FR3134410A1 - Ensemble pour turbine et turbomachine associée - Google Patents
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Abstract
ENSEMBLE POUR TURBINE ET TURBOMACHINE ASSOCIEE Un aspect de l’invention concerne un ensemble pour turbine de turbomachine d’axe principal (X), comprenant un carter externe (30), un élément d’étanchéité (50) supporté par le carter externe (30), et un carter d’échappement (40) situé en aval du carter externe (30) et fixé audit carter externe (30) par un moyen de fixation, ledit carter d’échappement (40) comprenant une virole externe (400), et l’élément d’étanchéité (50) et le carter d’échappement (40) délimitant une cavité (60). L’ensemble comprend en outre un organe de comblement de cavité (70) fixé sur une portion amont (405) du carter d’échappement (40) et orienté vers ledit axe principal (3). L’organe de comblement de cavité (70) présente un bras (71) qui s’étend dans la cavité (60) et qui est tourné vers l’aval et forme un angle α compris entre 0 et 45 degrés avec ledit axe principal de turbomachine. Le bras (71) à l’extérieur de la cavité radialement sous l’élément d’étanchéité (50). D’autres aspects de l’invention portent sur une turbomachine et une turbine de turbomachine comprenant un ensemble pour turbine de turbomachine comme décrit précédemment. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 4
Description
Le domaine technique de l’invention est celui des turbomachines d’aéronef et en particulier celui des turbines équipant ces turbomachines.
La présente invention concerne un ensemble de turbine de turbomachine et une turbomachine et une turbine associées.
La représente une turbine 10 de turbomachine, notamment une turbine basse pression. La turbine 10 comprend, de manière connue, un ou plusieurs étages d'aubes 14, 24. Généralement, une turbine 10 comprend une pluralité d'étages dans le but d'améliorer le rendement de la turbomachine.
Chaque étage est porté par un carter externe 30 de turbine 10. Chaque étage comporte un distributeur 12 formé d'une rangée annulaire d'aubes fixes 14, et une roue 18 de rotor. Au sein d'un étage de turbine 10, une roue de rotor 18 est située en aval du distributeur 12. La roue 18 de rotor est montée à l'intérieur d'un anneau 28 de turbine 10 fixé au carter externe 30. Chaque roue 18 de rotor comprend un disque 20 relié mécaniquement aux disques des étages de turbine 10 axialement adjacents par des brides annulaires de fixation 22. Les disques 20 portent des aubes radiales 24. Les aubes radiales 24 et les aubes fixes 14 définissent une veine annulaire d'écoulement des gaz permettant l'entrainement du rotor de turbomachine.
Chaque disque 20 est entouré par un élément d’étanchéité 50 supporté par le carter externe 30. Les anneaux d’étanchéité 50 sont destinés à limiter l’écoulement de gaz en dehors de la zone balayée par les aubes radiales 24 afin d’améliorer les performances de la turbine 10. Chaque élément d’étanchéité 50 est fixé au carter externe 30 au moyen d’un crochet.
De plus, une turbomachine comprend généralement un carter d'échappement 40 situé immédiatement en aval de la turbine 10, et notamment en aval du dernier étage de la turbine 10. Le carter d'échappement 40 est fixé au carter externe 30 par un moyen de fixation de sorte que le carter d'échappement 40 se situe entre la turbine 10 et une tuyère d'échappement (non représentée). Le carter d'échappement 40 comprend une virole externe 400 et une virole interne 42. La virole externe 400 comprend une portion amont 405.
De manière générale, une turbomachine est annulaire autour d'un axe principal X. La turbine 10, le carter externe 30 et le carter d'échappement 40 sont donc sensiblement annulaires autour de l'axe principal X.
En particulier, les viroles interne 42 et externe 400 sont annulaires et coaxiales autour de l'axe principal X.
Pour faciliter le pilotage et la maintenance des composants de la turbine 10, on positionne préférentiellement le moyen de fixation entre le carter externe 30 et le carter d’échappement 40 en aval de l’élément d’étanchéité 50 entourant la roue 18 de rotor de l’étage aval de la turbine 10. Cette configuration assure la possibilité de piloter le distributeur 12 et la roue 18 de rotor de l’étage aval de la turbine 10. Par ailleurs, cette configuration permet d’accéder au crochet avec lequel l’élément d’étanchéité 50 entourant la roue de rotor 18 du dernier étage de la turbine 10 est fixé au carter externe 30, et donc de manipuler ledit anneau.
La illustre une telle configuration. L’élément d’étanchéité 50 et le carter d’échappement 40 délimitent une cavité 60 ouverte sur la veine annulaire. Dans cette cavité 60 circule du gaz, comme schématisé par la flèche F, qui engendre une recirculation de gaz en dehors de la veine annulaire. Un exemple de gaz est de l’air.
Or, toute recirculation de gaz hors de la veine annulaire diminue le rendement de la turbine 10 et augmente la consommation de la turbomachine, et est donc indésirable pour le fonctionnement de la turbomachine. Différentes solutions ont été proposées notamment pour limiter les fuites de gaz au sein de turbines de turbomachine.
Le document FR3072713B1, en particulier, propose d’ajouter une extension à des éléments abradables en contact avec les anneaux 28 de turbine 10 de chaque étage de la turbine 10 afin de combler des cavités de fuite pour limiter l’échappement des gaz hors de la veine annulaire. Cependant, cette solution ne permet pas de limiter la propagation des gaz au niveau de l’étage aval d’une turbine.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant de limiter la recirculation de gaz au sein de la cavité ouverte sur la veine annulaire dans le cas où le carter externe et le carter d’échappement sont fixés en aval de l’élément d’étanchéité entourant la roue de rotor de l’étage aval de la turbine de la turbomachine.
Un aspect de l’invention concerne un ensemble pour turbine de turbomachine d’axe principal X, comprenant un carter externe, un élément d’étanchéité supporté par le carter externe, et un carter d’échappement situé en aval du carter externe et fixé audit carter externe par un moyen de fixation, ledit carter d’échappement comprenant une virole externe, et une cavité située en aval de l’élément d’étanchéité étant délimitée par le carter externe et le carter d’’échappement, l’ensemble comprenant en outre un organe de comblement de cavité fixé sur une partie amont du carter d’échappement et orienté vers ledit axe principal X, et où :
- l’organe de comblement de cavité présente un bras qui s’étend dans la cavité et qui est tourné vers l’aval en formant un angle α compris entre 0 et 45 degrés avec ledit axe principal X,
- le bras se prolongeant au-delà de la cavité radialement sous l’élément d’étanchéité.
- l’organe de comblement de cavité présente un bras qui s’étend dans la cavité et qui est tourné vers l’aval en formant un angle α compris entre 0 et 45 degrés avec ledit axe principal X,
- le bras se prolongeant au-delà de la cavité radialement sous l’élément d’étanchéité.
Grâce à l’invention, la cavité ouverte sur la veine annulaire est fermée par l’organe de comblement de cavité, ce qui limite l’engouffrement de gaz provenant de la veine annulaire dans la cavité. Par ailleurs, le prolongement du bras à l’extérieur de la cavité assure la continuité de la circulation de gaz d’amont en aval.
Avantageusement, l’organe de comblement de cavité est monobloc. La robustesse de l’organe de comblement de cavité est dans ce cas renforcée.
Dans un premier mode de réalisation, l’élément d’étanchéité comprend un déflecteur, qui s’étend entre l’élément d’étanchéité et l’organe de comblement de cavité et qui est tourné vers l’aval et vers ledit axe principal X. Le déflecteur permet de guider le gaz circulant en amont de l’élément d’étanchéité vers l’aval.
Dans le premier mode de réalisation, l’organe de comblement de cavité peut comprendre en outre une pièce de support frettée sur le carter d’échappement et le bras est brasé sur la pièce de support. L’organe de comblement de cavité est ainsi formé d’un seul tenant et est fixé de manière robuste au carter d’échappement.
Dans une première variante du premier mode de réalisation, la pièce de support comprend un crochet logé entre le déflecteur et le bras. Le crochet peut être ainsi utilisé pour extraire l’organe de comblement de cavité du carter d’échappement.
Dans le premier mode de réalisation, le bras est une tôle emboutie. Ainsi, le bras peut être fabriqué de manière simple.
Dans un deuxième mode de réalisation, l’organe de comblement de cavité comprend en outre une portion amont tournée vers l’amont et alignée avec le bras. La portion amont permet ainsi de guider les gaz en provenance de l’élément d’étanchéité vers l’aval, de manière continue du fait de son alignement avec le bras.
Dans le deuxième mode de réalisation, l’organe de comblement de cavité est usiné. De cette manière, la géométrie de l’organe de comblement de cavité peut être contrôlée avec précision ; en particulier, l’angle α peut être contrôlé avec précision.
Avantageusement, le carter externe peut comprendre une première bride, le carter d’échappement comprend une deuxième bride positionnée axialement en regard de la première bride et fixée par vissage à ladite première bride, et l’organe de comblement de cavité peut être fixé entre la première bride et la deuxième bride. Ainsi, l’organe de comblement de cavité est fixé de manière robuste entre le carter externe et le carter d’échappement.
Avantageusement, l’organe de comblement de cavité peut être fretté sur le carter d’échappement.
Un autre aspect de l’invention concerne une turbomachine comprenant un ensemble pour turbine comme précédemment décrit.
Un autre aspect de l’invention concerne une turbine pour turbomachine comprenant un ensemble pour turbine comme précédemment décrit.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
- La
- La
- La
- La
- La
- La
Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
Il est considéré ici une turbine 10 pour turbomachine comprenant les éléments illustrés sur la , déjà décrite. Préférentiellement, la turbine 10 est une turbine basse pression, rapide ou non.
Dans la présente description, les directions amont et aval sont définies par rapport à la direction d’écoulement des gaz dans la veine annulaire lors du fonctionnement de la turbine 10. Sur la , les gaz s’écoulent de la gauche vers la droite.
Par ailleurs, il est considéré dans le cadre de l’invention que l’étage aval de la turbine 10 et le carter d’échappement 40 sont fixés axialement l’un à l’autre via le carter externe 30 en aval de l’élément d’étanchéité 50 entourant la roue 18 de rotor de l’étage aval de la turbine 10, comme illustré sur la .
L’une des particularités de l’invention réside dans le fait qu’il est prévu un organe de comblement de cavité 70 adapté pour limiter la recirculation de gaz précédemment évoquée et prenant place dans la cavité 60 définie par l’élément d’étanchéité 50 et le carter d’échappement 40 afin de préserver le rendement de la turbine 10.
L’organe de comblement de cavité 70 est annulaire, centré autour de l’axe principal X de turbomachine.
L’organe de comblement de cavité 70 est fixé sur la portion amont 405 de la virole externe 400 du carter d’échappement 40 et vers l’intérieur, autrement dit, orienté vers ledit axe principal X de turbomachine.
L’organe de comblement de cavité 70 présente un bras 71 tourné vers l’aval et formant un angle α compris entre 0 et 45 degrés avec l’axe principal X de turbomachine. Le bras 71 se prolonge par la virole externe 400 du carter d’échappement 40. L’organe de comblement de cavité 70 guide ainsi de manière continue le gaz circulant dans la turbine 10 de l’amont vers l’aval. La longueur du bras 71 est ajustée pour améliorer ce guidage, tout en assurant que l’extrémité du bras 71 ne pénètre pas dans la veine annulaire.
Dans un premier mode de réalisation illustré sur la , l’élément d’étanchéité 50 comprend un déflecteur 51 tourné vers l’aval. Le déflecteur 51 guide vers l’aval le gaz circulant dans la turbine 10. Dans ce mode de réalisation, l’organe de comblement de cavité 70 comprend une pièce de support 72. La pièce de support 72 est frettée sur le carter d’échappement 40. Le bras 71 est par exemple une tôle emboutie brasée sur la pièce de support 72. L’angle α est choisi pour assurer une continuité du flux de gaz en aval du déflecteur. Le carter externe 30 et le carter d’échappement 40 étant également frettés afin de centrer ce dernier sur le carter externe 30, la zone de frettage de la pièce de support 72 sur le carter d’échappement 40 est située en aval de la zone de frettage entre le carter externe 30 et le carter d’échappement 40 afin d’éviter les interférences entre les deux frettages.
Par ailleurs, la pièce de support 72 sert d’arrêt axial à un crochet d’étanchéité 80 maintenant l’élément d’étanchéité 50 sur le carter externe 30. Autrement dit, la pièce de support 72 évite le démontage du crochet d’étanchéité 80 en reculant.
En outre, le carter d’échappement 40 présente une face verticale 41 servant d’arrêt axial à la pièce de support 72.
Dans une première variante du premier mode de réalisation illustrée sur la , la pièce de support 72 comprend en outre un crochet 73 logé entre le déflecteur d’anneau 51 et le bras 71. Le crochet 73 permet d’extraire l’organe de comblement de cavité 70 du carter d’échappement 40.
Dans une deuxième variante du premier mode de réalisation illustré sur la , l’élément d’étanchéité 50 comprend un déflecteur 51 tourné vers l’aval et guidant vers l’aval le gaz circulant dans la turbine 10. L’organe de comblement de cavité 70 est monobloc et constitué d’une tôle emboutie. Le carter externe 30 présente une première bride 32 et le carter d’échappement 40 présente une deuxième bride 412 positionnée en regard de la première bride 32. La première bride 32 et la deuxième bride 412 sont, par exemple, fixées par vissage. L’organe de comblement de cavité 70 comporte une portion radiale 74 et est fixé au niveau de la portion radiale 74 entre la première bride 32 et la deuxième bride 412.
Dans le premier mode de réalisation et sa première variante, comme visible sur les figures 3 et 4, le centrage, par frettage, du carter d’échappement 40 sur le carter externe 30 est réalisé à l’intérieur radialement. Ainsi le centrage ne prend pas d’espace au-dessus et permet de maximiser le jeu entre le dessus du moyen de fixation entre le carter externe 30 et le carter d’échappement 40 et la nacelle de la turbomachine. Ce jeu permet d’avoir plus de place pour permettre le passage de servitudes, autrement de tubes de service (servant à l’acheminement d’huile, d’air, par exemple).
Dans un deuxième mode de réalisation illustré sur la , l’organe de comblement de cavité 70 est monobloc et est réalisé par usinage. L’organe de comblement de cavité 70 comprend une portion amont 75 tournée vers l’amont et alignée avec le bras 71. L’angle α est ici nul. Cet alignement assure la continuité de circulation de gaz dans la veine annulaire. Dans ce mode de réalisation, le carter externe 30 présente une première bride 32 et le carter d’échappement 40 présente une deuxième bride 412 positionnée en regard de la première bride 32. L’organe de comblement de cavité 70 présente une portion radiale usinée 76 au niveau de laquelle il est fixé entre la première bride 32 et la deuxième bride 412.
Dans une variante du deuxième mode de réalisation non représentée, l’organe de comblement de cavité 70 comprend également une portion amont 75 tournée vers l’amont et alignée avec le bras 71, l’angle α étant nul. Cependant, l’organe de comblement de cavité 70 n’est pas bridé mais est fretté sur le carter d’échappement 40.
Ainsi, l’organe de comblement de cavité permet de fermer la cavité 60, limitant ainsi l’échappement des gaz depuis la veine annulaire vers la cavité 60, tout en assurant la continuité de la circulation des gaz d’amont vers l’aval dans la turbine 10 du fait de la présence du bras 71. L’inclinaison de ce dernier l’aligne en effet d’une part, en aval, avec la virole externe 400 du carter d’échappement 40, et d’autre part, en amont, soit avec le déflecteur 51, soit avec la portion amont 75.
Le moyen de fixation entre le carter externe 30 et le carter d’échappement 40 est ainsi avantageusement positionné en aval de l’élément d’étanchéité 50 entourant la roue 18 de rotor de l’étage aval de la turbine 10 sans perte de rendement, facilitant et permettant le pilotage des éléments de l’étage aval de la turbine 10 comme évoqué plus haut, par exemple par un contrôle actif de jeu de turbine basse pression (« Low Pressure Turbine Active Clearance Control »).
Un autre aspect de l’invention porte sur une turbine comportant un organe de comblement de cavité tel que décrit ci-dessus.
Un autre aspect de l’invention porte sur une turbomachine comportant un organe de comblement de cavité tel que décrit ci-dessus.
Claims (11)
- Ensemble pour turbine de turbomachine d’axe principal (X), comprenant un carter externe (30), un élément d’étanchéité (50) supporté par le carter externe (30), et un carter d’échappement (40) situé en aval du carter externe (30) et fixé audit carter externe (30) par un moyen de fixation, ledit carter d’échappement (40) comprenant une virole externe (400), et une cavité (60) située en aval de l’élément d’étanchéité (50) étant délimitée par le carter externe (30) et le carter d’échappement (40),
caractérisé en ce que l’ensemble comprend en outre un organe de comblement de cavité (70) fixé sur une portion amont (405) du carter d’échappement (40) et orienté vers ledit axe principal (X), et en ce que :
- l’organe de comblement de cavité (70) présente un bras (71) qui s’étend dans la cavité (60) et qui est tourné vers l’aval en formant un angle α compris entre 0 et 45 degrés avec ledit axe principal (X),
- le bras (71) se prolongeant au-delà de la cavité, radialement sous l’élément d’étanchéité (50). - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’organe de comblement de cavité (70) est monobloc.
- Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’élément d’étanchéité (50) comprend un déflecteur (51), qui s’étend entre l’élément d’étanchéité (50) et l’organe de comblement de cavité (70) et qui est tourné vers l’aval et vers ledit axe principal (X).
- Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’organe de comblement de cavité (70) comprend en outre une portion amont (75) tournée vers l’amont et alignée avec le bras (71).
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carter externe (40) comprend une première bride (32) et le carter d’échappement (40) comprend une deuxième bride (412) positionnée axialement en regard de la première bride (32) et fixée par vissage à ladite première bride (32), et en ce que l’organe de comblement de cavité (70) est fixé entre la première bride (32) et la deuxième bride (412).
- Ensemble selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’organe de comblement de cavité (70) comprend en outre une pièce de support (72) frettée sur le carter d’échappement (40) et en ce que le bras (71) est brasé sur la pièce de support (72).
- Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pièce de support (72) comprend un crochet (73) logé entre le déflecteur (51) et le bras (71).
- Ensemble selon l’une des revendications 1 à 3, et 5 à 7, caractérisé en ce que le bras (71) est une tôle emboutie.
- Ensemble selon l’une des revendications 1 à 4, ou 7 à 8 dans leur dépendance à l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’organe de comblement de cavité (70) est fretté sur le carter d’échappement (40).
- Turbomachine d’aéronef comprenant un ensemble pour turbine selon l’une des revendications précédentes.
- Turbine de turbomachine comprenant un ensemble selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
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