tête (9).
  4. Assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications 2 et 3, dans lequel l’élongation est tubulaire et sensiblement perpendiculaire à la lamelle (11,13).
  5. Assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la surface intérieure de l’élongation a un arrondi (8).
  6. Assemblage (1) selon la revendication 5, dans lequel l’arrondi (8) a un rayon compris entre une et trois fois le rayon de l’épaisseur de la lamelle (11,13).
  7. Assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel l’arrondi (8) est un arrondi bitangent.
  8. Assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément anti-cisaillement (6) a une longueur de deux à quatre fois l’épaisseur de la lamelle (11,13).
  9. Assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le pion (3) est cylindrique et a un diamètre de l’ordre de deux millimètres.
  10. Assemblage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la lamelle (11,13) a une épaisseur de l’ordre de trois à quatre dixièmes de millimètre.
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