EP1580402B1

EP1580402B1 - Turbomachine comprenant deux sous-ensembles assemblés sous contraint axiale

Info

Publication number: EP1580402B1
Application number: EP05290663A
Authority: EP
Inventors: Claude Lejars; Marica Mesic; Bruce Pontoizeau; Alexandre Roy; Patrice Suet
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: DE602005001641D1; US20050260066A1; CA2500947C; CA2500947A1; EP1580402A1; JP2005291203A; RU2380546C2; FR2868125A1; DE602005001641T2; FR2868125B1; US7571614B2; JP4643326B2; ES2290863T3; UA86354C2; RU2005108494A

Description

L'invention se rapporte en général à une turbomachine, notamment un turbocompresseur chargé de fournir l'air comburant, sous pression, à la chambre de combustion d'un moteur d'avion à réaction. Elle concerne plus particulièrement un perfectionnement renforçant l'étanchéité de la jonction entre deux sous-ensembles d'une telle machine, par exemple la jonction sous contrainte entre un carter et un support d'aubes fixes du stator.
Dans un turbocompresseur du genre indiqué ci-dessus, le stator est assemblé à un carter extérieur. Pour éviter les fuites d'air, deux sous-ensembles, du carter et du stator, sont conformés pour définir entre eux une chambre annulaire dans laquelle est inséré un joint. Celui-ci prend appui entre deux parois annulaires en vis-à-vis appartenant respectivement aux deux sous-ensembles. Les deux parties annulaires en contact des deux sous-ensembles sont appliquées l'une contre l'autre avec contrainte axiale. Une turbomachine selon l'art antérieur est connue dans le document FR 2646221 . La contrainte peut s'exprimer en millimètres, cette valeur désignant l'interférence axiale qui existerait entre les deux sous-ensembles, si ceux-ci n'étaient pas en aboutement sous contrainte. Jusqu'à présent, on a mis en oeuvre des contraintes relativement faibles, classiquement de l'ordre de 0,3 mm. Plus récemment, cette contrainte au montage a été portée à 0,75 mm.
Pendant certaines phases de fonctionnement, la chambre abritant le joint peut s'ouvrir sous l'effet de déformations d'origine thermique. Par ailleurs, en fonctionnement le joint subit des déformations et des usures qui peuvent aller jusqu'à la perte de fragments qui, entraînées par la différence de pression, viennent se coincer entre les faces en regard de la chambre annulaire. Ces faces sont endommagées et les fuites d'air augmentent.
L'invention a pour but d'éviter l'ouverture de la chambre pour éviter la libération de morceaux du joint et la dégradation des surfaces contre lesquelles il repose.
Plus particulièrement, l'invention concerne une turbomachine comprenant au moins deux sous-ensembles assemblés l'un à l'autre et définissant entre eux une chambre annulaire abritant un joint d'étanchéité, où deux parties annulaires en contact appartenant respectivement aux deux sous-ensembles et définissant ladite chambre sont sollicitées l'une vers l'autre, de façon connue en soi, avec contrainte axiale et caractérisée en ce qu'une pièce intercalaire annulaire est insérée entre leurs surfaces en aboutement.
Lorsqu'une telle pièce intercalaire annulaire (dite pièce "martyre") est installée entre les deux sous-ensembles, la contrainte axiale peut être notablement augmentée. Elle peut notamment être comprise entre 1,5 et 3 mm. Une valeur de contrainte actuellement préférée est voisine de 2,25 mm. Cette forte contrainte au montage permet d'absorber les variations d'origine thermique et évite ainsi l'ouverture de la chambre et la destruction du joint. Cette pièce est peu coûteuse et facile à changer si elle est endommagée. Par conséquent, les deux sous-ensembles sont protégés et ne risquent plus d'être endommagés. L'agencement est tel que la surface de contact entre les deux sous-ensembles en aboutement est augmentée. Il en résulte une diminution de la pression de matage et un meilleur comportement vis-à-vis des déplacements relatifs entre les sous-ensembles. De plus, il est relativement facile de réaliser un traitement de surface de cette pièce intercalaire, améliorant sa résistance. L'invention s'applique tout particulièrement à la liaison entre un carter extérieur et un élément de stator portant les aubes fixes d'un turbocompresseur.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 est une vue schématique illustrant deux sous-ensembles assemblés et constituant une partie d'un turbocompresseur, l'assemblage étant classique, avec contrainte axiale au voisinage d'une chambre de joint ;
la figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle de l'encadré 2 de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 illustrant le perfectionnement conforme à l'invention ; et
la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 illustrant une variante.

En considérant plus particulièrement les figures 1 et 2 relatives à l'art antérieur, on a représenté une partie d'un turbocompresseur 11 entrant dans la constitution d'un réacteur de moteur d'avion. Deux sous-ensembles 14,16 sont assemblés sous contrainte axiale en définissant entre eux une chambre annulaire 18 à l'intérieur de laquelle est inséré un joint 20. Le sous-ensemble 14 constitue un carter extérieur tandis que le sous-ensemble 16 constitue le support d'une pluralité d'aubes fixes 22 du turbocompresseur. Les aubes mobiles non représentées se situent entre les aubes fixes. Le support d'aubes fixes est constitué de plusieurs segments 26 assemblés bout à bout, chaque segment portant une série d'aubes fixes. L'ensemble du support est fixé à un carter intérieur 27. Ce carter intérieur ce prolonge radialement vers l'extérieur par trois couronnes annulaires, une première couronne 30 est fixée par un ensemble de boulon 31 à une première membrure interne 32 du carter extérieur, une seconde couronne 34 vient en appui sans contrainte contre une seconde membrure 36 du carter extérieur, s'étendant vers l'intérieur. La troisième couronne 37 est fixée par un ensemble de boulons 38 à une membrure interne 39 du carter extérieur 14.
Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 2, la seconde couronne 34 comporte une surface annulaire plate 40 s'étendant radialement vers l'intérieur, prolongée par une portion cylindrique axiale 42 prenant appui par son champ circulaire 43 contre ladite seconde membrure 36. Plus particulièrement, celle-ci comporte une autre surface annulaire plate 45 faisant face à celle de la couronne, surmontée d'une excroissance 46 approximativement tubulaire venant recouvrir avec jeu une partie cylindrique extérieure de la seconde couronne. Cet agencement définit donc la chambre annulaire 18 à l'intérieur de laquelle est installé le joint 20 qui prend appui entre les deux surfaces plates 40, 45. Comme mentionné ci-dessus, le dimensionnement des sous-ensembles 14, 16 est tel que le montage s'effectue avec une contrainte provoquée par le serrage des boulons 31. Cette contrainte s'exerce donc entre le champ circulaire 43 de la seconde couronne et l'extrémité intérieure de la surface plate 45 de la seconde membrure. L'agencement décrit jusqu'à présent est classique. Cependant, la contrainte de montage était relativement faible, de l'ordre de 0,3 mm. Dans certains cas, la contrainte a été portée jusqu'à 0,75 mm sans pouvoir complètement résoudre le problème des fuites et de la destruction du joint, comme expliqué ci-dessus.
L'invention apparaît sur la figure 3 et propose de disposer une pièce intercalaire annulaire 50 entre les surfaces en aboutement des deux sous-ensembles, c'est-à-dire ici entre le champ circulaire 43 de la couronne 34 et l'extrémité circulaire de la surface plate 45 de la membrure 36. La présence de cette pièce 50 permet d'augmenter la contrainte de montage qui peut dorénavant se situer entre 1,5 mm et 3 mm, typiquement aux environs de 2,25 mm. En effet, on voit que la pièce intercalaire 50 est conformée pour augmenter la surface de contact à l'extrémité d'au moins l'une des parties annulaires, en l'occurrence ici plus particulièrement la surface plate 45 de ladite seconde membrure 36. En outre, la portion cylindrique axiale 42 de la couronne permet de guider le positionnement de la pièce intercalaire 50 du fait que celle-ci comporte une surface cylindrique 52 s'ajustant sur ladite portion cylindrique 42. Une portion radiale 54 de la pièce intercalaire prend appui contre la surface plate 45 de ladite seconde membrure. Globalement, comme cela apparaît clairement sur la figure 3, la section radiale de la pièce intercalaire 50 a donc la forme d'un L. La pièce intercalaire peut subir un traitement de surface, avant montage, renforçant sa résistance. Le traitement peut notamment concerner la portion radiale 54. Il n'est donc pas nécessaire d'appliquer un traitement de ce genre à la couronne ou à la membrure.
En variante, comme le montre la figure 4, la pièce intercalaire 50a se prolonge par une partie formant déflecteur 56, vers l'intérieur. Dans l'exemple, cette partie a une forme sensiblement conique. Ainsi, en cas de fuite résiduelle, l'air chaud ne vient plus frapper localement le carter intérieur mais se diffuse dans la chambre 58 définie entre le carter et le support d'aubes.

Claims

Turbomachine comprenant au moins deux sous-ensembles assemblés l'un à l'autre et définissant entre eux une chambre annulaire (18) abritant un joint d'étanchéité, où deux parties annulaires en contact appartenant respectivement aux deux sous-ensembles et définissant ladite chambre sont sollicitées, l'une vers l'autre, de façon connue en soi, avec contrainte axiale et caractérisée en ce qu'une pièce intercalaire annulaire (50) est insérée entre leurs surfaces en aboutement.
Turbomachine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite contrainte axiale entre les deux parties annulaires précitées est comprise entre 1,5 et 3 mm, de préférence voisine de 2,25 mm.
Turbomachine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite pièce intercalaire (50) est conformée pour augmenter la surface de contact à l'extrémité d'au moins l'une des parties annulaires.
Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'une des parties annulaires comporte une portion cylindrique (42) et en ce que ladite pièce intercalaire comporte une surface cylindrique (52) s'ajustant sur ladite portion cylindrique et une portion radiale (54) prenant appui contre une surface plate (45) de l'autre partie annulaire.
Turbomachine selon la revendication 4, caractérisée en ce que la section radiale de ladite pièce intercalaire (50) est en forme de L.
Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite pièce intercalaire se prolonge par une partie formant déflecteur (56).
Turbomachine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux sous-ensembles constituent respectivement un carter et un élément de stator.