FR3145182A1 - Ensemble annulaire de turbine de turbomachine en particulier pour l’étanchéité de la turbine - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un ensemble annulaire d’une turbine basse pression de turbomachine, comprenant : - une structure annulaire s’étendant autour d’un axe longitudinal s’étendant de l’amont vers l’aval selon un sens d’écoulement du flux, la structure annulaire comprenant plusieurs secteurs d'anneau adjacents disposés bout à bout et comportant des faces de raccordement adjacentes, chaque face de raccordement comprenant une première branche coudée vers l’amont depuis laquelle s’étend radialement vers l’intérieur une deuxième branche, la première branche comprenant une rainure coudée débouchant axialement de la structure annulaire, la deuxième branche comprenant une encoche axiale formée depuis la deuxième branche, - une languette d’étanchéité adaptée pour réaliser l’étanchéité entre deux secteurs adjacents, la languette d'étanchéité étant insérée d’une part dans la rainure de la première branche et s’étendant d’autre part contre une surface externe de la deuxième branche, son extrémité venant en contact d’une surface interne de la deuxième branche en s’étendant par l’encoche. Figure pour l’abrégé : Figure 5
Description
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
Le domaine de l’invention est celui des turbomachines. Plus précisément, l’invention concerne un ensemble de turbine ou d’étanchéité pour une turbine de turbomachine, ainsi qu’une turbomachine comprenant un tel ensemble.
Une turbomachine, en particulier une turbomachine à double corps, comporte classiquement, d'amont en aval, selon la direction de circulation du flux dans la turbomachine, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression et une turbine basse pression.
La turbine basse pression permet d’exploiter et de libérer la puissance générée dans la chambre de combustion et comprend typiquement plusieurs étages comportant chacun une rangée annulaire d’aubes fixes portées par un carter externe et une rangée d’aubes mobiles montées rotatives autour d’un axe de rotation de la turbomachine.
Les aubes tournent à l'intérieur d'une structure annulaire ou anneau sectorisé accroché au carter externe. Cet anneau est formé de plusieurs secteurs d’anneau pour pallier des problèmes de dilatation de l’ensemble lorsqu’il est soumis à de fortes températures. Ces secteurs d’anneau qui s’étendent circonférentiellement en arc-de-cercle sont agencés bout à bout et définissent une veine de circulation du flux. Pour assurer l’étanchéité de cette veine, les secteurs agencés bout à bout comportent sur les faces adjacentes des rainures dans lesquelles sont disposées des languettes d’étanchéité. Une languette d’étanchéité est commune à deux secteurs d’anneau et chaque languette est donc pour partie agencée dans les rainures de chaque secteur adjacent.
En amont de la turbine basse pression (selon la direction d’écoulement du flux dans la turbomachine) est présente une virole annulaire qui sert au positionnement du carter auquel est accroché la turbine basse pression et plus généralement à celui de la turbine haute pression par rapport à la turbine basse pression.
Toutefois, il existe il existe un espace important entre la virole et le premier étage de la turbine basse pression qui nuit à la continuité géométrique de la veine primaire de la turbomachine.
En effet, l’étanchéité de la veine délimitant le flux traversant la turbine basse pression doit être assurée afin de garantir un haut niveau de performance de la turbomachine et éviter la réintroduction d’air chaud de la veine dans cette zone ce qui occasionnerait des dégâts. Il faut donc éviter les fuites depuis la turbine haute pression en amont ainsi que dans la turbine basse pression.
L'invention permet d’éviter les inconvénients précités.
A cet effet, l'invention concerne, selon un premier aspect, un ensemble annulaire d’une turbine basse pression de turbomachine, comprenant une structure annulaire s’étendant autour d’un axe longitudinal s’étendant de l’amont vers l’aval selon un sens d’écoulement du flux, la structure annulaire comprenant plusieurs secteurs d'anneau adjacents disposés bout à bout et comportant des faces de raccordement adjacentes, chaque face de raccordement comprenant une première branche coudée vers l’amont depuis laquelle s’étend radialement vers l’intérieur une deuxième branche, la première branche comprenant une rainure coudée débouchant axialement de la structure annulaire, la deuxième branche comprenant une encoche axiale formée depuis la deuxième branche, une languette d’étanchéité adaptée pour réaliser l’étanchéité entre deux secteurs adjacents, la languette d'étanchéité étant insérée d’une part dans la rainure de la première branche et s’étendant d’autre part contre une surface externe de la deuxième branche, son extrémité venant en contact d’une surface interne de la deuxième branche en s’étendant par l’encoche.
L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible
- chaque secteur annulaire comprend un élément de butée délimitant circonférentiellement la profondeur de la rainure ;
- la languette d’étanchéité comprend une largeur constante sur toute sa longueur ;
- la rainure comprend une profondeur circonférentielle égale au minimum à la moitié de la largeur de la languette d’étanchéité ;
- l’encoche comprend une largeur circonférentielle égale à celle de la butée ;
- la partie de la languette d’étanchéité comprend au moins l’une de ces faces libres ;
- chaque secteur annulaire comporte au moins un appendice adapté pour être fixé à un carter ;
- la structure annulaire est disposée à l’entrée d’une turbine basse pression, l’extrémité axiale définissant les branches contigües s’étendant vers la partie amont de la turbine basse pression.
L’invention concerne selon un deuxième aspect, un ensemble de turbomachine comprenant une turbine basse pression, la turbine basse pression comprenant un carter externe fixe en liaison avec une virole amont, l’ensemble de turbomachine comprenant un ensemble annulaire selon le premier aspect de l’invention.
L’invention concerne selon un troisième aspect, une turbomachine comprenant un ensemble de turbomachine selon le deuxième aspect de l’invention.
L’invention concerne selon un quatrième aspect, un aéronef comprenant une turbomachine selon le troisième aspect de l’invention.
Grâce à l'invention, le niveau d’étanchéité est amélioré par le recouvrement de zone mais sans augmenter l’encombrement.
En outre, l’invention supprime également tout risque d’oublis au montage des languettes mais aussi le risque de se tromper de taille de languette d’étanchéité car il est désormais possible de vérifier visuellement et après le montage de la présence effective des languettes d’étanchéité entre chaque secteur.
De plus, l’agencement des languettes n’impacte ni le montage ni l’épaisseur des pièces sectorisées.
L’invention concerne également une turbine de turbomachine, comprenant un ensemble d'étanchéité tel que précité.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la est une vue en coupe d’une turbine basse pression selon l’invention ;
- la illustre un mode de réalisation d’un ensemble annulaire selon l’invention ;
- la est une vue spécifique d’une partie de la ;
- la et la sont des vues en perspectives de la partie amont d’un secteur annulaire selon un mode de réalisation ;
- la illustre une vue en perspective d’ensembles annulaires assemblés avec une languette selon un mode de réalisation ;
Sur l’ensemble des figures les éléments identiques portent des références identiques.
La illustre une turbine 1 basse pression comprenant plusieurs étages successifs comprenant chacun une aube fixe 2 et une aube 3 en rotation autour d’un axe X de rotation (et longitudinal de la turbomachine).
Par convention, dans tout ce qui suit, les termes " amont " AM et " aval " AV sont définis par rapport au sens de circulation de l'air dans la turbomachine, c’est-à-dire de la gauche vers la droite sur la . De même, par convention dans la présente demande, les termes " intérieur " et " extérieur", et " interne "et "externe" sont définis radialement par rapport à l'axe X de la turbomachine. Enfin, le terme « circonférentiel » est employé relativement à toute pièce annulaire ou secteur de pièce annulaire pour désigner une orientation, une direction ou encore une dimension considérée en référence à la circonférence de cette pièce ou de ce secteur.
Chaque aube fixe 2 comprend une plate-forme annulaire radialement interne 21 et une plate-forme annulaire radialement externe 22.
L’aube fixe 2 est accrochée radialement vers l'extérieur à un carter externe 4 de la turbine 1.
Comme visible aussi sur la , les aubes 3 tournent à l'intérieur d'une structure annulaire ou anneau sectorisé 5 accroché au carter externe 4. Cet anneau 5 est formé de plusieurs secteurs d’anneau 50 pour pallier des problèmes de dilatation de l’ensemble. Ces secteurs d’anneau 50 qui s’étendent circonférentiellement en arc-de-cercle autour de l’axe X sont agencés circonférentiellement bout à bout par l’intermédiaire de faces de raccordement 500 au niveau des extrémités circonférentielles.
Les secteurs d'anneau 50 portent chacun intérieurement un bloc de matériau abradable AB. Ces blocs de matériau abradable AB sont capables de coopérer par frottement avec des léchettes annulaires 32 disposées à la périphérie radialement externe de chaque aube 3 mobile.
Comme c’est visible sur la , le premier étage de la turbine 1 basse pression 1 est situé en aval d’une virole 7 qui comme déjà indiqué permet de faire le lien entre la turbine haute pression amont (non visible) et la turbine 1 basse pression 1.
En relation avec la pour favoriser l’étanchéité de la veine, chaque face de raccordement 500 de chaque secteur 50 comprend un corps principal 51 depuis lequel s’étend une première branche 52 coudée vers l’amont depuis laquelle s’étend radialement vers l’intérieur une deuxième branche 53, la première branche 52 comprenant une rainure 521 coudée débouchant axialement de la structure annulaire 50, la deuxième branche 53 comprenant une encoche 531 axiale formée dans la deuxième branche 53. La deuxième branche 53 comprend une surface externe 53a et une surface interne 53b.
La deuxième branche 53 forme donc un déflecteur monobloc qui assure la fonction de pièce rempart à l’introduction d’un flux d’air dans le carter 4 externe.
Le secteur 50 est connecté au carter 4 externe par l’intermédiaire d’un crochet 54 dans lequel une réservation 41 est prévue à cet effet au niveau du carter 4.
Par ailleurs, pour réaliser l’étanchéité entre chaque secteur 50 adjacent, chaque face de raccordement 500 comprend une languette 6 d'étanchéité. La languette 6 d'étanchéité est insérée d’une part dans la rainure 521 de la première branche 52 et s’étend d’autre part contre la surface externe 53a de la deuxième branche 53, son extrémité venant en contact de la surface interne 53b de la deuxième branche 53 en s’étendant par l’encoche 531.
La présence de l’encoche 531 évite d’avoir un logement pour positionner la languette 6 et limite l’épaisseur axiale de la deuxième branche 53 ce qui permet d’augmenter l’espace avec la plateforme de l’aube mobile 3 et évite des collisions avec l’aube 3 mobile du premier étage tout en permettant d’assurer la fonction de rempart recherchée. L’encombrement est ainsi réduit. En outre, dans cette zone l’aube 3 mobile est soumise à un déplacement axial important, de sorte que les léchettes 32 risquent d’entrer en contact avec la deuxième branche 53.
Les figures 4a et 4b illustrent respectivement une vue amont et une vue avale en perspectives d’un secteur 50 d’anneau.
De manière plus précise, la première branche 52 présente une première paroi 52a et une deuxième paroi 52b délimitant la rainure 521 par leur surface interne disposées face à face selon des plans axiaux et/ou radiaux. La rainure 521 est coudée et comprend une première partie 521a s’étendant radialement vers l’intérieur qui se prolonge d’une deuxième partie 521b s’étendant axialement vers l’amont. Ces deux parties contigües forment le coude composant la rainure 521. L’extrémité amont de la deuxième partie 521b de la rainure 521 débouche par une extrémité de la première branche 52. De manière avantageuse, la rainure 521 débouche axialement et vers l’amont de la première branche 52. La rainure 521 est adaptée pour recevoir la languette 6 au niveau de la première branche 52 de chaque secteur 50. De la sorte, la languette 6 est introduite pour partie dans la rainure 521 de la face de raccordement 500 secteur 50 et pour une autre partie dans la rainure 521 correspondante d’une face de raccordement 500 adjacente d’un secteur 50 adjacent. Ce montage contribue à assurer l’étanchéité entre les secteurs 50 au niveau de la première branche 52.
Comme déjà présenté, la deuxième branche 53 s’étend radialement et vers l’intérieur depuis l’extrémité de la deuxième paroi 52b de la première branche 52. En d’autres termes, la deuxième branche 53 est le prolongement radial et vers l’intérieur de la deuxième paroi 52b de la première branche 52. La deuxième branche 53 ne comprend, elle, pas de rainure 521 comme la première branche 52 et est donc plus fine que la première branche 52.
La deuxième branche 53 présente une face amont 53a axiale et une face aval 53b axiale ainsi qu’une face radiale interne 53c. Cette deuxième branche 53 est percée axialement de l’encoche 531. Ainsi, l’encoche 531 s’étend axialement et de manière continue depuis la première face amont 53a jusqu’à la face aval 53b de la deuxième branche 53. Cette encoche 531 est adaptée pour positionner et maintenir en position la languette 6 le long de la deuxième branche 53. Ce montage contribue à assurer l’étanchéité entre les secteurs 50 au niveau de la deuxième branche 53.
Comme cela est visible en détails sur la , la languette 6 est une tôle d’épaisseur comprise par exemple entre 1 et 3 mm. De manière plus précise elle doit être suffisamment fine pour être plié et positionné comme décrit ci-avant et suffisamment épaisse pour résister aux conditions de températures et de pressions qui peuvent être développées dans la turbine 1 basse pression de turbomachine.
La languette 6 comprend une première partie 61 et une deuxième partie 62. La première partie 61 est coudée de manière à pouvoir être insérée dans la rainure 521 de chaque secteur 50. Cette première partie 61 comprend deux parties planes reliées par une portion coudée et forme donc un coude complémentaire au coude de la rainure 521. La deuxième partie 62 de la languette 6 prolonge l’extrémité amont de la première partie 61 et suit une direction radiale vers l’intérieur. La deuxième partie 62 comprend donc deux parties planes reliées par une portion de faible pliage, de manière à ce que cette deuxième partie puisse venir en contact de part et d’autre de la deuxième branche 53 en traversant l’encoche 531. La languette 6 est formée d’une seule pièce pour assurer une bonne tenue mécanique et elle déformée pour être maintenue correctement dans la rainure 521 et contre la deuxième branche 53 en venant en butée derrière la deuxième branche 53 au niveau de la face radiale interne 53c de la deuxième branche 53.
De manière préférentielle, la languette 6 présente une face amont 60a et une face avale 60b et une extrémité radiale 63. Elle est configurée de manière à ce qu’une partie de sa face avale 60b soit contre la face amont 53a de la deuxième branche 53 et de manière à ce qu’une partie de la face amont 60a soit contre la face avale 53b de la deuxième branche 53. Ceci est avantageusement permis par la présence de l’encoche 351 sur la deuxième branche 53.
Ainsi, la deuxième partie 62 de la languette d’étanchéité 6 comprend, sur toute sa longueur radiale, au moins l’une de ces faces 60a ou 60b libre, c’est-à-dire face à d’un espace vide et non collé à une face d’une autre pièce. Cette disposition permet de contrôler la présence de la languette 6 entre chaque secteur 50 une fois le montage de l’anneau 5 réalisé. En effet au moins une partie de la face 60a de la languette 6 reste toujours visible. Cette partie de la languette 6 visible est par exemple celle qui se situe entre l’extrémité amont de la première branche 51 et l’encoche 531 située sur la deuxième branche 53.
L’encoche 531 est préférentiellement positionnée radialement le plus proche (soit environ 2 mm) possible de l’extrémité radiale de la deuxième branche 53 de manière à ce qu’une partie la plus importante possible de la deuxième partie 62 de la languette 6 soit face à la face 53a de la deuxième branche 53 et que l’extrémité radiale 63 de la languette 6 soit dans le même plan circonférentielle que la face radiale interne 53c de la deuxième branche 53 et le plus proche possible de la face 53b.
Selon un mode de réalisation, la languette d’étanchéité 6 possède une largeur constante sur toute sa longueur. Ainsi, la première partie 61 et la deuxième partie 62 de la virole 6 ont une dimension circonférentielle égale entre elles et constante sur toute leur longueur.
Selon un mode de réalisation possible, la profondeur circonférentielle de la rainure 521 s’étendant dans la première branche 52 est délimitée par une butée 521c. Cette butée 521c s’étend circonférentiellement sur toute la longueur de la rainure 521. La rainure 521 comprend préférentiellement une profondeur circonférentielle égale au minimum à la moitié de la largeur de la languette 6 d’étanchéité.
Selon un mode de réalisation, l’encoche 531 réalisée dans la deuxième branche 53 comprend une largeur circonférentielle égale à celle de la rainure 521 délimitée par la butée 521c. De plus sa dimension radiale doit être de préférence la plus petite possible.
Claims (11)
- Ensemble annulaire d’une turbine (1) basse pression de turbomachine, comprenant
- une structure annulaire (5) s’étendant autour d’un axe longitudinal (X) s’étendant de l’amont vers l’aval selon un sens d’écoulement du flux, la structure annulaire (5) comprenant plusieurs secteurs (50) d'anneau adjacents disposés bout à bout et comportant des faces de raccordement (500) adjacentes, chaque face de raccordement (500) comprenant une première branche (52) coudée vers l’amont depuis laquelle s’étend radialement vers l’intérieur une deuxième branche (53), la première branche (52) comprenant une rainure (521) coudée débouchant axialement de la structure annulaire (50), la deuxième branche (53) comprenant une encoche (531) axiale formée depuis la deuxième branche (53),
- une languette d’étanchéité (6) adaptée pour réaliser l’étanchéité entre deux secteurs (50) adjacents, la languette d'étanchéité (8) étant insérée d’une part (61) dans la rainure (521) de la première branche (52) et s’étendant d’autre part (62) contre une surface externe (53a) de la deuxième branche (53), son extrémité venant en contact d’une surface interne (53b) de la deuxième branche (53) en s’étendant par l’encoche (531). - Ensemble selon la revendication 1, dans lequel chaque secteur annulaire (50) comprend un élément de butée (521c) délimitant circonférentiellement la profondeur de la rainure (521).
- Ensemble selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel, la languette d’étanchéité (6) comprend une largeur constante sur toute sa longueur.
- Ensemble annulaire selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel, la rainure (521) comprend une profondeur circonférentielle égale au minimum à la moitié de la largeur de la languette d’étanchéité (6).
- Ensemble selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel, l’encoche (531) comprend une largeur circonférentielle égale à celle de la butée (521c).
- Ensemble selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel, la partie (62) de la languette d’étanchéité (6) comprend au moins l’une de ces faces (60a, 60b) libre.
- Ensemble selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel chaque secteur (50) annulaire comporte au moins un appendice (54) adaptée pour être fixé à un carter (4).
- Ensemble de turbomachine comprenant une turbine (1) basse pression, la turbine (1) basse pression comprenant un carter (4) externe fixe en liaison avec une virole (7) amont, l’ensemble de turbomachine comprenant un ensemble annulaire selon l'une des revendications 1 à 7.
- Ensemble selon la revendication 8, dans lequel une structure annulaire (5) est disposée à l’entrée de la turbine (1) basse pression, l’extrémité axiale définissant la première et la deuxième branche (52,53) s’étendant vers la partie amont de la turbine (1) basse pression.
- Turbomachine comprenant un ensemble de turbomachine selon la revendication 9.
- Aéronef comprenant une turbomachine selon la revendication 10.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3114840A1 (fr) * | 2020-10-05 | 2022-04-08 | Safran Aircraft Engines | Ensemble annulaire pour turbine de turbomachine |
| FR3114841A1 (fr) * | 2020-10-05 | 2022-04-08 | Safran Aircraft Engines | Ensemble annulaire pour turbine de turbomachine |
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2023
- 2023-01-23 FR FR2300604A patent/FR3145182A1/fr active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3114840A1 (fr) * | 2020-10-05 | 2022-04-08 | Safran Aircraft Engines | Ensemble annulaire pour turbine de turbomachine |
| FR3114841A1 (fr) * | 2020-10-05 | 2022-04-08 | Safran Aircraft Engines | Ensemble annulaire pour turbine de turbomachine |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Effective date: 20240726 |