FR3122697A1 - Turbine de turbomachine à distributeur en CMC avec maintien en position radiale - Google Patents

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Abstract

Turbine de turbomachine à distributeur en CMC avec maintien en position radiale Turbine de turbomachine comprenant une virole externe de support (9), une virole interne de support (5), et un distributeur annulaire comportant une pluralité de secteurs comportant chacun un mât (6), une plateforme intérieure (24), une plateforme extérieure (26) et au moins une pale (28) ayant un coefficient de dilatation thermique différent de celui du mât, s’étendant radialement entre les plateformes intérieure et extérieure (24, 26) et présentant un profil creux définissant un logement interne (280) dans lequel est logé le mât (6), une paroi de la pale (28) comprend un premier épaulement radial (282) dans le logement interne (280), et une paroi du mât comprend un deuxième épaulement radial (622) apte à prendre appui sur le premier épaulement radial (282), la turbine comprenant des moyens de serrage radial (7) pour serrer, selon la direction radiale, le deuxième épaulement radial (622) contre le premier épaulement radial (282), de manière à plaquer la plateforme intérieure (24) contre la virole interne de support (5). Figure pour l’abrégé : Fig. 4.

Description

Turbine de turbomachine à distributeur en CMC avec maintien en position radiale
L’invention concerne le domaine des turbomachines, notamment des turbomoteurs aéronautiques ou des turbines industrielles, et plus particulièrement un distributeur de turbine en matériau composite à matrice céramique ou à matrice au moins partiellement en céramique, désigné ci-après par matériau CMC.
Le domaine d'application de l'invention est notamment celui des moteurs aéronautiques à turbine à gaz. L'invention est toutefois applicable à d'autres turbomachines, par exemple des turbines industrielles.
L'amélioration des performances des turbomachines et la réduction de leurs émissions polluantes conduit à envisager des températures de fonctionnement de plus en plus élevées.
Pour des éléments de parties chaudes de turbomachines, il a donc été proposé d'utiliser des matériaux composites à matrice céramique notés CMC par la suite.
Les matériaux CMC sont typiquement formés d'un renfort fibreux en fibres réfractaires, telles que des fibres de carbone ou de céramique, densifiés par une matrice en céramique ou au moins partiellement en céramique.
Ces matériaux possèdent des propriétés thermo-structurales remarquables, c'est-à-dire des propriétés mécaniques qui les rendent aptes à constituer des éléments de structure et la capacité à conserver ces propriétés à des températures élevées. De surcroît, les matériaux CMC ont une masse volumique bien inférieure à celle des matériaux métalliques utilisés traditionnellement pour des éléments de parties chaudes de turbomachines.
Ainsi, les documents WO 2010/061140, WO 2010/116066 et WO 2011/080443 décrivent la réalisation d'aubes de roues mobiles de turbomachines en CMC à plate-forme et talon intégrés. L'utilisation de matériaux CMC pour des distributeurs de turbine a aussi été proposée, notamment dans les documents WO 2010/146288, FR 2 979 662 et EP 2 443 318.
Un distributeur de turbine métallique traditionnel présente une forme de couronne composée de plusieurs secteurs assemblés, chaque secteur comprenant une plateforme intérieure, une plateforme extérieure et une pluralité de pales s'étendant entre les plateformes intérieure et extérieure et solidaires de celles-ci. Les plateformes intérieures juxtaposées forment une virole intérieure et les plateformes extérieures juxtaposées forment une virole extérieure. Les viroles intérieure et extérieure délimitent la veine d'écoulement de gaz dans l’étage distributeur.
Introduire un distributeur, par exemple un distributeur haute pression, en CMC permet d’augmenter la température maximale tolérée par rapport à un étage distributeur métallique, et ainsi de diminuer la quantité d’air de refroidissement utilisée. Cela permet ainsi d’augmenter les performances de la turbomachine.
Toutefois, le CMC, par ses propriétés différentes du métal est plus sensible à certaines contraintes mécaniques. En effet le CMC présente une plus grande rigidité et une plus faible dilatation. Il se comporte mieux en compression, mais ses contraintes admissibles en traction sont plus faibles que celles du métal.
De plus, l’intégration dans un environnement métallique d’une pièce en CMC est délicate en raison des dilatations thermiques différentielles entre le CMC et le métal. Cela est d’autant plus délicat dans une turbomachine, et plus particulièrement dans une partie à haute pression de la turbomachine, car l’environnement chaud exacerbe les différences de coefficients de dilatation thermique entre les matériaux, les efforts aérodynamiques subis par un étage distributeur haute pression étant en outre élevés dans cette zone de turbine.
Plus précisément, les turbines comportent généralement une virole externe de support solidaire d’un carter, une virole interne de support, et une pluralité de secteurs d’anneau en CMC formant une couronne s’étendant entre la virole externe de support et la virole interne de support. Chaque secteur d’anneau est en appui sur les viroles interne et externe de support et comporte une plateforme intérieure, une plateforme extérieure, et au moins une pale s’étendant entre la plateforme extérieure et la plateforme intérieure et solidaire de celles-ci.
Toutefois, compte tenu des dilatations thermiques différentielles mentionnées ci-dessus, il existe un besoin d’améliorer les solutions connues en ce qui concerne la solidarisation déterministe du secteur d’anneau en CMC avec la virole interne de support, notamment en termes de maintien au moins axial du secteur d’anneau et en termes de reprise des efforts aérodynamiques.
Par ailleurs, un important différentiel de pressions est exercé sur le carter sous le distributeur dans la direction radiale. Ce carter sert à créer une étanchéité entre le rotor et le stator. Cet écart de pression engendre des efforts qui, s’ils étaient exercés sur le CMC, seraient trop élevés compte tenu des admissibles du matériau.
Pour renforcer les secteurs d’anneau en CMC, il est également connu, notamment des documents FR 3 061 928 et FR 2 973 435, que le distributeur tel que décrit ci-dessus comporte en outre un mât de renforcement s’étendant radialement à l’intérieur des aubes entre les deux plateformes, permettant au distributeur d’être maintenu au carter par le mât. Une telle solution permet de reprendre via le mât les efforts relatifs au différentiel de pression sous le distributeur et les efforts aérodynamiques sur la couronne en CMC. Cependant, pour les raisons évoquées ci-dessus relatives au comportement mécanique différent entre CMC et matériau métallique, il reste difficile de positionner la partie CMC sur l’environnement métallique.
En effet, lors du fonctionnement de la turbine, un jeu radial important est généré entre le mât et la pale qu’il traverse. Plus particulièrement, la dilatation du mât étant supérieure à la dilatation de la pale en CMC un jeu radial peut apparaître entre le mât et la pale qu’il traverse. Ce jeu radial génère une incertitude sur la position de la pale, le plaquage aérodynamique devenant aléatoire vers le haut ou le bas selon la résultante radiale de l’effort aérodynamique. Des solutions permettant d’améliorer le positionnement de la pale telle que celle décrite dans le document FR 3 098 246, existent, mais nécessitent de contraindre mécaniquement le distributeur en CMC, notamment en traction, ce qui risque de le fragiliser et augmente le risque de l’endommager.
Il existe donc un besoin pour une solution permettant d’améliorer le maintien déterministe du distributeur en CMC, tout en limitant les contraintes qui lui sont appliquées afin de ne pas l’endommager au vu des admissibles mécaniques du matériau.
Le présent exposé concerne une turbine de turbomachine comprenant un carter, une virole externe de support en métal solidaire du carter, une virole interne de support en métal, et un distributeur annulaire de turbine définissant une direction axiale et une direction radiale et comportant une pluralité de secteurs de distributeur en matériau composite à matrice céramique formant une couronne s’étendant entre la virole externe de support et la virole interne de support, chaque secteur comportant un mât, une plateforme intérieure, une plateforme extérieure et au moins une pale ayant un coefficient de dilatation thermique différent de celui du mât, s’étendant radialement entre les plateformes intérieure et extérieure et présentant un profil creux définissant un logement interne dans lequel est logé le mât, le mât étant solidaire de la virole externe de support, une paroi de la pale comprend un premier épaulement radial dans le logement interne, et une paroi du mât comprend un deuxième épaulement radial apte à prendre appui sur le premier épaulement radial, la turbine comprenant, pour chaque pale, des moyens de serrage radial configurés pour serrer, selon la direction radiale, le deuxième épaulement radial contre le premier épaulement radial, de manière à plaquer la plateforme intérieure contre la virole interne de support.
Dans certains modes de réalisation, la plateforme intérieure, la plateforme extérieure et la pale sont en matériau composite à matrice céramique, et le mât est en métal.
On comprend que les moyens de serrage radial permettent de serrer le deuxième épaulement radial contre le premier épaulement dans la direction radiale, vers l’intérieur de la turbine. A cet égard, on comprendra que les termes « extérieur » ou « intérieur » et leurs dérivés sont utilisés en référence à la position ou l’orientation par rapport à l’axe de rotation de la turbine qui définit la direction axiale de la turbine.
Cette force exercée par le deuxième épaulement radial sur le premier épaulement dans la direction radiale, vers l’intérieur de la turbine, permet ainsi de plaquer la plateforme intérieure contre la virole interne de support. En d’autres termes, la pale en matériau composite à matrice céramique (CMC) est maintenue en compression entre le mat métallique et la virole interne de support, par l’intermédiaire des moyens de serrage radial. Plus précisément, le positionnement radial de la pale peut être assuré par une prise en compression à froid de la plateforme intérieure en CMC entre le mat et la virole interne de support. Cette mise en compression à froid permet de combler la dilatation différentielle entre la pale et le mât durant la phase de fonctionnement.
L’invention permet ainsi de limiter voire d’annuler le jeu radial s’ouvrant en fonctionnement entre le mât métallique et la pale en CMC et ainsi de réduire voire de supprimer l’incertitude sur la position de la pale.
Par ailleurs, le maintien de la pale en partie basse, c’est-à-dire sur la virole interne de support, avec un maintien du mat en partie haute, c’est-à-dire sur la virole externe de support par exemple, permet d’offrir plus de liberté de déplacement entre la pale et le mat, tout en réduisant le jeu à froid entre la pale en CMC et le mat métallique et en réduisant, voire en annulant, l’ouverture de jeu en fonctionnement.
Cette solution présente ainsi l’avantage d’améliorer le maintien en position radiale de la pale en CMC de manière déterministe, tout en limitant les contraintes qui lui sont appliquées, et donc en limitant les risques d’endommagement. En effet, la sollicitation de la pale se fait en compression, ce mode de sollicitation étant plus favorable que la traction pour ce matériau.
Dans certains modes de réalisation, les moyens de serrage comprennent une liaison boulonnée radiale.
On comprend par « liaison boulonnée radiale » une liaison boulonnée permettant un serrage dans la direction radiale. Un tel moyen de serrage par liaison boulonnée permet d’améliorer le positionnement déterministe de la pale malgré les écarts de dilatation. De plus, contrairement à une liaison boulonnée axiale, permettant un serrage dans la direction axiale, la liaison boulonnée radiale n’implique pas de sollicitation en traction risquant d’endommager le matériau CMC, mais implique au contraire une sollicitation en compression de la pale en CMC.
Dans certains modes de réalisation, la virole interne de support comprend, pour chaque pale, un orifice radial traversant, à travers lequel est engagée une extrémité radialement interne du mât, les moyens de serrages comprenant ladite extrémité radialement interne du mât.
En d’autres termes, l’extrémité radialement interne du mât participe au serrage du deuxième épaulement contre le premier épaulement. Il est ainsi possible d’utiliser, pour les moyens de serrage radial, une pièce déjà existante, à savoir le mât métallique, éventuellement en rallongeant son extrémité radialement interne pour faciliter la préhension de celle-ci. Cette solution permet de limiter le nombre de pièces nécessaires pour réaliser le serrage radial, simplifiant ainsi la mise en œuvre du dispositif.
Dans certains modes de réalisation, une partie de l’extrémité radialement interne du mât fait saillie radialement au-delà d’une extrémité radialement interne de l’orifice radial traversant, ladite partie étant filetée, les moyens de serrages comprenant en outre un boulon vissé sur ladite partie filetée de manière à prendre appui contre la virole interne de support dans la direction radiale.
On comprend selon cette configuration que l’extrémité radialement interne du mât est suffisamment longue pour traverser l’orifice radial traversant de la virole interne de support, et pour s’étendre au-delà de cet orifice, vers l’intérieur de la turbine. Cette extrémité s’étendant au-delà de l’extrémité radialement interne de l’orifice radial traversant est filetée, de telle sorte que le boulon puisse y être vissé, jusqu’à venir en butée contre la paroi radialement interne de la virole interne de support. Selon cette configuration, la pale et la virole interne de support sont en compression entre le boulon, en appui contre la paroi radialement interne de la virole interne de support, et le deuxième épaulement, en appui contre le premier épaulement. Cette solution présente l’avantage d’être simple à mettre en œuvre, les moyens de serrage ne nécessitant qu’un boulon, et le filetage d’une portion de l’extrémité du mât.
Dans certains modes de réalisation, l’extrémité radialement interne du mât comprend un trou taraudé, les moyens de serrages comprenant en outre une vis filetée apte à être vissée dans le trou taraudé, la vis filetée comprenant une tête apte à prendre appui contre la virole interne de support dans la direction radiale.
On comprend que le trou taraudé s’étend radialement dans l’extrémité radialement interne du mât, et est accessible par l’extrémité radialement interne de l’orifice traversant de la virole interne de support. En d’autres termes, la vis filetée peut être vissée dans l’orifice taraudé du mât, en insérant ladite vis par l’extrémité radialement interne de l’orifice traversant de la virole interne de support. La vis peut être alors vissée jusqu’à ce que la tête de la vis vienne en butée contre une paroi radialement interne de la virole interne de support. Selon cette configuration, la pale et la virole interne de support sont en compression entre la tête de la vis filetée, en appui contre une paroi radialement interne de la virole interne de support, et le deuxième épaulement, en appui contre le premier épaulement.
Dans certains modes de réalisation, le premier et le deuxième épaulement sont disposés plus proche de la plateforme intérieure que de la plateforme extérieure.
Le premier et le deuxième épaulement sont de préférence disposés au voisinage d’une extrémité radialement interne de la pale. Cette disposition permet d’améliorer la transmission des efforts et ainsi d’améliorer l’efficacité du serrage en compression.
Dans certains modes de réalisation, le mât est fixé à la virole externe de support par vissage. En d’autres termes, le mât et la virole externe de support sont deux pièces distinctes, réalisées de préférence en un même matériau.
Dans certains modes de réalisation, le mât et la virole externe de support forment une seule et même pièce. Cela permet une meilleure gestion des dilatations différentielles, une meilleure étanchéité, et également une diminution du poids du fait de l’absence de boulonnerie entre les pièces.
Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant une turbine selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents.
Le présent exposé concerne également un aéronef comprenant au moins une turbomachine selon le présent exposé.
L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :
La est une vue schématique en coupe d’un secteur d’une turbine selon l’art antérieur,
La représente une vue schématique en coupe selon un plan comprenant la direction axiale et la direction radiale d’un secteur de turbine selon l’art antérieur, lorsque la turbine n’est pas en fonctionnement,
La représente le secteur de turbine de la , lorsque la turbine est en fonctionnement,
La représente une vue schématique en coupe selon un plan comprenant la direction axiale et la direction radiale d’un secteur de turbine selon l’invention, lorsque la turbine n’est pas en fonctionnement,
La représente le secteur de turbine de la , lorsque la turbine est en fonctionnement.
La est une vue schématique en coupe d’un secteur d’une turbine de turbomachine d’aéronef.
Une turbine 1 haute pression d’une turbomachine, par exemple un turbomoteur aéronautique, telle que montrée partiellement sur la , comprend une pluralité de distributeurs fixes 2 qui alternent avec des roues mobiles dans le sens d’écoulement du flux gazeux F, indiqué par une flèche sur la , dans la turbine 1 et qui sont montés dans un carter 4 de turbine (illustré sur les figures 2 à 5).
Chaque roue mobile comprend une pluralité d’aubes ayant une virole intérieure, et au moins une pale s’étendant depuis la virole intérieure et liée à celle-ci. Du côté intérieur de la virole intérieure, l’aube se prolonge par un pied engagé dans un logement d’un disque. Du côté extérieur, le sommet des aubes est en regard d’un matériau abradable porté par un anneau pour assurer l’étanchéité aux sommets des aubes.
Dans la suite de la description, les termes « intérieur » ou « interne » et « extérieur » ou « externe » sont utilisés en référence à la position ou l’orientation par rapport à l’axe de rotation de la turbine 1 qui définit la direction axiale DAde la turbine 1.
Les aubes de la roue mobile peuvent être des aubes métalliques traditionnelles ou des aubes en matériau CMC obtenues par exemple comme décrit dans les documents WO 2010/061140, WO 2010/116066, WO 2011/080443.
Au moins l’un des distributeurs 2 de la turbine 1 est formé par réunion de plusieurs secteurs de distributeurs 20 en matériau CMC pour former un anneau complet. La flèche DAindique la direction axiale du distributeur 2 tandis que la flèche DRindique la direction radiale du distributeur 2 et le repère DCindique la direction circonférentielle.
Chaque secteur 20 de distributeur du distributeur 2 comprend une plateforme intérieure 24, une plateforme extérieure 26 et une pale 28 s’étendant entre les plateformes intérieure et extérieure 24 et 26 et solidaires de celles-ci. En variante, plusieurs pales pourraient s’étendre entre les plateformes intérieure et extérieure d’un même secteur de distributeur. La pale 28 et les plateformes intérieure et extérieure 24, 26 sont en matériau composite à matrice céramique. Une fois assemblés avec le carter 4 de la turbine 1, les secteurs 20 forment une unique couronne de distributeurs 2 présentant une virole intérieure formée par la juxtaposition des plateformes intérieures 24 des secteurs 20 et une virole extérieure formée par la juxtaposition des plateformes extérieures 26 des secteurs 20.
La virole intérieure formée par les plateformes intérieures 24 et la virole extérieure formée par les plateformes extérieures 26 forment entre elles une veine 45 d’écoulement de fluide à l’intérieur de laquelle le flux gazeux F s’écoule lors du fonctionnement de la turbine 1.
Dans tout le texte, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence au sens d’écoulement de flux gazeux F dans la veine 45 indiqué par une flèche.
Les plateformes intérieures 24 présentent chacune une surface extérieure 24e destinée à être en contact avec le flux gazeux F, et donc disposée radialement en regard des plateformes extérieures 26 formant la virole extérieure. Les plateformes intérieures 24 présentent en outre une surface intérieure 24i disposée en regard de l’axe de rotation de la turbine 1.
Les plateformes extérieures 26 présentent chacune une surface extérieure 26e disposée en regard du carter 4. Les plateformes extérieures 26 présentent en outre une surface intérieure 26i destinée à être en contact avec le flux gazeux F, et donc disposée radialement en regard des plateformes intérieures 24 formant la virole intérieure et en regard de l’axe de rotation de la turbine 1.
Le distributeur 2 est maintenu entre une virole interne de support 5 métallique et une virole externe de support 9 métallique entre lesquelles s’étend la couronne formée par l’assemblage des secteurs d’anneau 20 du distributeur 2. La virole externe de support 9 est solidaire du carter 4 et présente une surface intérieure 91 et une surface extérieure 92 selon la direction radiale DR.
Chaque pale 28 possède un profil creux présentant un logement interne 280 s’étendant sur toute la hauteur de la pale 28, c’est-à-dire entre la plateforme intérieure 24 et la plateforme extérieure 26 du secteur d’anneau 20. La plateforme intérieure 24 de chaque secteur de distributeur 20 comprend un orifice 245 dont la forme correspond à la section du logement interne 280 dans le plan dans lequel s’étend la plateforme intérieure 24. De même, la plateforme extérieure 26 de chaque secteur de distributeur 20 comprend un orifice 265 dont la forme correspond à la section du logement interne 280 dans le plan dans lequel s’étend la plateforme intérieure 26. Les orifices 245 et 265 des plateformes intérieure 24 et extérieure 26 sont réalisés dans le prolongement du logement interne 280 de la pale 28.
Le logement interne 280 de la pale 28 et les orifices 245 et 265 des plateformes intérieure 24 et extérieure 26 peuvent être raccordés à un système de refroidissement délivrant un flux d’air de refroidissement depuis le carter 4 jusque dans la pale 28 et les plateformes intérieure 24 et extérieure 26.
La turbine 1 comprend en outre, pour chaque secteur de distributeur 20, un mât 6 métallique s’étendant dans la direction radiale DR. Le mât 6 comprend une tête de mât 61 en appui sur la surface extérieure 92 de la virole externe de support 9, et un corps 62 s’étendant en saillie depuis la tête 61 dans la direction radiale DRvers l’intérieur et configuré pour traverser la virole externe de support 9, le logement interne 280 de la pale 28, les orifices 245 et 265 des plateformes intérieure 24 et extérieure 26 et la virole interne de support 5.
En d’autres termes, le corps 62 comprend une première extrémité 6i radialement interne et une seconde extrémité 6e radialement externe. La tête de mât 61 s’étend dans un plan orthogonal à la direction radiale DRdepuis la seconde extrémité 6e du corps 62 de mât 6 et forme un appui plan s’étendant dans un plan orthogonal à la direction radiale DR.
Le mât 6 peut être creux pour amener de l’air dans la cavité radialement à l’intérieur de la virole interne afin de la pressuriser et ainsi éviter que l’air circulant dans la veine s’étendant entre les plateformes internes et externes des secteurs de distributeur soit réintroduit hors de cette veine et ne réduise ainsi la performance et n’augmente le risque de surchauffe des pièces.
La virole externe de support 9 comprend des orifices de réception de mât 6 conformés pour être traversés par un mât 6. La virole externe de support 9 comprend une extrémité amont 94 et une extrémité aval 95 selon la direction axiale DA. L’extrémité aval 95 de la virole externe de support 9 forme un crochet ouvert vers l’aval pour la fixation de la virole externe de support 9 au carter.
La virole externe de support 9 peut également comprendre, pour chaque mât 6, des orifices taraudés (non visibles sur la ) sur une portion amont et chaque mât 6 comprend des orifices de fixation amont (non visibles sur la ) configurés pour se superposer aux orifices taraudés de la virole externe de support 9 lorsque le mât 6 est monté sur la virole externe de support 9. La virole externe de support 9 comprend des vis 990 traversant chacune un orifice de fixation amont 66 du mât 6 et un orifice taraudé pour fixer le mât 6 à la virole externe de support 9. Les vis 990 sont associées à des moyens de maintien en position radiale pour maintenir une portion du mât 6 sur une portion amont de la virole externe de support 9. Un tel mode de fixation entre le mât 6 et la virole externe de support 9 est décrit plus en détails dans le document FR 3 098 246.
Pour maintenir la pale 28 en position, le mât 6 peut comprendre en outre des portions en saillie 63 s’étendant dans un plan transverse à la direction radiale DR. Les portions en saillie 63 du mât 6 forment chacune une excroissance dont au moins une partie est en contact avec la pale 28 pour maintenir la pale 28 en position. En outre, la virole interne de support 5 comprend des orifices 55 configurés pour recevoir les mâts 6, plus précisément les premières extrémités 6i radialement interne des corps 62 de mât.
Dans le cas où chaque secteur de distributeur comprend plusieurs pales, la turbine comprend, au plus, un nombre de mâts correspondant pour chaque secteur de distributeur.
Le distributeur de turbine conforme à l’invention et représenté sur les figures 4 et 5 comprend de préférence toutes les caractéristiques de la turbine 1 décrite ci-dessus en référence à la , et comprend en outre des moyens de serrage radial 7 et des épaulements radiaux.
Plus précisément, une paroi interne de la pale 28 comprend un premier épaulement radial 282. On comprend par « paroi interne », une paroi de la pale orientée vers l’intérieur du logement interne 280, de telle sorte que le premier épaulement radial 282 soit disposé à l’intérieur du logement interne 280. Le premier épaulement radial 282 peut être une protubérance faisant saillie depuis la paroi de la pale 28 vers l’intérieur du logement interne 280, ou une marche formée dans ladite paroi, ladite marche comprenant une face orientée radialement vers l’extérieur. Le premier épaulement radial 282 peut être formé sur une portion de la paroi interne de la pale 28, ou s’étendre tout autour de celle-ci, dans un plan perpendiculaire à la direction radiale. Le premier épaulement radial 282 est de préférence disposé plus proche de l’extrémité radialement interne de la pale 28 que de son extrémité radialement externe. Dans l’exemple illustré sur les figures 4 et 5, le premier épaulement est disposé sensiblement à la même hauteur, radialement, que la plateforme intérieure 24.
Par ailleurs, une paroi externe du corps 62 de mât comprend un deuxième épaulement radial 622. On comprend par « paroi externe », une paroi de la pale orientée non pas vers l’intérieur du mât 6 lorsque celui-ci est creux, mais vers l’intérieur du logement interne 280 dans lequel le mât 6 est disposé, de telle sorte que le deuxième épaulement radial 622 soit disposé à l’intérieur du logement interne 280. Le deuxième épaulement 282 peut être une protubérance faisant saillie depuis la paroi externe du corps 62 vers l’intérieur du logement interne 280, ou une marche formée dans ladite paroi, ladite marche comprenant une face orientée radialement vers l’intérieur. Le deuxième épaulement radial 622 peut être formé sur une portion de la paroi externe du corps 62, ou s’étendre tout autour de celle-ci, dans un plan perpendiculaire à la direction radiale. Le deuxième épaulement radial 622 est disposé et orienté de telle sorte à être en vis-à-vis du premier épaulement radial 282, et à prendre appui sur celui-ci. En d’autres termes, la surface du deuxième épaulement radial 622 orientée radialement vers l’intérieur est configurée pour prendre appui, dans la direction radiale, sur la surface du premier épaulement 282 orientée radialement vers l’extérieur.
Dans le mode de réalisation présenté en référence aux figures 4 et 5, la première extrémité 6i radialement interne du corps 62 de mât s’étend radialement au moins en partie au-delà de l’orifice 55 de la virole interne de support 5. En d’autres termes, la première extrémité 6i radialement interne fait saillie radialement vers le centre de la turbine 1, par rapport à une extrémité radialement interne de l’orifice 55 de la virole interne de support 5.
Par ailleurs, la partie de la première extrémité 6i radialement interne du corps 62 de mât, s’étendant radialement au-delà de l’orifice 55 de la virole interne de support 5, comprend un filetage 70 sur sa surface externe. Un boulon 72 est vissé sur le filetage 70. L’extrémité filetée 70 et le boulon 72 forment ainsi une liaison boulonnée, constituant des moyens de serrage radial 7, permettant de serrer le deuxième épaulement 622 contre le premier épaulement 282.
Plus précisément, le boulon 72 est vissé sur le filetage 70 jusqu’à venir en butée contre une extrémité radialement interne 5i de la virole interne de support 5. Dans cette position, le fait de visser davantage le boulon 72 sur le filetage 70 permet d’exercer une force de traction vers l’intérieur sur le mât 6. Cette force amène le deuxième épaulement 622 à prendre appui contre le premier épaulement 282 et à serrer le deuxième épaulement 622 contre le premier épaulement 282, amenant par conséquent la surface intérieure 24i de la plateforme intérieure 24 à être plaquée contre une surface extérieure 5e de la virole interne de support 5. Chaque secteur 20 est ainsi mis en compression entre le mât 6 et la virole interne de support 5. Plus précisément la plateforme intérieure 24 du distributeur est maintenue plaquée contre la virole interne de support 5 par compression entre le deuxième épaulement 622 du corps 62 de mât, et le boulon 55, lui-même serrant la virole interne de support 5 contre la plateforme intérieure 24.
La représente schématiquement une vue en coupe de la selon un plan de coupe comprenant la direction axiale DA et la direction radiale DR, et dans une configuration « à froid », c’est-à-dire hors fonctionnement de la turbine, et par conséquent en l’absence de dilatations différentielles entre le mât 6 et la pale 28. Les moyens de serrages 7 permettent de pré contraindre à froid la pale 28, par compression radiale. Les forces de compression C sont représentées schématiquement par les flèches sur la .
Dans une configuration « à chaud » illustrée sur la , c’est-à-dire lors d’un fonctionnement de la turbine 1 engendrant des températures élevées et donc des dilatations différentielles entre le mât 6 et la pale 28, seule la plateforme extérieure 26 s’éloigne radialement de la virole externe de support 9, créant un jeu radial J entre la plateforme extérieure 26 et la virole externe de support 9. La plateforme extérieure 24 reste plaquée contre la virole interne de support 5 grâce aux forces de compression C créées par les moyens de serrage radial 7 décrit ci-dessus, permettant un positionnement déterministe du distributeur 20 même en conditions de fonctionnement.
Cet exemple de mode de réalisation conforme à l’invention diffère d’une configuration selon l’art antérieur illustrée sur la (dans une configuration « à froid ») et sur la (dans une configuration « à chaud »), en l’absence de moyens de serrage radial. Dans la configuration représentée sur la en effet, les dilatations différentielles entre le mât 6 et la pale 28 entrainent un décollement de la plateformes intérieure 24 de la virole interne de support 5 créant un premier jeu radial J, et un décollement de la plateforme extérieure 26 de la virole externe de support 9 créant un deuxième jeu radial J, et donc un positionnement non déterministe du distributeur 20 dans les phases de fonctionnement de la turbine 1.
La turbine 1 de turbomachine selon l’invention comprend ainsi un distributeur 20 de turbine en CMC dont le montage est simplifié et adapté pour maintenir ses secteurs de distributeur de façon déterministe tout en permettant aux secteurs de se déformer indépendamment des pièces métalliques en interface, en améliorant l’étanchéité entre le mât 6 et la virole externe de support 9 métallique, et en limitant, voire en annulant, le jeu radial s’ouvrant en fonctionnement entre le mât 6 métallique et la pale 28 en CMC.
On notera que bien que la fixation du mât 61 à la virole externe de support 9 décrite en référence à la , comprenant notamment des orifices et des vis 990, n’est pas représentée sur les figures 4 et 5, un tel mode de fixation est également applicable au mode de réalisation conforme à l’invention et présenté sur ces figures. Ce mode de fixation n’est par ailleurs pas limitatif. Le mât 6 et la virole externe de support 9 peuvent également ne former qu’une seule et même pièce, sans sortir du cadre de l’invention. En d’autres termes, la tête 61 peut être fusionnée avec la virole externe de support 9.
Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims (10)

  1. Turbine (1) de turbomachine comprenant un carter (4), une virole externe de support (9) en métal solidaire du carter (4), une virole interne de support (5) en métal, et un distributeur (2) annulaire de turbine définissant une direction axiale (DA) et une direction radiale (DR) et comportant une pluralité de secteurs (20) de distributeur formant une couronne s’étendant entre la virole externe de support (9) et la virole interne de support (5), chaque secteur (20) comportant un mât (6), une plateforme intérieure (24), une plateforme extérieure (26) et au moins une pale (28) ayant un coefficient de dilatation thermique différent de celui du mât, s’étendant radialement entre les plateformes intérieure et extérieure (24, 26) et présentant un profil creux définissant un logement interne (280) dans lequel est logé le mât (6), le mât (6) étant solidaire de la virole externe de support (9), une paroi de la pale (28) comprend un premier épaulement radial (282) dans le logement interne (280), et une paroi du mât comprend un deuxième épaulement radial (622) apte à prendre appui sur le premier épaulement radial (282), la turbine (1) comprenant, pour chaque pale (28), des moyens de serrage radial (7) configurés pour serrer, selon la direction radiale (DR), le deuxième épaulement radial (622) contre le premier épaulement radial (282), de manière à plaquer la plateforme intérieure (24) contre la virole interne de support (5).
  2. Turbine (1) selon la revendication 1, dans laquelle la plateforme intérieure (24), la plateforme extérieure (26) et la pale (28) sont en matériau composite à matrice céramique, et le mât est en métal.
  3. Turbine (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les moyens de serrage (7) comprennent une liaison boulonnée radiale.
  4. Turbine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la virole interne de support (5) comprend, pour chaque pale (28), un orifice radial (55) traversant, à travers lequel est engagée une extrémité radialement interne (6i) du mât, les moyens de serrages (7) comprenant ladite extrémité radialement interne (6i) du mât.
  5. Turbine (1) selon la revendication 4, dans laquelle une partie de l’extrémité radialement interne (6i) du mât fait saillie radialement au-delà d’une extrémité radialement interne de l’orifice radial (55) traversant, ladite partie étant filetée, les moyens de serrages comprenant en outre un boulon (72) vissé sur ladite partie filetée (70) de manière à prendre appui contre la virole interne de support (5) dans la direction radiale.
  6. Turbine (1) selon la revendication 4, dans laquelle l’extrémité radialement interne (6i) du mât comprend un trou taraudé, les moyens de serrages (7) comprenant en outre une vis filetée apte à être vissée dans le trou taraudé, la vis filetée comprenant une tête apte à prendre appui contre la virole interne de support (5) dans la direction radiale.
  7. Turbine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le premier et le deuxième épaulement (282, 622) sont disposés plus proche de la plateforme intérieure (24) que de la plateforme extérieure (26).
  8. Turbine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le mât (6) est fixé à la virole externe de support (9) par vissage.
  9. Turbine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le mât (6) et la virole externe de support (9) forment une seule et même pièce.
  10. Turbomachine comprenant une turbine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
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