FR3115315A1 - Fixation d’un abradable sur une virole externe de turbomachine - Google Patents
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Abstract
Le présent document concerne un procédé de fixation d’un anneau abradable (21) sur une face d’une virole externe (31) de turbomachine caractérisé en ce qu’il comprend les étapes : a) fournir un anneau abradable (21) à structure alvéolaire (24) ; b) appliquer une colle sur la face de la virole externe (31) ; c) monter fretté ledit anneau abradable (21) à l’intérieur ou autour de ladite virole externe (31) ; d) chauffer la virole externe et l’anneau d’abradable (21) de manière à faire durcir la colle. Figure à publier avec l’abrégé : Figure numéro 2
Description
Domaine technique de l’invention
Le présent document concerne un procédé de fixation ou de remplacement d’un abradable sur une virole externe de turbomachine.
Etat de la technique antérieure
Classiquement, une turbomachine est constituée, d’amont en aval, d’un compresseur basse pression, d’un compresseur haute pression, d’une chambre de combustion, d’une turbine haute pression et d’une turbine basse pression. Une turbine comprend une alternance de rangées annulaires d’aubes statoriques et d’aubes mobiles agencées à l’intérieur d’un carter.
Pour limiter les circulations d’air entre les extrémités radialement externes de la roue mobile et le carter de la turbomachine, il est connu de disposer autour de la roue mobile, circonférentiellement bout à bout, une pluralité de blocs ou panneaux de matériau abradable formant un anneau abradable qui est destiné à coopérer à étanchéité avec des léchettes portées par les plates formes des sommets d’aubes.
Un anneau abradable peut être formé d’une pluralité de feuilles métalliques de forme semi-hexagonales assemblées les unes aux autres de manière à former une structure à alvéoles hexagonales. Il existe également d’autres types d’anneaux abradables obtenus notamment par projection plasma mais qui présente l’inconvénient de ne pas résister aux hautes températures malgré leur bonne étanchéité.
Classiquement, les anneaux abradables en structure alvéolaire sont brasés sur une virole externe, elle-même fixée au carter externe. Cependant, lors de la brasure, la virole externe subit des déformations et nécessite d’être à nouveau usinée.
L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de l’art antérieur décrit précédemment.
Présentation de l’invention
A cet effet, le présent document concerne un procédé de fixation d’un anneau abradable sur une face radialement interne d’une virole externe de turbomachine caractérisé en ce qu’il comprend les étapes :
a) fournir un anneau abradable à structure alvéolaire ;
b) appliquer une colle sur la face radialement interne de la virole externe ;
c) monter fretté ledit anneau abradable à l’intérieur ou autour de ladite virole externe ;
d) chauffer la virole externe et l’anneau d’abradable de manière à faire durcir la colle.
a) fournir un anneau abradable à structure alvéolaire ;
b) appliquer une colle sur la face radialement interne de la virole externe ;
c) monter fretté ledit anneau abradable à l’intérieur ou autour de ladite virole externe ;
d) chauffer la virole externe et l’anneau d’abradable de manière à faire durcir la colle.
La présente solution permet un gain de temps puisque la virole externe ne subit plus de déformations et ne nécessite donc plus d’usinage supplémentaire. Selon cette solution, l’anneau abradable peut être changé sans avoir à usiner à nouveau la virole externe.
L’anneau abradable peut ne pas être parfaitement cylindrique, le frettage de l’anneau abradable sur la virole externe peut donc ne pas être parfait. L’utilisation de la colle confère une meilleure étanchéité de l’ensemble comprenant la virole externe et l’anneau d’abradable. L’application de colle permet également d’éliminer des jeux radiaux ayant une amplitude de quelques dixièmes de millimètres apparaissant entre la virole externe et l’anneau abradable induit par un défaut de concentricité dudit anneau abradable. Cela permet également d’éviter un déplacement axial et radial de l’anneau abradable lors d’un effort manuel et donc les fuites qui cela peut générer.
L’anneau abradable peut comprendre une tôle annulaire sur une face de laquelle est appliquée ladite structure alvéolaire annulaire.
L’utilisation d’une tôle annulaire permet d’obtenir une technologie robuste au regard des sollicitations mécaniques que peut subir l’ensemble comprenant la virole externe et l’anneau abradable.
Des moyens de masquage peuvent être appliquées annulairement sur la structure alvéolaire de l’anneau abradable, ces moyens de masquage comprenant une ouverture annulaire débouchant au niveau de la jonction entre la face radialement interne de la virole externe et l’anneau abradable.
Lors du frettage de l’anneau abradable, la colle est appliquée sur la face radialement interne de la virole externe et il est possible qu’un surplus de colle coule. Dans de telles conditions, lorsque la colle est chauffée, elle durcit et il devient difficile de l’enlever. Elle peut alors engendrer une modification du profil et d’un état de surface. Les moyens de masquage permettent donc d’éviter de telles complications.
La colle peut être appliquée sous la forme d’un cordon ou d’une pluralité de cordon circonférentiellement successifs, lesquels peuvent être agencées bout à bout.
virole externe.
L’anneau abradable peut comprendre une tôle annulaire, qui peut être formée d’une seule pièce sur 360°, sur une face de laquelle sont fixés une pluralité de secteurs à structure alvéolaire agencés circonférentiellement bout à bout de manière à constituer une couche circonférentiellement continue destinée à venir en contact avec des léchettes annulaires d’une rangée annulaire d’aubes mobiles agencées en vis-à-vis radial.
L’utilisation d’une tôle annulaire permet d’obtenir une technologie robuste au regard des sollicitations mécaniques que peut subir l’ensemble comprenant la virole externe et l’anneau abradable.
Le présent document concerne un procédé de remplacement d’un premier anneau abradable par un second anneau abradable caractérisé en ce qu’il comprend les étapes consistant à :
a) retirer le premier anneau abradable ;
b) réaliser le procédé tel que décrit précédemment.
a) retirer le premier anneau abradable ;
b) réaliser le procédé tel que décrit précédemment.
Le présent document concerne un ensemble annulaire pour turbomachine comprenant une virole externe portant sur une face radialement interne un anneau abradable comportant une structure alvéolaire entourant une rangée annulaire d’aubes mobiles dans lequel l’anneau abradable est monté fretté et collé dans la virole externe au contact de la face radialement interne de la virole externe.
L’anneau abradable peut comprendre une tôle annulaire sur une face de laquelle est appliquée ladite structure alvéolaire.
Le présent document concerne une turbine comprenant un ensemble annulaire tel que décrit précédemment.
Brève description des figures
[Fig. 2.A] représente une première virole externe fixée à un premier anneau abradable, selon l’invention.
[Fig. 2.B] représente une seconde virole externe fixée à un second anneau abradable, selon l’invention.
Description détaillée de l’invention
On se réfère tout d’abord à la figure 1 qui représente une turbine basse pression 2 d’une turbomachine qui comprend une pluralité de rangées annulaires d’aubes mobiles 4 agencées axialement en alternance avec des rangées annulaires d’aubes fixes 6 ou statoriques portées extérieurement par un carter annulaire externe 8. Un élément de support annulaire 10 est fixé à la plateforme externe 12 des aubes fixes 6 et réalise la fixation au carter 8.
Chaque aube mobile 4 comprend une plateforme annulaire interne 14 et une plate-forme annulaire externe 16 entre lesquelles s’étendent des pales 18. La plate-forme annulaire externe 16 porte sur sa surface annulaire radialement externe, opposée à la pale 18, une pluralité de léchettes 20 annulaires sensiblement radiales. Ces léchettes 20 annulaires coopèrent par frottement avec un anneau abradable 21 porté par le carter externe 8 pour assurer l’étanchéité en sommet d’aube mobile 4, c’est-à-dire limiter les circulations d’air parasites entre les sommets d’aubes mobiles 4 et le carter 8.
Comme illustré en figure 1 et 2, l’anneau abradable 21 comprend une structure alvéolaire 24 dont les alvéoles présentent un axe sensiblement radial. La structure alvéolaire 24 est appliquée sur une tôle annulaire 26 de manière à ce que le débouché d’une extrémité des alvéoles soit obturé. Plus précisément, l’anneau abradable 21 est formé de plusieurs secteurs de structure alvéolaire agencées circonférentiellement bout à bout pour former une structure alvéolaire 24 annulaire et continue sur 360°. Chaque secteur de structure alvéolaire peut être formé par assemblage d’une pluralité de feuilles métalliques à motif semi-hexagonal. La tôle annulaire 26 peut, par exemple, être brasée sur une face externe 28 de ladite structure alvéolaire 24 annulaire. La tôle annulaire 26 peut être formée d’une seule pièce sur 360° ou bien de plusieurs pièces.
La turbine basse pression 2 comprend également une première virole externe 30 fixée directement sur le carter 8 par boulonnage et une seconde virole externe 32 également fixée directement sur le carter 8 par boulonnage. La première virole externe 30 porte une premier anneau abradable 22 entourant une première rangée annulaire d’aubes mobiles 4 et la seconde virole externe 32 porte un second anneau abradable 23 entourant une seconde rangée annulaire d’aubes mobiles 4, la seconde rangée annulaire d’aubes mobiles étant agencée en aval de la première rangée annulaire.
La première virole externe 30 comprend une paroi cylindrique 34 reliée à son extrémité amont à une première paroi annulaire radiale 36 s’étendant radialement vers l’extérieur et reliée également à son extrémité amont à une partie annulaire 38 s’étendant radialement vers l’intérieur. La première paroi annulaire radiale 36 sert au passage de boulons 40 de fixation de la première virole externe 30 sur le carter 8. La paroi cylindrique 34 comprend une surface cylindrique interne 42 dont une extrémité amont est reliée à une surface annulaire radiale 44 s’étendant radialement vers l’intérieur laquelle est reliée à son extrémité radialement interne à une paroi tronconique 46 dont la section diminue en allant vers l’amont. La paroi tronconique 46 est formée sur une face interne de la partie annulaire 38 de la première virole externe 30. Une extrémité aval 48 de la surface cylindrique interne 42 débouche à son extrémité aval.
La seconde virole externe 32 comprend une paroi annulaire radiale 50 qui s’étend radialement vers l’extérieur. La paroi annulaire radiale 50 de la seconde virole externe 32 comprend un rebord annulaire radial 52 s’étendant radialement vers l’intérieur à son extrémité amont et une seconde paroi annulaire radiale 54 s’étend radialement vers l’extérieur depuis une zone axialement médiane de la paroi annulaire radiale 50. La seconde paroi annulaire radiale 54 sert au passage de boulons 41 de fixation de la seconde virole externe 32 sur le carter 8.
Une colle est appliquée sous la forme d’un cordon ou d’une pluralité de cordons circonférentiellement successifs sur une première zone comprenant la surface cylindrique interne 42 de la première virole externe 30. La colle est de même appliquée sur une deuxième zone comprenant une surface annulaire radiale interne 56 de la paroi annulaire radiale 50 de la seconde virole externe 32. Comme illustré à la figure 2A, un premier anneau abradable 22 est monté fretté au niveau de la première zone et vient ainsi en butée contre la première virole externe 30. Comme illustré à la figure 2B, un second anneau abradable 23 est monté fretté au niveau de la seconde zone et vient ainsi en butée contre la seconde virole externe 32.
Des moyens de masquage sont appliquées annulairement c’est à dire sur 360° sur des faces externes 60 de la structure alvéolaire 24 non collées et frettés à la première virole externe 30, sur la paroi tronconique 46 de la première virole externe 30, sur une face interne 62 de la partie annulaire 38 de la première virole externe 30 et sur l’extrémité aval 48 de la paroi cylindrique 34 de la première virole externe 30. Des moyens de masquage sont en outre appliquées annulairement c’est à dire sur 360° sur des faces externes 64 de la structure alvéolaire 24 non collées et frettés à la seconde virole externe 32, sur une face interne 66 et une face amont 68 du rebord annulaire radial 52 de la seconde virole externe 32 et sur une extrémité aval de la paroi annulaire radiale 50 de la seconde virole externe 32. Ces moyens de masquage peuvent être des bandes résistantes à la chaleur, préférentiellement des bandes d’adhésifs, encore plus préférablement des bandes d’adhésifs aluminium.
La première virole externe 30 et le premier anneau abradable 22 monté fretté sur la première virole externe 30 ainsi que la seconde virole externe 32 et le second anneau abradable 23 monté fretté sur la deuxième virole externe 32 sont chauffés à une température d’au moins 175°C, préférentiellement de 175°C de manière à faire durcir la colle et à pouvoir supprimer les surplus de colle au niveau des zones de masquage où sont appliquées les moyens de masquage.
L’application de colle sur la première zone et la seconde zone permet d’éliminer des jeux radiaux ayant une amplitude de quelques dixièmes de millimètres apparaissant entre la première virole externe 30 et le premier anneau abradable 22 et entre la seconde virole externe 32 et le second anneau abradable 23. Cela permet également d’éviter un déplacement axial et radial du premier anneau abradable 22 ou du second anneau abradable 23 lors d’un effort manuel et donc les fuites qui cela peut générer.
Le présent mode de réalisation permet un gain de temps puisque ni la première virole externe 30, ni la seconde virole externe 32 ne subissent de déformations et ne nécessitent donc plus d’usinage supplémentaire. Selon ce mode de réalisation, le premier anneau abradable 22 ou le second anneau abradable 23 peuvent être changés sans avoir à usiner à nouveau la première virole externe 30 ou la seconde virole externe 32.
Ce mode de réalisation rend également plus aisé le remplacement du premier anneau d’abradable 22 ou du second anneau d’abradable 23 par un autre abradable.
Claims (9)
- Procédé de fixation d’un anneau abradable (21) sur une face radialement interne d’une virole externe (31) de turbomachine caractérisé en ce qu’il comprend les étapes :
a) fournir un anneau abradable (21) à structure alvéolaire (24) ;
b) appliquer une colle sur la face radialement interne de la virole externe (31) ;
c) monter fretté ledit anneau abradable (21) à l’intérieur de ladite virole externe (31) ;
d) chauffer la virole externe (31) et l’anneau d’abradable (21) de manière à faire durcir la colle. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’anneau abradable (21) comprend une tôle annulaire (26) sur une face de laquelle est appliquée ladite structure alvéolaire (24) annulaire.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel des moyens de masquage sont appliquées annulairement sur la structure alvéolaire (24) de l’anneau abradable (21), ces moyens de masquage comprenant une ouverture annulaire débouchant au niveau de la jonction entre la face de la virole externe (31) et l’anneau abradable (21).
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la colle est appliquée sous la forme d’un cordon ou d’une pluralité de cordon circonférentiellement successifs.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’anneau abradable (21) comprend une tôle annulaire (26), qui peut être formée d’une seule pièce sur 360°, sur une face de laquelle sont fixés une pluralité de secteurs à structure alvéolaire (24) agencés circonférentiellement bout à bout de manière à constituer une couche circonférentiellement continue destinée à venir en contact avec des léchettes (20) annulaires d’une rangée annulaire d’aubes mobiles (4) agencées en vis-à-vis radial.
- Procédé de remplacement d’un premier anneau abradable (21) par un second anneau abradable (21) caractérisé en ce qu’il comprend les étapes consistant à :
a) retirer le premier anneau abradable (21) ;
b) réaliser le procédé selon l’une des revendications 1 à 5. - Ensemble annulaire pour turbomachine comprenant une virole externe (31) portant sur une face radialement interne un anneau abradable (21) comportant une structure alvéolaire (24) entourant une rangée annulaire d’aubes mobiles (4) dans lequel l’anneau abradable (24) est monté fretté et collé dans la virole externe (31) au contact de la face radialement interne de la virole externe (31).
- Ensemble annulaire selon la revendication 7, dans lequel l’anneau abradable (21) comprend une tôle annulaire (26) sur une face de laquelle est appliquée ladite structure alvéolaire (24).
- Turbine comprenant un ensemble annulaire selon la revendication 7 ou 8.
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Publications (1)
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2020
- 2020-10-15 FR FR2010573A patent/FR3115315A1/fr active Pending
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