FR3113419A1 - Distributeur d’une turbine de turbomachine - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un distributeur (10) d'une turbine de turbomachine, le distributeur comportant deux plateformes coaxiales, une plateforme annulaire intérieure (32), une plateforme annulaire extérieure, une pluralité de pales (3) s'étendant radialement entre les plateformes, un pied annulaire (31) de distributeur s'étendant radialement à partir de la plateforme interne (32), caractérisé en ce que le pied (31) comporte un logement interne (33), débouchant à l’extrémité du pied opposée à la plateforme intérieure (32), ledit logement interne (33) étant adapté pour la réception d’une partie annulaire (82) d’un flasque annulaire (8) adapté pour être connecté à une partie fixe de la turbomachine. Figure pour l’abrégé : Fig. 3
Description
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine technique des turbomachines d’aéronef, et plus particulièrement un distributeur d’une turbine de turbomachine telle qu’un turboréacteur ou un turbopropulseur d’aéronef.
ETAT DE LA TECHNIQUE
On connait des dispositifs de connexion, tels qu'illustrés sur lafigure 1, d'une partie fixe de turbomachine, par exemple d'un carter inter-turbine 2, et d'un pied de distributeur 31 d'une turbine de turbomachine, par exemple d'une turbine basse pression de turbomachine. De tels dispositifs comprennent une ou plusieurs pièces ayant une forme annulaire de sorte à s'étendre à 360° autour d'un axe de turbomachine ou arbre de turbomachine. De tels dispositifs comprennent typiquement un flasque 8 annulaire adapté pour être connecté de manière solidaire à la partie fixe de turbomachine, par exemple au carter inter-turbine 2. Le flasque 8 est adapté pour être connecté au pied 31 du distributeur 10a, typiquement de sorte à permettre un glissement radial du pied 31 du distributeur 10a. Un tel dispositif permet entre autres d'isoler de manière étanche des chambres amont 4 et aval 5 l'une de l'autre, les chambres amont 4 et aval 5 étant disposées respectivement en amont et en aval du pied 31 de distributeur. Un tel dispositif permet typiquement d'éviter la formation de by-pass entre un air de veine issu du carter inter-turbine 2 et un air de veine circulant dans la turbine basse pression. L'air de veine circulant dans la turbine basse pression a en effet pour rôle de générer un effort aérodynamique sur des aubes mobiles de la turbine afin de mettre l'arbre de la turbomachine en rotation. La formation de by-pass risquerait donc de diminuer l'efficacité de la turbine. Il est ainsi en particulier possible d'éviter qu'un air chaud de la chambre amont 4 pénètre dans la cavité aval 5 dont la température doit être plus faible.
Il est ainsi connu du document FR3011271 un dispositif de connexion d'une partie fixe de turbomachine avec un pied de distributeur d'une turbine de cette turbomachine. Ce dispositif comprend un corps annulaire et deux brides amont et aval annulaires solidaires du corps et adaptées pour venir pincer le pied du distributeur. Le dispositif forme un système de fixation par pince pour lier mécaniquement le carter inter-turbines au premier étage distributeur de la turbine basse pression.
Cependant, un tel dispositif de connexion comporte plusieurs composants, complexifiant le montage du distributeur. De plus, ce dispositif utilise des moyens de fixation du type vis écrou. Ces moyens de fixation ont un encombrement axial et radial relativement important et leur utilisation augmente de manière significative l'encombrement et la masse du distributeur.
Également, un tel dispositif peut endommager le pied du distributeur en le pinçant, ce qui amène à rechercher des solutions coûteuses de revêtement sur le pied ou des opérations de maintenance.
II existe donc un besoin d'améliorer les solutions existantes.
Un but de l’invention est de proposer une solution pour simplifier l’interface entre le distributeur et le flasque, en conservant la capacité à absorber les déplacements relatifs entre ces deux composants, ainsi que l’étanchéité amont/aval sous le distributeur.
Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un distributeur d'une turbine de turbomachine, le distributeur comportant deux plateformes coaxiales, une plateforme annulaire intérieure, une plateforme annulaire extérieure, une pluralité de pales 'étendant radialement entre les plateformes, un pied annulaire de distributeur s'étendant radialement à partir de la plateforme interne, caractérisé en ce que le pied comporte un logement interne, débouchant à l’extrémité du pied opposée à la plateforme intérieure, ledit logement interne étant adapté pour la réception d’une partie annulaire d’un flasque annulaire adapté pour être connecté à une partie fixe de la turbomachine.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l’une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles :
- le logement interne s’étend sur l’étendue circonférentielle du pied ;
- le logement interne s’étend à l’intérieur du pied, depuis une extrémité libre dudit pied jusqu’à la plateforme intérieure ;
- le pied annulaire présente une épaisseur comprise entre environ 2 et environ 20 mm ;
- la profondeur du logement interne, à partir de son extrémité débouchante, est comprise entre environ 15 et environ 25 mm ;
- l’épaisseur du logement interne est supérieure à l’épaisseur de la partie annulaire du flasque d’environ à 0.1 à environ 0.6 mm ;
- une paroi de fond du logement interne est de section cylindrique avec un rayon compris entre 0.1 mm et une demi-épaisseur du pied du distributeur ; et
- le pied comporte une tôle thermique annulaire et solidaire dudit pied.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne une turbine de turbomachine caractérisée en ce qu'elle comprend un distributeur selon l'une des caractéristiques précédentes, et un flasque annulaire relié en amont du distributeur à une partie fixe de turbomachine, ledit flasque se terminant par une partie positionnée dans la fente du pied du distributeur.
Selon un troisième aspect, l’invention concerne une turbomachine comprenant une turbine selon le deuxième aspect de l’invention.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence auxfigures 2 et 3, il est décrit un distributeur 10 d'une turbine de turbomachine selon des exemples de mode de réalisation.
Turbomachine
Structure générale
En référence à lafigure 4, il est décrit une turbomachine 1 comprenant une turbine, la turbine comprenant un distributeur 10.
La turbomachine est par exemple d'une turbomachine de type à soufflante carénée ou à soufflante non carénée (en anglais - open rotor » ou unducted fan ») d'un aéronef. La turbomachine est typiquement organisée le long d'un axe dit axe 100 de turbomachine.
La structure générale de la turbomachine présente une symétrie de rotation par rapport à l'axe de la turbomachine, à certains éléments non-axisymétriques près (non représentés). La figure 4 ne représente qu'une moitié de vue en coupe de la turbomachine, l'autre moitié correspondant de manière générale au symétrique de la partie représentée par rapport à l'axe 100 de la turbomachine. De manière classique, un flux d'air qui pénètre dans la turbomachine au niveau d'une entrée d'air est comprimé puis est mélangé à du carburant et brûlé dans une chambre de combustion, les gaz de combustion permettant d'entraîner en rotation un rotor ou plusieurs rotors de turbine autour d'un axe de la turbomachine. La turbomachine comprend par exemple une turbine haute pression permettant d'entraîner un compresseur haute pression, et une turbine basse pression permettant d'entraîner un compresseur basse pression et une soufflante. Par intérieur ou central, et extérieur ou périphérique, on qualifie ici des éléments en fonction de leur distance relativement à un axe 100 de la turbomachine ou axe de la turbomachine, sur laquelle le distributeur 10 est destiné à être installé, lorsque le distributeur 10 est en position de fonctionnement. De même, par « au-dessus », on entend disposé à une distance relativement plus importante de l'axe de la turbomachine, et par « au-dessous », on entend disposé à une distance relativement plus faible de l'axe de la turbomachine lorsque le distributeur 10 est en position de fonctionnement. On qualifie ainsi d’« intérieur » ou de « bas » un élément relativement plus proche d'un axe de la turbomachine. De même on qualifie d'« extérieur » ou de « haut » un élément relativement plus éloigné de l'axe de la turbomachine. Ainsi dans un élément donné, une partie qualifiée d'intérieure ou de centrale est typiquement disposée à une distance relativement plus faible de l'axe de la turbomachine qu'une partie qualifiée d'extérieure ou de périphérique, lorsque le distributeur 10 est en position de fonctionnement. Par amont et aval, on qualifie ici des éléments en fonction de leur position relative le long de l'axe de la turbomachine. On qualifie ainsi d'« amont » un élément relativement plus proche d'une entrée d'air de la turbomachine ou plus éloigné d'une sortie d'air de la turbomachine, typiquement d'une tuyère. De même on qualifie ici d'« aval » un élément relativement plus éloigné de l'entrée d'air de la turbomachine ou plus proche de la sortie d'air de la turbomachine. Typiquement, les termes amont et aval se rapportent au sens général de circulation de l'air dans la turbomachine entre son entrée et sa sortie.
On qualifie d'axial, respectivement radial, des éléments relativement à une direction axiale, respectivement radiale, de la turbomachine.
Partie fixe de turbomachine
La partie fixe de turbomachine est distincte du pied 31 de distributeur 10. La partie fixe de turbomachine est par exemple un carter, par exemple un carter inter-turbine 2. Le carter inter-turbine 2 est typiquement un carter intermédiaire entre deux parties de la turbomachine. Le carter inter-turbine 2 peut être interposé entre les turbines haute pression et basse pression logées dans leurs carters respectifs. La turbine comprend typiquement une pluralité d'étages chacun avec un distributeur recevant un flux de gaz et le redressant pour l'appliquer sur une roue mobile tournant dans un sens donné. La turbine est typiquement une turbine basse pression.
Distributeur
Le distributeur 10 est par exemple un distributeur 10 basse-pression disposé en entrée de la turbine basse pression, c'est-à-dire le distributeur amont de la turbine basse pression, typiquement disposé en aval d'un redresseur du fluide de la turbine haute pression, par exemple directement en aval du redresseur, ou en aval d'une roue disposée elle-même en aval du redresseur. Alternativement, le distributeur 10 peut être disposé vers l'aval de la turbine basse pression, ou au niveau d'une autre turbine. Le distributeur 10 correspond ainsi par exemple au premier étage d'aubes fixes de la turbine basse pression. Il est alors exposé à des très fortes températures et efforts aérodynamiques, qui rendent complexe son dimensionnement pour une durée de vie souhaitée donnée. Le distributeur 10 comprend une plate-forme intérieure 32 ou virole interne, une plate-forme extérieure ou virole externe (non représentée) et une pluralité de pales 3 s'étendant entre les plates-formes et liées à celles-ci. Du côté intérieur de la plate-forme intérieure 32, l'aube se prolonge par un pied 31 radialement intérieur, maintenus fixes dans la turbomachine. Le distributeur 10 est disposé de manière sensiblement radiale, le pied 31 étant tourné vers l'intérieur et la tête vers l'extérieur.
Ensemble distributeur-flasque
Flasque annulaire
Le flasque 8 est annulaire, c'est-à-dire qu'il présente une forme annulaire. Par forme annulaire, on comprend une forme s'étendant sensiblement autour d'un axe donné, la forme étant située dans une zone comprise entre un premier cylindre de révolution central centré sur l'axe et ayant un premier rayon et un deuxième cylindre de révolution périphérique centré sur l'axe et ayant un deuxième rayon plus grand que le premier rayon. En d'autres termes, la forme annulaire s'étend sensiblement autour de l'axe, en restant à une distance minimale de l'axe, à la manière d'un anneau.
Une forme annulaire comprend ainsi typiquement une forme ayant un contour extérieur sensiblement arrondi et présentant un orifice central. La forme annulaire peut être continue, c'est-à-dire que ses projections dans des plans orthogonaux à l'axe comprennent une boucle fermée disposée autour de l'axe.
La forme annulaire peut être interrompue, c'est-à-dire que ses projections dans des plans orthogonaux à l'axe comprennent une boucle présentant au moins une interruption, c'est-à-dire une ou une pluralité d'interruptions. L'interruption peut interrompre la forme de part en part, à la manière d'un C, ou seulement partiellement, c'est-à-dire qu'une boucle fermée entoure l'axe, la boucle fermée étant dans au moins une zone sensiblement moins épaisse que le reste de la forme. Le flasque 8 est adapté pour être connecté de manière solidaire à la partie fixe de turbomachine et pour être connecté au pied 31 du distributeur, de sorte que le flasque 8 est typiquement adapté pour former une connexion entre la partie fixe de turbomachine 2 et le pied 31 du distributeur. Le flasque 8 est adapté pour être connecté de manière solidaire à la partie fixe de turbomachine 2, typiquement au carter inter-turbine. Par connexion solidaire entre deux éléments, on entend typiquement que la connexion est telle qu'un mouvement de l'un des éléments selon un degré de liberté implique le même mouvement de l'autre élément selon le même degré de liberté. La connexion solidaire est par exemple une fixation. Cette connexion assure le maintien du pied 31 du distributeur. Cette connexion peut également permettre de séparer l'amont et l'aval d'une zone sous le pied 31 du distributeur.
Le flasque 8 est typiquement adapté pour séparer l'amont et l'aval d'une zone sous le pied 31 du distributeur. Le flasque 8 est par exemple connecté au carter inter-turbine 2 de sorte à empêcher toute circulation fluidique sous le pied 31 du distributeur, typiquement dans une zone s'étendant sous le pied 31 du distributeur. Le flasque 8 s'étend de sorte à séparer une chambre amont 4 et une chambre aval 5. La chambre amont est typiquement ménagée entre la partie fixe de la turbomachine 2, typiquement le carter inter-turbine, et le flasque 8. La chambre amont 4 et la chambre aval 5 sont disposées respectivement en amont et aval du pied 31 du distributeur. Il est par exemple possible d'empêcher toute circulation fluidique entre des chambres amont 4 et aval 5 disposées respectivement en amont et en aval du pied 31 de distributeur.
Le flasque 8, étanche, permet par exemple d'éviter une circulation d'air chaud sur certains éléments disposés en aval, typiquement des disques de turbine. Le flasque 8 est ainsi adapté pour limiter un transfert de chaleur par convection et/ou conduction et/ou rayonnement de la chambre amont 4, en particulier du fluide de veine vers le flasque 8.
Le flasque 8 peut comprendre typiquement un bord amont 81 adapté pour être connecté de manière solidaire à la partie fixe de turbomachine 2. Le flasque 8 peut comprendre typiquement un bord aval 82 adapté pour être connecté au pied 31 du distributeur. Le flasque 8 peut être réalisé en tout matériau connu de l'homme du métier. En particulier, le flasque 8 peut être réalisé en tôle, par exemple dans un alliage base nickel ou cobalt tel qu'usuellement employé dans ce type d'environnement. Typiquement, l’épaisseur du flasque est comprise entre environ 0.5 et environ 1 mm.
Connexion solidaire à la partie fixe de turbomachine
La connexion solidaire du flasque 8 à la partie fixe de turbomachine, typiquement au carter inter-turbine 2 peut être réalisée par tout moyen connu de l'homme du métier. La connexion peut ainsi être réalisée par une soudure radiale ou axiale. Alternativement ou en complément, la connexion pour fixer le flasque 8 à la partie fixe de turbomachine peut être réalisée par au moins une bride de fixation (non représentée). La bride de fixation est par exemple directement connectée au flasque 8 par une soudure. Une telle bride de fixation présente typiquement un orifice à travers lequel un élément de fixation peut être inséré, typiquement un élément du type vis-écrou, typiquement un élément du type boulon, tel que représenté. L'élément de fixation peut être adapté pour traverser un orifice de la partie fixe de turbomachine, typiquement du carter inter-turbine 2, ou d'un élément intermédiaire de connexion (non représenté) comprenant par exemple des brides dédiées venant pincer une paroi de la partie fixe de turbomachine, typiquement du carter inter-turbine 2.
On comprend qu'un tel agencement peut être reproduit plusieurs fois le long de la structure annulaire du flasque 8 de sorte à assurer une meilleure fixation.
Liaison au pied du distributeur
Le pied 31 de distributeur comporte un espace de réception interne adapté pour le logement d’une partie annulaire du bord aval 82 du flasque 8. Ainsi, la face 311 du pied 31, distale de la plateforme intérieure 32, dite face intérieure du pied 31, est aménagée avec un espace de réception ou logement interne 33 s’étendant radialement et débouchant intérieurement, i.e. vers l’axe de la turbomachine 100. L’espace de réception s’étend sur l’étendue circonférentielle du pied 31 de sorte à déboucher sur les faces latérales 312, 313 du pied 31 positionnées en regard des pieds adjacents du distributeur 10. L’espace de réception peut correspondre à une fente préférentiellement rectiligne, aménagée par exemple par usinage sur la face intérieure 311. Le pied 31 comporte une épaisseur comprise entre environ 2 et environ 20 mm afin de permettre l’usinage d’une fente qui intègre la partie annulaire du bord aval 82 du flasque 8. Typiquement la hauteur du pied 31 peut être d’environ 21 mm.
La profondeur du logement interne 33, à partir de son extrémité débouchante peut être comprise entre environ 15 et environ 25 mm, afin d’autoriser un débattement lors des phases de fonctionnement sans risquer le délogement du flasque 8. L’épaisseur de la fente est supérieure à l’épaisseur du flasque de 0.1mm à 0.6mm, afin de limiter les fuites. Préférentiellement, la paroi de fond de la fente est de section cylindrique avec un rayon compris entre environ 0,1 mm et environ une demi-épaisseur du pied 31 du distributeur 10 afin de ne pas endommager le flasque 8.
Le positionnement du flasque annulaire 8 dans le logement 33 peut ainsi permettre un glissement radial du pied 31 du distributeur par rapport au flasque 8, en limitant le déplacement en translation selon l'axe de la turbomachine 10.
Tôle thermique
Le distributeur 10 peut comprendre en outre une tôle thermique 6 disposée en aval, de sorte à limiter un réchauffement d'une chambre aval 5 disposée sous et en aval du pied 31 du distributeur, par un flux d'un fluide provenant d'une veine située au-dessus de la chambre aval 5, préférentiellement la tôle aval 6 est annulaire et solidaire du pied 31.
La tôle peut typiquement avoir une section en forme de L et comprendre une partie amont radiale appliquée et fixée par soudage ou brasage sur la face latérale avale 313 de la paroi radiale du pied 31, et une partie cylindrique qui s'étend vers l'aval radialement à l'intérieur ou l’extérieur et à faible distance radiale d’un becquet amont d’un disque de rotor (non représenté) situé directement en aval du distributeur 10.
Languette d’étanchéité
Le distributeur 10 peut être formé de plusieurs secteurs annulaires disposés circonférentiellement bout à bout. Un pied 31 de distributeur disposé en une extrémité circonférentielle d’un secteur annulaire peut comprendre des logements pour le positionnement de languettes d’étanchéité (non représentées). Ainsi, les faces latérales en regard des extrémités circonférentielles des secteurs de plateforme comprennent chacune une fente 35 rectiligne dont les extrémités axiales sont situées à distance des extrémités axiales de la plateforme intérieure 32. La fente 35 peut être disposée en amont ou en aval du logement 33.
Également, en fonction du positionnement du flasque 8 dans l’espace de réception, une languette d’étanchéité peut être positionnées radialement, entre l’extrémité radialement externe et le flasque 8.
Chaque languette d'étanchéité a une partie circonférentielle logée dans une fente d'un secteur de distributeur et une autre partie circonférentielle logée dans une fente en regard d'un secteur de distributeur adjacent. Ces languettes d'étanchéité permettent de limiter le passage de gaz entre les secteurs de distributeur, en particulier radialement de l'extérieur vers l'intérieur entre les secteurs de plateforme interne et axialement d'amont en aval entre les secteurs de la paroi radiale de cette plateforme.
Claims (10)
- Distributeur (10) d'une turbine de turbomachine, le distributeur comportant deux plateformes coaxiales, une plateforme annulaire intérieure (32), une plateforme annulaire extérieure, une pluralité de pales (3) s'étendant radialement entre les plateformes, un pied annulaire (31) de distributeur s'étendant radialement à partir de la plateforme interne (32), caractérisé en ce que le pied (31) comporte un logement interne (33), débouchant à l’extrémité du pied opposée à la plateforme intérieure (32), ledit logement interne (33) étant adapté pour la réception d’une partie annulaire (82) d’un flasque annulaire (8) adapté pour être connecté à une partie fixe de la turbomachine.
- Distributeur (10) d'une turbine de turbomachine selon la revendication précédente dans lequel le logement interne (33) s’étend sur l’étendue circonférentielle du pied (31).
- Distributeur (10) d'une turbine de turbomachine selon l'une des revendications précédentes dans lequel le logement interne (33) s’étend à l’intérieur du pied, depuis une extrémité libre dudit pied jusqu’à la plateforme intérieure (32).
- Distributeur (10) d'une turbine de turbomachine selon l'une des revendications précédentes dans lequel le pied annulaire (31) présente une épaisseur comprise entre environ 2 et environ 20 mm.
- Distributeur (10) d'une turbine de turbomachine selon l'une des revendications précédentes dans lequel la profondeur du logement interne (33), à partir de son extrémité débouchante, est comprise entre environ 15 et environ 25 mm.
- Distributeur (10) d'une turbine de turbomachine l'une des revendications précédentes dans lequel l’épaisseur du logement interne (33) est supérieure à l’épaisseur de la partie annulaire du flasque d’environ à 0.1 à environ 0.6 mm.
- Distributeur (10) d'une turbine de turbomachine selon l'une des revendications précédentes dans lequel une paroi de fond du logement interne (33) est de section cylindrique avec un rayon compris entre 0.1 mm et une demi-épaisseur du pied (31) du distributeur (10).
- Distributeur (10) d'une turbine de turbomachine selon l'une des revendications précédentes dans lequel le pied (31) comporte une tôle thermique annulaire (6) et solidaire dudit pied (31).
- Turbine de turbomachine caractérisée en ce qu'elle comprend un distributeur (10) selon l'une des revendications précédentes, et un flasque annulaire (8) relié en amont du distributeur (10) à une partie fixe de turbomachine, ledit flasque se terminant par une partie (82) positionnée dans la fente (33) du pied (31) du distributeur (10).
- Turbomachine (1) caractérisée en ce qu'elle comprend une turbine selon la revendication précédente.
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-
2020
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