FR3127519A1 - Turbine a gaz haute-pression pour turbomachine - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne une turbine à gaz haute-pression pour une turbomachine, la turbine comprenant un distributeur (30), une rangée annulaire d’aubes mobiles (40) montée en aval du distributeur (30), une cavité de purge (62), une pièce d’étanchéité amont (50) montée sur le distributeur (30) et une pièce d’étanchéité aval (50) montée sur la rangée annulaire d’aubes mobiles (40), une double chicane (47, 48,54) étant formée par lesdites pièces d’étanchéité amont et aval (50, 43), une cavité amont externe (56) étant formé dans la pièce d’étanchéité amont (50) Figure de l’abrégé : Figure 4

Description

TURBINE A GAZ HAUTE-PRESSION POUR TURBOMACHINE
La présente description se rapporte à une turbine à gaz haute-pression pour une turbomachine. Elle se rapporte également à une turbomachine comprenant une telle turbine à gaz.
Classiquement, telle que représentée à la , une turbomachine 10 de type turboréacteur à double flux comporte, de l’amont vers l’aval dans le sens de la circulation des gaz à l’intérieur de la turbomachine 10, une soufflante 14, un compresseur basse-pression 16, un compresseur haute-pression 18, une chambre de combustion 20, une turbine haute-pression 22, une turbine basse-pression 24 et une tuyère d’échappement 26. Le compresseur basse-pression 16, le compresseur haute-pression 18, la chambre de combustion 20, la turbine haute-pression 22, la turbine basse-pression 24 et la tuyère d’échappement 26 sont agencés radialement à l’intérieur d’un carter 12 qui délimite, radialement vers l’extérieur, une veine annulaire 11 de la turbomachine 10 dans laquelle s’écoule les gaz de l’amont vers l’aval.
Le compresseur haute-pression 14 et le compresseur basse-pression 18 sont respectivement reliés à une turbine haute-pression 22 et une turbine basse-pression 24 par un arbre 15, 17 respectif s’étendant selon l’axe longitudinal X de rotation des arbres de la turbomachine 10. Dans la suite, les qualificatifs d’orientation, tels que « longitudinal », « radial » et « circonférentiel » sont définis par référence à l’axe longitudinal. Par ailleurs, les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation des gaz au sein de la turbomachine.
La turbine haute-pression 22 comprend une pluralité d’étages, l’un d’entre eux étant partiellement représenté à la , comportant chacun un distributeur 30 et une roue mobile 40 montée en aval du distributeur 30.
Le distributeur 30 comporte une plateforme annulaire interne 34 et une rangée annulaire d’aubes fixes 32. Chaque aube fixe 32 s’étend radialement dans la veine annulaire 11 et est reliée, radialement à l’intérieur à la plateforme annulaire interne 34. Le distributeur 30 comporte généralement une bride radiale annulaire 36 d’accrochage au carter 5.
La roue mobile 40 comporte une rangée annulaire d’aubes mobiles 42 portée par un disque 41 comprenant une pluralité d’alvéoles sur sa périphérie externe, chacune recevant un pied 46 d’une aube 42. Chaque aube mobile 42 comprend en outre un secteur d’une plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 40 depuis lequel s’étend une pale 42’ radialement vers l’extérieur à travers la veine annulaire 11. La plateforme annulaire interne 44 comporte ainsi une pluralité de secteurs disposés circonférentiellement bout à bout autour de l’axe longitudinal X.
La plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et la plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 40 délimitent chacune, radialement vers l’intérieur, la veine annulaire 11.
En fonctionnement, les gaz s’écoulant dans la veine annulaire 11 s’introduisent dans un espace formé longitudinalement entre la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et la plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 40, ce qui réduit les performances de la turbomachine 10. Pour limiter ce phénomène, il est connu d’agencer, radialement à l’intérieur de la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30, un becquet annulaire amont 47 de la plateforme annulaire interne 44 et un becquet annulaire aval 54 d’une pièce annulaire 50 d’étanchéité du carter 5. Ainsi, une chicane est formée dans l’espace longitudinal entre la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et la plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 44, limitant la fuite, radialement vers l’intérieur, des gaz s’écoulant dans la veine annulaire 11.
La pièce annulaire 50 comporte une cavité 51 dans laquelle est logé un organe élastique 51’.
Par ailleurs, un flux d’air de purge, prélevé dans le compresseur basse-pression 14 et/ou le compresseur haute-pression 16, est dirigé à travers une cavité annulaire de purge 62 vers l’espace formé longitudinalement entre la plateforme annulaire interne 34 du distributeur 30 et la plateforme annulaire interne 44 de la roue mobile 4. Ce flux d’air de purge permet ainsi de rediriger les gaz s’étant introduits dans la cavité de purge 62 vers la veine annulaire 11.
Toutefois, cette solution ne présente pas entière satisfaction en ce que le prélèvement d’air pris au niveau du compresseur basse-pression 14 et/ou du compresseur haute-pression 16 diminue le rendement de la turbomachine 10. Par ailleurs, la réintroduction, dans la veine annulaire 11, de l’air de purge et des gaz s’étant introduit dans la cavité de purge 62 perturbe l’écoulement dans la veine annulaire 11, ce qui diminue également les performances de la turbomachine 10.
Résumé
La présente divulgation vient améliorer la situation.
Il est proposé une turbine à gaz haute-pression pour une turbomachine s’étendant autour d’un axe longitudinal, la turbine comprenant :
- un distributeur comprenant une plateforme annulaire interne et une rangée annulaire d’aubes fixes, chaque aube fixe étant reliée, radialement vers l’intérieur, à la plateforme annulaire interne,
- une rangée annulaire d’aubes mobiles montée en aval du distributeur, comportant un disque à partir duquel des aubes s’étendent radialement vers l’extérieur,
- une pièce d’étanchéité amont appliquée sur une face aval du distributeur et une pièce d’étanchéité aval appliquée sur une face amont du disque de la rangée annulaire d’aubes mobiles,
- la pièce d’étanchéité amont comportant une partie annulaire à partir de laquelle un becquet annulaire aval s’étend longitudinalement vers l’aval, ladite partie annulaire présentant une partie radialement externe comportant une cavité annulaire amont, ladite cavité amont étant ouverte au niveau d’un jeu annulaire radialement externe, délimité entre la face aval du distributeur et la pièce d’étanchéité amont,
- la pièce d’étanchéité aval comprenant un premier becquet amont agencé, au moins en partie, radialement à l’intérieur de la plateforme annulaire interne du distributeur et radialement à l’extérieur du becquet aval de la pièce d’étanchéité amont, ladite pièce d’étanchéité aval comprenant en outre un second becquet amont agencé, au moins en partie, radialement à l’intérieur du becquet aval, le becquet aval s’étendant, au moins en partie, en vis-à-vis radial des premier et second becquets amont, les premier et second becquets amont et le becquet aval définissant une double chicane.
La double chicane génère une perte de charge limitant le débit de fuite de gaz issus de la veine radialement vers l’intérieur, entre le distributeur et la rangée annulaire d’aubes mobiles, limitant également le débit de purge d’air nécessaire. Par ailleurs, la cavité annulaire amont permet également de limiter un tel débit de fuite, par création d’une perte de charge supplémentaire.
Par ailleurs, on réduit le débit d’air de purge nécessaire pour rediriger les gaz chauds s’étant introduits entre le distributeur et la rangée annulaire d’aubes mobiles vers la veine annulaire. Ainsi, les éléments de la rangée annulaire d’aubes mobiles sont mieux protégés. Aussi, la quantité d’air de purge prélevée dans le compresseur haute-pression et/ou le compresseur basse-pression est réduite, ce qui permet d’améliorer le rendement global de la turbomachine et donc de diminuer la consommation spécifique.
Dans le présent exposé, une pièce dite annulaire peut comprendre une pluralité de secteurs disposés circonférentiellement bout à bout autour d’un axe, notamment à 360° autour dudit axe. Bien entendu, une pièce dite annulaire peut également être monobloc, c’est-à-dire formée d’une seule pièce et non de secteurs.
Le premier becquet amont, le second becquet amont et/ou le becquet aval peuvent être, au moins en partie, cylindriques.
Le premier becquet amont peut présenter une face radialement externe qui est de forme tronconique à section diminuant vers l’amont s’étendant sur au moins une première portion longitudinale.
Une telle forme permet de faciliter l’évacuation de l’air de purge et des gaz hors de la cavité située entre le distributeur et la rangée annulaire d’aubes mobiles vers la veine annulaire. Par ailleurs, une telle caractéristique permet d’adapter la direction dans laquelle les gaz mélangés dans la veine annulaire sont réintroduits dans la veine annulaire pour minimiser les perturbations sur les gaz s’écoulant dans la veine annulaire.
L’espace annulaire peut s’étendre entre les premier et second becquets amont est délimité par une surface radialement interne du premier becquet amont, une surface radialement externe du second becquet amont et une surface amont concave de la pièce d’étanchéité aval.
La surface radialement interne du second becquet amont peut être reliée à une face amont de la pièce d’étanchéité aval par une portion arrondie concave.
La cavité annulaire amont de la pièce d’étanchéité amont peut être délimitée longitudinalement par une face radiale aval du distributeur et par une paroi radiale aval de la pièce d’étanchéité amont s’étendant radialement vers l’extérieur depuis la partie annulaire de la partie pièce d’étanchéité amont, et délimitée radialement par une surface d’extrémité annulaire située à l’extrémité radialement externe de ladite partie annulaire et par une paroi longitudinale s’étendant longitudinalement vers l’amont depuis l’extrémité radialement externe de la paroi radiale aval, ledit jeu annulaire externe étant formé longitudinalement entre la face radiale aval du distributeur et l’extrémité amont de ladite paroi longitudinale.
Ladite surface d’extrémité annulaire peut comporter une zone tronconique s’évasant vers l’aval.
La face annulaire radialement interne de la plateforme annulaire interne du distributeur peut présenter au moins une zone de forme concave.
Le distributeur peut comporter en outre une bride annulaire radiale s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la plateforme annulaire interne, la pièce d’étanchéité amont étant rapportée et fixée à la bride annulaire radiale. Alternativement, la pièce d’étanchéité amont peut être venue de matière avec la bride annulaire radiale du distributeur.
De même, la pièce d’étanchéité aval peut être rapportée ou fixée sur un disque de la rangée annulaire d’aubes mobiles, ou venir de matière avec le disque.
La rangée annulaire d’aubes mobiles peut comprendre une plateforme annulaire interne, ledit premier becquet amont s’étendant depuis une extrémité amont de la plateforme annulaire interne.
Chaque aube mobile de rangée annulaire d’aubes mobiles peut comprendre un secteur de la plateforme annulaire interne, lesdits secteurs étant agencés circonférentiellement bout à bout. Chaque aube mobile peut comprendre une pale s’étendant radialement vers l’extérieur depuis le secteur respectif de la plateforme annulaire interne. Chaque aube mobile peut comprendre un pied d’aube s’étendant radialement vers l’intérieur depuis le secteur respectif de la plateforme annulaire interne. Chaque pied d’aube peut être reçu dans une alvéole associée formée sur la périphérie externe du disque. En variante, chaque aube mobile est formée d’une seule pièce avec le secteur respectif de la plateforme annulaire interne.
Le présent document concerne également une turbomachine comprenant une turbine à gaz haute-pression selon l’une quelconque des revendications précédentes.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
, déjà décrite précédemment, est une vue schématique partielle en coupe d’une turbomachine de l’art antérieur ;
, déjà décrite précédemment, est une vue schématique partielle en coupe d’une turbine haute-pression de la turbomachine de la ;
est une vue schématique partielle en perspective et en coupe d’une turbine haute-pression selon une forme de réalisation du présent document ;
est une vue schématique partielle en coupe de la turbine de la ;

Claims (10)

  1. Turbine à gaz haute-pression pour une turbomachine (10) s’étendant autour d’un axe longitudinal (X), la turbine comprenant :
    - un distributeur (30) comprenant une plateforme annulaire interne (34) et une rangée annulaire d’aubes fixes (32), chaque aube fixe (32) étant reliée, radialement vers l’intérieur, à la plateforme annulaire interne (34),
    - une rangée annulaire d’aubes mobiles (40) montée en aval du distributeur (30), comportant un disque (41) à partir duquel des aubes (42) s’étendent radialement vers l’extérieur,
    - une pièce d’étanchéité amont (50) appliquée contre une face aval du distributeur (30) et une pièce d’étanchéité aval (43) appliquée contre une face amont du disque (41) de la rangée annulaire d’aubes mobiles (40),
    - la pièce d’étanchéité amont (50) comportant une partie annulaire (52) à partir de laquelle un becquet annulaire aval (54) s’étend longitudinalement vers l’aval, ladite partie annulaire (52) présentant une partie radialement externe comportant une cavité annulaire amont (56), ladite cavité amont (56) étant ouverte au niveau d’un jeu annulaire radialement externe (58), délimité entre la face aval du distributeur (30) et la pièce d’étanchéité amont (50),
    - la pièce d’étanchéité aval (43) comprenant un premier becquet amont (47) agencé, au moins en partie, radialement à l’intérieur de la plateforme annulaire interne (34) du distributeur (30) et radialement à l’extérieur du becquet aval (54) de la pièce d’étanchéité amont (50), ladite pièce d’étanchéité aval (43) comprenant en outre un second becquet amont (48) agencé, au moins en partie, radialement à l’intérieur du becquet aval (54), le becquet aval (54) s’étendant, au moins en partie, en vis-à-vis radial des premier et second becquets amont (47, 48), les premier et second becquets amont (47, 48) et le becquet aval (54) définissant une double chicane.
  2. Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier becquet amont (47), le second becquet amont (48) et/ou le becquet aval (54) sont, au moins en partie, cylindriques.
  3. Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier becquet amont (47) présente une face radialement externe (47a) qui est de forme tronconique à section diminuant vers l’amont s’étendant sur au moins une première portion longitudinale.
  4. Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’espace annulaire s’étendant entre les premier et second becquets amont (47, 48) est délimité par une surface radialement interne (47b) du premier becquet amont (47), une surface radialement externe (48a) du second becquet amont (48) et une surface amont concave de la pièce d’étanchéité aval (43).
  5. Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la surface radialement interne du second becquet amont (48) est reliée à une face amont de la pièce d’étanchéité aval (43) par une portion arrondie concave (49).
  6. Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la cavité annulaire amont (56) de la pièce d’étanchéité amont (50) est délimitée longitudinalement par une face radiale aval (36a) du distributeur (30) et par une paroi radiale aval (60) de la pièce d’étanchéité amont (50) s’étendant radialement vers l’extérieur depuis la partie annulaire (52) de la partie pièce d’étanchéité amont (50), et délimitée radialement par une surface d’extrémité annulaire (52a) située à l’extrémité radialement externe de ladite partie annulaire (52) et par une paroi longitudinale (62) s’étendant longitudinalement vers l’amont depuis l’extrémité radialement externe de la paroi radiale aval (60), ledit jeu annulaire externe (58) étant formé longitudinalement entre la face radiale aval (36a) du distributeur (30) et l’extrémité amont de ladite paroi longitudinale (62).
  7. Turbine selon la revendication précédente, dans laquelle ladite surface d’extrémité annulaire (52a) comporte une zone tronconique (52b) s’évasant vers l’aval.
  8. Turbine selon quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la face annulaire radialement interne (34a) de la plateforme annulaire interne (34) du distributeur (30) présente au moins une zone (34b) de forme concave.
  9. Turbine selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le distributeur (30) comporte en outre une bride annulaire radiale (36) s’étendant radialement vers l’intérieur depuis la plateforme annulaire interne (34), la pièce d’étanchéité amont (50) étant rapportée et fixée à la bride annulaire radiale (36).
  10. Turbomachine comprenant une turbine à gaz haute-pression selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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